7/27/2019 fiziksel metalurji-1
1/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 1
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
BLM-IFAZLARIN VE FAZ NMLERNN
TERMODNAM
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
2/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 2
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
I : FAZLARIN VE FAZ DNMLERNNTERMODNAM
Fiziksel Metalurjide Termodinamik = Alamn denge durumu
TermodinamiktenFaydalanma
Bir alaIm hangi artlarda retilir Kullanmda kararl kalr m? Kullanmda (evresel art, atmosfer) Reaksiyon
olur mu?
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
3/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 3
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Homojen fiziksel ve kimyasal zelliklere sahip madde Scakla
bal (Kat, sv ve gaz), Amorf metal, kat eriyik, kat bileikler.
Faz
(Makroskobik boyut)
Temel Tanmlar
Bileenler tarafndan oluturulan bir btn madde.
Cu-Zn sistemi, Fe-C sistemi
Sistem
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
4/28Prof. Dr. Hatem AKBULUT 4
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Bileen (komponent): Sistemi oluturan, kimyasalbileik(Ti-Al sisteminde Ti3Al, Al-Cu
sisteminde Al2Cu)
Bir bileenli sistemlerde; metalde kat halde deiik
scaklklarda deiik kristal yaplar bulunabilir
Bir bileenli sistemler:Metalik Cu (Kat, Sv ve Gaz fazlar) durumda da (kat, sv ve gaz) ayr
homojen ve fiziksel zellikler.
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
5/28Prof. Dr. Hatem AKBULUT 5
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Kararl Sc.Aral (C)
Bulunduuhal
Faz Gsterilii
2740 ve st Gaz Gaz Gaz
1539 - 2740 Sv Sv Sv
1400 - 1539 Kat H.M.K (delta)910 - 1400 Kat Y.M.K (gama)
910 ve alt Kat H.M.K (alfa)
Tablo . Saf demirin kat hal fazlar
(polimorfizm veya allotropi) : rnek: Sn, Ti, FeSeramik malzemelerin hemen hepsinde (ZrO
2, SiO
2ve Al
2O
3)
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
6/28Prof. Dr. Hatem AKBULUT 6
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
ok bileenli sistemler (Alamlar):
kili sistemler (binary),l sistemler (ternary)
Saf Cu ve Ni tek balarna bir bileenli sistemlerCu-Ni iki bileenli sistem, Fe-C
Mhendislik malzemeleri ok bileenli (Piston alamlar,yksek hz elikleri vs.)
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
7/28Prof. Dr. Hatem AKBULUT 7
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Alamlar = Kat eryikler
Terminal kat eriyik(zelti bileenlerinkristal yapsnda)zellii zen kontrol eder
ok bileenli sistemler = Ala
mlar
Ara faz zeltileri (intermediate)(zelti bileenlerden farklkristal yapda). zellii zen veznen kontrol etmez
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
8/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 8
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Faz Karmlarnn Fiziksel Doas
ki faz birbirinden ayrma, Su stnde yzen ya (Su srekli faz,
ya sreksiz faz. Su ya evreledii iin)
Srekli faz = kendisi ile srekli temasta olan(rnek: Al alamnda TiC partiklleri, elikte WC ve MoC karbrler)
Alamlarda nemli olan ikinci faz zellikleri;Miktar, kompozisyonu, geometrisi, boyutu
(Oluan kar
m
n termodinamiksel dengesini etkilerler) kinci fazn boyutu incelirse sistemin enerjisi artar (Yzey artar) kinci faz kresel geometriye yaklarsa dk enerji
(Yksek karbonlu eliklerde sementit kreselleirse tokluk artar)
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
9/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 9
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Fazlar
n Termodinamii
Termodinamik
Deikenler
Scaklk (T)
Basn (P)
Hacim (V)
Entalpi (H)
Entropi (S),
SerbestEnerji (G)
Faz Dnm = Bir veyafazla saydaki fazn yenifaz veya faz karmlarna
dnm1. Faz 2. Faz
G1.Faz > G2.Faz (Fazdnm olur)
Serbest enerjinin azalmasgerekir.
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
10/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 10
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
G= Serbest ener (kal/mol.), H= Entalpi (kal/mol.),T= Scaklk (K) S= Entropi (kal/mol K)
Entalpi = Bir sistemin s ieriinin bir lm;
E = sistemin i enerjisi, P = basn V = hacimdir.Sistemin i enerjisi = Atomlarn kinetik ve potansiyel
enerjilerinin toplam
(1.1)
(1.2)
TSHG =
PV+E=H
Gibbs Serbest Enerjisi (G)
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
11/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Atomlarn KinetikEnerjisi
Atomtitreimi
Atomlarnarpmas
Atomlardnmesi
Dier atom hareketleri(srama, izotop vs.)
Potansiyel enerji = atomlar aras balar
Faz dnmnde absorbe edilen veya ortaya kan s;
enerji deiimi
Dnm sonucu ortaya ikan hacim deiklii
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
12/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 12
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Sabit bas
nta sistemin absorbe ettii, ortaya
kard
s
=entalpi (H) deiimi
Fiziksel metalurjide (youn maddeler) (kat, sv)Youn maddelerde PV terimi E' ye oranla ok kk, hmaledilebilir.
Entropi (S) sistem dzensizliinin bir ls.
Denge = En kararl durum
Termodinamik (Fiziksel metalurji)(Sabit basn ve scaklkta denge iin Gibss serbest enerjisien dk olmal)
H=E (1.3)
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
13/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 13
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
0dG =
En yksek kararllkdurumu;
a)Dk entalpi, b)Yksek entropi deerlerikombinasyonu
ekil. Serbest enerji ve atom dzeni ilikisi.
(1.4)
dG = 0
A
B
dG = 0
Atomlarn Dzeni
S
erbestEnerji
Matematiksel olarak en kararl durum
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
14/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
B konumunda Gibbs serbest enerjisi en dk Enkararl denge durumu
A noktas da blgesel minimum Yar kararl denge
(metastable equilibrium)
Malzeme serbest enerjini minimuma indirmeye alr
Oda scaklnda Elmas grafite dnrElmas A konumunda iseGrafit B konumunda ise A B
(1.5)0
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
15/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 15
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Bir sistemin tm termodinamik deikenleri :Scaklk (T) Entalpi (H) Basn (P) Entropi (S) Hacim (V) Serbest enerji (G)
ok bileenli sistemlerde serbest enerjiyi etkileyenfaktrler.
nA, nB ve nC = sistemdeki A, B, C bileenlerinin mol saylar.Bileimler genelde atom veya mol oranlar ile ifade edilir.
(1.6)........)n,n,n,P,T(fG CBA=
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
16/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 16
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
l bir sistemde mol oranlar ;
NA, NB ve NC : A, B, C bileenlerinin mol oranlarnA, nB ve nC : A, B, C bileenlerinin mol saylardr.N
A+ N
B+ N
C= 1 dir
Metalurjik prosesler genelde sabit scaklk ve basnta olurBu durumda; l bir sistemde toplam serbest enerji:
CBA
A
Annn
n
++=N
CBA
B
Bnnn
n
++=N
CBA
C
Cnnn
n
++=N (1.7)
(1.8)sabitP,T)n,n,n(fG CBA ==
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
17/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 17
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
zeltide bileen iin gerekli trevler alnrsa;Denge
:G,G,G CBA = A, B, C bileenlerinin ksmimolar serbest enerjileri
(1.17)0=++ GGGdn CCBBA dndnA
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
18/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 18
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Faz dnmlerininOluumunu salayan = iticig (driving force)Sv metal Tm altna T kadar
soutulur, Katlama balarG (J /mol) kadar azalrT scaklnda sv ve katfazlarn serbest enerjileri;
ekil. Ergime scaklnayakn bir scaklkta kat (S)
ve sv (L) fazlar arasndakiserbest enerji fark.
G
T
GS
GL
T Tm
T (K)
M
olarSerbestEnerji
Alam Sistemlerindeki Fazlarn SaylarFaz Dnmlerinin tici Gc (Driving Force)
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
19/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 19
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
SSS
LLL
TSHG
TSHG
=
=
Buradan,
(1.28)
(1.29)STHG =
Burada
SL HHH = SL SSS =ve (1.30)
Dengede, (Tm) kat ve sv serbest enerjileri eit, G = 0 ;
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
20/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 20
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Yukardaki eitliklerden;
mm
m
m T
TLG,
T
)TT(LG,
T
LTLG
=
== (1.23)
bulunur.
0STHG m == (1.31)
mm T
L
T
HS =
= (1.32)
ve
L = katy sv, sv kat dnm iin gerekli olan gizli s(Sv ve kat fazlar arasndaki entalpi fark).
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
21/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 21
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Beyaz Sn
Gri Sn
Scaklk, K
CP
ekil. Beyaz ve gri kalay'n spesifik
s (Cp) 'larnn scaklk ile deiimi.
Saf kalay (Sn) allotropikdnm gsterir.
13.2 C'de beyaz kalay( faz)' dan gri kalay (
faz)' a allotropikdnm(Dnm ani deil
zamanla gerekleir).
Tek Bileenli Sistemler
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
22/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 22
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Scaklk, K
G = 390 kal.
286 KG = 0
Beyaz Sn nserbest enerjisi
Gri Sn nserbest enerjisi
SerbestEnerji,kal/mol
(Beyaz kalay) = HMT, (Gri kalay) = Elmas kbikyap (Krlgan)
Spesifik s = Bir molmaddenin scakln 1 K
ykseltmek iin gerekli kalori.
Is kapasitesinden hareketle
serbest eberjiler bulunur.
ki fazn serbest enerjileri286.2 K (13.2 C) de eit.
ekil. Beyaz ve gri kalay iinserbest enerji - scaklk erileri.
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
23/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 23
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Tek Fazl kili (binary) Sistemler
Sabit basn ve scaklkta, nA mol bileen A ve nB mol bileenB' nin oluturduu bir eriyiin toplam serbest enerjisi (G):
(1.44)BBAA GnGnG +=
Bir mol iin serbest enerjisi ise;
(1.45)BBAA GNGNG +=;
ki Bileenli Sistemler
Burada bileenlerin ksmi molal serbest enerjileri
ve NA ve NB ksmi mol oranlardr. Yani;
BA GveG
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
24/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 24
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
(1.46)
(1.47)
BA
BB
BA
AA
nnnN,
nnnN
+=
+=
BoBB
AoAA
alnRTGG
alnRTGG
+=
+=
BA GveGKismi molal serbest enerjiler aadakieitlikler ile tanmlanr;
GGo
B
o
A, aA ve aB srasyla A ve B bileenlerinin saf
haldeki serbest enerji ve aktiviteleri.Bir mol iin serbest enerji bants;
(1.48))alnNalnN(RTGNGNG BBAAo
BB
o
AA +++=
MHENDSLK FAKLTES
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
25/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 25
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
(1.49))NlnNNlnN(RTGNGNG BBAAoBBoAA +++=
deal bir zelti ile alld dnlrse,
aA = NA ve aA = NA olduundan serbest enerji;
)GNGN( oBBoAA +
)NlnNNlnN(RT BBAA +
= Birbirleri ile karmayan iki bileenintoplam serbest enerjisi
= Karmn entropisinin zeltiG ne katks Scaklk artnca artar.
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
26/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 26
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
rnek:
ekilden; 500 Kde(GoA) = 1500 kalori/mol,
(GoA) =2000 kalori/mol
Karm enerjisi;NA ve NB rastgele seilirseG hesaplanabilir.
Scaklk, K
SerbestEnerji,
kal/mol
Go
B
GoA
BAoBB
oAA
N2000N1500GNGN +=+
ekil. A ve B elementlerininvarsaymsal serbest enerjilerininmutlak scakla bal olarakdeiimi.
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
27/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 27
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
Bileenlerin serbest enerjisi
S
erbestEnerji,
kal/mol
zeltininserbestenerjisi
Karmnserbestenerjisi
NA
b
a
ce
d
ekil. A ve B elementlerinin ideal zeltisinin varsaymsal serbest enerjisi.
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
7/27/2019 fiziksel metalurji-1
28/28
Prof. Dr. Hatem AKBULUT 28
MHENDSLK FAKLTES METALURJ VE MALZEME MHENDSL
17.10.200617.10.2006
ve fazlar iin serbest enerji dengesi yazldnda;
faz iin;
faz iin :(1.52)
0GdNGdN BBAA =+
0GdNGdN BBAA =+
ki Faz eren ki Bileenli Sistemler
Top Related