ÇELİKLERE UYGULANAN ISIL İŞLEMLER Zeki TAYAN M.Cemal BAŞKAYA 25 Ekim 2001

Isıl İşlemin Tarifi Genel anlamda ısıl işlem, metal veya alaşımlara istenilen özellikleri kazandırmak amacıyla katı halde uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleri olarak tanımlanır. Isıl işlemin Türk Standartlarındaki (TS 1112) tanımı ise; katı haldeki metal veya alaşımlara belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine zamanlanarak uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleri olarak verilmektedir. Çeliklere uygulanan bütün temel ısıl işlemler, iç yapının dönüşümü ile ilgilidir. Dönüşüm ürünlerinin türü, bileşimi ve metalografik yapısı çeliğin fiziksel ve mekanik özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Başka bir deyişle; bir çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği dönüşüm ürünlerinin cinsine, miktarına ve metalografik yapısına bağlıdır.

Isıtılan Sıcaklıkta bekletme Soğutma Isıl İşlemin Genel Uygulaması Isıtma Isıtılan Sıcaklıkta bekletme Soğutma Isıl işlem uygulanacak çelikleri içerdiği karbon oranına göre iki farklı grupta toplayabiliriz; 1-Ötektoid altı çelikler (%C <0,8), 2-Ötektoid üstü çelikler (%C > 0,8)

Şekil 1- Demir – Karbon denge diyagramı Geri

Çeliğin ısıl işlemine ostenitleştirme (ostenizasyon) ile başlanır Çeliğin ısıl işlemine ostenitleştirme (ostenizasyon) ile başlanır. Ostenitleştirme; çeliğin uygun bir sıcaklığa kadar yavaşça ısıtılıp, yapısının tamamen ostenite dönüşmesine kadar (yani iç yapının her bölgede benzer yapı göstermesine kadar) tavlanması anlamına gelir. Ostenitleştirme için çelik malzeme, alt kritik sıcaklık çizgisinin (Ac1) üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Şekil 1

Ötektoid altı çelikler, üst kritik sıcaklık çizgisinin (Ac3) 40-60ºC üzerindeki sıcaklıklarda ostenitleştirme işlemine tabi tutulurlar. Ac3 çizgisinin altındaki sıcaklıklarda ise çelik içerisinde yumuşak bölgelerin oluşmasına neden olur ve böylece malzemenin sertleşmesi engellenir. Ötektoid üstü çelikler ise, Ac1 ile bu çeliklere ait üst kritik sıcaklık çizgisi (Acm) arasındaki sıcaklıklarda ostenitleştirilir. Acm çizgisi ani olarak yükseldiğinden, bütün yapıyı ostenitleştirmek için çok yüksek sıcaklıklara çıkmak gerekir. Isıtılan çelik, uygulanan ısıl işlem türüne göre bu sıcaklıkta belirli bir süre bekletilir ve belirli bir soğuma hızında soğutulur. Şekil 1

Isıl İşlem Uygulamasında Dikkat Edilecek Hususlar; Çeliğin belirlenen sıcaklığa kadar ısıtılmasında seçilen ısıtma hızı, ısıl işlem çevrimindeki diğer faktörlere göre daha az önem taşır. Ancak, çarpılmanın önlenebilmesi için soğuk şekil değişimine tabi tutulmuş, yani aşırı ölçüde iç gerilme içeren malzemelerin, gerilmesiz malzemelere göre daha yavaş ısıtılması gerekir. Ayrıca, kesit değişikliği gösteren parçaların ısıtılması sırasında ince ve kalın kesitlerdeki ısınma veya sıcaklık artış hızları arasındaki farklar da dikkate alınmalıdır. Sıcaklık etkisiyle parçada meydana gelebilecek çarpılmayı en aza indirmek için, ince kısımları kalın kısımlara göre daha yavaş ısıtılması gerekir. Isıl işlem sırasındaki hasar riskini azaltmak amacıyla çelikler genelde yavaş ısıtılırlar.

Çeliğin iç yapısının tamamen değiştiği bu sıcaklıklara çıkartılmasında, çelikte çarpılma, çatlama, oksidasyon, dekarbürizasyon (karbon atomlarının iç yapıdan kopması) ve tane büyümesi gibi istenmeyen durumlar meydana gelebilir. Bu nedenle çelikler olabildiğince düşük sıcaklıklarda ostenitleştirilirler.

Temel Isıl İşlemler Geri Şekil 2- Alaşımsız çeliklere uygulanan yumuşatma, normalizasyon, küreselleştirme ve sertleştirme işlemleri için tavlama sıcaklık aralıkları

Temel Isıl İşlemler 1-GERİLİM GİDERME TAVI (STRESS RELIEVING) Gerilim giderme tavı şekil verme, döküm veya kaynak işlemlerinden doğan iç gerilmeleri azaltmak amacı ile çelik parçaları, genellikle 550-650ºC arasında ısıtma ve sonra yavaş yavaş soğutma işlemidir. 2-NORMALİZE TAVI (NORMALIZING) Normalize tavı çelik malzemenin kristal yapısını daha homojen, daha ince bir hale getirmek ve bir sonraki ısıl işleminde karbürün uygun şekilde dağılmasını sağlamak amacıyla çeliğin kritik sıcaklığının (yeniden kristalleşme sıcaklığı) 40-60ºC üstünde tavlanıp havada soğutulmasıdır (Şekil 2). Şekil 2

Temel Isıl İşlemler 3-SU VERME İŞLEMİ (QUENCHING) Belli bir sıcaklığa kadar (genellikle 850-1100ºC) ısıtılmış çeliğin cinsine göre su, yağ veya tuz banyolarında soğutularak martensit bir yapı sağlamasına su verme işlemi denir. Soğutma hızı, parçanın büyüklüğüne, çeliğin sertleşebilme yeteneğine ve su verme ortamına bağlı olarak değişir. En fazla arzu edilen su verme hızı, en uygun sertlik sağlamaya yarayan en ağır soğutma hızıdır. Soğutma hızı çok yüksek olursa parçada çatlaklar oluşur, çok düşük olması halinde de uygun sertlik elde edilemez (Şekil 2). Şekil 2

Temel Isıl İşlemler 4-MENEVİŞLEME (TEMPERING) Menevişleme, ısıl işlem sonucu sertleştirilmiş bir çeliğin su verme sonunda soğutmadan ileri gelen gerginlikleri gidermek ve çeliğin sahip olduğu martensitik özlülüğünü ve direncini arttırmak için genellikle 150-450ºC arasında ısıtılarak ve uygun bir hızla soğutularak gevrekliğini giderme işlemidir. Çatlamaları en aza indirebilmek için meneviş işleminin su verme işleminden hemen sonra yapılması gerekir.

Temel Isıl İşlemler 5-SEMENTASYON (YÜZEY SERTLEŞTİRME) Sementasyon işlemi, düşük karbonlu çelik parçasının yüzeyine karbon emdirilmesi işlemidir. Karbon emdirilmesi işlemi, çelik parçasının karbon monoksit (CO) içeren bir ortamda östenit faz sıcaklığına (850-950ºC) kadar ısıtılmasıyla gaz-metal tepkimesi sonucu oluşur. Çelik parça, sementasyon sıcaklığında yüzeyden çekirdeğe doğru karbon difüzyonunun istenen derinliğe kadar ilerlemesi için yeterli süre tutulur. Bu süreye sementasyon zamanı adı verilir. Bu süre içinde çelik parçanın yüzeyinden içeriye doğru difüz eden karbonun ilerleme derinliğine sementasyon derinliği adı verilir.

TAVLAMA İstenilen yapısal, fiziksel ve mekanik özellikleri elde etmek ve talaş kaldırmayı veya soğuk şekillendirmeyi kolaylaştırmak amacıyla metal malzemelerin uygun sıcaklıklara kadar ısıtılıp, gerekli değişikler sağlanıncaya kadar bu sıcaklıkta tutulması ve sonradan yavaş soğutulması işlemine tavlama denir (Şekil 3). Şekil 3- Tavlama işleminin şematik gösterimi

Yumuşatma Tavı Yumuşatma tavı, çelik iç yapısındaki tane boyutunu küçülterek sertliği azaltmak, talaş kaldırmayı kolaylaştırmak veya döküm ve dövme parçalarındaki iç gerilmeleri gidermektir. Ötektoid altı çelikleri Ac3, ötektoid üstü çelikleri ise Ac1 çizgilerinin üzerindeki belirli sıcaklıklara kadar ısıtılır, iç yapılarını ostenite dönüştürdükten sonra fırın içerisinde tutarak çok yavaş soğutulur. % 0,2 C içeren iri taneli ötektoid altı bir çelik parçanın tanelerinin tavlama işlemi sırasında iç yapısında meydana gelen değişimler şu şekildedir; a) İlk veya orijinal yapı iri ferrit ve perlit tanelerinden oluşmaktadır (Şekil 4).

Şekil 4- Düşük karbonlu çeliğin iç yapısı Geri Şekil 5- %0,2 C içeren çeliğin iç yapısında tavlama işlemi sırasında meydana gelen değişimlerin şematik gösterimi Şekil 6- Ötektoid üstü çeliklerin iç yapısı

b) Ac1 çizgisinin hemen üzerindeki bir sıcaklıkta perlit ince taneli ostenite dönüşürken, ferrit yapıda aynen kalır. Eğer bu sıcaklıktan soğutmaya geçersek ferrit iri taneleri değişmediğinden tane boyutunda herhangi bir değişme olmaz (Şekil 5). c) Ac3 çizgisinin üzerindeki bir sıcaklıkta yapı tamamen ince taneli ostenite dönüşür (Şekil 5). d) Parça oda sıcaklığına soğutulduğunda, ince ferrit taneleri ile küçük perlit bölgelerini içeren bir iç yapı oluşur (Şekil 5). Şekil 5

Buradan; ötektoid altı çeliklerin yumuşatma tavına tabi tutulabilmeleri için Ac3 çizgisinin üzerindeki uygun sıcaklıklarda tavlanmalarının gerekli olduğu sonucu ortaya çıkmaktadır. Ötektoid altı çeliklerin sağlıklı biçimde ısıl işleme tabi tutulabilmeleri için, önce homojen bir ostenitik yapıya sahip olmaları gerekir. Bunun için, ostenitleştirme sıcaklığına kadar ısıtılan çelik malzemelerin her 25 mm et kalınlığı için 1 saatlik bir süre o sıcaklıkta tavlanmaları tavsiye edilir.

Ötektoid üstü çelikler Ac3,1 çizgisinin yaklaşık 50ºC üzerindeki sıcaklıklarda ostenitleştirme işlemine tabi tutulurlar. Bu sıcaklıklarda tutulan çelikler, ostenit ve sementit fazlarını içerir. Bu sıcaklıklardan çeliklere su verildiğinde sementit parçacıkları yapıda aynen kalır. Yapıdaki sementit fazı sertliği azaltmadığı gibi, çeliklerin aşınma dirençlerini de artırır. Bu nedenle ötektoid üstü çeliklerin tamamen ostenitleşmesine gerek yoktur. Bu çelikler Ac3,1 çizgisinin en az 10ºC üzerindeki bir sıcaklıkta tavlanırlar. Yumuşatma tavına tabi tutulan ötektoid üstü çeliklerin iç yapıları kaba lamelli perlit alanları ile bunları çevreleyen ötektoid dışı sementit fazından oluşur (Şekil 6). Bu yapıdaki perliti çevreleyen sementit ağı sert ve gevrektir. İç yapıda kalın ve sert tane sınırlarının bulunması, çeliklerin talaşlı yöntemle işlenmelerini zorlaştırır. Bu nedenle yumuşatma tavı, ötektoid üstü çeliklere son işlem olarak uygulanmaz. Şekil 6

Normalizasyon (Normalleştirme) Tavı: Normalizasyon tavı genelde tane küçültmek, homojen bir iç yapı elde etmek ve çoğunlukla mekanik özellikleri iyileştirmek amacıyla ötektoid altı çelikleri Ac3 ve ötektoid üstü çelikleri Acm dönüşüm sıcaklıklarının yaklaşık olarak 40-50oC üstündeki sıcaklıklara kadar ısıtıp ,tavlandıktan sonra fırın dışında sakin havada soğutma işlemidir (Şekil 2). Şekil 2

Normalizasyon tavının belli başlı amaçları; a) tane küçültmek, b) homojen bir iç yapı elde etmek, c) ötektoid üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak, d) çeliklerin işlenme özelliklerini iyileştirmek, e) mekanik özellikleri iyileştirmek ve f) yumuşatma tavına tabi tutulmuş çeliklerin sertlik ve mukavemetlerini artırmak şeklinde sıralanabilir. Bu nedenlerle normalizasyon tavı, çeliklere uygulanan son ısıl işlem olabilir.

Yumuşatma tavına tabi tutulan ötektoid üstü çeliklerin yapısında oluşan sementit ağının, bu çeliklerin mukavemetini düşürdüğü bilinmektedir. Normalizasyon tavı, ötektoid üstü çeliklerdeki sementit ağının parçalanmasını ve bazı durumlarda da büyük ölçüde giderilmesini sağlar. Bu nedenle, normalize edilen çeliklerin mukavemetinde artış görülür. Normalizasyon tavında, parçanın havada soğutulması nedeniyle nispeten yüksek soğuma hızı elde edilir. Genelde, soğuma hızı arttıkça ostenitin dönüşüm sıcaklığı düşer ve daha ince perlit elde edilir.

Ferrit çok yumuşak, sementit ise çok sert bir fazdır Ferrit çok yumuşak, sementit ise çok sert bir fazdır. Normalize edilen çeliğin yapısında bulunan sementit katmanlarının birbirine yakın veya sık olarak dizilmeleri nedeniyle çeliğin sertliği artar. Bu nedenle, normalize edilen çeliklerin sertlik ve mukavemeti, yumuşatma tavına tabi tutulan çeliklerin söz konusu değerlerinden önemli ölçüde yüksek olur. Tablo 1’de bazı çeliklerin yumuşatma tavına tabi tutulmuş ve normalize edilmiş durumlardaki mekanik özellikleri verilmektedir.

Tablo 1- Çeliklerin yumuşatma tavına tabi tutulmuş ve normalize edilmiş durumlardaki mekanik özellikleri

Küreselleştirme Tavı: Küreselleştirme tavı, çelikleri Ac1 sıcaklık çizgisi civarında uzun süre tuttuktan ve bu bölgede salınımlı olarak tavladıktan sonra, yavaş soğutma ile karbürlerin küresel şekle dönüştürülmesi işlemidir (Şekil 2). Bu işlem, ostenitleştirmeden sonra kontrollü soğutma ile de yapılabilir.Yumuşatma tavı işleminde belirtildiği gibi, tavlanmış durumdaki ötektoid üstü çelikler iç yapılarında sert ve gevrek sementit tanelerinin bulunması nedeniyle işlenmeye elverişli değildir. Bu tür çeliklerin işlenmesini kolaylaştırmak ve sünekliğini artırmak amacıyla da küreselleştirme tavı kullanılır. Şekil 2

Küreselleştirme tavı aşağıdaki yöntemlerden biri ile gerçekleştirilir. a) Çelik malzeme Ac1 çizgisinin hemen altındaki bir sıcaklığa (örneğin 700oC) uzun süre (15-25 saat) tavlanır. b) Çelik malzeme, düşük kritik sıcaklık çizgisinin (Ac1) hemen altında ve üstündeki sıcaklıklar arasında ısıtılıp soğutulur, yani salınımlı olarak tavlanır. c) Malzeme Ac1 kritik sıcaklık çizgisinin üzerindeki bir sıcaklıkta tavlandıktan sonra ya fırında çok yavaş soğutulur, ya da Ac1 çizgisinin hemen altındaki bir sıcaklıkta uzunca bir süre tutulur.

Yüksek sıcaklıtaki tavlama işlemi, çeliğin içersindeki perlitik yapı ile sementit ağının parçalanarak dağılmasına neden olur. Küreselleştirme tavı sonucunda, ferritik bir matris ile bunun içersinde dağılmış durumda bulunan küre biçimindeki karbürlerden oluşan bir iç yapı elde edilir. Küreselleştirme tavı sonunda çeliğin sertliği azalır, buna karşılık sünekliliği artar. Bu işlem sonucunda, ötektoid üstü çelikler işlenmeye elverişli hale gelir.

Küreselleştirme tavı, daha çok yüksek karbonlu çeliklere uygulanır Küreselleştirme tavı, daha çok yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Düşük karbonlu çelikler nadiren küreselleştirme tavına tabi tutulurlar. Çünkü; bu tür çelikler küreselleştirme tavı sonunda çok yumuşarlar ve bu aşırı yumuşama talaşlı işlem sırasında bazı zorluklar doğurur. Orta karbonlu çelikler ise yeterli ölçüde süneklilik kazanmaları için plastik şekil verme işleminden önce, bazen küreselleştirme tavına tabi tutulurlar. Küreselleştirme tavı sırasında tavlama süresinin iyi ayarlanması gerekir. Eğer çelik, gereğinden daha uzun süre tavlanırsa sementit parçacıkları birleşerek uzama gösterirler ve bu durum çeliğin işlenme kabiliyetini olumsuz etkiler. Yumuşatma, küreselleştirme ve normalizasyon işlemleri çelikleri işlenmeye elverişli hale getirmek amacıyla uygulanır. Ancak, uygulanacak ısıl işlem çeliğin karbon oranına göre seçilir.

Gerilim Giderme Tavı ve Ara Tavı Gerilim giderme tavı; döküm, kaynak ve soğuk şekil verme işlemlerinden kaynaklanan iç gerilmeleri azaltmak amacıyla, metalik malzemeleri dönüşüm sıcaklıklarının altındaki uygun bir sıcaklığa kadar ısıtma ve sonra yavaş soğutma işlemidir. Bu işlem, bazen dönüşüm sıcaklığı veya kritik sıcaklık altı tavı olarak da adlandırılır. Çelik malzemeler 540oC ile 630oC sıcaklıkları arasında gerilme giderme tavına tabi tutulurlar. Ara tavı ise; gerilme giderme tavına çok benzeyen bir işlem olup, ötektoid altı çeliklerden sac ve tel yapımında soğuk şekillendirmeye devam edebilmek için çelik malzemelerin Ac1 dönüşüm sıcaklığının hemen altındaki bir sıcaklığa (550-680oC) kadar ısıtılıp, yeniden kristalleşme sağlandıktan sonra yavaş soğutulması işlemidir.

Su Verme Sertleştirmesi Tavlama işleminden sonra, çelikler yavaş ya da orta seviyedeki bir hızla soğutulduklarında, ostenit içerisinde çözünmüş durumda bulunan karbon atomları difüzyon ile ostenit yapıdan ayrılırlar. Soğuma hızı arttırıldığında, karbon atomları difüzyon ile katı çözeltiden ayrılmak için yeterli zaman bulamazlar. Demir atomları bir miktar hareket etseler bile, karbon atomlarının çözelti içersinde hapsedilmeleri nedeniyle farklı bir yapı oluşur. Hızlı soğuma sonucunda oluşan bu yapıya “martenzit” adı verilir. Martenzitin sertliğinin yüksek olmasının en önemli nedeni, kafes yapısının çarpıtılmış olmasıdır. Martenzitik dönüşüm sırasında çelik malzemelerde bir miktar hacimsel büyüme meydana gelir. Söz konusu hacimsel büyüme, çok yüksek düzeyde yerel gerilmeler oluşturarak çeliklerin yapısının aşırı ölçüde çarpılmasına veya plastik şekil değişimine uğramasına neden olur. Kafes yapısının çapılması, su verilen çeliklerin sertlik ve mukavemetini arttırır.

Su verme işleminden sonra oluşan martenzit mikroskop altında iğne veya diken biçiminde gözükür ve bazen saman demetini andıran bir görünüm sergiler. Çeliklerin çoğunda martenzitik yapı belirsiz ve soluktur, bu nedenle kolayca ayırt edilemez. Yüksek karbonlu çeliklerde ise kalıntı ostenit arka fonu oluşturduğundan, martenzitin iğne veya diken biçimindeki yapısı daha belirgin bir görünüm kazanır. Martenzitik dönüşüm yalnız soğuma sırasında meydana gelir. Bu nedenle, söz konusu dönüşüm zamandan bağımsız olup, yalnız sıcaklığın azalmasına yani soğumaya bağlıdır. Martenzitin en önemli özelliği, çok sert bir faz olmasıdır. Çeliklerde, sementitten sonra gelen en sert faz martenzittir. Yüksek sertlik değerleri, ancak yeterli oranda karbon içeren çeliklerde elde edilir.

Çeliklerde su verme işleminden sonra elde edilen en yüksek sertliğin karbon oranına göre değişimi Şekil 7’de gösterilmiştir. Bu diyagramdan görüldüğü gibi; su verilen (martenzitik durumdaki) alaşımsız bir çelikten elde edilebilecek en yüksek sertliğin, yanlız çeliğin karbon oranına bağlı olduğu söylenebilir. Martenzitin sertliğinin yüksek olması, martenzit katı çözeltisinin çözebileceği orandan çok daha yüksek oranda karbon içermesi nedeniyle aşırı doymuşluktan kaynaklanan kafes yapısının çarpılmasındandır. Sertleştirme işleminin temel amacı, tamamen martenzitik bir yapı elde etmektir. Bunun için de malzemenin tavlama işleminden sonra, kritik soğuma adı verilen bir değerden daha yüksek hızlarda soğutulması gerekir (Şekil 8).

Şekil 7- Su verilen karbon çeliklerinde elde edilen en yüksek sertliğin karbon oranına göre değişimi Şekil 8- Çeliklerde kritik soğuma hızının karbon oranına göre değişimi Geri

Su Verme İşlemi Sırasında Isı Giderme Mekanizması Su verilen çeliğin iç yapıları, sertlik ve mukavemetleri su verme işlemi sırasında elde edilen gerçek soğuma hızına bağlıdır. Gerçek soğuma hızının kritik soğuma hızından yüksek olması durumunda, yalnız martenzitik bir yapı elde edilir. Gerçek soğuma hızının, kritik soğuma hızından düşük olması durumunda ise tamamen martenzitten olusan bir yapı elde edilemez ve bu nedenle parça tam olarak sertleştirilemez. Çünkü, oluşan martenzit dışı dönüşüm ürünleri malzemenin sertleşmesini engeller. Bu nedenle su verme sırasındaki ısı giderme mekanizmasının iyi anlaşılması gerekir.

Şekil 9’da, ılık suda su verilen küçük bir parçanın soğuma eğrisi görülmektedir. Su verilen parçanın soğuma eğrisi, değişik soğuma hızlarına sahip üç farklı devre gösterir. A devresi: Buhar örtüsü veya buhar filmi devresi olarak adlandırılır. Başlangıçta malzemenin sıcaklığı çok yüksek olduğundan, su verme ortamı buharlaşarak malzemenin üzerinde ince bir buhar filmi oluşturur ve bu film bütün malzemeyi kaplar. Bu buhar filminin ısıl geçirgenliği veya ısı iletimi iyi olmadığından bu devrede nispeten düşük soğuma hızı elde edilir (Şekil 9). Şekil 9

Şekil 9- Ilık suda su verilen silindirik bir parça için tipik bir soğuma eğrisi Geri

B devresi: Buhar taşınımı devresi olarak adlandırılır B devresi: Buhar taşınımı devresi olarak adlandırılır. Malzeme buhar filminin kararlı olmadığı bir sıcaklığa kadar soğuduğunda B devresi başlar. Su verme ortamı ile metal yüzeyi ıslanır ve ani kaynama meydana gelir. En hızlı soğuma bu devrede gerçekleşir (Şekil 9). C devresi: Sıvı soğuma aşamasını gösterir. Malzeme yüzeyinin sıcaklığı su verme sıvısının kaynama noktasına kadar düşünce bu devre başlar. Bu devrede buhar oluşmaz ve soğuma işlemi ısı iletmi ve taşınımı ile gerçekleşir. Ancak, soğuma hızı bu devrede en düşük değerindedir (Şekil 9). Şekil 9

Su Verme Ortamları İdeal su verme ortamı, başlangıçtaki soğuma hızının yüksek, malzemedeki çarpılmanın önlenmesi bakımından da düşük sıcaklıklardaki soğuma hızının düşük olmasını sağlamalıdır. Ancak, bu durumu tam olarak sağlayacak nitelikte bir su verme ortamı yoktur. Su ve inorganik tuzların sulu çözeltileri gibi su verme sıvıları, başlangıç aşamasındaki (A ve B devreleri Şekil 9) soğuma hızlarının yüksek olmalarını sağlarlar. Ancak, bu soğuma hızları düşük sıcaklıklarda da devam ettiğinden, malzemede çarpılma veya çatlama meydana gelebilir. Geleneksel su verme yağları ile uzun bir A devresi ve düşük soğuma hızına sahip kısa bir B devresi elde edilir. Şekil 9

Sanayide kullanılan su verme ortamları, su verme şiddetlerine göre aşağıdaki gibi sıralanır. a) Tuzlu su b) Musluk suyu c) Erimiş veya sıvı tuzlar d) Yağ ve su karışımı e) Yağ f) Hava Bazı ortamların soğuma hızları Tablo 2’deki gibidir;

Tablo 2- Çapı 12,5 mm ve boyu 63,5 mm olan çubuk biçimindeki paslanmaz çelik örneğine 815ºC sıcaklıktan değişik ortamlarda su verildiğinde örneğin merkezinde elde edilen soğuma hızları

Su Verme Ortamının Sıcaklığı İle Su Verme Yönteminin Soğumaya Etkisi Genelde, su verme ortamının sıcaklığı arttıkça su verilen parçanın soğuma hızı azalır. Bu durum, sıcaklık artıkça buhar filmi devresinin uzamasından kaynaklanır. Su verme ortamının sıcaklığı buharlaşma sıcaklığına yaklaştıkça, buhar filmini oluşturmak için daha az ısı gerekir. Bu kural, özellikle su verme ve tuzlu su ortamı için geçerlidir. Su verme ortamı olarak yağ alınırsa, yağ banyosunun sıcaklığı arttırıldığında yağın vizkozitesi azalır, yani akıcılığı artar. Akıcılığı artan yağın ısıl iletkenliği de arttırıldığından, yağın sıcaklığı arttıkça su verilen parçanın soğuma hızı da artar. Su verme ortamı olarak kullanılan geleneksel yağlarda optimum soğuma hızları, 49ºC – 66ºC arasındaki sıcaklıklarda elde edilir.

Su verme işlemi sırasında banyo sıcaklığının fazla artmaması için yeterli miktarda su verme banyosu kullanmak gerekir. Bazı durumlarda su verme ortamının sıcaklığını kontrol etmek veya sabit tutmak için su verme banyosuna, içerisinden su geçirilen soğutma bobinleri yerleştirilir. Su verme ortamını karıştırmak veya su verilen parçayı karıştırıcı gibi hareket ettirmek suretiyle soğutma hızı artırılabilir. Bu işlem, parça yüzeyinde oluşan buhar filminin oluşur oluşmaz yok olmasına, yani parçanın soğuma hızının artmasına neden olur. Karıştırma işleminin, yağda su verilen bir paslanmaz çelik örneğinin soğuma eğrisine etkisi Şekil 10’de görülmektedir. Bu şekilden görüldüğü gibi; su verilen parça hızlı hareket ettrilerek soğuma hızı büyük ölçüde artırılabilir. Değişik su verme ortamlarının soğutma hızları, soğutma şiddeti 1 (bir) olarak kabul edilen durgun suya göre belirlenir. Bazı su verme ortamlarının sogutma şiddetleri Tablo 3’de verilmiştir. Şekil 10 Tablo 3

Şekil 10- Karıştırma işleminin, yağda su verilen paslanmaz çelik örneğinin merkez bölgesine ait soğuma eğrisine etkisi (Yağ sıcaklığı=52ºC) Geri

Tablo 3- Bazı su verme ortamlarının değişik su verme yöntemleriyle elde edilen soğutma şiddetleri (durgun su 1 (bir) birim olarak kabul edilirse) Geri

Su Verme Sertleştirmesini Etkileyen Faktörler 1- Parçanın Yüzey Durumu Tavlama işleminde kullanılan fırında bulunan oksijen ve nem nedeniyle çelik parça oksitlenirse, yüzeyinde tufal adı verilen kalın bir demir oksit tabakası oluşur. Bu oksit tabakası yalıtkan gibi davranarak, su verme işlemi sırasında çelik parçadan su verme ortamına doğru olan ısı akımını geciktirir. Böylece, bazı durumlarda gerçek soğuma hızı kritik soğuma hızının altına düşer ve martenzitik dönüşüm engellenir. Ayrıca parça yüzeyinin bazı bölgelerindeki tufal tabakası, fırınla su verme ortamı arasında soyularak su verme sırasında parça yüzeyinin farklı bölgelerinin farlı hızlarda soğumasına da neden olabilir. Bu nedenlerden dolayı, tufal adı verilen oksit tabakası çelik parçaların sertleşmesini zorlaştırdığı gibi yüzey sertliğinin de değişmesine yol açabilir.

Endüstride tufal oluşumunu önlemek veya en aza indirgemek için bazı önlemler alınır. Bu önlemlere ait yöntemler ısıl işlem uygulanan parçanın büyüklüğüne, kullanılan fırının türüne ve ekonomik olanaklara bağlıdır. Söz konusu yöntemlerden bazıları aşağıda verilmektedir. a) Bakır kaplama yöntemi: Tufal oluşumunu önlemek için parça bakır kaplanır ve bir kaç mikrometrelik kaplama kalınlığı bu iş için yeterli olur.

b) Koruyucu atmosfer yöntemi: Fırında, belli bir basınç altında çeliğe zarar vermeyen veya etki etmeyen hidrojen, ayırışmış amonyak, yanma artığı gazlar ve hidrokarbonlu yakıt gazları (metan ve propan) gibi asal gazlar verilir. Böylece, oksitlenme ve tufal oluşumu büyük ölçüde önlenir. c) Sıvı tuz banyosu yöntemi: Isıl işlem uygulanacak parça, çeliğe göre nötr durumda olan sıvı tuz banyosuna iyice daldırılarak oksitlenme ve tufal oluşumu önlenir. d) Dökme demir talaşı yöntemi: Parça, dökme demir talaşı bir kaba iyice gömülür. Fırına giren oksijen, çeliğe ulaşmadan önce dökme demirle reaksiyona girer ve böylece parçanın oksitlenmesi büyük ölçüde önlenir.

Su Verme Sertleştirmesini Etkileyen Faktörler 2- Büyüklük ve Kütle Su verme sırasında, yanlız parçanın yüzeyi su verme ortamı ile temasta olduğundan parçanın yüzey alanının kütlesine oranı, gerçek soğuma hızını etkileyen önemli bir parametredir. Parçanın geometrik şeline bağlı olan bu oran, küresel parçalar için en küçük değerdedir. İnce levhalar ve küçük çaplı tellerde yüzey alanının kütleye oranı büyük olduğundan, su verme sırasında bu parçaların soğuma hızı yüksek olur.

Buraya kadar, yanlız parçaların yüzey sertliği incelendi Buraya kadar, yanlız parçaların yüzey sertliği incelendi. Yüzeyler, su verme ortamı ile doğrudan temas halinde olmaları nedeniyle su verme sırasında parçanın en hızlı soğuyan kısmını oluştururlar. İç kısımlardaki ısı ise iletimle (kondüksiyon) uzaklaştırılır. Isı, parça gövdesinden geçerek yüzeye ulaşır ve buradan su verme ortamına iletilir. Bu nedenle iç kısımlardaki soğuma hızı, yüzeyin soğuma hızından daha düşük olur.

Su verilen değişik çaplardaki çubukların eksene dik kesitleri üzerinde meydana gelen sertlik değişimi (profil) Şekil 11’de verilen diyagramlarda gösterilmektedir. Bu diyagramlarda yer alan eğrilere sertlik-nüfuziyet veya sertlik profil eğrileri denilebilir. Çünkü bu eğriler, su verilen çeliğin hangi derinliğe kadar sertleşebileceğini gösterir. Bir malzemenin sertleşme kabiliyeti o malzemenin hangi derinliğe kadar sertleşebileceğini gösteren bir ölçüdür. Şekil 11’deki diyagramlardan karbon çeliğinin sertleşme derinliğinin az ve dolayısıyla sertleşme yeteneğinin yetersiz olduğu görülmektedir. Sertlik profilleri, su verilen parçaların yüzeylerinin merkezlerinden daha sert olduğunu göstermektedir. Şekil 11

Geri Şekil 11- Suda su verilen değişik çaplardaki çelik örneklere ait sertlik profilleri. (a) SAE 1045 çeliği (alaşımsız çelik), (b) SAE 6140 çeliği (alaşımlı çelik)

Menevişleme Çeliklerde, su verme işlemi ile elde edilen martenzitik yapı gevrek olduğundan pek çok uygulama için elverişli değildir. Ayrıca mertanzit oluşumu çelik içerisinde iç gerilmelerin meydana gelmesine neden olur. Bu nedenlerden dolayı su verilen çelikler, hemen hemen her zaman Ac1 çizgisinin altındaki sıcaklıklarda uygulanan tavlama işlemine menevişleme denir (Şekil 1). Menevişlemenin amacı; su verilen çelikteki kalıntı gerilmeleri gidermek ve çeliğin süneklik ve tokluğunu artırmaktır. Su verilen çelikler menevişlendiklerinde süneklilikleri artar, buna karşılık sertlik ve mukavemetleri azalır. Şekil 1

Genel olarak, menevişleme sıcaklığı (200ºC ile 425ºC) arttıkça sertlik düşer, tokluk artar. Şekil 12’de az alaşımlı gruba giren AISI 4140 çeliğinin sertlik ve çentik darbe tokluğunun menevişleme sıcaklığına göre değişimi görülmektedir. AISI 4340 çeliğinin akma ve çekme dayanımları kopma büzülmesi değerlerinin menevişleme sıcaklığına göre değişimlerini gösteren eğriler de Şekil 13’de görülmektedir. Bu şekillerden görüldüğü gibi; menevişleme sıcaklığı arttıça su verilen çeliklerin sertlik ve mukavemet değerleri azalmakta, buna karşı süneklilik ve tokluk değerleri artmaktadır. Şekil 12 Şekil 13

Geri Şekil 12- AISI 4140 çeliğinin sertlik ve çentik darbe tokluğunun menevişleme sıcaklığına göre değişimi (menevişleme süresi : 1 saat)

Geri Şekil 13- Yağda su verilen AISI 4340 çeliğinin akma ve çekme dayanımları ile kopma büzülmesinin menevişleme sıcaklığına göre değişimi

Yüksek sertlik ve yüksek aşınma direnci gerektiren uygulamada kullanılan çelik parçalar 205ºC‘nin altındaki sıcaklıklarda, yüksek tokluk gerektiren uygulamalarda kullanılan parçalar ise 425ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda menevişlenirler. Eğer parçada gerilme yığılmasına neden olan çentik yoksa, süneklik değişimi tokluk için iyi bir ölçü olarak alınabilir ve bu durumda 205 ıle 425ºC sıcaklıkları arasında yapılan menevişleme işlemi sakıncalı olmayabilir. Menevişleme sıcaklığı 205ºC değerine ulaşınca, kalıntı gerilmeler büyük ölçüde giderilebilir. 480ºC sıcaklıkta ise kalıntı gerilmeler tamamen ortadan kalkar.

Menevişleme enerjiyi ilgilendiren bir işlem olduğundan hem sıcaklık, hem de süre menevişleme işlemini etkileyen önemli parametrelerdir. Yüksek sıcaklıkta kısa süre içerisinde veya düşük sıcaklıkta uzun süre içerisinde aynı menevişleme etkileri elde edilebilir. Şekil 14’de, menevişleme süresinin değişik sıcaklıklarda menevişlenen ötektoid bileşimindeki çeliğin sertliğine etkisi görülmektedir. Şekil 14

Geri Şekil 14- Değişik sıcaklıklardaki menevişleme süresinin su verilen ötektoid çeliğin sertliğe etkisi

Parça Büyüklüğünün veya Kütlesinin Su Verme Sertleştirmesine Etkisi Su verilen parçanın farklı kısımlarının soğuma hızları arasındaki farkı önlemek olanaksız olduğundan, parçanın bir bölümü genişlerken, diğer bölümü büzülür. Bunun sonunda, parçada çekme gerilmeleri oluşur. Söz konusu gerilmelerin belirli değerleri aşması durumunda parçada ciddi çarpılma veya çatlama meydana gelir ve sonuçta parça kullanılmaz hale gelir. Parçanın kütlesi attıkça, merkezi ile yüzeyinin soğuma hızları arasındaki fark büyür ve dolayısıyla su verme çatlamasının meydana gelme olasılığı artar. Bu nedenle bazı parçaların sertleştirilmesi için normal su verme yöntemi her zaman tavsiye edilmez ve bunun yerine alternatif yöntemler uygulamak gerekir. Bunun için, martemperleme ve ostemperleme olarak adlandırılan kesikli su verme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler aşağıda açıklanmaktadır.

Martemperleme Sertleştirilecek parça ostenitleştirme işlemine tabi tutulduktan sonra, martenzitik dönüşümün başlama sıcaklığının (Ms) hemen üzerindeki bir sıcaklıkta tutulan kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Yüzeyi ile merkezinin sıcaklıkları aynı oluncaya, yani bütün kesit boyunca aynı sıcaklık elde edilinceye kadar parça banyo içersinde tutulur. Daha sonra parçaya su verilerek tamamen martenzitik bir iç yapı elde edilir. Bu işlem sayesinde, soğuma ile oluşan büzülme olayı, ostenit-martenzit dönüşümü ile ortaya çıkan genleşme olayından ayrılarak, hem büyük parçalardaki su verme çatlaması önlenir, hemde parça sertleştirilir. Ötektoid bileşimindeki çeliğe uygulanan martemperleme işleminin şematik gösterimi Şekil 15’deki gibidir.

Geri Şekil 15- Ötektoid bileşime sahip çeliğe uygulanan martemperleme işleminin şematik gösterimi

Ostemperleme Sertleştirilecek parça ostenitleştirildikten sonra, martenzitik dönüşümün başlama sıcaklığının (Ms) üzerindeki sıcaklıkta tutulan kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Parça dönüşüm tamamlanıncaya kadar banyoda bekletilir ve sonradan banyodan alınırak havada soğutulur.

Çeliklere Uygulanan Yüzey Sertleştirme İşlemleri Bazı uygulamalarda kullanılan çelik parçaların hem aşınma dirençlerinin, hem de darbe dayanımlarının yüksek olması istenir. Bunun için parçaların yüzeylerinin sert, iç veya merkez bölgelerinin nispeten yumuşak olması gerekir. Bu durumu sağlamak için parçalara yüzey serteştirme işlemi uygulanır. Çelik parçaların yüzeyleri sermantasyon (karbürleme), nitrürasyon (nitrürleme), alevle ve endüksiyonla sertleştirme olmak üzere dört ana yöntemle sertleştirilir. En uygun yöntem, parçanın kimyasal bileşimine ve boyutlarına göre seçilir.

Sementasyon (Karbürleme) Sementasyon işlemi,%0,20’den daha az karbon içeren çeliklere uygulanır. Bu işlemin esası, düşük karbonlu çeliklerin yüzeyine karbon vererek yüzeyin karbon oranının yeterli düzeye çıkarmaktır. Söz konusu çeliklerin sementasyonu, karbon verici bir ortamda ve Ac3 çizgisinin üzerindeki bir sıcaklıkta uygun bir süre tutulurak gerçekleştirilir. Semente edilecek çelik parçalar ostenit bölgesinde 900 ile 950ºC arasındaki bir sıcaklıkta, karbon verici bir ortamda yeterli bir süre tavlanırlar. Karbon verici ortamlar katı, sıvı veya gaz olabilir. Katı ortam olarak odun kömürü ile baryum karbonat karışımı, sıvı ortam olarak erimiş siyanür banyosu ve gaz ortamı olarak da hidrojen ya da azotla karıştırılan karbonmonoksit, metan ve propan gibi gazlar kullanılabilir. Semente edilecek parçalar işlem süresince bu ortamda tutulur.

Karbon verici ortamda uygulanan tavlama ile karbon oranı yükseltilen yüzey tabakasınının sertleştirilmesi gerekir. Bu amaçla izlenebilecek değişik yollardan en kolayı, parçaya hemen sementasyon sıcaklığından su vermektir. Ancak bu işlemin bazı sakıncaları vardır. Şöyle ki; sementasyon işlemi için yapılan uzun süreli tavlama nedeniyle parçanın iç kısmı iri taneli olur ve uygun sertleşme sıcaklığı aşıldığı için de kabukta iri taneli mertanzit oluşur. Önemsiz parçalara bu işlem uygulanabilir. Böyle bir işlemede, parçaların çabuk ve kolay bir şekilde dışarı alınmalarını zorlaştıran katı semantasyon ortamı yerine, sıvı veya gaz ortanların kullanılması daha elverişli olur. Bazı durumlarda fırın veya havada soğutulup, sementasyon maddesinden temizlendikten sonra normalize edilen parçaya, sertleştirme sıcaklığından su verilir. Tane incelmesinin önemli olmaması durumunda normalizasyon işleminden vazgeçilebilir.

Nitrürasyon (Nitrürleme) Nitrürasyon, çoğunlukla düşük karbonlu ve nitrür oluşturma özelliğine sahip alaşım elementleri içeren çeliklere uygulanır. Alüminyum, krom ve molibden nitrür oluşturan elementlerdir. Bu islem, söz konusu çeliklerin 500ºC dolayında bir sıcaklıkta, azot verici bir ortamda 40-90 saat gibi uzunca bir süre tavlanması süratiyle yapılır. Azot verici ortam olarak genellıkle sodyum siyanür (NaCN) ve potasyum siyanür (KCN) içeren banyolar kullanılır. Nitrürasyonun yapılabilmesi için başlangıçta düşük olan siyanat (NaNCO ve KCN) oranının % 15-20 düzeyine yükseltilmesi gerekir. Bu amaçla, banyoya ya hava, ya da basınç altında amonyak (NH3) verilir ve banyo 550ºC sıcaklıkta en az 12 saatlik bir süre beklenir. Nitrürasyon işlemi sırasında meydana gelen sodyum ve potasyum karbonat oranı % 25 değerini aşmamalıdır. Zehirleyici etkilerden dolayı siyanür banyolarının büyük bir dikkatle kullanılmaları gerekir.

Nitrürleme işleminde, atom halindeki azotun çeliğe yayınmasıyla meydana gelen çok ince ve dağınık haldeki krom, alüminyum veya molibden nitrürler parça yüzeyinde sert bir tabakanın oluşmasını sağlarlar. Azotun çelik içerisindeki yayınma hızı düşük olduğundan, yeterli kalınlıkta sert tabaka elde edebilmek için uzun süreli tavlama yapmak gerekir. Örneğin; 20 saatlik nitrürasyon sonunda yaklaşık 3mm kalınlığında sert tabaka elde edilebilir. Buna karşılık elde edilen sertlik değeri çok yüksektir. Bu işlemde su vermeye gerek olmadığından parçalarda çarpılma tehlikesi çok azdır. Nitrürasyon, çeliklerin korozyona karşı direncinide artırır.

Siyanür banyoları, hem azot hemde karbon verme özelliğine sahiptir Siyanür banyoları, hem azot hemde karbon verme özelliğine sahiptir. Banyo bileşimi ile sıcaklığını bu iki reaksiyondan birine göre ayarlamak mümkündür. Böylece, verilen azot oranı çok az ise semantasyon, karbon oranının çok az olması durumunda da nitrürasyon yapılmış olur. Hem karbon, hemde azot verici ortamda yapılan yüzey sertleştirme işlemine de karbonitrürasyon denir. Karbonitrürasyon, karbon verici gaz ve amonyak karışımı ile de yapılabilir ve daima su vermeyi gerektirir.

Alevle Yüzey Sertleştirme Bu yöntemde, çelikler yapı dönüşüm sertleşmesine yetecek kadar karbona sahiptir. Bu işlem çeliklerin yüzeylerinden ince bir katmanın sertleştirilmesi işlemidir. Orta karbonlu çeliklere uygulanan bu işlemde, parçanın yanlız yüzeyi alevle ısıtılıp ostenitleştirildikten sonra su verilerek sertleştirilir. Ancak, bu işlem sırasında parçanın iç kısmında önemli bir sıcaklık artışı ve dolayısıyla yapısal değişime meydan vermemek gerekir. Yoğun ısıtma, oksijen – yanıcı gaz (asetilen, propan vb.) alevi yardımıyla sağlanır. Bu işlemde, su verme sıcaklığı normal su verme sertleşmesi için gerekli tavlama sıcaklığından daha yüksektir.

Alevle sertleştirme işlemi sırasında, çeliğin kimyasal bileşiminde herhangi bir değişme meydana gelmez. Çelik parçanın istenilen bölgesi uygun sıcaklığa kadar ısıtılıp, ostenitleştirildekten sonra su verilerek sertleştirirlir. Bu nedenle söz konusu işlem, sertleşmeye elverişli ve genelde %0,3 ile %0,6 oranları arasında karbon içeren çeliklere uygulanır. Alevle yüzey sertleştirme işleminin prensip şeması Şekil 16’da görülmektedir.

Geri Şekil 16- Alevle sertleştirme işleminin prensip şeması

Sertleşme derinliği; alev şiddeti, ısıtma süresi veya hareket hızının ayarlanması ile kontrol edilebilir. Elle çalıştırılan aletlerde, parçanın aşırı ısınması önlemek için beceri deneyim gerekir. Aşırı ısıtma, hem sertleştirilen tabakanın altında kalan bölgelerde aşırı ölçüde tane büyümesine, hem de su verme işleminden sonra çatlamaya neden olabilir. Alevle sertleştirme işlemi; (a) hareketsiz, (b) ileri hareketli, (c) dönme hareketli (d) hem dönme hemde ileri hareketli olmak üzere dört yöntemle yapılabilir. Birinci yöntemde parça ve üfleç hareketsizdir. Bu yöntem, vana sistemi ve açık ağızlı anahtarlar gibi küçük parçaların bazı noktalarının sertleştirilmesinde kullanılır.

Hareketli yöntemde, oksiasetilen üfleyici hareketsiz parçanın üzerinde hareket eder. Bu yöntem, torna tezgahı parçaları gibi büyük parçaların yüzeylerini sertleştirmesinde uygulanır. Ayrıca, büyük dişli çarkların dişlerinin sertleşmesinde de kullanılabilr. Dönme hareketli yöntemde oksiasetilen üfleyici hareketsiz olup, parça dönmektedir. Bu yöntem hassas dişliler, kasnak ve makara gibi dairesel kesitli parçalara uygulanır. Dönme-ileri hareketli yöntemde, üfleç dönen parçanın üzerinde hareket eder. Bu yöntem ise mil ve merdane gibi uzun silindirik parçaların yüzeylerinin setleştirilmesinde uygulanır.

Bütün bu işlemlerde, yüzeyi gerekli sıcaklığa kadar ısıtılan parçaya aniden su verilir. Bu işlem, genelde parçaya su püskürtülerek gerçekleştirilir. Bazı durumlarda ise parçaya yağda su verilebilir. Su verme işleminden sonra parçaya 180-205ºC arasındaki bir sıcaklığa kadar ısıtılıp, havada soğutulmak süratiyle gerilme giderme işlemine tabi tutulur. Bu gerilme- giderme işlemi yüzey sertliğini pek fazla değiştirmez. Alevle sertleştirme yöntemi ile elde edilen sertleşme derinliği 3-6 mm arasında olup, bu değer genelde sementasyon yöntemiyle elde edilen sertleşme derinliğinden çok daha fazladır. İnce parçalar için, ısıtma ve su verme hızını artırmak süratiyle 1,5 mm’lik sertleşme derinliği elde edilebilir. Bu yöntemin belli başlı avantaj ve dezavantajları aşağıda verilmektedir.

Avantajları: Çevreye ve koşullara uyarlanabilir Avantajları: Çevreye ve koşullara uyarlanabilir. İşyerine taşınarak sertleştirilmek istenen parçalara uygulanabilir. Fırınlara sığmayacak kadar büyük olan parçaların yüzeyleri oksiasetilen alevi ile sertleştirilebilir. Bu işlem sırasında parça yüzeyinde tufal oluşmadığı gibi, karbon kaybı, iç gerginlik, çarpılma sorunlarıylada karşılaşılmaz. Dezavantajları: Aşırı ısıtma sonucunda parçanın hasara uğrama olasılığı vardır. Sertleşme derinliği 1,5 mm’nin altına indirmek oldukça zordur. Yüksek karbonlu çeliklerede uygulanamamaktadır

Endüksiyon Sertleştirme Endüksiyon sertleştirme işlemi, hızılı değişen manyetik bir alana yerleştirilen bir metal parçası içerisinde elektrik akımı oluşturma esasına dayanır.endüksiyonla sertleştirme işleminin prensip şeması Şekil 17’de verilmiştir.

Şekil 17- Endüksiyonla sertleştirme işleminin şematik gösterimi

Bobinlerin içerisinden yüksek frekanslı alternetif akım geçirilerek, yüksek frekanslı bir manyetik alan elde edilir. Oluşan yüksek frekenslı akımlara karşı gösterdiği yüksek direnç nedeniyle ısınma sağlanır ve böyelece bir metal parçanın iç kısımı ısıtılmadan yüzeyi ısıtabilir. Ancak, yüzeydeki ısı merkeze doğru iletildiğinden, sertleşme derinliğinin ayarlanmasında ısıtma süresi önemli rol oynar. Su püskürtülerek yüzeyi setleştirir. Akım frekensının sertleşme derinliğine etkisi Tablo 4’da verilmiştir.

Tablo 4- Frekansın sertleşme derinliğine etkisi

Herhangi bir frekansta, ısıtma süresi uzatılarak sertleşme derinliği artırılabilir. Endüksiyonla sertleştirilen yüzey tabakası, alevle sertleştirilen yüzey tabakasına benzer. Ancak, endüksiyon yöntemiyle daha düşük sertleşme derinlikleri elde edilebilir. Endüksiyon yöntemi, alevle sertleşme yönteminde olduğu gibi orta düzeyde karbon içeren alaşımsız çeliklerin yüzeylerinin sertleşmesi için uygulanır. Piston kolu, pompa milleri, alın dişlileri ve kamlar genelde endüksiyonla sertleştirilir.

www.MTT.gazi.edu.tr MAKİNA TASARIM TOPLULUĞU