ISIL İŞLEMLER.

... konulu sunumlar: "ISIL İŞLEMLER."— Sunum transkripti:

1 ISIL İŞLEMLER

2 6. ISIL İŞLEMLER Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleridir. İşlem esnasında ortamın etkisiyle, çeliğin kimyasal bileşimi değişebilir. Örneğin, sementasyon, nitrürasyon, oksitlenme ve dekarbürizasyon işlemlerinde olduğu gibi. Bunu sağlamak için, ısıl işlem özel ortamlarda gerçekleştirilebilir. Örneğin, tuz banyoları, koruyucu gaz veya vakum ortamlarında ısıl işlem yapılabilir.

3 Isıl işlemlerin uygulanma amaçları
Talaşlı işlenebilme özelliği iyileştirilir (yumuşatma, tane irileştirme), Dayanım (mukavemet) arttırılıp azaltılabilir (sertleştirme, normalleştirme, yumuşatma), Soğuk şekil vermenin etkisi yok edilebilir (yeniden kristalleştirme, normalleştirme), Mikro segragasyon ortadan kaldırılabilir (homojenleştirme), Tane büyüklüğü değiştirilebilir (yeniden kristalleştirme, tane irileştirme, normalleştirme), İç gerilmeler azaltılabilir (gerilim giderme), Belirli iç yapılar elde edilebilir (normalleştirme, yumuşatma, sertleştirme).

4 Isıl işlemler genel olarak iki grupta toplanabilir:
- Tavlama, - Sertleştirme. Tavlama ile iç yapının kararlı, denge durumuna yaklaşması sağlanır (soğuma yavaş yapılır). Sertleştirmede ise, ostenit hızlı soğutularak yarı kararlı bir içyapı (martenzit) oluşturulur.

5

6 Tavlama işleminin şematik gösterimi Her ısıl işlem en az;
- Belirli bir sıcaklığa ısıtma, - Bu sıcaklıkta tutma (bekletme) ve - Bu sıcaklıktan soğutma aşamalarından oluşur. Süre Tutma Isıtma Sıcaklık Soğutma

7 Tavlama ısıl işlemi türleri
Malzemeyi belirli bir süre tavlama sıcaklığına ısıttıktan sonra, yavaş soğutmaktır Tavlama: İşlem tavı (yeniden kristalleşme tavı) Normalleştirme: Soğuk deformasyonun etkisini kendine gelme/ Yeniden kristalleşme ile ortadan kaldırmak Tane yapısı bozulmuş iri taneli çeliği,küçük taneli yapmak için ostenit bölgesine ısıttıktan sonra havada soğutmaktır Gerilme giderme tavı: Plastik deformasyonun, üniform olmayan soğutmanın, faz dönüşümlerinin neden olduğu gerilmeleri gidermektir Tavlama işlemi çeşitleri Tam tavlama (yumuşatma tavı) Küreleştirme tavı: Şekillendirilebilme özelliğini İyileştirmekde, kaba perlit yapısı elde etmek için çeliği ostenit bölgesine ısıtıp fırında soğutmaktır İyi işlenebilirlik için çeliği ötektoit sıcaklığın hemen altında saat bekleterek iyice yumuşatmaktır.

8 Kaba, ince ve küreleşmiş perlit mikroyapıları
Kaba perlit İnce perlit Küreleşmiş perlit

9 Tam tavlama A3 & Acm üst kritik sıcaklıklar A1 alt kritik sıcaklık Tam tavlama: Plastik deformasyona uğrayacak veya talaşlı imalatla işlenecek düşük ve orta karbonlu çeliklere uygulanır. Çeliği yumuşatır, sünekliği ve talaşlı işlenebilirliğ artırır. Küçük ve üniform tane yapılı kaba perlit elde edilir. A1 or A3 sıcaklığının 15 ile 40 oC üzerine ısıtılır Ostenit bölgesinde bekletilir Ötektoit öncesi faza ek olarak kaba perlit elde etmek için fırında soğutulur

10 Küreleştirme A3 & Acm üst kritik sıcaklıklar A1 alt kritik sıcaklık Küreleştirme: Plastik deformasyon veya talaşlı imalatla şekillendirme için çok sert olan orta veya yüksek karbonlu çeliklerde uygulanır. Sert çelik, küreleşmiş perlitik yapıyla yumuşatılır. A1 sıcaklığının biraz altına ısıtılır Küreleşmiş mikroyapı (Fe3C küreleri) elde edilinceye kadar bekletilir (~15 ile 25 saat) Havada soğutulur

11 Normalleştirme (normalizasyon)
A3 & Acm üst kritik sıcaklıklar A1 alt kritik sıcaklık Normalleştirme: Plastik şekil değiştirmiş çeliklerde ve tane dağılımı üniform olmayan çeliklerde uygulanır. Isıl işlem, tane boyutu dağılımını azaltmak ve küçük taneli ve mekanik özellikleri iyileştirilmiş yapılar elde etmek için uygulanı. Üst kritik sıcaklığın 55 ile 85 oC üzerine ısıtılır Ostenit bölgesinde bekletilir Havada soğutma yapılır

12 Yeniden kristalleşme ısıl işlemi
Plastik şekil değiştirme sonucu kristal ve tane yapısı bozulmuş, iç gerilmeler oluşmuş bir metal malzemede, yeni tanelerin oluşmasını ve bu arada gerilme giderilmesini de sağlayan ısıl işlemdir. Bu şekilde parça hem, şekil değişimi öncesi özelliklerini kazanırken, hem de ince taneli bir yapı elde edilir. Çelikler için bu sıcaklık, oC arasıdır. Yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapılan şekillendirme işlemleri sıcak, altında yapılan işlemler soğuk şekil verme olarak adlandırılır.

13 Yeniden kristalleşme ısıl işlemi mekanik özellikler-mikroyapı ilişkileri
Çekme mukavemeti (MPa) Çekme mukavemeti Süneklik (% uzama) Süneklik Kendine gelme Yeniden kristalleşme Tane büyümesi Soğuk deforme olmuş Ve toparlanmış taneler Yeni taneler Tane boyutu (mm) Tavlama sıcaklığı oC

14 Gerilim giderme ısıl işlemi
Bir iş parçasında kaynak, döküm, tel çekme, haddeleme, sertleştirme vb işlemler sonucu iç gerilmeler oluşur. Oluşan bu iç gerilmeler parçada, elastik şekil değiştirmeye neden olurlar. İç gerilmeleri gidermek, bunları plastik şekil değişimine dönüştürmekle olur. Bunun için, sıcaklığın artışı ile akma dayanımının düşmesinden yararlanılır. Bu işlem oC sıcaklığa çelik parçaları ısıtıp, yavaş soğutarak yapılır.

15 Çelikler için yeniden kristalleşme ve gerilim giderme ısıl işlem sıcaklık bölgeleri
oC Gerilim giderme oC

16 Homojenleştirme ısıl işlemi (difüzyon):
Katılaşma sırasında tanelerin içerisinde oluşan kimyasal bileşim farklılıklarını difüzyon (yayınma) yoluyla gidermek için, katılaşma sıcaklığının altında yapılan uzun süreli tavlamadır. Çeliklerde oC sıcaklıklar arasında uygulanır. Arkasından normalleştirme ısıl işleminin yapılması gerekir.

17 Sertleştirme (su verme)
Sertleştirme: Ötektoit altı çelikler A3, ötektoit üstü çelikler A1 sıcaklığının oC üzerine ısıtıldıktan sonra hızla soğutularak, yapıda bulunan ostenitin, perlit yerine martenzite dönüştürülmesiyle su verme gerçekleştirilir. Amaç, su vermeyle martenzitik yapı elde etmektir.Martenzit iğneli bir yapıya sahip olup, çok sert ve kırılgandır. Pratik olarak % 0.2’den az C içeren çeliklere su verilemez. Martenzit oluşumu üç faktöre bağlıdır: Alaşımın bileşimi, 2. Su verme ortamının türü, 3. Numunenin şekli ve boyutu.

18 Sertleştirme Temperleme (menevişleme) oC Sertleştirme (su verme) ve temperleme ısıl işlem sıcaklık bölgeleri Temperleme: Parçaya su verdikten hemen sonra, oC sıcaklıklar arasında yapılmalıdır. İşlem şartlarına bağlı olarak, temperleme sonucunda sertlik ve mukavemet azalırken, süneklik ve tokluk artmaktadır.

19 Sertleştirme ve Temperleme Isıl İşlemleri
Sıcaklık Merkez A1 Yüzey Temperleme sıcaklığı Dönüşüm Temperlenmiş martenzit Martenzit Süre (log)

20 Martenzit Levha martenzit; iğne şekilli taneler martenzit fazıdır.
Martenzitik çelikte, hacim merkezli tetragonal (HMT) kafes yapısı, Levha martenzit; iğne şekilli taneler martenzit fazıdır. Beyaz bölgeler kalıntı ostenittir.

21 Sertleşebilirlik ve Jominy Deneyi

22 MARTEMPERLEME VE OSTEMPERLEME
Martemperleme: Sertleştirilecek parça ostenitlemeden sonra, martenzit dönüşüm başlama sıcaklığının (Ms) hemen üzerindeki bir sıcaklıktaki bir kurşun veya tuz banyosuna daldırılır.Yüzeyi ile merkezi aynı sıcaklık oluncaya kadar banyoda bekletilir. Daha sonra su verilerek, tamamen martenzitik bir yapı elde edilir. Ostemperleme: Sertleştirilecek parça ostenitlemeden sonra, martenzit dönüşüm başlama sıcaklığının (Ms) hemen üzerindeki bir sıcaklıktaki bir kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Parça, beynitik dönüşüm tamamlanıncaya kadar banyoda bekletilir, daha sonra banyodan alınarak havada soğutulur. Bu işlem sonucunda oluşan beynit, aynı karbon oranına sahip martenzitten biraz daha yumuşaktır, ancak darbe direnci martenzitten daha yüksektir. Beynitik yapı, ferritik bir matris içerisinde, dar aralıklarla dizilmiş sementit parçacıklarından oluşur, görünüşü temperlenmiş martenzite benzer. Alt ve üst beynit olmak üzere iki türü vardır.

23 Martemperleme ısıl işlemi
Sıcaklık Yüzey A1 Merkez Temperleme sıcaklığı Ms Dönüşüm Mf Temperlenmiş martenzit Martenzit Süre (log)

24 Ostemperleme ısıl işlemi
Sıcaklık Yüzey Merkez A1 Ms Dönüşüm Mf Beynit Süre (log)

25 Çökelme Sertleşmesi (yaşlandırma)
Çökelme (yaşlandırma) sertleştirmesi: Belli bir süre için, malzemenin kendi orijinal sertlik ve mukavemet değerinin üzerinde bir sertlik ve mukavemete ulaştırmak için yapılan ısıl işlemdir. Bu işlem her malzemeye uygulanamaz. Uygulanabilmesi için, malzemenin faz diyagramında solvüs eğrisinin yatık olması gerekir. İşlem daha çok Al-Mg alaşımlarına ve bazan Cu alaşımlarına uygulanır. İşlem yarı mamul ve mamul parçalara uygulanabilir. Isıl işlem süresi içerisinde malzemeye şekil verilir ve sonra bu işlem bitirilir. İşlem üç kademede yapılır: Eritme ısıl işlemi (solvüs eğrisinin oC üzerine ısıtma, a) Su verme işlemi (yukarıdaki sıcaklıktan parça aniden suya atılır. b’ ların oluşmasına fırsat bulamadan, yapı tamamen a fazından oluşur. Bu arada su verme ile malzeme yumuşar. Bu durumda parçaya kolayca şekil verilebilir. Bu süre kısıtlıdır (10-20 saat veya en fazla 1-2 gün). Bu dengesiz yapı, yavaş yavaş b çıkartarak, b’ lar artmaya başlar. Bazı alaşımlarda bu b’ lar zamanla kendiliğinden çıkar, buna tabii yaşlanma denir. Eğer b’ ların çıkması için ısıtma işlemi yapılırsa, buna suni yaşlandırma denir.

26 Çökelme sertleşmesinin yapıldığı faz bölgesi ile sıcaklık-süre ilişkisi ve buna bağlı olarak ortaya çıkan fazlar Suni yaşlandırma Tabii yaşlandırma

27 Çeliklere Uygulanan Yüzey Sertleştirme İşlemleri
Bazı uygulamalarda kullanılan çelik parçaların hem aşınma dirençlerinin, hem de darbe dayanımlarının yüksek olması istenir. Bunun için parçaların yüzey- lerinin sert, merkezlerinin olabildiğince yumuşak olması gerekir. Bunu sağlamak için parçalara yüzey sertleştirme işlemleri uygulanır. Çelik parçaların yüzeyleri sementasyon, nitrürleme, alevle ve indüksiyon akımıyla sertleştirilebilir. Yüzeyin kimyasal bileşiminin değiştirilmediği yön- temler: Alevle yüzey sertleştirme b) İndüksiyonla yüzey sertleştirme Bu yöntemler, yüzeyde ısı birikimi esasına dayanırlar. 2. Yüzeyin kimyasal bileşiminin değiştirilerek yapıldığı yüzey sertleştirme yöntemleri: a) Sementasyon b) Nitrürleme c) Borlama vb.

28 Sementasyon %0.2 ve daha az karbon içeren çelikler doğrudan sertleştirilemezler. Bunlarda, önce ısıl işlemle yüzeye karbon emdirilerek, yüzeyin karbonu arttırılır, daha sonra su verilerek sertleştirilir. Karbon yayındırma işlemi katı, sıvı veya gaz ortamda yapılabilir. Katı ortamda karbon yayındırma için kömür tozu (grafit) ve BaCO3 vb karışımlar içerisine çelik parça gömülür ve kutunun ağzı hava sızdırmayacak şekilde kapatılır. Kutu uzun bir süre ostenit sıcaklığında bekletilir ve daha sonra parçalara su verilir.

29 Nitrürleme (Nitrürasyon)
Çelik parçanın yüzeyine azot (N) yayındırma işlemidir. Bu işlemi uygulayabilmek için, çeliğin nitrürasyon çeliği olması gerekir. Bu çelikler, Cr, Al ve Mo alaşım elementlerinden en az birisini içerirler. Bu elementler N ile nitrür oluştururlar. Nitrür bileşikleri nitrürleme işlemi esnasında oluşurlar çok sert ve gevrektirler. İşlem sonrası su vermek gerekli değildir. Bu yönüyle semantasyondan farklıdır. İşlem 500 0C civarındaki sıcaklıklarda, katı, sıvı ve gaz ortamlarda yapılabilir. İşlem süresi oldukça uzundur (örneğin saat). Azot verici ortam olarak sodyum siyanür (NaCN) ve potasyum siyanür (KCN) içeren banyolar kullanılır. Nitrürleme işleminde 0.5 mm civarındaki tabakalar yeterlidir, tabakanın sertliği Hv’dir.

30 Çeliklerde Borla Yüzey Sertleştirme
Çeliklerde bor yayındırma işlemidir, borlama da denir. Katı, sıvı veya gaz ortamlarda bor yayındırılabilir. Çelik alaşımlı veya alaşımsız olabilir. Bor, çelikteki demirle borür (FeB veya Fe2B) oluşturur. Borürler, nitrürlemede olduğu gibi işlem esnasında oluşurlar, çok sert ve gevrektirler. İşlem, C civarında 6-8 saat süre ile yapılır. Elde edilen sert tabaka kalınlığı mm, sertliği ise Hv civarındadır. Bor verici ortam olarak boraks, ferro-bor, borkarbür gibi bor bileşikleri kullanılır.

31 İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme
İndüksiyonla sertleştirme işlemi, hızlı değişen manyetik bir alana yerleştirilen bir metal parçası içerisinde elektrik akımı oluşturma esasına dayanır. Bobinlerin içerisinden yüksek frekanslı alternatif akım geçirilerek, yüksek frekanslı bir manyetik alan elde edilir. Manyetik alan, metal parçası içinde eddy veya girdap akımları ile histerisiz akımları oluşturur. Oluşan yüksek frekanslı akımlar, metalin yüzeyinde hareket ederler. Buna kabuk etkisi denir. Metalin bu akımlara karşı gösterdiği direnç nedeniyle ısınma sağlanır ve böylece bir metal parçanın iç kısmı ısıtılmadan yüzeyi ısıtılabilir. Isıtmadan sonra parçaya su verilir. Sertleşme derinliği, frekansla ters orantılıdır. Herhangi bir frekansta, ısıtma süresi artırılarak sertleşme derinliği artırılabilir. Orta karbonlu çeliklerin sertleştirilmesinde uygulanır.

32 İndüksiyonla ısıtma ve indüksiyon bobini türleri
Soğutma suyu Şekillendirilmiş bobin Hareket Yüzeyi Sertleştirilecek kızak Isıtılıp Sertleştirilecek parçalar Su girişi İndüksiyon bobini

33 Alevle Yüzey Sertleştirme
Orta karbonlu çeliklere uygulanan bu yüzey sertleştirme işleminde, parçanın yüzeyi alevle hızla ısıtılıp ostenitlendikten sonra, su verilerek sertleştirilir. Su verme genellikle parçaya su püskürtülmesiyle sağlanır. Hızlı ısıtma, bir oksi-asetilen alevi vb ile sağlanır. Bu hızlı ısıtma esnasında yüzey tabakası ostenit sıcaklığına ısınırken, iç kısımların A1 sıcaklığının altında kalması gerekir. Bu yöntemle elde edilen sertleşme derinliği 3-6 mm arasındadır. 1.5 mm ’den daha ince derinlik elde etmek mümkün değildir. Sistem oldukça basit olup pek çok yerde gerçekleştirilebilir.

34 Alevle Yüzey Sertleştirme
Su delikleri Alev delkleri Soğutma suyu Hareket Alev Sertleştirilen yüzey İş parçası Su Oksi-yakıt Alev Aşağı Yukarı hareket Soğutma suyu İş parçası desteği

35 Çeliklerin Standartlarda Gösterimi
Alman Standartlarında (DIN) çeliklerin gösterimi: Alaşımsız çelikler a) Mukavemet değerine göre, St 42: Çekme mukavemeti en az 42 kp/mm2 olan çelik, (420 MPa, 42 kgf/mm2). Ör., St 37, St 60, St 70 gibi. b) Bileşimine göre, C 35: Çeliğin içerdiği karbon miktarının yüz katı, % 0.35 C içeren çelik. Ck : Fosfor ve kükürt garantili çelik, Cf : Alev ve indüksiyonla yüzeyi sertleştirilebilir, Cq : Soğukta şekil vermeye ve preslemeye uygun. Ör., Ck 40, Cf 45, Cq 25 gibi.

36 2. Alaşımlı çelikler, a) Düşük alaşımlı çelikler xx AB xx : İlk iki rakam çelikteki C’ un 100 katını gösterir. Bu iki rakamdan sonra, çelikteki önemli alaşım elementlerinin simgeleri gelir. Bunları takiben ise, aynı sırada olmak üzere, alaşım elementi oranının belli bir çarpım faktörü ile çarpılarak elde edilmiş değerleri gelir. Alaşım elementleri Çarpım faktörü Cr, Co, Mn, Ni, Si, W………………… Zr, Nb, Al, Cu, Mo, Ti, V, Be, Pb… P, S, N, Ce, C……………………………… B………………………………………………… Ör., 21CrMoV511: 21/100= % 0.21 C, 5/4= % 1.25 Cr, 11/10= % 1.1 Mo ve bir miktar V vardır.

37 b) Yüksek alaşımlı çelikler
Harf ve rakamlı simgenin önüne bir x işareti gelir. Bu yüksek alaşım işaretidir ve çarpım faktörünün kullanılmadığını gösterir. Ör., x5CrNi189: 5/100= % 0.05 C, %18 Cr, % 9 Ni, x210CrW12 : 210/100= % 2.1 C, %12 Cr ve bir miktar da W elementi vardır. Çelik, dökme çelik ise başına GS harfleri gelir. Ör., GS 42 : 42 kgf/mm2 çekme mukavemetli dökme çelik, GS C35: % 0.35 C’lu alaşımsız dökme çelik. GG : Gri Dökme demir, GG10: 10 kgf/mm2 çekme mukavemetli gri dökme demir. GGG : Küresel grafitli dökme demir, GGG 70: Çekme mukavemeti 70kgf/mm2. GTW : Beyaz temper dökme demir. GMs58: %58 Cu’ lı pirinç döküm.

38 Amerikan Standartlarında (AISI-SAE) Çeliklerin Gösterimi
xxxx : İlk rakam, çeliğin cinsini gösterir. İkinci rakam, çeşitli amaçlarla kullanılır.Bazan çeliğin cinsini tarifte birinci rakama yardımcı olur. Bazan da çelikteki önemli alaşım elementini belirtmeye yarar. : Sade karbonlu çelik, % 0.20 C içerir. : Otomat çeliği, % 0.20 C vardır. : Nikel çeliği, % 3 Ni ve % 0.40 C içerir. 10100 : % 1.0 C içeren alaşımsız çelik. 1. C çeliği, (1045:%0.45 C içeren alaşımsız çelik) 2. Ni alaşımlı çelik, (2515: %5 Ni, %0.15 C’lu çelik) 3. Ni-Cr alaşımlı çelik, (3435: %3 Ni, %0.77 Cr, %0.35C) 4. Mo alaşımlı çelik, (4422: % 0.4 Mo, % 0.22 C) 5. Cr alaşımlı çelik,(5140: Cr % 0.80 ile 1.05 arası, %0.4C)