Tane Sınırı Nedir ?

Tane Sınırı

Tane sınırı, metalik malzemelerin şekillendirme mekanizmalarının açıklanmasında kilit rol oynayan bir kavramdır. Metaller çok sayıda kristal yapıdan oluşmuşlardır. Meydana geldikleri bu kristal yapılar da tanelerden ve tane sınırı denilen yapılardan oluşmaktadır.

Tane sınırı en temel anlatım ile metalik bir malzemeyi oluşturan tanelerin aralarında bulunan düzensiz yapı olarak isimlendirilmektedir. Metalik bir malzemenin mikro yapısı incelendiğinde tane ve tane sınırları rahatlıkla gözlemlenir. Çok kristalli bir yapıda her bir tane farklı yönde – rastgele yönelim göstermektedir.

Tane Sınırı Yönelmesi

                   Tane Sınırı Yönelmesi

Yukarıdaki resimden görebileceğiniz üzere, ” Grain Boundary ” denilen kısımlar tane sınırlarıdır. Mavi noktalar topluluğu ise tane kavramını ifade etmektedir. Her bir mavi nokta kafes yapılarını göstermektedir. Dolayısı ile bunları atom olarak da düşünebilirsiniz. Genel bir tanım ile yukarıdaki şekil çok kristalli bir yapıyı temsil etmektedir. Çok sayıda kristal yapı bir araya gelerek taneyi, tanelerde diğer taneler ile kesiştikleri yerde tane sınırı kavramını oluştururlar.

Tane Sınırı Oluşumu

Tane sınırı oluşumu kavramı aslında metalik malzemelerin döküm işleminden hemen sonra başlamaktadır. Döküm işlemi akabinde, katılaşma başlamaktadır. Soğuma esnasında, ergiyik metal içerisinde kristal yapı oluşumu için çekirdeklenmeler oluşmaya başlar. Bu oluşum rastgele şekilde meydana gelir. Oluşan çekirdeklenmelerin sayısı arttıkça, kristal yapılar meydana gelir ve çekirdekler büyümeye başlar. Yani katılaşan kristal yapılar oluştukça çekirdekler de rastgele yönlerde gelişim göstererek büyürler.

Meydana gelen bu büyüme süreci, ta ki tanelerin birbirleri ile kesişmesine kadar sürmektedir. Bir biri ile karşılaşan tanelerin arasında bir kararsız yüzey oluşmaktadır. İşte bu yüzey tane sınırı olarak adlandırılır. Tane sınırları bir ya da bir kaç atom genişliğinde olabilmektedir ve oluşan tanelerin büyümesi tane sınırlarında durur. Bu kavram ile bir düz mantık yapılır ise, aynı hacim içerisinde ne kadar çok tane sınırı var ise, tane boyutunun da o derece küçük olduğu ve dolayısı ile tane sayısının da o derece fazla olduğu pratik olarak bilinmektedir.

Kayma Mekanizmaları

Metalik malzemelerin tane büyüklükleri bir kaç faktöre bağlıdır. Bunlar, ergiyik metalden katılaşma esnasında, katılaşmanın başladığı noktaların sayısına, soğuma hızına ve malzeme içerisindeki alaşım elementlerinin türü ve sayısına bağımlıdır.

Oluşan tanelerin boyutu, metallerin soğuma hızı ile ters orantılı olarak düşünülebilir. Yani, eğer bir malzeme nispi olarak sıvı halden katı hale hızlı soğutuluyor ise tane boyutu da küçük olacaktır. Çünkü katılaşma hızlı oluşacak, dolayısı ile tanelerin oluşumu sıvı dökümde birden fazla yerde meydana gelerek hızlı bir büyüme gerçekleşecektir. Bu büyüme neticesinde daha fazla tane birbirleri ile karşılaşacak ve dolayısı ile daha fazla tane sınırı oluşturacaklardır.

Plastik deformasyon sırasında, metalik malzemelerin şekillendirilmesi dislokasyonlar aracılığı ile olmaktadır. Açıklayacak olursak;

Malzemenin hareketi – şekillendirilmesi esnasında, dislokasyon denilen kristal hataları taneler içerisinde hareket etmektedir. Bu hareket ne kadar rahat ve fazla olur ise, şekillendirme işlemi de o denli kolay olacaktır. Ancak; şayet bu dislokasyonlar bir tane sınırı ile karşılaşır ise hareketini tam o noktada sona erdirecektir. Çünkü, dislokasyonlar tane sınırlarını geçememektedir. Hareketini tamamlayan dislokasyonun arkasından bir diğer dislokasyon daha gelecek ve tane sınırlarında bir yığılma meydana getireceklerdir.

Buradan anlaşılacak kavramda da; eğer bir malzeme içerisinde ne kadar çok tane sınırı var ise, dislokasyonların hareketinin de o derece kısıtlanacağıdır. Yani; tane sınırlarının fazla olduğu bir metalik malzeme daha yüksek mukavemetli olacak, akma dayanımı, sertliği gibi özellikleri de daha yüksek olacaktır. Kısacası şekillendirilme için gereken kuvvet daha yüksek olacaktır. Gerçekte de Akma Dayanımı – Young Modulü kavramı, metalik ürünlerin dislokasyon hareketlerine gösterilen direnci tanımlamaktadır.

Pekleşme


Pekleşme kavramı, şekillendirilme işlemine tabi tutulan malzemenin belli bir şekillendirilme kademesinden sonra, artık daha fazla şekil alamayacağı anlamına gelir. Çünkü dislokasyonlar tane sınırlarından diğer tanelere geçememekte ve hareket edememektedir. Arkadan gelen ve hareketini devam ettirmek isteyen dislokasyonlar da yığılma miktarını arttırmaktadır.

Bunun önüne geçilebilmesi için, pekleşen ürünlere tavlama işlemi yapılmaktadır. Yeniden Kristalleşme yazımızda bu konu hakkında detaylı bilgi verilmektedir. Yeniden kristalleşme sonucunda, şekillendirme esnasında bozulan ve uzayan tanelerin, tekrar bir miktar da olsa eski hallerine dönmeleri sağlanmaktadır.

Yeniden kristalleşen ve yeni taneler meydana getiren malzeme ise, tekrar şekillenebilme kabiliyeti kazanırlar.

 

 

 

 

 

Yorum Yaz