Martensit dönüşümünün mikroskobik ölçekteki işleyişi

Martensit dönüşümlerini, yayılım olmadan gerçekleşmeleri nedeniyle, zamandan bağımsız dönüşümler olarak değerlendiriyoruz. Dönüşümün zamandan bağımsız olarak gerçekleşmesi, yayılımda olduğu gibi dönüşümün belli bir süre zarfında değil, tek adımda gerçekleştiği anlamına geliyor.

Atom ölçeğinde dönüşüm her ne kadar tek adımda ve zamandan bağımsız olarak gerçekleşiyor olsa da, dönüşüm mikroskobik ölçekte ele alındığında, bir numunenin tamamen martensite dönüşebilmesi için bir miktar zamana ihtiyaç duyduğunu gözlemliyoruz. Bu konu başlığı altında, bu çelişkinin kaynağını açıklayabilmek amacıyla dönüşümü mikroskobik açısından ele alacağız.

Aşağıda soldaki resimde, tek bir östenit kristalinin bir kısmı martensite dönüştüğünde ortaya çıkan kesme şekil değişimi gösteriliyor. Dönüşümün bu şekilde gerçekleşebilmesi için, kristalin çevresinde şekil değişimini kısıtlayacak hiçbir engelin bulunmaması gerekiyor. Östenit kristalinin bir kısmı herhangi bir kısıtlamaya maruz kalmadan martensite dönüştüğünde, dönüşüm sonrasında iki faz arasında düz bir yerleşik düzlem oluşuyor..

Eğer dönüşüm, oluşan martensiti çevreleyen östenit fazı gibi, bir tür kısıtlama altında gerçekleşirse, bu durumda iki faz arasındaki yerleşik düzlemin bir miktar büküldüğünü gözlemliyoruz (aşağıda sağdaki resim). Yerleşik düzlemin bükülmesiyle ortaya çıkan bu plaka yapı, çeliklerde gözlemlediğimiz şekliyle martensit dönüşümünün iskeletini oluşturuyor.

Yüksek sıcaklıkta östenit fazındaki bir çelik numuneyi su ya da yağ içine bırakarak su verdiğimizde, martensit dönüşümü östenit taneleri içinde belli bölgelerde, martensit fazının plakalar halinde ortaya çıkmasıyla başlıyor. Plakaların ortaya çıktığı bu ilk sıcaklığa martensit başlama sıcaklığı (İngilizce: martensite start temperature) adını veriyoruz. Numune su içinde soğumaya devam ettikçe oluşan bu martensit plakalarının sayısı artmaya devam ediyor. Sıcaklık belli bir değerin altına düştüğünde ise artık daha fazla martensit plakası oluşamıyor. Dönüşümün tamamlandığı bu sıcaklığa da martensit son bulma sıcaklığı (İngilizce: martensite finish temperature) adını veriyoruz. Aşağıdaki resimde yüksek sıcaklıkta östenit fazına sahip bir numunede martensit oluşum süreci şematik olarak gösteriliyor. Resimde (A) yüksek sıcaklıktaki östenit fazını, (B)’den (D)’ye kadar gösterilen yapılar ise su verme sonrasında, numunenin sıcaklığındaki düşüşe bağlı olarak martensit plakalarının sayısındaki artışı gösteriyor.

Yukarıda basitçe tarif ettiğimiz bu dönüşüm işleyişinde, martensit her ne kadar her bir plaka içinde zamandan bağımsız olarak bir anda ortaya çıkıyor olsa da, plakaların sayısı sıcaklıktaki azalmaya bağlı olarak, zamanla artış gösteriyor. Bu nedenle martensit dönüşümü kristal perspektifinden ele alındığında her ne kadar zamandan bağımsız olarak gerçekleşiyor olsa da, mikroskobik açıdan zamana bağlılık gösteriyor.

Çeliğin kompozisyonu da martensit dönüşümünde önemli bir rol oynuyor. Çeliğin içerdiği karbon miktarı arttıkça, martensit başlama ve son bulma sıcaklıklarının azaldığını gözlemliyoruz. Diğer bir deyişle, çeliğin karbon miktarı ne kadar yüksekse, martensit elde edebilmek için çeliği soğutmamız gereken sıcaklık değeri o kadar düşüyor. Bu gibi durumlarda, eğer numune martensit son bulma sıcaklığına kadar soğutulamazsa, numune içindeki martensit plakaları arasında mutlaka bir miktar dönüşmemiş östenit (İngilizce: retained austenite) kalıyor. Yukarıdaki şematik mikroyapılarda martensit plakaları arasında kalan ve mavi renkle gösterilen dönüşmemiş östenit fazı, dönüşüm sıcaklıkları çok düşük olması nedeniyle özellikle yüksek karbonlu çeliklerde sıklıkla karşımıza çıkıyor.

Son olarak martensit fazının her zaman plakalar (İngilizce: plate martensite) halinde değil, zaman zaman iğne (İngilizce: lath martensite) yapısında da oluşabildiğini belirtelim. Plaka yapısı orta ve yüksek karbonlu çeliklerde karşımıza çıkarken, iğne yapısındaki martensiti düşük karbon içeren çeliklerde gözlemliyoruz.


Devamı: