II Aşama izotermal dönüşüm

İşlem aralığında genellikle iki tür östenit bulunmaktadır. Bunlar; dönüşmemiş östenit ve dönüşmüş östenit yada yüksek karbonlu östenit (γyk)’tir. Dönüşmüş östenit elde etmek için gerekli minimum süre t1 ve maksimum dönüşmüş östenit eldesi için ise t2’dir. Eğer t2>t1 ise ösferritik yapı elde edilebilir (Ahmadabadi ve arkadaşları 1997). Mn miktarı arttıkça t1 zamanı t2’den büyük olmaktadır. Bu nedenle yüksek Mn miktarlarında t1>t2 olduğu için II. aşama ortadan kalkacak ve süneklik için uygun yapı sağlanamayacaktır. Uygun dayanım-süneklik kombinasyonu ancak maksimum sünekliği sağlayan bir östemperleme süresiyle elde edilebilmektedir. % uzama; östemperleme süresine karşı çok hassastır ve kaynaklara göre (Grech 1990) 350 o_{C’nin üzerinde matriks östenitin ösferritik ürünlere (ferrit + γ}

yk) dönüşümü östemperleme zamanıyla öncelikle artmakta (l. aşama), ardından bir tepe noktaya erişmekte (II. aşama) ve γyk’in zaman ilerledikçe ferrit+karbürlere dönüşmesinden dolayı (III. aşama) % uzamada azalma görülmektedir. 350 oC’nin altında ise III. aşama reaksiyon kinetiğinin çok hızlanmasından dolayı bu aşamada % uzama azalmaktadır (shih ve arkadaşları 1997, Massone ve arkadaşları 1996).

İdeal bir östemperleme işlemi (yüksek östemperleme sıcaklığı >350 oC) I. ve III. aşama aralığında γyk oluşma süresiyle belirlenebilmektedir. Burada I. aşama işlemi t1 süresinde biraz kararlı γyk oluşturarak tamamlanır ve ösferrit için bir t1–t2 süre aralığı oluşturulur. En sonunda, t2’de γyk kararlı ferrit + karbür ürünlerine dönüşerek γyk azalır.

Bu durumun ortaya çıkmasının birinci nedeni I. aşamada biraz γyk oluşur oluşmaz III. aşama itici gücünün daha fazla olmasından dolayı γyk = α + karbür’ün çekirdeklenip ve büyümesinden kaynaklanabilir. Diğer yandan III. aşamanın, I. aşamayla aynı zaman aralığında östemperleme sıcaklığına (Ta) ve alaşım elementlerine bağlı olarak daha yavaş hızda olması beklenebilir (Dorazil ve arkadaşları 1990). İkinci nedeni ise döküm işlemi matrikste farklı noktalarda belirli alaşım elementi segregasyonları üretmesidir. Bu segregasyon; farklı bölgelerdeki değişik dönüşüm karakterlerinden dolayı I. ve III. aşama arasındaki oluşması beklenilen II. aşamanın oluşmaması ve t1 ve t2 süreleri arasının kapanmasına yol açmaktadır (Hayrynen 1998). II. aşama

dönüşümü üzerine etkili olan faktörler alt başlık olarak verilmiştir.

a) II. Aşama dönüşümü üzerine östenitleme sıcaklık ve süresinin etkisi

Östenitleme sıcaklığı (Tγ) ve süresi (tγ) arttıkça kalıntı östenit hacmi azalmaktadır (Hayrynen 1998). Ayrıca sıcaklık ve Mn miktarının artması martenzit içeren hacim miktarında artış meydana getirdiği görülmektedir (Shimizu ve arkadaşları 1993). Tam bir östenitleme için Tγ yükseltildiğinde östenitin içerdiği C miktarında artış görülmekte ve bu durum ösferritik dönüşüm kinetiğini düzenlemektedir. Östenitin içerdiği karbon miktarı Tγ ve tγ ile kimyasal bileşime bağlı olarak % 0,8–2 arasında değişmektedir. Tγ’nın artışının (Tγ >900 oC) % 1,5 Ni - % 0,3 Mo’li ÖKGDD’in östemperleme süresini kısaltan bir faktör olduğu ifade edilmektedir (Hasırcı 2000).

b) II. Aşama dönüşümü üzerine östemperleme sıcaklık ve süresinin etkisi

Dönüşüm sıcaklığı 330 oC’nin altında olduğunda ferrit iğnelerinin büyüme hızı yükselmekte ve C difüzyonu hızı ise nispeten düşük olmaktadır. Dönüşümün ilk aşamasında C östenitten atılmakta ve bunun sonucu olarak da C ferrit iğnelerinde ε- karbür olarak çökelmektedir. İlk östenit yapıdan ferrite çok az miktarda C atılmasıyla dönüşümün sürekli ilerlediği görülmektedir. 330 oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda ise dönüşüm daha farklı olmaktadır. Sıcaklığın yükselmesi C difüzyonunun hızını arttırmaktadır. Bunun sonucunda ise C’un önemli bir miktarı büyüyen ferrit levhalarının dışına doğru harekete geçmekte ve sonuçta γyk miktarının artması teşvik edilmektedir (Mallia ve arkadaşları 1998). Burada oluşan yapı ise daha kaba plakalar biçiminde ösferritik yapıdır (Shimizu ve arkadaşları 1993). Östemperleme sıcaklık (~ 400 oC) ve süresinin artışı ösferritik dönüşümü hızlandırmaktadır. 240–260 oC aralığında yapılan bir çalışmada martenzit miktarının arttığı ve ince ösferritik yapı oluştuğu gözlenmiştir. Bunun sonucunda ise darbe dayanımı ile % uzamada azalma olurken sertlik artmaktadır. Sıcaklığın 325 oC’ye çıkarılmasıyla birlikte martenzit miktarı azalmakta ve γyk + ferrit karışımı bir yapı oluşmaktadır (Dorazil 1990).

Yüksek sıcaklık ve daha uzun bekletme sürelerinde karbür oluşumu gerçekleştiğinden dayanım ve süneklik azalmaktadır. Uygun östemperleme

süresinden daha kısa sürelerdeki bekletmede kararsız ya da yarı-kararlı östenit oluşmakta ve oda sıcaklığına soğuma sırasında bu yapı ya da yapılar martenzite dönüşmektedir (Hasırcı 2000).

c) II. Aşama dönüşümü üzerine alaşım elementlerinin etkisi

Yüksek karbonlu östenitin içerdiği karbon miktarı, Tγ ve tγ ile kimyasal bileşime bağlı olarak % 0,8–2 arasında değişmektedir. Östenitin içerdiği C miktarı daha sonra uygulanan östemperleme işlemi sırasında dönüşüm kinetiği ve oluşan mikroyapıyı önemli ölçüde etkilemektedir (Massone ve arkadaşları 1996). Si miktarının artması (% 2’den 2,9’a doğru) I. aşamayı teşvik ettiği, II. aşama kinetiğini artırarak III. aşamayı geciktirdiği bildirilmektedir (Shih ve arkadaşları 1997). Ayrıca Si, karbon aktivitesini arttırmakta ve sonuçta grafitleşme teşvik edilmektedir (Morgan 1987). Aşağıdaki eşitlikte görüldüğü üzere Tγ ve Si miktarı östenit karbon içeriğini belirleyici rol oynamaktadır (Kobayashi ve Yamada 1996).

% Cγ = (Tγ /420) – 0,17 % Si – 0,95

Burada Tγ = östenitleme sıcaklığı, % Cγ = γyk’daki karbon miktarıdır. Si ayrıca ötektoid altı ferrit adacıkları oluşturmakta, martenzit ve taneler arası segregasyon oluşumunu azalmaktadır.

Cu ve Ni, tγ’nin uzamasıyla birlikte grafit kürelerine doğru harekete geçen karbon atomlarının geçişlerini güçleştirerek, C atomlarının östenit içerisinde kalmalarını sağlamaktadır (Mallia ve arkadaşları 1998). Ayrıca Cu’da sertleşebilirliği arttırmaktadır. Ni ise grafit kürelerinden matrikse C geçişini güçleştirerek östenitleme sıcaklığında artışa neden olmaktadır (Hasırcı 2000).

Mn miktarı % 0,07’den 0,74’e yükseltildiğinde 280 oC’de östemperleme sonundaki darbe dayanımında % 54’e kadar azalma gözlenmiştir (Shih ve arkadaşları 1997). Mn’ın ösferritik dönüşümü geciktirerek, dönüşmemiş östenit hacmini artırması sonucu mekanik özellikleri düşürdüğü görülmüştür. Ayrıca Mn segregasyonu C segregasyonu oluşturmaktadır. Bu nedenle ösferritik dönüşümü geciktirmesi sonucu

kalıntı östenit hacmini arttırmaktadır (Hayrynen 1998). Mo; I. aşamayı geciktirmektedir. Molibden Mn gibi segregasyon ve karbür oluşumunu teşvik ettiği için % 0,3 oranının aşılmamasına dikkat edilmelidir. Mo miktarının artması, III. aşamayı ve dönüşmemiş östenit hacmini arttırmaktadır (Hayrynen 1998, Shih ve arkadaşları 1997).