Soğuk çekilmiş elektrolitik bakır tellerin yeniden kristallenme kinetiğinin incelenmesi

Bu çalışmada, Gebze-Kocaeli'nde bulunan SARKUYSAN'dan temin edilen bakır telin soğuk çekilmesinin mekanik özelliklere ve yeniden kristallenme davranışına etkileri incelenmiştir. Soğuk şekil verme işlemleri oda sıcaklığında yapılırken sıcak şekil verme işlemleri daha yüksek sıcaklıklarda yapılmaktadır. Soğuk şekil verme şlemlerinde sadece şekil değişimi olmaz aynı zamanda mikroyapı ve mekanik özelliklerde de değişim olmaktadır. Soğuk şekil verme derecesine bağlı olarak dislokasyon hareketleri ve bunların tane sınırlarında birikmesi sonucu mukavemet ve sertlik değerleri artarken süneklik özelliği azalmaktadır. Bu çalışmada kullanılan elektrolitik bakır telin başlangıç çapı 11 mm olup soğuk çekme ile önce 9.3 mm'ye, daha sonra 8 mm çapa getirilmiştir. İlk deformasyon miktarı %33.5 ve ikinci deformasyon miktarı %63.7 olarak tespit edilmiştir. Soğuk deformasyonun mekanik özelliklere etkisini incelemek için yapılan çekme testlerine göre başlangıç çekme mukavamet değeri 255 MPa iken bu değer %33.5 deformasyon sonrası 355.4 MPa değerine ve %63.7 deformasyon sonrasında 426.6 MPa değerine artmıştır. Aynı şekilde akma mukavemeti değeri de 102.4 MPa değerinden önce 121.3 MPa değerine, akabinde de 168.3 MPa değerine artmıştır. Başlangıç numunesinin mikro sertlik değeri 93.5 HV iken %33.5 deformasyon sonrası 116.8 HV değerine, %63.7 deformasyon sonrasında da 121.2 HV değerine çıkmıştır. Başlangıç numunesinin süneklik değeri %43 iken bu değer ik aşamada %24.3 değerine, ikinci kademe de %20.6 değerine düşmüştür. Metalik malzemelerin soğuk deformasyon sonrası hücre yapıları mekanik olarak stabil olsa da termodinamik olarak stabil değildirler. Daha ileri şekil verme işlemleri için başlangıç yapılarına geri döndürülmeleri gerekmektedir. Geri kazanım, yeniden kristallenme ve tane büyümesi kademelerini içeren tavlama işlemleri de bu amaçla yapılmaktadır. Tavlama sıcaklıkları metalin ergime sıcaklığının %30 – 60 aralığında olmaktadır. Bu sıcaklık, yapıda safsızlık miktarı arttıkça artmaktadır. Yeniden kristallenme işlemine sıcaklık, süre, başlangıç tane boyutu, kompozisyon ve deformasyon miktarı da etki etmektedir. İzotermal olmayan kinetik çalışması, termal analiz verilerine dayanan termoanalitik bir metottur. Bu çalışmada, soğuk çekilmiş bakır tellerinin modelsiz izotermal olmayan yeniden kristallenme kinetiği, farklı ısıtma hızlarında (10–15–20–25°C/dak) diferansiyel tarama kalorimetrisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Soğuk işlenmiş elektrolitik bakır tellerin yeniden kristallenme sıcaklıkları, %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde ısıtma hızlarına bağlı olarak 269.9 ile 287.7°C arasında tespit edilirken bu sıcaklık aralığı %63.7 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde 256.9 ile 268.9°C arasında olduğu tespit edilmiştir. Dört farklı yöntem olan Kissenger, (ln(β/T2) – 1/T), Boswell (ln(β/T) – 1/T), Ozawa (ln(β) – 1/T) ve Starink (ln(β/T1.92) – 1/T) grafikleri pik sıcaklıkları kullanılara çizilmiştir. Bu grafiklerin eğiminden aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Buna göre %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde yeniden kristallenme aktivasyon enerjisi değerleri Kissenger yöntemine göre 118.1 kJ/mol, Boswell yöntemine göre 122.6 kJ/mol, Ozawa yöntemine göre 120.2 kJ/mol ve Starink yöntemine göre 110.5 kJ/mol olarak bulunmuştur. %63.7 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde bu değer Kissenger yöntemine göre 171.8 kJ/mol, Boswell yöntemine göre 176.2 kJ/mol, Ozawa yöntemine göre 171.9 kJ/mol ve Starink yöntemine göre 172.1 kJ/mol olarak tespit edilmiştir. Buna göre yeniden kristallenme aktivasyon enerjileri %33.5 oranında soğuk deforme olmuş bakır telde 110 – 123 kJ/mol aralığında, %63.7 oranında soğuk deforme olmş bakır telde ise 171 – 177 kJ/mol aralığında olduğu bulunmuştur. Bu çalışmadan anlaşılmıştır ki soğuk deformasyon miktarı arttıkça bakır telin mukavemet ve sertlik değerleri artarken süneklik özelliği azalmıştır. İlave olarak soğuk deformasyon oranına bağlı olarak depolanmış enerji miktarı artmış, bunun sonucunda da yeniden kristallenme sıcaklığı azalırken aktivasyon enerjisi artmıştır