LİTERATÜR BİLGİSİ
Çift fazlı çelik kavramı, 1937 yılında Grabe’nin, yeni bir yatak malzemesinin üretimi için % 0,25 karbonlu bir çeliği kritik sıcaklıklar arasındaki bölgeden soğutması sonucunda çift fazlı yapıyı elde etmesi ve patent almasıyla tanınmıştır. Grabe’nin ardından Herres ve Lorig, çift fazlı çelik üretimini kısmi östenitleştirme işlemi olarak nitelemiş bu işlemin yüksek alaşımlı östenit adalarının oluşumuna ve ardından martenzit oluşumuna yol açtığını 1947 yılında söylemişlerdir.
1960’larda ise Davies tarafından yapılan kalay kaplamalarda çift fazlı şerit yapının geliştirilmesi bu alandaki ilk ciddi çalışmalardan sayılmaktadır. 1970’lere kadar çok az sayıda araştırmacının ilgisini çeken çift fazlı çelikler, bu yıldan sonra özellikle yaşanan ekonomik darboğazların ardından bilim adamlarının otomotiv endüstrisine sunduğu alternatif çözümler olarak üzerinde etraflıca çalışılan bir alan olmuştur. Tekerlek jantı, koltuk çerçevesi, tampon, kapı panelleri, şasi gibi presle biçimlendirilen otomobil parçaları ve bazı bağlantı elemanları yapımında kullanılan çift fazlı çelikler, 1980 yılından sonra ticari olarak büyük tonajlarda üretilmeye başlanmıştır.
Günümüzde ticari olarak çift fazlı çelik üreten ülkeler üretimlerini genellikle sürekli tavlama hatlarında yapmaktadırlar. Çift fazlı çelik yapısı esas olarak, söz konusu çeliklerin Fe-Fe3C faz diyagramında A1-A3 sıcaklık aralığında (ferrit-östenit bölgesinden) herhangi bir sıcaklığa kadar ısıtılıp, bir süre tutulup östenitin martenzite dönüşebileceği hızlarda soğutulmasıyla üretilirler.
Kısaca çift faz oluşumunda;
Ötektoid altı çelikler demir karbon denge diyagramında A1 ve A3 arasındaki bölgeye kadar ısıtıldığında yapıda ferrit ve östenit fazları oluşur. Bu şekilde belirli bir süre bekletildikten sonra suda ani soğutulursa östenit martenzite dönüşür böylece ferrit ve martenzit fazlarından oluşan bir mikro yapı elde edilir.
YAPILAN ISIL İŞLEMİN KISA ÖZETİ


V-AL MİKRO ALAŞIM ÇELİĞİ KİMYASAL BİRLEŞENLER (%)


C
|Sİ||Mn||P||S||V||AL||Tİ|
|0,28||0,3||1,43||0,014||0,009||0,08||0,025|| |
–
Çift fazlı çelikler bileşim bakımından sade karbonlu çeliklere benzer. Çift fazlı mikroyapı uygulanan ısıl işlemlerle elde edilir. Çift fazlı çelikler sünek bir ferrit (α)yapı içinde odacıklar biçiminde dağılmış % 10-20 dolayında martenzit (m) fazı içeren çeliklerdir. Çift fazlı çelikler üstün özelliklerini; martenzitin yüksek mukavemete, ferritin iyi bir sünekliğe sahip olmasından almaktadır. Ötektoid altı çelikler demir-karbon denge diyagramında A1 ve A3 arasındaki bölgeye kadar ısıtıldığında yapıda ferrit ve östenit (γ) fazları oluşur.
Bu bölgede belli bir süre bekletildikten sonra suda ani olarak soğutulursa östenit martenzite dönüşür (Şekil 1a). Böylece ferrit ve martenzit fazlarından oluşan bir mikroyapı elde edilir. Bu IDP (Intercritical Dual-Phase) metodudur. Diğer bir metod ADP (Austenite Dual-Phase) metodudur. Burada malzeme östenit oluşturmak için A3 ün biraz üzerine kadar ısıtılıp belli bir süre beklendikten sonra kademeli olarak soğutulur. Birinci basamakta A1-A3 arasına soğutularak ve belli bir süre beklenilerek yapıda ferrit oluşturulur. Daha sonra hızlı bir soğumayla östenit martenzite dönüştürülür. (Şekil 1b) ADP ve IDP numuneleri arasındaki fark sadece martenzit morfolojisi farklılığından ibarettir. Martenzit fazının bu değişik oluşum şekli, farklı şekilde ısıl işlem yapılan malzemelerin mekanik özelliklerini etkilemektedir.
PERLİTİK YAPI ELDESİ
Ötektoid bileşime sahip çeliğin östenit bölgesinden yavaş soğutulması sırasında 723 ̊C sıcaklıkta meydana gelen ötektoid dönüşüm sonucunda oluşan bir yapıdır. Perlit, ferrit ve sementit lamellerinden oluşur ve oluşan bu karışımın yaklaşık olarak % 12’si sementit %88’i ise ferrittir.
Perlit oluşumu östenit tane sınırlarında veya östenit tanelerinin içerisindeki diğer düzensiz bölgelerde başlar. Bu proses Hillert tarafından ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Hillert yapmış olduğu çalışmalarda perlit teşekkülünün ya ferrit, ya da sementit üzerinde başladığını ve perlitin büyümesinde dallanma şeklinde ilerlediğini belirlemiştir. Östenitten ince sementit plakalarının kenarlarının karbonca fakirleşmesine neden olduğundan sementit ve ferrit plakaları yan yana pozisyonda büyür.
NUMUNENİN ISIL İŞLEME TABİ TUTULMASI
Hazırlanan numune ısıl işlem fırınına uygun pozisyonda yerleştirilir. Çift fazlı yapıda martenzitik yapıyı oluşturmak için gerekli olan A1 – A3 arasındaki bölgeye çıkılması gerekmektedir. Bu nedenle; numunemizin ısıl işlemi için gerekli östenitleştirme sıcaklığı olan 800°’ye çıkartıldı. Bu sıcaklıkta fırın içerisinde 1 saat boyunca bekletildi.
Hazırlanan numune ısıl işleme tabi tutulmasının ardından gerekli mikro yapıyı oluşturabilmemiz için durgun suda aniden soğutuldu.
UYGULANAN ISIL İŞLEMLER
ZIMPARALAMA
İlk etapta ısıl işlemden sonra soğutma işleminden kaynaklı oluşan oksitli yüzeyi temizlemek için başlangıçta 100’lük zımpara ile aynı yönde zımparalama işlemi uygulandı. Bu işlemin ardından numune 90° döndürülüp 320’lik zımpara ile yüzey çizgileri aynı doğrultuda olana kadar bu işleme devam edildi. Numune tekrardan 90° döndürülerek 600’lük zımpara ile çizgiler aynı yönde olana kadar zımparalandı. Bütün bunlar uygulandıktan sonra 800 – 1000 – 1200 – 2000 zımparaları ile aynı işlem tekrar edildi. Bu işlemlerin sonucunda parlatma öncesi gerekli yüzey elde edildi.
YÜZEY PARLATMA
Zımparalama işleminin ardından elde edilen yüzey metapol cihazında keçe ve alümina yardımı ile zımparalama sonrası yüzeyde oluşan pürüzlülükleri gidermek ve mikro yapıyı görebilmek için parlatma işlemi uygulandı. Parlatma işleminden sonra dağlama için sabunla yıkanıp ardından oksitlenmemesi için alkol ile temizlendi.
DAĞLAMA
Mikroskop altında mikro yapı almak için elde edilen yüzey 3 saniye asit içerisinde bekletilerek dağlandı. Dağlama işlemi sonrasında numuneyi asidin etkisinden çıkarmak için tekrar alkol ile temizlendi. Numune mikro yapı görüntüsü almaya hazır hale geldi
MİKRO YAPI
Çift fazlı çeliklerin yapısında görülmesi beklenen fazlar ferrit ve martenzittir. Numune A1 ve A3 arasındaki bölgeye kadar ısıtıldığından dolayı yapıda ferrit ve östenit fazları oluşur. Bu şekilde belirli bir süre bekletildikten sonra suda ani soğutulursa östenit martenzite dönüşür böylece ferrit ve martenzit fazlarından oluşan bir mikro yapı elde edilir.
10 µm yakınlığında alınan görüntüde koyu ve iğne şeklinde görülen kısımlar martenzit fazıdır.
Bu faz kritik soğuma hızına eşit veya daha fazla, hızlı soğutma işlemlerinde oluşur. Sementit fazından sonra en sert fazdır. Beyaz olarak görünen kısımlar ise kalıntı östenit fazıdır.