Malzeme bilimi denildiğinde akla gelen ilk şeylerden biri faz diyagramları özellikle de demir-çelik denge diyagramı oluyor. Sadece malzeme bilimi değil; termodinamik, fizikokimya gibi alanlarda da oldukça kullanılıyor.
Faz diyagramları, denge durumunda olan ve birbirinden farklı fazların, oluşumlarını ve oluşum koşullarını gösterirler. Bu diyagramları inceleyerek bileşim değişimlerini gözlemlemek mümkündür. Diyagramların varlığı; belli bir malzeme sisteminde sıcaklık ve bileşim parametrelerine bağlı olarak oluşacak ya da oluşan fazları, türlerini, bileşimlerini, miktarlarını ve iç yapılarını bize gösterir.
Bir cisim bağ kuvvetleri ile birlikte en düşük enerjili denge konumunda bulunan mevcut atom grubundan oluşmaktadır. Mevcut koşulların değişmesi durumunda dengenin bozulması kaçınılmaz olacaktır ve bunun sonucunda atomlar daha düşük enerjili bir konuma geçme eğilimi gösterecektir. Farklı bir dizilim oluşacaktır böylece yeni bir fazın oluşumu gözlenecektir.
Fazların oluşum ve dönüşümünde başlıca etken enerjidir. Üç ana etkenin varlığından bahsedebiliriz: sıcaklık, basınç, bileşim.
Malzeme biliminde faz; fiziksel ve kimyasal özelliklerin değişiklik göstermediği, homojen yapılar olarak tanımlanabilir. İki faz arasında faz sınırı olarak adlandırılan bir sınırın varlığından söz edilebilir.
Faz diyagramlarını tam olarak kavrayabilmek için oluşabilecek reaksiyonları sıralamak yararlı olabilir.
Ötektik Reaksiyon: Birbirini sınırlı oranda ergiten bazı sistemlerin belirli bir bileşimdeki alaşımları sabit sıcaklıkta katılaşır ve ötektik reaksiyon sonucu sıvı faz aynı anda iki ayrı katı faza dönüşür. Oluşacak yapı çok ince ve sık tabakalıdır. Bu da üstün mekanik özelliklerinin elde edilmesi konusunda oldukça önemlidir.
Peritektik Reaksiyon: Katılaşma süresinde bir arada bulunan sıvı fazla katı fazın sabit sıcaklıkta başka bir katı faza dönüşmesine peritektik reaksiyon denir.
Ötektoid Reaksiyon: Bir katı faz sabit sıcaklıkta aynı anda iki ayrı katı faza dönüşür.
Peritektoid Reaksiyon: İki katı faz sabit sıcaklıkta diğer bir katı faza dönüşür.
Denge diyagramları; malzemelerin üretilmesinde, iç yapılarının incelenmesinde, kararlılık gösteren bölgelerin saptamasında ve uygulanacak olan ısıl işlemlerin belirlenmesinde kullanılmaktadır.
Ezgi AKSU
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği (YL)
Eskişehir Teknik Üniversitesi