Martensite Faz Dönüşümlerinin Yapısal ve Kristalografik Özellikleri

Austenite-martensite faz dönüĢümlerinin difüzyonsuz olması sebebiyle dönüĢümden sonra kristalografik olarak bir çok değiĢik oluĢum meydana gelir. DönüĢüm koĢullarına bağlı olarak, özellikle Fe bazlı alaĢımlarda oluĢan martensite kristalleri çok geniĢ yapısal çeĢitlilik gösterirler. Yapısal ve kristalografik açıdan yalnızca Fe bazlı alaĢımlarda bile oluĢum mekanizmasını genel modeller ile açıklamak henüz baĢarılamamıĢtır [2,84,96].

Martensitik faz dönüĢümünde atomlar, komĢuluklarını koruyarak yer değiĢtirirken, kristalografik olarak tüm yapı, bir yapıdan baĢka bir yapıya geçer. Yapının değiĢmesi ile austenite-martensite yapılar arasında kristalografik dönme bağıntısı (orientation relationship) ortaya çıkar.

Martensite faz dönüĢümlerinin kristalografik özellikleri üzerine yapılan çalıĢmalarda iki kristalografik yapı arasında sınır özelliği taĢıyan, bozulmamıĢ ve dönmemiĢ olan düzlem alışım düzlemi (habit plane) olarak isimlendirilir.

ġekil 2.14‟ de austenite ve martensite yapılar arasındaki alıĢım düzlemi görülmektedir. DönüĢümden sonra meydana gelen makroskobik değiĢme kristalin dıĢ yüzeyinden de kolayca gözlenebilir [6,84,96].

40

Şekil 2.14. Austenite kristalinde ortaya çıkan martensite alıĢım düzlemi

Martensitik faz dönüĢümleri bir kristalografik yapıdan diğerine dönüĢme Ģeklinde gerçekleĢir, genelde f.c.c. yapıdan b.c.c. veya h.c.p. yapıya ya da b.c.c. yapıdan h.c.p. yapıya dönüĢme Ģeklindedir. Bu dönüĢümlerden en çok bilinen genelde Fe bazlı alaĢımlarda görülen f.c.c. yapıdan b.c.c. yapıya dönüĢme Ģeklinde olup, bu tür bir dönüĢme kristalografik olarak kesme (shear) mekanizması ile gerçekleĢir. Yani dönüĢme sonucunda ana ve ürün kristal yapıların bazı düzlem ve doğrultuları arasında belirli açılar gözlenir ve iliĢki kristalografik dönme bağıntısının ortaya çıkmasına sebep olur [6,63-65].

2.1.2.3.1. F.c.c. – B.c.c. Faz Dönüşümü

ġekil 2.15‟ de verilen f.c.c. ve b.c.c. birim hücreleri göz önüne alınarak kesme mekanizmalarını açıklayabilmek için, f.c.c. yapıdan b.c.c. yapıya dönüĢümün mekanizması düĢünülür. Yapılar arasındaki dönme bağıntılarını görmek için

41

de bu yapıların örgü uyumlarını görmek yeterlidir. Bu yapılar arasındaki kristalografik dönme bağıntıları dikkate alındığında, bir yapıdan diğer yapıya dönüĢüm, yapıların birim örgü hücresindeki atomların küçük yer değiĢtirmeleri ile gerçekleĢir.

Şekil 2.15. a) f.c.c. kristal yapı, b) b.c.c. kristal yapı

Fe-C alaĢımlarında, Kurdjumov ve Sachs (K-S) tarafından önerilen dönme bağıntısı

(111)_ // (011)_ , [ ̅01]_ // [ ̅ ̅1]_

Ģeklinde yazılır. Ġki örgü arasındaki paralel doğrultular aynı zamanda Burgers vektörüne paraleldir. Fe-Ni alaĢımlarında iki yapı arasındaki iliĢki

(111) // (011) , [ ̅ ̅2]_ // [0 ̅1]_

42

Ģeklinde verilir. Bu yönelim iliĢkisi, Nishiyama (N) yönelim iliĢkisi olarak bilinir [6]. N iliĢkisinde (111) düzlemi en az dört düzlemden birisine paralellik gösterir. Belirtilen bu yönelim iliĢkileri alaĢımın kompozisyonu ile değiĢir.

Şekil 2.16. (111)_ düzlemindeki kesme doğrultuları a) N iliĢkisi, b) K-S iliĢkisi [97].

ġekil 2.16.a' da gösterildiği gibi bir düzlemde en az üç doğrultu seçilebilir.

Böylelikle  kristal yapısı  kristal yapısı içinde 12 farklı yönelime sahip olabilir [6,97]. K-S iliĢkisinde ise dört çeĢit düzlem kıyaslanabilir. Fakat bir (111) düzleminde eĢdeğer altı kayma doğrultusu yer alır ve ġekil 2.16.b' de gösterildiği gibidir. OluĢan bu üç çift kayma doğrultularında, çiftleri oluĢturan kayma doğrultuları birbirlerine zıttır.

43

Şekil 2.17. Kurdjumov-Sachs ve Nishiyama‟nın ileri sürdükleri →

dönüĢümlerinde kesme mekanizmaları arasındaki iliĢki [6]

ġekil 2.17' de gösterildiği gibi K-S iliĢkilerinde 24 değiĢik durum vardır,  yapıdan elde edilen K-S yönelimleri N bağıntısından elde edilen yönelimlerden sadece 5.16° farklıdır [6,58].

44

2.1.2.3.2. B.c.c. – H.c.p. Faz Dönüşümü

Genellikle bu tür martensitik dönüĢüm Li, Ti, Zr, Hf metal ve alaĢımlarında görülür, ilk kez Zr metalinde gözlenmiĢtir.

Şekil 2.18. Burgers tarafından önerilmiĢ olan b.c.c.→h.c.p. dönüĢümünde kesme mekanizması [6].

Bu dönüĢümü açıklamak için Burgers tarafından verilen model geçerlidir.

Burgers tarafından önerilen kristalografik modele göre b.c.c. yapıdan h.c.p.

yapıya dönüĢüm iki adımdan oluĢmaktadır (ġekil 2.18). Birinci adımda b.c.c.

45

F.c.c.→h.c.p. türü martensite ( martensite) faz dönüĢümü; ana faz austenite yapı içindeki sıkı paket düzlemlerinin yerleĢimi ile yakından iliĢkilidir.

DönüĢümü daha kolay açıklayabilmek için f.c.c. ve h.c.p. yapılar arasındaki tabakasındaki atomlar A tabakasındaki atomlar ile özdeĢtir. Böylece f.c.c.

yapıda kristalleĢen bir kristal için yapının {111} düzlemlerinin tabaka sıralanıĢının ABCABC... Ģeklinde olduğu görülür. F.c.c. hücresinin <111>

doğrultusu, h.c.p. hücresinin <0001> doğrultusuna paralel olacak Ģekilde, f.c.c. ve h.c.p. yapılarının gösterimi ġekil 2.19' da verilmiĢtir. Hekzagonal sıkı paketlenmiĢ bir metalde ikinci tabaka üzerindeki atomlar, birinci tabakadaki boĢlukların üzerinde ve üçüncü tabakadaki atomlar ise birinci tabakadaki atomların üzerindedir.

46

Şekil 2.19. a) f.c.c. yapının <111>f.c.c. doğrultusunun, b) h.c.p. yapının

<0001>h.c.p. doğrultusuna paralel olacak Ģekilde gösterimi

Hekzagonal bir yapıda ardıĢık tabakaların yığılım sırası ACACAC... Ģeklinde gösterilir, f.c.c. ve h.c.p. yapıların her ikisi de sıkı paketlenmiĢ yapı olup aralarındaki tek fark tabakaların yığılma sırasıdır. ġekil 2.20 ve ġekil 2.21' de h.c.p. ve sıkı paketlenmiĢ f.c.c. yapılarda atomların yığılım sırası Ģematik olarak kürelerle gösterilmiĢtir.

47

Şekil 2.20. h.c.p. kristal yapının kürelerle Ģematik gösterimi

Şekil 2.21. Sıkı paketlenmiĢ f.c.c. kristal yapının kürelerle Ģematik gösterimi

48

Ġlk olarak  türü martensite, Kobalt metalinin yüksek sıcaklıklarda f.c.c.

yapıdan yavaĢ soğutma ile h.c.p. yapıya dönüĢümü sırasında gözlenmiĢtir [1],  türü martensite ile austenite yapı olan f.c.c. arasındaki yönelim iliĢkisi

(111)f.c.c. // (0001)h.c.p. , [11 ̅]f.c.c. // [1 ̅00]h.c.p. veya [1 ̅0]f.c.c. // [11 ̅0]h.c.p.

olarak verilir ve bu yönelim iliĢkisi Shoji-Nishiyama (S-N) iliĢkisi olarak isimlendirilir.

Şekil 2.22. a-b) f.c.c.→h.c.p. dönüĢüm mekanizması, c) f.c.c.→h.c.p.

dönüĢümünde üç çeĢit kesme doğrultusu [6,58].

49

ġekil 2.22' de iki fazında atomik yer değiĢtirmeleri [1 ̅0] ve [11 ̅0]

doğrultularında gösterilmiĢtir. Bu Ģekilde kapalı ve açık dairelerin atomik düzlemdeki yerleĢimleri gösterilmiĢtir. ġekil 2.22' den de görülebileceği gibi birbirini izleyen f.c.c. yapıdan h.c.p. martensite yapıya dönüĢüm sırasında (111) f.c.c. düzlemi ile bitiĢik olan iki düzlem [11 ̅]f.c.c. doğrultusunda a / √ (a, f.c.c. örgü parametresi) kadar yer değiĢtirmiĢtir. F.c.c. örgüsündeki bu kesme miktarı 19.5° dir [58,98,99].