Çelik Dökümlerin İsıl İşlemleri Hakkında Mesleki Ve Detaylı Konu İçerik Metaruliji Mühendisliği

• 5ÇELİKLERİN ISIL İŞLEMLERİ
• 51 Dengesiz Dönüşümler
• Isıtma işleminde alt değişim noktası , ötektoid altı çeliklerin üst değişim noktaları , ötektoid üstü çeliklerin değişim noktası ise Acm olarak belirlenmiştir Benzer şekilde sokulma işleminde değişim noktaları ise, Ar olarak belirlenmiştir Ötektoid altı ve üstü çeliklerin alt dönüşüm noktaları Ar, ötektoit altı çeliklerin Ar3, ötektoit üstü çeliklerin değişim noktaları ise Arcm olarak şekil 52’de görülmektedir Bu dönüşümlerin oluşumları için ısıtma ve soğutma işlemleri yeterince yavaş olmalıdır Dönüşüm tamamlanabilmesi için yayınım (difüzyon) işlemi tamamıyla gerçekleşmelidir Yani bunlar için denge sıcaklığına ulaşılmalıdır Bununla birlikte soğutma ve ısıtmanın çok daha hızlı olduğu ısıl işlemlerde dengeli yapıların oluşumuna neden olur Eğer soğutma işlemi daha düşük yoğunlukta yapılırsa, dönüşüm izotermal (sabit sıcaklıkta) gelişir Sonra bir miktar demir karbid oluşur ve ayrışır
• Su verme banyo sıcaklığı, 250°C’de dönüşüme imkan verirse, oluşan partiküller düşük beynit yapıdadır Düşük beynit çok ince bir yapı olup, yüksek büyüteçli mikroskop altında gözükür Düşük beynit yapının görünüşü martensite benzemekle beraber, sertliği daha az olup, tokluğu daha fazladır
• Su verme banyo sıcaklığı, 550°C2ye yakın bir değerde dönüşüme imkan verildiğinde, oluşan partiküllere üst beynit denir Bu partiküller düşük beynitte daha ince ve dağınık taneli bir yapı oluştururlar Üst beynit yapı daha yumuşak ve daha toktur
• Su verme banyo sıcaklığı, 550°üzerinde ancak A1hattının altında (723°C) bir değerde dönüşüme imkan verildiğinde, tokluk daha da artacak, sertlik düşecek ve perlit yapı oluşacak
• Yukarıdaki yorumlardan da anlaşılacağı üzere, mikro yapının oluşumu iki etkene bağlıdır
• (a) Dönüşümün olduğu sıcaklık;
• (b) Dönüşümün oluşum süresi (dönüşüm hızı vb)
• Dengesiz dönüşümlere sıcaklık ve zamanın etkisi en çok bilinen demir-karbon sıcaklık denge diyagramı kullanılarak açıklama yerine, zaman-sıcaklık dönüşüm (ZSD) diyagramları kullanılarak daha iyi açıklanabilir Zaman sıcaklık dönüşüm diyagramları izotermal dönüşüm (İD)diyagramları veya basitçe şekilden dolayı “S Eğrileri” olarak bilinir
• 52 Zaman-Sıcaklık Dönüşümünün Diyagramlarının Yapısı
• Demir-karbon denge diyagramları bütün sade karbonlu çeliklere uygulanmasına karşılık, zaman-sıcaklık dönüşüm eğrileri sadece özel alaşımlı bir çelik için kullanılabilir Eğer değişik bir çok çelik arasında karşılaştırma yapılacaksa, her bir çelik için o çeliğe özel zaman-sıcaklık dönüşüm eğrileri incelenmelidir Şekil 53’de bu tip diyagramlar görülmektedirbu tip diyagramları oluşturmak için aşağıdaki işlemler izlenir
• Muayene edilecek çelik parçalardan yaklaşık 12 mm çapında, 1,5 mm
• Şekil 52 Sade Karbonlu Çelikler İçin Değişim Noktaları
• kalınlığında çok sayıda örnek parça alınır
• bu örnek parçalar tuz banyosu fırınında, A3/Acm çizgisini tam üzerindeki bir sıcaklıkta fırına sarkıtılır Örnek parçalar tepkime göstermeyen, ısı dirençli tellere asılır Bu işlem şekil 44’de görüldüğü gibi bir östenit banyosudur Yani örnek parçalar östenit oluşum şartlarına getirilir
• Uygun sayıda örnek parça, ikinci tuz banyosuna nakledilir Şekil 54’deki işleme “kuluçka” banyosu denilmektedir Fırın sıcaklığı 723°C’nin altında, önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta tutulur Örneğin 250°C sıcaklık, düşük beynit yapısına niyet edildiğinde uygundur Bu banyoda östenitin karbide dönüşümü örnek parçaların banyoda kalma zamanına bağlıdır
• Numuneler kuluçka (tuz) banyosundan birer birer çıkarılarak şekil 54’deki gibi su verilir Son banyo olan bekletme banyosunda kalmış östenit yapı, martensite dönüşür
• Su verilen örnek parçalar parlatılır, dağlanır ve tuz banyosu süresince oluşan dönüşüm, mikroskop altında incelenir Şekil 55’de bu işlemlerin sonuçları görülmektedir Kuluçka sıcaklıkları için verilen zaman aralığı arttıkça dönüşüm derecesi de artacaktır Sıcaklık aralıkları (T1,T2,T3vb) farklı olacak şekilde şekil 55’deki gibi benzer sonuçlar kümesi elde edilir Elde edilen sonuçlar ortak eksenler üzerinde çizilir ve şekil 53’de görüldüğü gibi zaman-sıcaklık
• eğrileri üretilmiş olur
• Numune
• Soğutma (kuluçka) zamanından (T)
• Birinci Taşıma sonra ikinci aşama
• Şekil 53 Sade Karbonlu Bir Çelik İçin Tipik-Zaman Sıcaklık Dönüşüm Eğrileri
• Şekil 54 zaman sıcaklık dönüşüm diyagramlarının oluşturulması için ısıl işlem sırası
• 53 Zaman-Sıcaklık Dönüşüm Diyagramlarının Yorumu
• Şekil 56’da ötektoid bileşimli sade karbonlu bir çeliğin, zaman-sıcaklık dönüşüm diyagramı görülmektedir Sade karbonlu çelik için 723°C’nin üstündeki sıcaklık, düşük kritik sıcaklığı (A1) temsil eder Bu nedenle incelenecek olan çelikler ötektoit bileşim olup, bu sıcaklığın üzerindeki çelik yapıların tamamen dengeli östenittir 723°C’ in altındaki östenit, artan şekilde dengesizleşmektedir Dönüşüm süresince başlangıç ve bitiş noktaları iki eğri hatla gösterilir 723°C’nin tam altında, östenit yapıda bir miktar kararsızlık olurken dönüşüm işlemlerinde de dikkate değer bir direnç oluşmaktadır Bunun yanında, sıcaklık düşerken, östenitteki dengesizlik derecesi artmaktadır Dönüşüm tamamlanması süresince başlangıçta en düşük seviyede olan dengesiz yapı 550°C’ye ulaşılan süre içinde artış gösterir 723°C ve 550°C arasındaki dönüşüm başlangıcı demir karbidlerin çökelmesiyle başlar ve dönüşüm ürünleri 723°C’ın tam altında kaba perlit, 555°C civarında ise üst beynit ( ince perlit) yapıdadır Sıcaklık 550°C’in altına düşerken östenitin artarak dengesiz yapı oluşturmasına rağmen, daha düşük sıcaklıklarda demir içinde karbon yayımına neden olmakta ve bu işlem daha yavaş ilerlemektedir Son etken 550°C’nin altında daha büyük etkiye sahip olup dönüşümün oluşumu için geçen zaman zarfında, dönüşümün başlangıç ve bitiş arasındaki değişmeler şekil 56’da görüldüğü gibi Şekil 55 Dönüşüm Banyoları Neticesinde Oluşan Tipik Malzeme İç Yapıları
• görülür550°C’tın üstünde dönüşüm demir karbidin çökelmesiyle başlamış, 550°C’tın altında ferritin çökelmesiyle başlamıştırdönüşüm ürünleri başlangıçta koyu bir yapıda 550°C’de üst beynitte tüylü yapıda, 220°C’de düşük beynitte ise iğne görüntülü yapıdadır Eğer ötektoit çelik sıcaklığı aniden su verilerek hızlı ve verimli Şekil 57 %0,4 Karbon İçeren Sade Karbonlu Çelik İçin Zaman-Sıcaklık Dönüşüm Eğrisi
• şekilde düşürülürse, dönüşümde beynit atlanarak ötektoit yapı martensite dönüştürülür Daha sonra oluşan martensit miktarı “M” çizgisi ile gösterilir Şekil 56’da çelikleri diyagramında “A” noktasıyla gösterilenden daha az zamanda soğutulmasının anlamı budur Ms çizgisinde martensit bir yapı oluşturmaya başlar ve bu çok küçük oluşumdur Belli bir süre sonra M90’da martensite dönüşüm %90 ‘dır Dönüşümün tamamlanması, çeliğin Mf (-50°C) çizgisine kadar soğutulmasından sonra başlar Oda sıcaklığında su verme işleminde ise bir miktar östenid daima kalır Şekil 57 %04 ‘lük sade karbon çeliğinin zaman sıcaklık dönüşüm diyagramına göstermektedir Demir-karbon denge diyagramı refarans alınırsa, ötekdoit üstü çeliklerde düşük kritik sıcaklık (A1) hattı ve üst kritik sıcaklık (A3)hattı arasında bir bölge vardır Burada ferrit ve dengeli östenit birlikte mevcuttur Böylece, ferrit dönüşümleri için sıcaklık-zaman dönüşüm diyagramlarında ilave bir bölge oluşmuştur
• 54 Soğutma İşlemleri
• Oda sıcaklığında soğutma işleminin daha hızlı ve karbon miktarında göre de çeliğin daha sert olduğu ifade edilmiştir Bu ifadenin doğruluğu aşağıdaki şekilde ispat edilmiştir
• Martensit yapı oluşturmak için, soğutma işlemi östenit sıcaklığından beynit dönüşümün başlangıcına kadar çok hızlı olmak zorundadır
• Soğutma işleminin sonunda, dengesiz östenitin en yüksek seviyede martensite dönüşümünü temin için sıcaklık en alt sevide olmalıdır
• Üretim koşulların altında, sade karbonlu çeliklerde %100’lük martensite asla erişilemez Öncelikle değişim östenitten (g demiri) martensite (a demiri) çelikteki yapısal değişikliklerin (FCC-BCC) beraberinde ulaşılır ve sonuçta hacimsel değişim olur Çok ince parçalar hariç, değişim soğumanın en yavaş olduğu parça öz kısmından önce, dış tabakalarda oluşacaktırbu da parçanın çarpılması ve çatlamasıyla sonuçlanır İkinci olarak soğutma banyosunun Mf (-50°C) sıcaklığında tutulabilmesinin imkansızlığıdır Çünkü bütün soğutma sıvıları bu ısıda donarak katılaşır Böylece soğutma işlemi, çatlama veya çarpılma ihtimalinin en düşük seviyede olmasını sağlayan en üst düzeyde, östenitin martenisite dönüşümünü gerçekleştiren bir işlemdir Böylece çeliğe verilmesi mümkün olan en yüksek sertlik verilir Su ile sertleştirme işlemi daha ayrıntılı biçimde aşağıda incelenecektir
• Şekil 58 Alaşımlı Çelikler İçin Bazı Tipik Zaman-Sıcaklık Dönüşüm Eğrileri
• Östenit çeliklerin 723°C ile 250°C arasındaki sıcaklıklarda soğutma (kuluçka) banyosunda soğutulduğu ve örnek parçanın da dönüşümün gerçekleştiği bu sıcaklıkta tutulduğu belirtilmişti bu neden bu dönüşüm sabit sıcaklıkta (izotermal) oluşmaktadır Açıkça görülmektedir ki bu işlem, çeliğin oda sıcaklığındaki sıvı banyosunda soğutulmasıyla olmamaktadır Soğutma östenit sıcaklığının altında oda sıcaklığının biraz yukarısındaki sıcaklıkta kesintisiz olarak oluşmaktadır (Isı enerjisinin taşınması ile soğutma sıvısının sıcaklığı yükseltilecektir) bu nedenle herhangi dönüşüm soğutma işlemi süresince oluşur, yoksa sabit sıcaklıkta oluşmaz Bir soğutma eğrisinin zaman sıcaklık dönüşümü (ZSD) diyagramında sağa kaldırılmasında etkilidir Şekil 59’daki eğrilerden sabit sıcaklıkta ve soğutma ile yapılan dönüşümler karşılaştırıla bilinir Ötektoid bileşimli çelikler basitlikleri sebebiyle seçilmişlerdir Denge koşulları altında östenitin yapısı A1sıcaklığında (723°C) aniden değişir
• Şekil 59 Ötektoid Bileşimli (%0,83 C) Sade Karbonlu Bir Çeliğin Sürekli Soğuma Eğrileri
• Halbuki ötektoid altı ve üstü çeliklerin yapıları çeşitli dönüşüm ürünleri eşliğinde daha geniş sıcaklık aralıklarında değişmektedirler Soğutma eğrileri sabit sıcaklıkta üretilen (ZSD) diyagramlarına uygulanamaz Fakat, şekil 59’da görüldüğü gibi ılımlı hale getirilmiş ZSD diyagramlarında uygulanabilir
• Eğri, yoğun olarak su ile soğutmanın sonucudur Soğuma eğrisi dönüşüm eğrisinin burnunu yakalayamadığından beynit yapı oluşmaz Dengesiz östenit Ms sıcaklığında martensite dönüşüme başlayacak ve değişim yüzdesi metal banyo sıcaklığına ulaşıncaya kadar artacaktır Bu işlem 0°C ile 100°C arasındaki bölgede olacağından %90 martensit ile beraberinde kalan bir miktar östenit, birlik bir yapı oluşturacaktır Bunu elde etmek için soğutma kritik soğutma oranından hızlı olmalıdır Kritik soğutma oranı, verilen çelik için uygun dönüşüm eğrisinin burnunun en uçtan kesilmesi ile elde edilir
• Eğri, daha yavaş soğutmanın sonucu olan eğridir ve kritik soğutma oranına erişilmez Bazı beynit dönüşümler A ve B noktaları arasında olmaktadır Dönüşümde kalan östenit Ms sıcaklığında martensite dönüşüme başlayacaktır daha sonraki dönüşümde banyo sıcaklığına yaklaşıldığında dönüşüm zayıflayacaktır Çeliğin son bileşimi martensitle beraber bir miktar yumuşak beynit, hatta daha yumuşak beynit ile ilk yapıdan artan östeniti içerir Bu nedenle birinci eğrinin sertliğine erişilemez Kalın parçalarda yüzey, kısımlarda birinci eğrinin şartlarına uygun bir yapıya, parçanın öz kısmında ise iki eğriye uygun bir yapıya erişilir Parçanın öz kısmında soğutma işlemi daha yavaş oluşur
• Eğri, yavaş soğumanın bir neticesidir Örneğin bir parçanın normalleştirilmesi
• perlite dönüşecektir Sıcaklığın Ms noktasına geçecek olmasına rağmen Burada Şekil 510 %0,3’lük Sade Karbonlu Çeliğin Suda Soğutulmasının Etkileri
• Dengesiz östenit C ve D noktaları arsındaki bir miktar üst beynitle birlikte malzeme kesitin kalınlığına ve soğuma oranına bağlı olarak tamamen ince kesitin kalınlığına ve soğuma oranına bağlı olarak tamamen ince dengesiz östenitin daha önceden perlit ve beynite dönüşmüş olması nedeniyle hiç martensit yapı oluşmayacaktır dengesiz östenitin daha önceden perlit ve beynite dönüşmüş olması nedeniyle hiç martensit yapı oluşmayacaktır Şekil 510’da düşük karbonlu bir çeliğin eğrisi görülmektedir Eğride görüldüğü gibi soğutma eğrisinin burnu, diyagramı zamanın 0 noktasında kesmekte ve kritik soğuma eğrisi oluşmamaktadır Bu nedenle dengesiz östenitin, bir miktarı doğrudan martensite, östenitin çoğunluğu ise doğrudan A ve B arasında perlite be beynite dönüşmektedir Sadece çok sınırlı sertleşme olabilmektedir Uygulamada çeliklerin bu şekilde sertleştirilmesi fazla kullanılan bir yöntem değildir
• Nikel, krom ve molibden gibi alaşım elemanlarını etkisiyle ZSD diyagramının eğrisinin sağ tarafa kaydığı ifade edilmiştir Şekil 511’de %4,5 nikel-krom alaşımlı çeliğin yağda nasıl soğutulduğu ve dengesiz östenitin doğrudan martensite dönüşümünün başladığı görülmektedir Soğutma eğrisi, su ile soğutma eğrisine nispeten daha dik olmasına rağmen eğrinin burnu yinede soldadır Bu nedenle kritik soğutma oranı aşılmaktadır Alaşım elementi miktarlarının daha yüksek olmasıyla ve küçük parçalar havada soğutulabilir Bu çeşit daha yavaş soğutma oranları ile çatlama veya çarpılmaların sayısının azalacağı açıktır
• 55 Sertleştirme
• Şekil 511 %45 nikel-kromlu çeliklerin yağda soğutulmalarının etkileri
• Sade karbonlu çeliğinin, çeliğin ihtiva ettiği karbon oranına ve sertleştirme sıcaklığından itibaren soğutma oranına bağlı olduğu daha önce gösterilmişti Kalın ve ince parçalar aynı soğutma banyosunda soğutulduklarında ince parçalar, ısı enerjilerini kalın parçalara göre daha hızlı kaybedeceklerdir Kalın parçaların öz kısmında ısı tutulacağı için parçanın özü daha yavaş soğuyacak ve ısıtma eğrisi, zaman-sıcaklık dönüşüm eğrisinin (şekil 59) burnunu kesecektir Serlikteki bu değişim kütlesel etki olarak isimlendirilir
• Sade karbonlu çelikler, yüksek kritik soğuma oranına sahiptirler ve bu nedenle geniş kesitler şekil 512(b)’de görüldüğü gibi tamamen sertleştirilemezler Bu nedenle sade karbonlu çelikler zayıf sertleştirilebilme özellikli malzeme olarak bilinir
• Diğer taraftan sadece %3 karbon içeren %3 nikelli çeliğin kesitinin tamamı düzenli şekilde sertleştirilebilmektedir Çünkü bu tip çeliğin kritik soğuma oranı oldukça düşüktür Bu tip alaşımlı çeliklere iyi sertleştirilebilen çelikler denir Soğutularak sertleştirilmiş çeliklerin sertleştirme tanımı; sertliğin tanımına ve sertlik derinliğine bağlı olarak yapılmaktadır Yapı malzemesinin sertleştirilebilme özelliği malzemede istenilen sertliğe erişilebilme kolaylıdır
• Şekil 512 Kütlesel Etki (Sertleştirilebilme) (A) Sade Karbonlu Bir Çeliğin Kesit Alanının Sertleştirilmesi (B) Yapıda Sertleştirilebilme Tesirleri
• Sertlik ve sertleştirilebilme karıştırılmamalıdır%1’lik karbona sahip sade karbonlu bir çelik, %3 nikel, %0,3 karbona sahip çelik ile karıştırıldığında daha zayıf sertleştirilebilme özelliğine sahiptir Bununla birlikte %1’den fazla karbon içeren çelikler çok daha fazla yüzey sertliği gösterirler Çeliklerde sertliğin, sertleştirilebilme özelliğin zayıflığı ve yapıdaki homojensizlik, malzemenin mekanik özelliklerini ciddi şekilde etkiyebilir Bu nedenle normal ısıl işlem şartları altında ifade edilen mekanik özelliklere erişebilmek için çubukların en üst çapları (sınır kesiti) tamamlanmalıdır Tablo 51’de sınır kesitlerinin karbonlu ve alaşımlı çeliklerin mekanik özelliklerini nasıl etkilediğinin örnekleri görülmektedir Çeliğe katkı elemanı olarak nikel, krom gibi metallerin ilave nedenlerinden birisi, istenen mekanik özellikleri elde etmek için sınır kesiti arttırmak, kütle etkisi azaltmaktır Şekil 513’de tipik sade karbonlu bir çeliğin dönüşümünde sınır kesitinin etkisi görülmektedir Çeliğin çapı (1) sınır kesti altında olup, malzemenin üst kısmı ve özü birlikte martensite dönüşür Çeliğin çapı (2) sınır kesitin üzerinde olduğunda malzeme yüzeyi martensit, özü ise perlit olmaktadır
• 56 Jominy ve Soğutma Muayenesi
• Bu muayene çeliklerin sertleştirilebilmelerini belirlemek için kullanılır Örnek parçaların tamamen östenit yapıda olması için kritik sıcaklığın üzerinde ısıtılır Şekil 514’de görüldüğü gibi malzeme su jetiyle, su püskürtülerek soğutulur Şekilde aynı zamanda muayene ve örnek parçaların ayrıntıları da görülmektedir
• Tablo 51 Sınır Kesitinin Mekanik Özelliklere Etkisi
• BS970 ORNEK PARÇA ŞARTLAR SINIR
• KESİT
• (mm) ÇEKME GERİLMESİ
• (Mpa) EN DÜŞÜK UZAMA (%)
• 070M55 (Karbon Çeliği) Sertleştirilmiş
• ve
• temperlenmiş 19
• 63
• 100 850 1000
• 770 930
• 700 850 12
• 14
• 14
• 835M30 (Alaşım
• çeliği) Sertleştirilmiş
• ve
• temperlenmiş 63
• 100
• 150
• 250 1080 1240
• 1000 1160
• 930 1080
• 850 1000 11
• 12
• 12
• 13
• Örnek parça soğutulacak uçtan hızlı şekilde soğutulur Soğuma işlemi hız diğer uca doğru azalarak ilerler Örnek parça soğutulduğunda, bir kenarı taşlanarak düzeltilir ve soğutulan kenardan itibaren sertliği her 3 mm’de muayene edilir Okunan sertlik değerleri ile soğutulan uçtan itibaren ölçülen mesafeye bağlı olarak
• Şekil 513 Dönüşümde Sınır Kesitinin Etkisi
• şekil 515’de görüldüğü gibi malzemenin sertleştirilebilirliğini veren eğri çizilir Alaşımlı çelikler için sertlik değerinin sade karbonlu çeliklere göre daha düzgün değişim gösterdiği görülür Bundan dolayı alaşımlı çeliklerin sertleştirilebilme özellikleri daha iyidir Bununla beraber sade karbonlu çelikler 10 mm derinliğe kadar daha fazla sertliğe sahiptirler Jominy uç muayenesinin sonuçları ile çeliğin sınır kesit alanı rasında matematiksel bir bağlantı yoktur
• 57 Temperleme
• Tamamen sertleştirilmiş sade karbonlu çelikler kırılgandır ve çelikte sertleştirmede getirdiği gerginlikler mevcuttur Bu durumlarda çeliğe uygulanan en basit işlem, çeliği tekrar ısıtmadır, yani temperlemedir Temperleme ile kırılganlık azaltılıp, gerilmeler giderilir Temperleme ile martensit yapı, şimdi tanımlanacak olan daha az kırılgan bir yapıya dönüşür Malzemenin tokluğunda bir artış, sertlikten bir miktar azalmayı da beraberinde getirir Temperleme daima dengesiz martensit yapıyı tekrar dengeli perlite dönüştürürbunun nedeni temperleme ile karbon atomları ile karbon atomları çözülerek demir karbid partikülleri olarak çökeltilir Temperleme sıcaklığı artarken partikül boyutları da artmaktadır 100°C ile 200°C arasındaki sıcaklıklarda demir karbid normal Fe2Cyapısında değildir Fakat değişim e-karbid
• Şekil 515 Tipik Sertleştirme Eğrileri
• yapıdadır Bu durum %0,3 oranında azaltılmış karbon içeren kalan martensit yapıya izin verir Şekil 516’da görüleceği gibi sert karbidin varlığından dolayı başlangıçta sertlikte bir miktar artış vardır
• Bununla beraber sıcaklık artarken 400°C’ye kadar sertlik düşer ve e karbidinin normal yapıdaki Fe2C bileşimine doğru dönüşümü başlar Bu sıcaklıkta artıklar düşük karbonlu (%0,3) martensitten ferrite dönüşmektedir Dönüşüm sırasında sertlik azalırken malzemenin tokluğu ve sünekliği artmaktadır Temperleme sıcaklığı A1 sıcaklığına (723°C) doğru yükselirken, çökertilen karbidleri (Fe2C) küreselleştirme tavlasında oluşan benzer bit yapı meydana getirirler
• Temperleme demir karbide düzgün bir dağılım verir ve hızlı bir işlemdir Soğutularak sertleştirmenin devamında, küresel tavlama yerine yüksek sıcaklıkta tavlama yapılır Sade karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler genellikle 300°C’nin altında temperlenir Bu malzemeler kesici takım olarak kullanıldıklarında dolayı sertlik ve aşınma direnci birinci derecede önemlidir Sade karbonlu çeliklerin temperleme sıcaklıkları uygulama yerine göre tablo 52’de listelenmiştir Bu temperleme sıcaklıklarında, yapı ince perlit olup buna troostit denir Troostit temperlemeyi troostit soğutmadan ayırmak için ikincisine birinci troostit (veya beynit) denir Bununla birlikte, troostit ifadesi kullanılmamakta, daha ziyade “temperlenmiş martensit” kullanılmaktadır
• Şekil 516 %O83 Karbonlu Bir Çeliğin Sertliğine Temperlenmenin Etkileri
• Tablo 52 Temperleme Sıcaklıkları
• Renk Eşit Sıcaklık (°C) Uygulamaları
• Çok açık saman rengi 220 Kazıyıcılar; pirinç işlemek için torna takımları
• Açık saman rengi 225 Tornalamada kullanılan, oyularak biçimlendirilen çelik takımları
• Mat saman sarısı 230 Çelik yüzeyleri, hafif torna kesicileri
• Saman sarısı 235 Jiletler, kağıt kesicileri; düz çelik bıçaklar
• Koyu saman sarısı 240 Freze kesicileri, matkaplar, ahşap oyma takımları
• Koyu sarı 245 Delik kesicileri, Raybalar, çelik keskiler
• Çok koyu sarı 250 Kılavuzlar, paftalar, kaya matkapları
• Sarı-Kahverengi 255 Vida lokmaları, kalemtraş, sert ahşap kesici takımları
• Sarımtrak kahverengi 260 Zımpa ve kalıplar, makas kenarları, perçinleme aleti
• Kırmızımsı kahverengi 265 Ahşap delme kalıpları, taş kesme takımları
• Kahverengi-eflatun 270 Matkap uçları
• Açık eflatun 275 Miller, sıcak işlem yapılan düzenekler, tıbbı işlemler
• Tam eflatun 280 Keski kalemleri
• Koyu eflatun 285 Dökme demir keski
• Çok koyu eflatun 290 Demir keski ve iğneler
• Tam mavi 295 Dairesel ve düz metal testereleri, tornavidalar
• Koyu mavi 300 Spiral yaylar, ahşap testeresi
• Şekil 517 Martemperleme İşlemi
• 58 Martemperleme
• Bu işlem soğutularak sertleştirmede mevcut olan şekil bozulması ve çatlak riski olmaksızın sertleştirmedir İşlem, çeliğim östenit sıcaklığına kadar ısıtılması ve sonra Ms sıcaklığın tam üzerindeki sıcaklığa kadar tuz fırınında mümkün olduğu
• kadar hızlı bir şekilde soğutulması işlemlerinden oluşmaktadır Çelik, yapısı tamamen düzgünleşene kadar ısıtılır bu düşük sıcaklıkta muhafaza edilir Bu noktada düşük
• sıcaklıktaki tuz banyosundan çıkarılır ve oda sıcaklığında doğal olarak soğutulur Şekil 517’de metalin hem yüzeyinde hem de çekirdeğinde aynı zamanda Ms ‘den M90aralığındaki dönüşümler görülmektedir Böylece iç gerilmeler nedeniyle çatlak ve yapı bozulmaları en düşük seviyeye indirilir Düzgün martensit yapıya erişildiğinden diğer sertleştirilmiş çelikler gibi temperlenmelidir
• 59 Östemperleme
• Bu işlem, zaman-sıcaklı-dönüşüm diyagramlarında kullanılan örnek parçalra uygulanan işlemlere benzemektedir Şekil 518’de çelik önce östenit sıcaklığının (A3) üzerine kadar ısıtılır Sonra Ms sıcaklığının üzerinde olacak şekilde kuluçka banyosunda soğutulur Çeliğin öz ve dış kısımları tamamen beynit yapıya dönüşene kadar kuluçka tuz banyosunda tutulur Dönüşüm tamamlandıktan sonra çelik uygun bir sürede oda sıcaklığına kadar soğutulur Yavaş soğutma iç gerilmelerden dolayı oluşabilecek muhtemel çarpılmaları en aza indirir Östemperleme gerçek bir izotermal (sabit sıcaklıkta) işlemdir Bu işlemin amacı termal şoklardan oluşan muhtemel yüzey çatlakları ve soğutmadaki soğuk su ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır Östemperleme ile oluşturulan beynit yapını mekanik özellikleri temperlenmiş martensitin aynısıdır Östemperleme işlemi soğutma işlemindeki kalıcı gerilimlerin olmayışı nedeniyle, bazen daha da iyidir
• Östemperleme alaşımlı çelik için geniş çapta kullanılırken sade karbonlu çeliklerde yalnızca küçük kesit alanlı (kalınlığı 10 mm’yi geçmeyen) parçalar için kullanılabilir Bunun nedeni sade karbonlu çeliklerin tuzlu su banyosunda yeterince hızlı soğutularak dönüşüm eğrisindeki burun kısmın kesilmesinin önlenmesinin zorunluğudur Soğuma eğrisi dönüşüm eğrisinin burnunu kestiğinde yaklaşık 500°C’den 600°C’ye kadar ince perlit oluşur Alaşımlı çeliklerin daha düşük kritik soğuma hızına sahip olmalı ve bu sorunu çözmektedir
• Şekil 518 Östemperleme İşlemi
• 510 Tavlama
• Her ne kadar tavlama işlemleri zaman-sıcaklık dönüşüm diyagramları ile ilişkilendirilebilir ama bunu yapmanın bir faydası yok Çünkü tavlama soğutma hızı istenen denge şartlarını oluşmasına izin verir Tavlama işlemlerinin tanımlamalarında başvurular, demir-karbon termal denge diyagramının çelik kısmına yapılacaktır Tüm tavlama işlemleri ;çeliklerin soğuk şekillendirilmeleri veya işlenebilir hale getirmelerine yardımcı olmak üzere , yumuşatılmaları ve sünekleştirilmeleriyle ilgilidir Üç temel tavlam işlemi vardır Bunlar:
• Kritik altı sıcaklıkta, gerilim giderme tavlaması (tavlama veya ara tavlama olarak bilinir
• Kritik altı sıcaklıklarda küreselleştirme tavlaması
• Dökümler ve dövme parçalar için tam tavlama
• Tavlamada uygulanacak yöntem, çeliğin içerdiği karbon miktarına, ön ısıl işleme ve daha sonraki kullanım yerine bağlı olarak seçilir Şekil 51’de tavlama işlemleri için demir karbon denge diyagramının üzerinde ilave olarak, tavlama sıcaklık aralıkları gösterilmiştir Bütün tavlama işlemlerinde soğutma oranları mümkün olduğu kadar düşüktür ve genelde soğutma fırınında yapılır
• 511 Gerilim Giderme Tavlaması
• Bu işlem karbon miktarı %04’den aşağı olan çelikler için kullanılır Bu tip çelikler istenilen şekilde sertleştirilemezler, fakat nispeten sünek olduklarından genelde soğuk şekillendirilirler ve şekillendirilerek sertleştirilirler Yani kristal yapıları normal denge şartlarına göre sn derece deforme olmuştur Tekrar kristalleşme sıcaklığı 500°C’de başlar Uygulamada tavlama sıcaklığı genelde 630°C’de gerçekleştirilir Isıl işlem hızlandırılarak tane oluşumu hızlandırılır Sıcak haddeleme gibi sıcak şekillendirme işlemleri tekrar kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapılır (bu sıcaklıkta kristaller deforme olduktan sonra tekrar düzgün şekil almaktadır) Kristal yapıda bozulmuş halide olabildiğince hızlı giderilmektedir Soğuk şekillendirme işlemi tekrar kristalleşme sıcaklığının altında yapılmaktadır ve sonuçta çeliğin yapısında aşırı bozulma ortaya çıkmaktadır Bu şartlarda çelik son derece gergin sert ve kırılgandır Gerilim giderme tavlamsının başarısı, kritik altı sıcaklıkta çekirdek oluşumu ile kristalleşmenin başlamasına ve gerilmelerin hapis edilmesine bağlanır Nüve kristal şekil değiştirmiş her bir gerilim yoğunlaşma noktasında bir yapı oluşturur Bu nüve kristaller veya çekirdek gelişimi devam eder Sıcaklık normal şekilde korunabilirse dengeli tane yapısı tekrar sağlanır Isıtmaya devam ettirildiğinde tane yapısı istemeyen özelliklerde gelişir Soğuk şekillendirilmiş düşük karbonlu tam tavlama işlemlerinin faydaları:
• Düşük sıcaklık gerektiğinden yakıt masrafları düşüktür
• Düşük sıcaklıklarda çalışıldığından fırın astarları ve ısıtma elemanlarının bakım maliyetleri düşer
• Düşük sıcaklıklarda çeliğin oksidasyon azlığından dolayı atmosferin kontrol altına alındığı pahalı yöntem yerine daha ucuz “kapalı tavlama” uygulanır Kapalı ortamda tavlamada çelik plakalar fırına konulur ve sadece iki dış plaka yüzeyi renk değiştirir Bu tür saç plakalara genelde soğuk haddelenmiş kapalı tavlama ile elde edilen plakalar denir
• Bu işlem tam tavlamadan daha hızlı olup, tane oluşum daha azdır ve sonuçta daha gelişmiş mekanik özellikler elde edilir
• 512 Küreselleştirme Tavlaması
• Perlit kristallerinin birbiri ardına sırayla gelen ferrit ve sementit katmanlardan meydana gelen lamelli bir yapı olduğu daha önce ifade edilmişti %05’ten fazla karbon içeren çelikler kritik sıcaklığın biraz altında (650°C’den 700°C’ye) kadar ısıtıldıklarında kristal içindeki sementit yuvarlaklaşmaya başlar bu işlem perletik sementitin küreselleşmesi olarak isimlendirilir ve bu işlem şekil 519’da diyagram olarak gösterilmektedir Sıcaklık kritik altı olduğundan faz değişimi oluşmaz ve sementitin kristalleşmesi sadece yüzey gerginliği etkisi yapar Eğer kristallerdeki sementit katmanları tavlama öncesi nispeten kaba ise kristallerin çözünerek, sementitin yuvarlak yapı oluşturması uzun süre alır
• (a) (b) (c)
• Şekil 519 Yüzey Tavlaması A) Lamelli Perlit B) Perlit Küreselleşmeye Başlarken C) Perlit Sementetin Küreselleşmesinin Tamamlanması
• Buda, sırasıyla fiziksel özellikler bozulmaya ve işleniş yüzeylerde zayıflığa yol açar Bu sebepten ince sementit tanecikleri oluşturmak amacıyla sertleştirme işlemi vasıtasıyla tane ıslahı yapılmadan önce küreselleştirme önerilir Bu işlem soğuk şekillendirilerek veya su verilerek sertleştirilen sade karbonlu yumuşak takım çeliklerinde en etkili olarak kullanılmaktadır İşlem uygulandıktan sonra çelik çekilebilir ve hata kolayca işlenebilir İlave olarak yüzey tavlamasına tabi tutulan çelik daha az çatlama olasılığı ile daha düzgün bir yapıda sertleşecektir Diğer tavlama işlemlerinde olduğu gibi ısıtmadan sonra yavaş bir soğutma gereklidir Bu soğutma işlemi, genel olarak fırın çalışması durdurulup ve fırın içindeki parçalar ile birlikte soğutmaya bırakılarak yapılır
• 513 Tam Tavlanma
• Sade karbonlu çeliklerin karıştırılması, ısıl işlem ile dönüştürüldüğünde üst kritik sıcaklığının çok üzerinde olmalıdır Büyük dökümler ısıya dayanıklı kum kalıplara döküldüğünde soğuma uzun zaman almaktadır Benzeri şekilde büyük dövme parçalar, ergime sıcaklıklarının altında sıcak şekillendirilmelerine rağmen uzun süre olmasına karşılık üst kritik sıcaklıklarında işleme tabi tutulur Her iki olayda tane oluşumu aşırı miktarda olup, metallerin fiziksel özellikleri kötüleşir Östenitin kaba tanelerinin kristal sınırları boyunca ferrit oluşmaktadır Şekil 520’de görülen file örgüsü şeklindeki bu yapıya Widmanstatten yapısı denir
• Çeliğin kullanılabilir olması için ötektik altı çelikler üst kritik sıcaklığın yaklaşık
• Şekil 520 Widmanstetten Yapısı
• 50°C üzerinde, ötektik üstü çelikler ise alt kritik sıcaklığın 50°C üzerinde yeniden ısıtılır Şekil 51’de bu çeliklerin grafiği görülmektedir Bu ise ince taneli östenitin daha ince yapılı perlit ve ferrit kristallere dönüşümüyle neticelenir Bu işlem için çelik genelde oda sıcaklığına kadar fırında soğutulur
• 514 Normalleştirme
• Sade karbonlu çeliklerin normalleştirme sıcaklıkları şekil 51’de gösterilmiştir Sertleştirme ve tavlamadan farklı olarak normalleştirme sıcaklıklarının; çeliğin tamamen östenit hale gelmesi ve gerilimsiz olmasını temin için A3-Acm çizgisinin üzerinde uzandığı görülmektedir Normalleştirme işlemlerinde soğutma oranlarının daha hızlı olması kristaller etrafında sementit (demir karbür) ağına benzer yapının oluşumunu ve çeliğin mekanik özelliklerinin zayıflamasını önlemektedir
• Normalleştirmede, soğutma oranının hızlılaştırılması iş parçasının fırından alınıp serbest olarak havada soğutulmasıyla yapılır Hava ile soğutmada havanın serbest olarak sirkülasyonu sağlanmalı; fakat hava cereyanı önlenmelidir Daha hızlı soğutma neticesinde ince taneli yapının fiziksel özellikleri iyileştirilir ve talaşlı imalat neticesinde kaliteli bir yüzey elde edilir Bununla birlikte şiddetli soğuk şekillendirme işlemi için süneklik yeterli değildir Normalleştirme büyük parçaların kaba ve ince talaş kaldırma işlemleri arasında gerilim giderme işlemlerinde de kullanılır Böylece parça üzerinde ardışık hareketlerin oluşumu ve ölçü hassasiyeti kaybı önlenir
• 515 Yüzey Sertleştirme
• parçaların genelde aşınmaya dayanımları için sertleştirilmiş bir dış yüzeye ve ani yüklemelere dayanmaları içinde tok yapılı öze sahip olmaları gerekir Bu iki özelliği aynı ayda gösteren bir çelik malzeme yoktur Tokluk için öz kısmın karbon miktarı %03’den fazla olmamalıdır Yüzey kısmına uygun sertlik verebilmek için ise karbon miktarı yaklaşık %1 olmalıdır Bu problemin çözümü için genelde yüzey sertleştirilmesi yapılır Bu işlemde düşük karbonlu çelik parçaların yüzey katmanlarına dikkatli şekilde ayarlanmış derinlikte karbon ilave edilir İşlem bitiminde parça ardışık olarak ısıl işlemlerden geçilerek dış yüzey sertleştirilir ve öz kısım ıslah edilir Bu işlemler şekil 521’de görüldüğü gibi iki farklı aşamada oluşur
• Karbürleme
• Isıl işlemler
• Karbürleme; düşük karbonlu çeliklerin (yaklaşık karbon miktarı%01) östenitik şartlarda ısıtılarak karbon emdirilmesidir Karbürleme işleminde değişik karbonlama malzemeleri kullanılır
• Şekil 521 Dış Yüzey Sertleştirilmesi A) Karbürleme B) Karbürlemeden Sonra
• C) 780°C’den İtibaren Soğutularak Sertleştirilmiş Yapı
• 1 Katı Maddeler, kömürleşmiş kemik ve deri gibi katı maddeler ile birlikte sodyum karbonat ve baryum karbonat gibi enerji verici maddelerden oluşmaktadır
• 2Erimiş tuzlar, sodyum siyanür gibi maddelerin sodyum karbonat ve değişen miktarlarda sodyum veya baryum klorid ile oluşturdukları erimiş tuzlardır Siyanür öldürücü zehir olduğundan fırın içindeki toplam oranı %20~%50 arasında olmalı, kullanımda gerekli ön tedbirler sıkı şekilde alınmalıdır
• 3Gaz maddeler, kolayca elde edilebilmesi nedeniyle artan şekilde “doğal gaz” (metan) kullanılır Metan, karbonun organik bileşenleri içeren bir hidrokarbon gaz olup, çelik malzemeler tarafından kolayca emilebilmektedir Metan gazı ısıtılmış gazlardan çıkan gazlarla zenginleştirilebilir
• 516 Paket Karbürleme
• Bu işlemde karbürleşecek parçalar karbürleme de kullanılacak ve bölüm 515(a)’de tanımları yapılan maddeler ile birlikte dökme-demir veya hazır çelik kasalar içine paketlenerek konur Kutuların kapakları gaz sızmalarını önlemek için macunlanır Daha sonra kutular 900~950°C arasında 5 saate kadar ısıtılır Sıcaklık ve karbürleme süreleri karbürleme derinliğine bağlıdır Karbürleme derinliği2 mm2yi aşamalıdır Kalınlık artışı kırılganlık ve çatlamalar nedeniyle yüzeyde pul pul kalkmalara neden olabilir Karbürleme tanımlandığında kutular açılıp, sandık çözülerek yavaşça soğutulur Parçalar ardışık ısıl işlemler için temizlenir
• 517 Tuz Banyosunda Karbürleme
• Tuz banyosunda karbürlenecek parçalar, erimiş sodyum siyanür ve enerji verici tuz arışımı içinde asılır Karışımın bileşimi bölüm 515’de verilmiştir Büyük parçalar potanın üst kısmından bir çubukla tek tek sarkıtılır Bakır teller, siyanür içinde çözünerek parçanın potanın içine düşmesine neden olacağından hiçbir suretle askı olarak kullanılmamalıdır Küçük parçalar ise karışımla tepkimeye girmeyecek maddelerden yapılmış sepetler içinde sarkıtılır
• Siyanür tozlarıyla çalışıldığında personel tamamen ayrıntılı şekilde temizlenmelidir Tırnaklar arasında kalmış birkaç siyanür kırpıntısının yiyecek veya sigara vasıtası ile ağızdan alınması ölümlere neden olur Bu işlemin küçük parçaların karbürleşmesinde; sığ kap kullanılması ve beraberinde taşıdığı tehlikelerine rağmen paket karbürleşmeye göre pek çok faydaları vardır
• Faydaları:
• Yükleme daha çubuktur, bu nedenle daha ucuzdur
• Burulma ve çatlama ihtimali daha düşük olduğundan dolayı ısıtma ve karbürleme daha düzgündür
• Parçalar daha fazla ışıl işleme ihtiyaç olmadan siyanürle düzgün şekilde soğutularak sertleştirilebilir Bununla birlikte soğutma banyosu siyanür ile kirletilmektedir Siyanür dışarı atılmadan önce bir uzman gözetiminde zararsız hale getirilmedir
• 518 Gaz ile Karbürleme
• Bu işlem hem bir grup parça için çalışan hem de sürekli çalışan bir fırınlarda yapılmaktadır Parçalar bir hidrokarbon gaz olan metan (doğal gaz) atmosferinden 800’den 950°C’ ye kadar ısıtılmalıdır Gaz, sıcak mineral yağ buharı ilavesiyle zenginleştirilir Yağ, ısıtılmış platin eloktrodun üzerine damlatılır Isı yağı buharlaştırır ve platin bir katalizör gibi davranır Yağın bileşimdeki elementler ayrılar Parça fırına konulmadan önce gaz önce karbondioksitten temizlenir Bu tip gazların yüksek oranda alev alma özelliği olduğundan hava ve patlayıcı özelliklerde gaz karışımı sızıntılarının önlenmesi için büyük dikkat gösterilmelidir Seri imalatta 1 mm kadar karbürleme işlemleri için gaz karbürleme kullanılır
• 519 Karbürleşmeden Sonraki İşleler
• Karbürleşmenin, çeliklerin sertleştirdiği varsayımı bir yanlış anlayıştır Karbürleşmede dış tabakalara sadece karbon ilavesi yapılır Tam tavlama işlemi ile kaba taneli bir yapı oluşturularak karbon atomları dış tabakalardan ayrılır Bu sebeple çeliğin hem özünden hem de dış kısımlarında tane ıslahı ve dış yüzey sertleştirme için ilave ısıl işlemler yapılır Bu ısıl işlemler çeliğe uygun dayanım ve tokluk vermek için gereklidir Şekil 522’den referans alınarak, sertleştirme ve tane ıslah işlemlerinin aşağıdaki tanımları netleştirilecektir
• Özü ıslah etme: Öz kısmında karbon miktarı %0,3’den daha düşük olduğundan doğru tavlama sıcaklığı yaklaşık 870°C’dir Parça bu sıcaklığa yükseldikten sonra suda soğutularak ince tane yapısı elde edilir İnce tane yapısının tokluk sağlaması gerekir Sıcaklığın 870°C olması parçanın özü için doğru değer (sıcaklık(2) şekil 522) dış kısım için ise çok yüksek bir değerdir
• Dış Kısımların Sertleştirilmesi Ve Islah İşlemi: dış kısımlarda karbon miktarı yaklaşık %1 olduğundan doğru sertleştirme sıcaklığı 760°C’dir Bu nedenle, parça bu sıcaklığa kadar tekrara ısıtılır (sıcaklık(3) şekil 522) ve tekrar soğutulur Bu parçanın dış kısmını sertleştirir ve ince taneli yapı eldesine imkan verir 760°C’lık sıcaklık öz kısmında tane oluşumu için çok düşüktür Bunu temin için parça tekrar ısıtma süresince hızlı bir şekilde 650’den Şekil 522 dış yüzey sertleştirme sıcaklıkları 750°C’ye ısıtılır ve sertleştirme sıcaklığında tamamen doymadan soğutulur
• Temperleme: Soğutma sırasındaki dış yüzeydeki gerilmeleri rahatlatmak ve kırılganlığı azaltmak için 200°C’de temperleme tavsiye edilir Yukarıdaki işlem ideal sonuçları elde etmekte kullanılır Bununla beraber ekonomik olma ve hız bakımından işlem basitleştirilmelidir Parçalar da düşük gerilmeler vardır Temperleme; alaşım çeliklerinin daha az kritik tane oluşumuna ve istenen soğuma karakterine sahip olmalarından dolayı alaşımlı çeliklerde kullanılırlar
• 520 Bölgesel Dış Yüzey Sertleştirilmesi
• Her zaman parçanın tamamı sertleştirilmesi istenmez Örneğin vida dişlerinin tamamen sertleştirilmesi arzu edilemez Bu vida dişlerini son derce kırılgan yapmakla kalmaz, aynı zamanda karbürleme süresince çarpılmalarda meydana getirir Sertleştirilen yüzeyler ise sadece, pahalı bir işlem olana vida dişi taşlama ile düzeltilebilir Karbürleme işlemi sırasında bölgesel karbon emilmesini önlemek için çeşitli ortamlar oluşturulur Örneğin:
• Yumuşak bırakılacak alanları üzeri yoğun bir bakır tabaka ile kaplanır (bakır siyanür içinde çözündüğünden dolayı tuz banyosunda bu işlem kullanılmamalıdır)
• Yumuşak bırakılacak alanlar ateşe dayanıklı kille örtülmelidir
• Karbon emilmesi istenmeyen yüzeylerde fazla talaş payları bırakılır Karbürleme ve sertleştirme arasından yüzeyde kalan karbon emdirilmiş kısımlar işlenerek yumuşak olanlar bırakılır ve sonra karbondan etkilenmemiş yüzeyler esas ölçülerinde işlenir Pahalı olmasına karşılık, bölgesel yumuşak alan bırakma, bölgesel sertleştirmenin en güvenilir yoludur (şekil 523)
• Şekil 523 Bölgesel Yüzey Sertleştirilmesi A) Ön İşlemesi Yapılmış Parça Karbürleme İçin Hazır B) Karbürleşmeden Sonra Yüzey İşlemi Tamamlanmış Parçanın Soğutularak Sertleştirme Öncesi Durumu
• Bölgesel yüzey sertleştirme, orta ve yüksek karbonlu çeliklerin bölgesel olarak hızlı şekilde ısıtılıp soğutulmasıyla da elde edilir Şekil 524 ‘de alevle sertleştirmenin prensibi gösterilmektedir Bir taşıyıcı araba ile taşınma oksi-asitilan alevi ile parça yüzeyi hızlı şekilde ısıtılır Aynı araba üzerinde soğutucu sprey bulunduğundan, parça özü sertleştirme sıcaklığına yükselmeden dış yüzeyler ısıtılıp-soğutularak sertleştirilir Şekil 525’de aynı tesirin yüksek frekanslı elektromanyetik endüksiyonla nasıl yapıldığı görülmektedir Yüksek frekans da, parça yüzeyinde daha etkin olacağından indüklenen eddy akımı oluşturulmakta ve buda parçanın, yüzeyinin ısınmasına neden olmaktadır
• 521 Azotlama
• Bu işlem özel alaşımlı çeliklerden yapılmış parçaların aşınma dirençlerini arttırmak için yapılan kaplama veya yüzeye sert malzeme ilavesidir Örneğin matkap kovanında yapıldığı gibi Bu işlemde kullanılan alaşımlı çelikler %0,1
• Şekil 525 Alevle Sertleştirme
• alüminyum veya molibden, krom ve vanadyum içerir Azot, metal yüzeyleri tarafından emilerek çok sert bir azot tabakası oluşturur Bu işlemde sertleştirilecek parça, 40cm üzerinde 500~600°C arasında amonyak atmosferinde ısıtılır Amonyak bu sıcaklıkta ayrışır Ayrışan azotta rahatlıkla çelik tarafından emilir Azot ile sertleşmenin bazı faydaları:
• Soğutma işlemi olmadığından çatlama ve şekil bozulma ihtimali ortadan kaldırılmıştır
• Yüzey sertliği 1150HD kadar olabilen, alaşımlı çelikler (azot alaşımlı) elde edilebilir
• Çeliğin korozyona karşı direnci artmaktadır
• Azotla sertleştirilen parçaların sertliği 500°C’ ye kadar korunur 220°C’de dış yüzeyi veya tamamen sertleştirilmiş sade karbonlu çeliklerde karıştırılırsa bu değer daha iyidir
• 522 Isıl İşlemler Seçimi
• Isıl işlem seçimi aşağıdaki etkenlere bağlıdır
• İstenen mekanik özelliklere
• Parçaların hangi malzemeden yapıldığına
• Isıl işlem uygulanacak malzemenin başlangıç koşullarına
• Parçanın boyutlarına
• Isıl işlem uygulanacak parçaların adedine
• Eldeki mevcut ekipmanlara {5}
• Şekil 525 Endüksiyonla Sertleştirme A) Endüksiyon Bobinlerden Yüksek Frekanslı Alternatif Akım Geçirilerek Elde Edilen Eddy Akımı İle Parça Isıtılır B) Sertleştirme Sıcaklığına Erişildiğinde Akım
• ISIL İŞLEMLERDE ÖZET
• Suda Soğutarak Sertleştirme: Bu işlem karbon miktarı % 0,6’yı geçemeyen basit kesitli, büyük ebatlardaki sade karbonlu çelikler için kullanılır Suda sertleştirmede kritik soğutma hızı tutturulursa basit kesit ve oldukça düşük olan karbon miktarı çarpılma ve çatlamaları önler
• Yağda Soğutularak Sertleşme:Bu işlem orta ve yüksek karbonlu çeliklerdeki gibi kritik soğutma oranlarına erişilecek derecede küçük kesit alanlarına sahip, sade karbonlu takım çeliklerinde kullanılır Yağda soğutma, çatlama ve çarpılma riskini azaltmaktadır Bu işlem çok karışık takım çelikleri hariç alaşımlı çeliklerin çoğu da kullanılır Küçük ve orta büyüklükteki çelikler için havada soğutularak sertleştirme yapılır
• Temperleme: soğutularak sertleştirilmiş parçalardaki aşırı kırılganlığı ve bir dereceye kadar tokluktaki kötü etkileri kaldırmak için daima temperleme gerekmektedir Alaşımlı çeliklerdeki mevcut dayanım, şok direnç vb mekanik özelliklerin geliştirilmesi için temperleme gerekli bir işlemdir Düşük sıcaklıklardaki (200’den 300°C’ ye) temperleme, kesici takımlara ve helisel yaylara daha yüksek sıcaklıklarda (600°C’ ya kadar) ise en yüksek dayanımın gerekli olduğu mil gibi elemanlar için kullanılan bir işlemdir
• Martemperleme: alaşımlı çeliklerin yüksek sıcaklıkta sertleştirilmesi işleminde, su ve yağ ile soğutmada oluşan termal şokları önlemek için kullanılırlar Sertleştirme işlemlerinde temperleme gereklidir Bu işlem, yüksek kritik soğutma oranlarına sahip olduklarından küçük kesitteki çelikler hariç, diğer sade karbonlu çeliklere uygulanması zordur
• Östemperleme: yüksek sıcaklıklardaki yağ ile soğutmadaki termal şokları önlemesinde ve alaşımlı çeliklerin toklaştırılmasında kullanılır Tasarlanan herhangi bir işlemle tokluk, dayanım vb özellikler geliştirilebilir Bunu içinde ilk ısıl işlemden sonra parça temperlenmelidir Bu işlem yüksek kritik soğuma oranlarına sahip küçük kesitli parçalara uygulanmakta olup, sade karbonlu çeliklere uygulanması zordur
• Tam Tavlama: bu işlem yüksek sıcaklıklardan yavaşça soğutularak kaba taneli büyük döküm veya dövme parçaları düzgün taneli yapıya kavuşturmak için yapılır Döküm parçalarda tane yapısı dış yüzeylerdeki sert kristallerden yüzeyin tam altındaki zayıf düzlemdeki sütün kristallere doğru değişir Ön kısımda ise değişik ölçülerde eşit eksenli kristaller bulunur Tam tavlama ile kristal yapı eşit eksenli ve ince taneli bir yapıya dönüşür Bu işlem suda soğutularak sertleştirilmiş takım çeliklerinin yumuşatmak için kullanılır
• Küreselleştirme Tavlaması: bu işlem %0,4’ün üzerinde karbon içeren soğutularak ve şekillendirilerek sertleştirilmiş sade karbonlu çelikleri yumuşatmak için kullanılır Tam tavlama işleminden daha ince ve düzgün kristal yapısı ile talaş kaldırma için daha uygun mekanik özellikler elde edilir Aynı zamanda soğutularak sertleştirmeden önce çatlama ve çarpılma ihtimallerini azaltıp daha düzgün sertlik ihtimallerini azaltıp, daha düzgün sertlik temini içinde kullanılır
• Kritik Altı Tavlaması: bu işlem aşırı şekilde soğuk sertleştirilmiş demri olmayan metaller ile demir metallerin dövülebilirliğini ve sünekliğini iyileştirmek için kullanılır %0,4 karbon içeren sade karbonlu çeliklere uygulanır Soğuk şekillendirmede işlemler arasındaki değişik kademeler kullanıldığından “ara kademe” veya “işlem tavlaması” olarak isimlendirilir Bu işlem aşırı soğuk şekillendirmeden sonra, tane sınırlarındaki gerilim noktalarında, çekirdek kristalleri oluşumunun başlamasını etkilemektedir
• Normalleştirme: büyük parçaların bitiş işlemi öncesinde kaba olarak işlemlerinden sonra gerilimlerini gidermek ve çeliklerin tane yapılarını dövme işleminden sonra iyileştirmek için kullanılır
• dış Yüzey Sertleştirilmesi: malzemenin öz kısımlarının tok, dış kısımlarının sert olmasını temin için kullanılır Bu arzu edilen bir özellik bileşimidir Dış yüzeyleri sertleştirilmiş kaliteli çeliklerin sertlik ve yüzey derinliğinin düzgünlüğünü temin için bu yöntem kullanılır Yüzeyi sertleştirilecek çelikler sade karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklerdir Yüzey sertleştirmesinde parçanın tamamen sertleşmesi gerekmediğinden maliyeti düşüktür Dış yüzeyleri sertleştirilmiş çeliklerin işlenmesi yüksek karbonlu veya alaşımlı çeliklerin yüksek dayanımları nedeniyle oldukça kolaydır
• Yüzeysel Sertleştirme Ve Azotlama: parçaların dış yüzeyinde çok ince tabaka sertleştirme işlemi gerektiğinde alevle sertleştirme, endüksiyonla sertleştirme ve azotlama işlemleri kullanılır Örneğin alevle sertleştirme takım tezgahlarının kayıtları ve büyük dişlilerin dişlerini sertleştirmede kullanılır Endüksiyonla sertleştirme uzun düzgün millerin sertleştirilmesinde, azotlama ise aşırı sertlik ve aşınma direnci ihtiyacı olan küçük yataklarda kullanılır Bu paragrafta bahsedilen tüm işlemler uzmanlık, pahalı bir tesis gerektirmektedir Bu işlemler istenilen özelliklerin garanti edilebilecek küçük üretimler için kullanılır