2.2. PASLANMAZ ÇELİKLERİN FAZ DİYAGRAMLARI
Paslanmaz çelikler krom ve nikelin yanında diğer alaşım elementlerini de içerir. Bunlar genellikle ostenit yapıcı olan Ni, Mn, C, N, Co ve Cu ile ferrit yapıcı olan Cr, Mo, Si, Nb, V, W, Ti, Ta ve Al gibi elementlerdir (Srivastava, 1982; Fuarte and Kerr, 1992; Campbell, 1992; Varol et al., 1992; Woollin, 1994).
Krom, hacim merkezli kübik kristal yapıya (HMK) sahip bir metaldir ve demire ilave edildiği zaman demirin hacim merkezli yapısını dengelemeye yönelir. Yüzey merkezli kübik kristal yapılı (YMK) ostenit alanı kapalı bir halka oluşturur. %14′ den daha fazla krom içeren bir Fe-Cr alaşımı ergime aralığına kadarki sıcaklıklarda ferritiktir. Bununla birlikte %11′ den daha az Cr içeren alaşımlar “gama halkası” içindeki sıcaklıklarda ostenitiktir (Fuarte and Kerr, 1992; Abington Publishing, 1994). Oda sıcaklığında Fe-Cr alaşımları yaklaşık %20 kroma kadar ferritik yapıya sahiptir. Bu noktada sigma olarak adlandırılan faz görünmeye başlar. Sigma fazı %50 Fe ve %50 Cr bileşimine sahip olup sert ve kırılgandır. Bu arzu edilmeyen bir fazdır, korozyon direncini azaltır ve mekanik özellikleri düşürür (Budinski, 1999). Şekil 2.3′ de Fe-Cr denge diyagramı gösterilmektedir.
Şekil 2.3′ den de görüleceği gibi ferritik alaşımların sadece Fe-Cr alaşımları oda sıcaklığından ergime sıcaklığına kadar ferritik olacaktır. Diğer elementlerin varlığı faz diyagramlarının şeklini değiştirir. C ve Mn gibi bazı elementler osteniti dengelemeye eğilimlidir, böylece Şekil 2.4′ de görüleceği gibi gama halkası genişlemektedir (Abington Publishing, 1994).
Nikel yüzey merkezli kubik kristal (YMK) bir metaldir ve demir içinde eridiği zaman YMK ostenitik yapıyı dengelemeye yönelir. Normalde saf demirde ostenit sadece 910ºC’ nin üzerinde kararlıdır (Abington Publishing, 1994). Günümüzde kullanılan Fe-Ni denge diyagramı genel olarak 450ºC’ nin üzerindeki sıcaklıklar için geçerli olarak kabul edilmektedir. Nikelin alfa (α) demiri içindeki çözünebilirliği 400-500ºC arasında maksimum değere erişmektedir (Tülbentçi ve Kaluç, 1995). Şekil 2.5′ de Fe-Ni faz diyagramı görülmektedir.
Faz denge diyagramından çok yüksek nikel içeriklerinin oda sıcaklığı altında tamamen ostenitik yapıda kalmak için gerekli olduğu görülebilir. Fakat bu pratikte görülmez. Bir Fe-Ni alaşımı %28 üzerindeki Ni içerikleriyle oda sıcaklığında ostenitiktir. Nikelin osteniti kararlaştırıcı etkisi Mn gibi diğer elementlerle artırılabilir (Abington Publishing, 1994).
18-8 olarak adlandırılan paslanmaz çelik sadece %8 Ni bulunmasıyla ostenitiktir. Bu nedenle ostenitik paslanmaz çelikleri tanımak için Fe-Cr-Ni üçlü diyagramını ele almak gerekir (Şekil 2.6) (Ceyhun, 1992).
Yeterli nikel, ergime sıcaklığına kadar ki bütün sıcaklıklar için osteniti kararlı yapmasına rağmen çoğu alaşım bundan daha az nikel içerir ve özellikle yüksek sıcaklıklarda en azından kısmen de olsa ferritiktir. Ferritin varlığı ostenitik türlerde sıcak veya katılaşma çatlağını önlemeye yardım eder (Fuarte and Kerr, 1992).
Fe-Cr-Ni üçlü diyagramında %18-8 Cr-Ni’ li çeliği incelediğimizde kromun yanı sıra %8-10 nikel içeren çeliğin ancak 800-1200ºC arasındaki bir sıcaklıktan su verildiğinde oda sıcaklığında ostenitik kalabilecektir. Ancak uygulamada bu çeliğin gerek yüksek sıcaklıklarda ve gerekse de oda sıcaklığında tamamen ostenitik bir yapıda olduğunu biliyoruz. Zira C ve N’ nin osteniti dengelemesi göz önüne alınmadığından bu şaşırtıcı sonuç ile karşılaşılmaktadır. Fe-Cr-Ni üçlü diyagramına bakıldığında oldukça önemli bir oluşum bölgesine sahip olan s (sigma) fazı çok yavaş bir hızla oluştuğundan bu sıcaklıklarda kullanılan paslanmaz çeliklerin özelliklerinin belirlenmesinde etkin bir faktör olarak göz önüne alınmaz. Örnekten de görüldüğü gibi Fe-Cr-Ni denge diyagramının ve dolayısı ile paslanmaz çeliklerin özelliklerine az miktarda dahi katılan alaşım elementlerinin etkileri çok şiddetlidir (Tülbentçi ve Kaluç, 1995).
kaynak: orhan baylan yüksek lisans tezi
