Korozyon Taneler arası Korozton 1 DOÇ. DR. MUZAFFER ZEREN TANELERARASI KOROZYON 2 ? Korozyon olayının malzemenin tane sınırları yakınında yoğunlaşması sonucu ortaya çıkan bozulma türüdür. ? Tane sınırları korozyonu özellikle ostenitik krom-nikel çeliklerinde ve alüminyum-bakır alaşımlarında görülür. ? Ferritik paslanmaz çelikler ancak çok sınırlı koşullar altında bu tür korozyona duyarlık gösterirler . TANELERARASI KOROZYON 3 ? Tane sınırları korozyonunun en belirgin özelliği çok küçük ağırlık kaybına karşın, korozyon hızının tane sınırları yakınında yüksek değerlere ulaşabilmesidir. ? Bu koşul, parçalarına kısa sürede tüm kesit alanı boyunca korozyona uğrayarak bozulmalarına yol açar. TANELERARASI KOROZYON 4 ? Taneler bütünlük ve şekillerini korurlarken tanelerarası bağ bozunmaya uğrar. ? Bunun sonucu olarak metallere özgü bazı tutumlarda önemli değişiklikler beklemek gerekir. ? Bunlardan en önemlisi korozyonun etken olduğu bölgelerde mekanik mukavemetin sıfıra indirgenmesidir TANELERARASI KOROZYON 5 ? Örneğin tane sınırları korozyonu ile bozunan ostenitik krom-nikel çeliğinden bir parçayı parmaklar arasında ezerek toz haline getirmek mümkündür. ? Parçaların dış görünüm ve ölçülerinde önemli bir değişiklik görülmez. ? Bu koşullar tane sınırları korozyonunun izlenmesini ve kontrol altına alınmasını güçleştirir. TANELERARASI KOROZYON 6 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Tane sınırları korozyonuna mukavemet serbest karbon (karbür yapıcıları ile bağlanmamış olan karbon miktarı) içeren çeliklere özgü bir tutumdur. ? Bu duyarlık kromkarbürün (Cr 23 C 6 ) tane sınırları yakınında çökelmesi sonucu ortaya çıkar . TANELERARASI KOROZYON 7 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Örneğin, kaynak işleminden hemen sonra havada soğumaya terkedilen parçalar belirli bir sıcaklık kesiminde (550-850C) yer alan kromkarbür çökelmeleri ile tane sınırları korozyonuna mukavemetsiz hale gelirler. TANELERARASI KOROZYON 8 ? Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Bu tutum ilk kez kaynak işlemi ile bağıntılı olarak gözlemlendiğinden kaynak hatası olarak adlandırılmıştır. ? Oysa ki, aynı tür ısıl etkiler kalıbı içinde soğumaya terkedilen döküm parçalar için de geçerlidir. TANELERARASI KOROZYON 9 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Kaynak ve döküm gibi imal usullerinin uygulanmasını büyük ölçüde kısıtlayan bu tutum ostenitik krom-nikel çeliklerinin en önemli sakıncası olarak ortaya çıkmış ve tane sınırları korozyonuna mukavemetli çeliklerin geliştirilmesi zorunlu olmuştur. TANELERARASI KOROZYON 10 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Ostenitik krom-nikel çeliğinin çözündürebileceği karbon miktarı sıcaklıkla artar ve 600C’ ın altına inilince karbon çözünürlük sınırının da %0,02’nin altına düştüğü görülür. ? Tane sınırları korozyonuna duyarlık gösteren çelikler, karbon miktarı bu değerin üstünde olanlardır . TANELERARASI KOROZYON 11 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Bu sınırı aşan karbon miktarı tamamen katı çözelti durumuna geçemediğinden kromkarbürlerin ayrışmasına ve tane sınırları boyunca çökelmesine yol açar. ? Bu oluşumlar kromun tane içlerinden tane sınırlarına yayınma yolu ile ulaşmasını gerektirir. TANELERARASI KOROZYON 12 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? 550–660C’ın altındaki sıcaklıklarda yayınma olayı çok yavaşlamış olacağından, %0,02‘den daha az karbon içeren çeliklerde çözünen karbür miktarı duyarlık doğuracak düzeye ulaşamaz. ? Kromkarbürler genellikle 900C’ın üstünde kararlılıklarını yitirirler. TANELERARASI KOROZYON 13 ? . TANELERARASI KOROZYON . Ostenitik krom-nikel çeliklerinde, tavlama süresine bağlı olarak tane sınırları yakınında krom miktarının değişmesi 14 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Kromkarbürün büyük çoğunlukla çökeldiği tane sınırları civarı krom yönünden fakirleşmiş ve burada krom miktarı, pasifleşme için gerekli olan kritik değerin (yaklaşık % 13) altına düşmüştür. TANELERARASI KOROZYON 15 Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonu ? Çelik bu durumu ile korozyon direncini büyük ölçüde yitirmiştir. Diğer bir ifade ile aktif durumda bulununan tane sınırları ile pasif tutumu koruyan tane içleri arasında kurulan korozyon hücreşeri hızla çözünmesine yol açacaktır. TANELERARASI KOROZYON 16 TANELERARASI KOROZYON Şekil 47. Kaynak işlemi yapılan bir paslanmaz çelik malzemede meydana gelebilecek alaşım elentlerince fakir ve zenginleşmiş bölgeler ve etkileri. 17 TANELERARASI KOROZYON Şekil 48. Paslanmaz çelik malzemede korozyon çatlak oluşumu 18 TANELERARASI KOROZYON Şekil 49. 316 tipi bir paslanmaz çelik bir boruda tanelerarası korozyonun SEM görüntüsü 19 TANELERARASI KOROZYON Ostenitik krom-nikel çeliklerinde tane sınırları korozyonuna yol açan ısıl etkileri gösteren sıcaklık-zaman diyagramı. 20 ? Bu diyagram üzerinde üç ayrı alan görülür. Karbür çökeliminin yer almadığı I numaralı alanda korozyon tehlikesinden söz edilemez. ? II numaralı alan duyarlığa yol açıcı özellikte karbür çökelimlerinin var olduğu sıcaklık ve zamanları gösterir. ? III numaralı alan ise, yayınma dengesi ile duyarlığın giderildiği sıcaklık ve zamanları verir. II ve III numaralı alanları ayıran sınır, duyarlığın giderilmesi için gerekli minimum tavlama zamanını tavlama sıcaklığına bağlı olarak belirlemektedir. . TANELERARASI KOROZYON 21 ? Ostenitik Krom-Nikel Çeliklerinde Tanelerarası Korozyonunun Önlenmesi ? Ostenitik krom-nikel özeliklerinde tane sınırları korozyonuna duyarlığı çözeltiye alma ısıl işlemi ile gidermek mümkündür. ? Ancak bu işlemin kolay ve ekonomik olarak uygulanabildiği haller çok enderdir. Bu nedenle en etken önlem tane sınırları korozyonuna duyarlık göstermeyen çelikler kullanmaktır. TANELERARASI KOROZYON 22 ? Bu çelikler aşağıdaki prensiplere dayalı olarak geliştirilmişlerdir: ? 1- Çeliğin karbon miktarını, kritik sıcaklık kesiminin alt sınırına uygun karbon çözünürlük sınırı seviyesine düşürmek. Edinilen tecrübeler, karbon miktarı %0,02‘i geçmeyen ostenitik 18/8 krom- nikel çeliklerinin korozyon mukavemeti bakımından yeterli olduklarını göstermektedir. TANELERARASI KOROZYON 23 ? 2- Çeliğe kromdan daha etkili karabür yapıcılarının ilavesi. Bu amaçla kullanılabilen karbür yapıcıları öncelikle titanyum ve niyobyumdur. Titankarbür (TiC) ve niyobyumkarbür (NbC) son derece kararlı olup çözeltiye alma ısıl işlemi sırasında bile kararlılığını korurlar. TANELERARASI KOROZYON 24 1a 2 a 3b 4b 5b 6b 7b 8 1b 2b 3a 4a 5a 6a 7a 0 H 1 He 2 Li 3 Be 4 B 5 C 6 N 7 O 8 F 9 Ne 10 Na 11 Mg 12 Al 13 Si 14 P 15 S 16 Cl 17 Ar 18 K 19 Ca 20 Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 Ga 31 Ge 32 As 33 Se 34 Br 35 Kr 36 Rb 37 Sr 38 Y 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Tc 43 Ru 44 Rh 45 Pd 46 Ag 47 Cd 48 In 49 Sn 50 Sb 51 Te 52 I 53 Xe 54 Cs 55 Ba 56 Lu 71 Hf 72 Ta 73 W 74 Re 75 Os 76 Ir 77 Pt 78 Au 79 Hg 80 Tl 81 Pb 82 Bi 83 Po 84 At 85 Rn 86 PERİYODİK TABLO VE KARBÜR YAPICI ELEMENTLER İLİŞKİSİ 25 ? . Ti 22 V 23 Cr 24 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Hf 72 Ta 73 W 74 TANELERARASI KOROZYON C 6 KARBÜR TİPİ ELEMENT M 23 C 6 Cr: (Cr 23 C 6 ) M 7 C Cr: (Cr 7 C) M 6 C Cr, Co :(Cr 6 C, Co 6 C) M 3 C Fe: (Fe 3 C) M 2 C W : (W 2 C) MC V, W : (WC, VC) Kuvvetli Karbür Zayıf Karbür M= Metal 26 M 6 C tipi karbürün tipik mikroyapısı, Döküm, Optik mikroskop 27 M 6 C ve MC tipi dubleks karbür oluşumu, optik mikroskopi 28 YÜKSEK HIZ ÇELİKLERİ (HSS) M 6 C tipi karbürün tipik mikroyapısı, Döküm, SEM 29 ? Çeliğe ilavesi gerekli titanyum veya niyobyum miktarı çeliğin karbon miktarına bağlıdır. ? Karbür yapıcı metalin karbon miktarına oranı titanyum için 6/1 ve niyobyum için 10/1 olmalıdır. TANELERARASI KOROZYON 30 ? FERRİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERDE TANELERARASI KOROZYON. ? Ferritik paslanmaz çelikler 925C ve üstündeki sıcaklıklardan hızla soğutulduğunda tane sınırları korozyonuna duyarlı hale gelirler. ? Buna karşılık 650-825C arasında kısa süreli (10-60 dak) bir tavlama ile bu duyarlık giderebilir TANELERARASI KOROZYON 31 ? FERRİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERDE TANELERARASI KOROZYON. ? Ostenitik krom-nikel çelikleri için veriler uyum içinde değildir. Bunun başlıca nedeni ferritik yapıda krom yayınma hızının ostenitik yapıdakine oranla çok yüksek olmasıdır. TANELERARASI KOROZYON 32 ? FERRİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERDE TANELERARASI KOROZYON. ? Bunun sonucudur ki, duyarlık için gerekli olan kromkarbürlerin ince dağılımı ancak yüksek sıcaklıklardan hızlı bir soğutma ile sağlanabilir. Ferritik krom çeliklerinin tane sınırları korozyonuna çok sınırlı ölçüde duyarlık gösterdiği görülmektedir. TANELERARASI KOROZYON 33 ? FERRİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERDE ve ALAŞIMLARDA TANELERARASI KOROZYON. ? Çökelme yolu ile sertleşen alaşımlar tane sınırları korozyonuna genellikle duyarlıdırlar. Bu alanda verebilecek en önemli örnek duralüminyum adı ile tanınan alüminyum-bakır alaşımıdır. Bu tür alaşımlar yüksek mekanik mukavemetlerini CuAl 2 bileşiğinin ana yapı içinde çökelmesine borçludurlar. TANELERARASI KOROZYON 34 ? FERRİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERDE ve ALAŞIMLARDA TANELERARASI KOROZYON. ? Ancak CuAl 2 ‘nin oluşumu özellikle tane sınırlarına yakın bölgelerin bakır yönünden fakirleşmesine ve böylece oluşan yüksek potansiyel farkları altında tane sınırlarının hızla çözünmesine yol açar. TANELERARASI KOROZYON 35 SUNİ YAŞLANMA OLAYI (CuAl 2 ) 36 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ MEKANİZMASI 37 TANELERARASI KOROZYON 304 tipi paslanmaz çelikte korozyon. (Solda taneleri keserek, sağda tanelerar arasından geçerek ) X200 38 TANELERARASI KOROZYON Şekil 52. 316L tipi bir paslanmaz çelikte tanelerarası korozyon. 39 TANELERARASI KOROZYON Şekil 53. %50 sülfürik asit içerisindeki paslanmaz çelikteki tanelerarası korozyon X500. 40 TANELERARASI KOROZYON Şekil 54. Çelikte tanelerarası korozyon 41 TANELERARASI KOROZYON Şekil 55. %20 hidroklorik asit içerisindeki %99.99 saflıktaki aluminyum malzemede tanelerarası korozyon X250 42 TANELERARASI KOROZYON Şekil 56. Pirinç malzemedeki korozyon (%30 H2O2, %30 NH4, %30 H2O, X60)