Demir-Karbon Denge Diyagramı ve Faz Yapıları Rehberi
Kimler Okumalı?
Bu rehberi; özellikle dökümhane kalite kontrol mühendisleri, ısıl işlem uzmanları, metalurji öğrencileri ve çeliğin iç yapı dönüşümlerini anlamak isteyen tüm teknik personeller için hazırladık.
İçindekiler
1. Faz Diyagramı ve Fe-C Denge Diyagramı Nedir?
Çeliğin metalurjik yapısı sıcaklıkla ve Karbon (C) oranı ile sürekli değişir. Nitekim bu değişimi gösteren grafiğe Demir-Karbon Denge Diyagramı (Fe-C Denge Diyagramı) veya Faz Diyagramı diyoruz.
Ayrıca faz, kendine ait atom yapısı olan ve sınırlarla çevrilen özel bir bölgedir. Buna bağlı olarak çeliğin genel iç yapısı da bu çeşitli fazların birleşimiyle oluşur.
Örneğin Demir-Karbon denge diyagramı yardımıyla belirli C oranlarında oluşan fazları kolayca tespit edebilirsiniz. Bunun yanı sıra bu fazların yapı içindeki oranlarını da hesaplayabilirsiniz. Ancak faz farklarını sadece detaylı bir metalografik çalışma ile ayırt edebilirsiniz.
2. Ferrit ve Perlit Fazlarının Yapısal Özellikleri
İç yapıda sıklıkla gördüğümüz ferrit ve perlit fazlarının temel özellikleri şunlardır:
- Ferrit (Alfa Katı Eriyiği): Ferrit bir katı eriyiktir. Ayrıca Fe-C karışımının oda sıcaklığındaki halini temsil eder. Buna alfa katı eriyiği adı verilir. Ancak demirin karbon çözme kabiliyeti soğukta düşüktür. Bu yüzden saf ferrit çizgisi diyagramda düşey eksene çok yakın durur.
- Perlit (%0,8 C İçeren Ötektoid Yapı): Perlit, %0,8 karbon içeren çeliğin yapısıdır. Ötektoid yapı olarak bilinen bu durum katmanlı bir görünüme sahiptir. Çünki gevrek sementit (Fe₃C) levhalarının arasında yumuşak ferrit dolgusu bulunur.
Özellikle karbon oranı %0,8'den az olan çeliklerde yapı ferrit ve perlit karışımından oluşur. Buna ek olarak bu yapıda fazla ferrit tane sınırlarında birikerek adacıklar oluşturur.
3. Alt Kritik ve Üst Kritik Sıcaklık Dönüşümleri
Çelik ısındıkça mikro yapısında belirgin kristal değişimleri meydana gelir. Dolayısıyla bu değişimlerin gerçekleştiği kritik eşikleri şöyle özetleyebiliriz:
Alt Kritik Sıcaklık
Çelik, 727°C sıcaklığa kadar yapısını korur. Ancak bu sıcaklıkta kristal yapı yüzey merkezli küp şekline dönüşür. Aynı zamanda ferrit ve perlit fazları tek bir fazda erir. Bu nedenle dönüşümün başladığı noktaya alt kritik sıcaklık diyoruz.
Üst Kritik Sıcaklık
Yapısal dönüşümler daha yüksek bir sıcaklıkta tamamlanır. Sonucunda bu sınıra ise üst kritik sıcaklık adı verilir.
Alt kritik sıcaklık 727°C değerinde sabittir. Fakat üst kritik sıcaklık C oranına göre değişir. Yani bu sıcaklık Karbon miktarına bağlı olarak 912°C ile 727°C arasında kalır. Örneğin %0,30 karbonlu çelikte üst kritik sıcaklık 800°C civarındadır.
4. Östenit (Gamma Katı Eriyiği) Yapısı ve Gerçek Soğuma Şartları
Kritik sıcaklıkların üzerinde çeliğin kazandığı yeni yapıya östenit diyoruz. Bu faz gamma katı eriyiği olarak bilinir. Çünkü östenit fazı, karbonun demir içinde daha yüksek oranlarda erimesini sağlar. Bu nedenle diyagramda geniş bir alan kaplar.
Aslında alfa ve gamma katı eriyiklerinin mikroskop görünümleri birbirine benzer. Ancak elektron mikroskobu incelemesinde birinin hacim merkezli, diğerinin ise yüzey merkezli küp yapısında olduğunu görürüz.
Öte yandan demir-karbon denge diyagramı sonsuz zamanda soğuma halinde geçerlidir. Dolayısıyla gerçek üretimdeki hızlı soğuma şartlarını tek başına açıklayamaz.
İlgili Okuma: Geleneksel denge diyagramlarının ötesinde, yapay zeka modellerinin yeni alaşımları saniyeler içinde simüle ettiği teknolojileri incelemek için Yapay Zekayla Malzeme Keşfi ve Dökümhanelere Etkisi başlıklı rehberimizi okuyabilirsiniz.
Döküm Proseslerinizi Optimize Etmek İster Misiniz?
Alaşım seçimlerinizde, iç yapı kusurlarının çözümünde ve ısıl işlem parametrelerinin belirlenmesinde DökümTEK mühendislik kadrosu yanınızda. Bize ulaşarak teknik danışmanlık süreçlerimiz hakkında detaylı bilgi alabilirsiniz.
Uzmanlarımızla İletişime Geçin →5. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)
Demir-Karbon denge diyagramında alt kritik sıcaklık kaç derecedir?
Alt kritik sıcaklık sabit olup 727°C'dir. Çünkü bu sıcaklıkta çelikteki fazlar birbiri içinde erir ve billursal yapı yüzey merkezli küp şeklini alır.
Perlit fazının %0.8 Karbon içermesi ne anlama gelir?
%0.8 karbon içeren çeliğin yapısını ötektoid yapı (perlit) olarak adlandırıyoruz. Çünkü bu yapı gevrek sementit ve yumuşak ferrit levhalarından oluşur.
Östenit ile Ferrit arasındaki temel fark nedir?
Ferrit oda sıcaklığında kararlıdır ve az karbon çözer. Buna karşın östenit kritik sıcaklığın üzerinde oluşur, yüzey merkezli küp yapısındadır ve yüksek oranda karbon eritir.
