Alaşım Yapıları ve Özellikleri | |
II. ALAŞIM YAPILARI VE ÖZELLİKLERİ
GİRİŞ
Metalik malzemeler genelde alaşım şeklinde kullanılırlar. Alaşımlama, farklı özelliklere sahip elementlerin bir araya getirilmesiyle, üstün özelliklerin optimum şekilde tek bir malzemede toplanması için uygulanan bir işlemdir. En az biri metal olmak şartıyla iki veya daha çok metal veya metalloidin bir araya getirilmesi sonucu elde edilen metalik karakterdeki yeni malzemelere alaşım denir.
Alaşım sistemi, farklı element atomlarının, mümkün olan bütün oranlarda karıştırılması sonucu oluşan bütün alaşımları içerir. Eğer sistem iki element içeriyorsa ikili alaşım, üç element içeriyorsa üçlü alaşım olarak isimlendirilir. Yaygın olarak bilinen 45 metalik element 990 ikili, 14000 üçlü alaşım sistemi yapabilir. Her bir alaşım sistemi bir birinden farklı bir çok alaşım meydana getirir ve %1'den başlayıp %100'e kadar farklı oranlarda element içererek farklı alaşımlar yapabilir. Ticari alaşımlar çoğu zaman bir çok farklı element atomunu birlikte içerirler ve kaç adet alaşım olduğu bilinememektedir. Alaşımlar genellikle yapılarına ve faz diyagramlarına bağlı olarak sınıflandırılabilir.
Bir B metali, bir A metaline alaşım yapacak şekilde ilave edildiği zaman, ilave edilen elementin miktarına ve alaşımın bulunduğu sıcaklığa bağlı olarak, bir çok yapı ve atomik düzen ortaya çıkabilir. Ancak, bu elementlerden çok azı tamamıyla bir katı çözelti yapacak şekilde davranır. Cu-Ni sistemi bu duruma genel bir örnektir (Şekil 2.1.a). Genel olarak, ikinci element katı çözelti yapmak için belirli oranlarda ilave edilir ve bu durumda Cu-Zn sisteminde olduğu gibi, ana metalle benzer kristal yapısında birincil katı çözelti oluşturur(a princi) (ªekil 2.2). Ýkinci elementin daha yüksek konsantrasyonlarýnda ilave edilmesi durumunda, ana fazýn kristal sisteminden farklý olan yeni fazlar oluºur. Bu duruma diðer bir örnek olarak Fe-C alaºým sisteminde sementit(Fe3C)'in oluşması verilebilir. Eğer bileşenler yüksek konsantrasyon değerlerine çıkarılırsa veya homojenite değeri düşük olursa, ikincil katı çözeltiler veya metallerarası bileşikler olarak isimlendirilen yeni yapıları ortaya çıkarırlar.
BİRİNCİL YER ALAN KATI ERİYİKLER
Kıymetli metallerde çeşitli çözünen elementlerin çözünebilirlik değerlerinin araştırılmasının bir sonucu olarak bakır(Cu), gümüş(Ag) ve altın(Au)' ın birincil katı çözelti oluşturdukları çeşitli kurallarla formüle edilmiştir.
Katı eriyikler ikinci elementin atomlarının ana kafes içerisindeki yerleşim konumlarına göre;
i-Yer alan katı eriyikler,
ii-Ara yer katı eriyikleri olaçak şekilde iki farklı yapı gösterebilirler.
Katı eriyiklerde sadece iki element atomunun değil, bazen 3, 4, 5, ...... element atomunun ara yer veya yer alan şeklinde yerleşmeleri de söz konusu olmaktadır. Örnek olarak, ostenitik mangan çeliklerinde Fe, Mn ve C atomları birlikte bulunur. Demir burada ana alaşım elementi, Mn yer alan ve C ara yer elementi olarak üçlü bir alaşım sistemi oluşturmuşlardır.
Alaşım sistemlerinde atomların kafes sisteminin konumlarını rastgele doldurdukları yapılara düzensiz katı eriyikler denir. Bazı hallerde ise alaşım elementinin atomları düzenli olarak yerleşirler ve kafesin belirli bölgelerinde yerleşim gösterirler. Bu durumda oluşan yapıya düzenli katı eriyik denir ve tekrar eden her bir birim kafese de süper kafes denir. Düzenli yapının oluşumu, rastgele dağılım gösteren atomların yüksek sıcaklıklardan yavaş soğutulması veya düşük sıcaklıkta tavlanması sırasında atomik düzenlenmelerle gerçekleşir.
Katı eriyik oluşumunda etkili olan faktörler Hume-Rothery kuralları olarak bilinir. Bu kurallar sırası ile;
i. Kafes sisteminin etkisi: İki elementin yüksek konsantrasyonlarda katı çözelti oluşturabilmesi için kafes sisteminin aynı veya benzer olması gerekir. Tam bir katı çözelti (%100 çözünmüş ) oluşturmak için kafes sistemlerinin aynı olması şarttır.
ii. Atomik boyut faktörü: Eğer çözünen atomun çapı çözen atomun çapından % 15'den daha fazla farklı ise birincil katı çözeltinin oluşabilmesi zordur. Buradan da söylenebileceği gibi, boyut faktörü çözünebilirlik için çok önemli bir faktördür.
iii. Elektrokimyasal etki: Alaşım sistemlerinde elementlerden biri yüksek elektropozitif, diğeri yüksek elekronegitif ise, katı çözelti yapmaktan çok bileşik yapma eğilimi artar.
iv. Relatif valans etkisi: Yüksek valanslı bir metal, düşük valanslı bir metal içinde çok daha fazla çözünebilir.
|