ISIL İŞLEMLER

ISIL İŞLEM, Metal alaşımlarının çeşitli özelliklerini değiştirmek için katı halde iken uygulanan belirli nitelikteki ısıtma ve soğutma işlemidir.

Bu konunun devamı için lütfen yeşil butona tıklayınız.    

ISIL İŞLEMİN AMACI

- Demir karbon denge durumunu değiştirme.

- Yapılarındaki düzensizlikler nedeni ile oluşan iç gerginlikleri giderme.

- Talaş kaldırma işçiliğini kolaylaştırma.

- Soğuk ve sıcak biçimlendirmeden dolayı oluşan yapı bozukluklarını ve gerginlikleri giderme.

- Sertlik ve dayanımını artırma.

- Sert olan malzemeleri yumuşatma.

- Kimyasal maddelere ve dış etkilere karşı dayanımı artırma.

- Ani darbe ve titreşimlere karşı dayanımı artırma.

- Kimyasal bileşimini değiştirme.

- İstenmeyen gazları uzaklaştırma.

- Isı ve korozyona karşı dayanımı artırma.

- Kristal kafes yapısını değiştirme.

Yukarıda sıralanan her amaç için farklı ısıl işlemler uygulanmaktadır. Uygun ortam, sıcaklık ayarları, zaman ayarlaması, soğutma şekli ve süresi gibi faktörler her amaç için farklı uygulanır.

 

ÇELİKLERİN SERTLEŞTİRİLMESİ

Çeliklerin sertlik ve buna bağlı olarak dayanımını artırmak için belirli özellikte ısıtma ve daha sonra da çeşitli yollarla soğutulması ile Sertleştirme Tavı yapılır. Çeliklerin başarılı bir şekilde sertleştirilebilmesi için bazı şartlara uymak gereklidir. Bunlar;

- Düzensiz yapıya ve iç gerginliğe sahip çeliklere sertleştirme işlemi uygulanırsa malzeme çarpılır ve çatlamalar meydana gelir.

- İyi bir sertleştirme için malzemenin ince taneli yapıya sahip olması gerekir. Çünkü iri taneli malzemelerin sertleştirme işleminden sonra kırılganlık özelliği çok fazla artmaktadır.

- Çelik homojen şekilde ısıtılmalıdır. Aksi halde malzemenin her yeri aynı değerde sertleşmeyecektir.

- Homojen bir ısıtma için ısı ayarlı fırın kullanmakta fayda vardır.

- Sertleştirme işlemine başlamadan önce malzemenin üzerinde bulunabilecek yağ, kir, oksit vb. maddeler temizlenmelidir. Çünkü bu maddelerin bulunduğu kısımlar, malzemenin diğer kısımlarına nazaran daha yumuşak kalarak, düzensiz bir sertleşmeye yol açacaktır.

- Çelik parça üzerindeki delik, kanal, vida dişleri ve keskin köşelerin ısıdan dolayı çarpılmamaları için ateş toprağından yapılmış çamur veya kömür tozu ile kapatılmalıdır.

- Soğutma işlemi sıvı  içerisinde yapılacaksa malzemenin uzun ekseni boyunca sıvıya dik olarak batırılmalıdır.

- Malzeme üzerinde kör delik varsa içerisinde hava kabarcığı kalmaması için delik kısmı dışa dönük olarak sıvıya batırılmalıdır.

- Alaşımlı çeliklerde soğuma daha yavaş olacağından malzemenin dış yüzeyi ile iç kısmı aynı oranda sertleşme olanağı bulur.

- Sade karbonlu çeliklerde ise soğuma daha hızlı gerçekleştiğinden malzemenin dış yüzeyi iç kısımlardan daha fazla sertleşir.

SERTLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

Çeliklerin sertleştirme işlemlerinde kullanılan soğutma yöntemleri sertlik değerini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Bunlar;

1- Suda Sertleştirme, Su, çeliği en hızlı soğutan, ucuz ve kolay bulunan bir sıvı olduğu için sertleştirme işlemlerinde en yaygın kullanılan bir maddedir. Bu yöntemde austenit sıcaklığına kadar ısıtılan çelik parça tamamı suyun içinde kalacak şekilde hemen su tankına atılır. Daha sonra parça sekiz çizecek şekilde su içinde hareket ettirilmelidir. Soğutma işlemi esnasında suyun sıcaklığı artacağı için tankın içindeki su sürekli değiştirilmeli ya da soğutulmalıdır.

2- Havada Sertleştirme, Genellikle yüksek alaşımlı çelikler için kullanılır. Yüksek sıcaklıktaki çelik iş parçası açık havada bırakılarak veya üzerine hava üflenerek soğutulur.

 

3- Yağda Sertleştirme, Yağda sertleştirme işleminin yapılışı su ile sertleştirme yöntemiyle aynıdır. Ancak bu yöntemde soğutma sıvısı olarak alevlenme sıcaklığı çok yüksek olan madeni yağlar kullanılır. Yağ ile yapılan sertleştirmelerde su ile yapılanlara nazaran daha az çarpılmalar meydana gelmektedir. Ancak parçanın soğuma süresi suya göre daha uzundur.

 

4- Diğer Yöntemler, Sertleştirme işleminde soğutma hızını artırmak için bazı sıvı bileşikleri kullanılmaktadır. Bunlardan en ucuzu su içerisine yemek tuzu katılmasıdır. Ancak tuzlu su korozyona neden olacağı için soğutulma işleminden sonra parça mutlaka yıkanmalıdır. Soğutma sıvısı olarak sülfirik asit veya potasyum hidroksit maddelerinin sulu çözeltileri de sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çözeltilerle yapılan sertleştirme işlemlerinde çelik yüzeyi çok parlak olmaktadır.

Ayrıca bir metal olan kurşun esaslı çözeltiler de sertleştirme işlemlerinde kullanılmaktadır. Ancak bu çözeltilerden yüksek oranda zehirli gaz çıktığından gerekli emniyet önlemleri alınmalı ve ortam çok iyi havalandırılmalıdır.

ÇELİKLERİN TAVLANMASI

Çeliklerin iç gerginliklerini, sıcak ve soğuk işleme sonrası oluşan yapı bozukluklarını, sertleştirme işleminden sonra oluşan çarpılmaları, sert yapıda olanların kolay işlenebilmesi için yumuşatılması vb. özellikleri sağlayabilmek için belirli nitelikte uygulanan ısıtma soğutma işlemine Tavlama denir.

Çeliklerde en çok kullanılan tavlama çeşitleri;

1- Normalleştirme Tavı

2- Yumuşatma Tavı

3- Gerginlikleri Giderme Tavı (Menevişleme ve Islah)

Normalleştirme Tavı, Normalleştirme tavı çelik malzemelerin iri taneli yapısını ince taneli yapıya dönüştürmek için yapılır. Ayrıca çeliklerin haddeleme, presleme, dövme, kaynak etme vb. işlemlerden sonra meydana gelen yapı dengesizliklerini gidermek için de yapılır.

Normalleştirme tavı işlemi için çelik malzeme yavaş bir şekilde yaklaşık 600°C sıcaklığa kadar ısıtılır. Eğer hızlı ısıtılırsa düzensiz ısıl genleşmeden dolayı malzemede çatlaklar oluşabilir. Malzemenin sıcaklığı 600°C ye ulaştıktan sonra hızlı bir şekilde çeliğin demir karbon denge diyagramında bulunan G-S-K eğrisinin 25-30°C üzerindeki sıcaklığa kadar çıkarılır. Malzemenin dış yüzeyi ile iç kısımlarının homojen olarak ısınabilmesi iin bu sıcaklıkta bir süre bekletilmesi gerekir. Yapılan gözlemler sonucu bu bekleme süresi malzemenin her 1 mm kalınlığı için 2 dakika olarak belirlenmiştir. Bu bekleme süresinden sonra malzeme fırın içerisinde veya açık havada yavaş bir şekilde soğumaya bırakılır.

Normalleştirme tavı genellikle orta ve düşük karbonlu çeliklere, çeşitli biçimlendirme işlemlerinden yapı bozukluklarını düzenlemek ve çekme dayanımını artırmak  için yapılır.

Yumuşatma Tavı, Yumuşatma tavı genellikle yüksek karbonlu çeliklerin talaş kaldırma ve soğuk biçimlendirme işlemlerini kolaylaştırmak için uygulanır.

Yüksek karbonlu çeliklerin yapısındaki lamelli sementit, talaş kaldırma sırasında kesici takıma karşı fazla direnç gösterdiğinden, yumuşatma tavı uygulanması ile küresel sementit haline getirilerek talaş kaldırma işlemi kolaylaştırılmaktadır. Ayrıca yüksek karbonlu çelikler sert yapıya sahip olduklarından, eğme ve derin çekme gibi soğuk biçimlendirme işlemleri sırasında çatlaklar meydana gelebileceğinden, bu işlemlerden önce yumuşatma tavı uygulanmaktadır. Bu tavın uygulanmasından sonra, soğuk biçimlendirme işlemi için gerekli olan kuvvet miktarı da azalmaktadır.

Yumuşatma tavının uygulanmasında çeliğin demir denge diyagramında verilen eğrilerdeki sıcaklıklardan faydalanılır. Ötektoit altı çeliklerde P-S eğrisinin biraz aşağısındaki sıcaklığa kadar ısıtılıp yavaşça oda sıcaklığına kadar soğutulması ile yumuşatma tavı yapılır. Bu ısıl işlem sırasında malzemenin yapısı düzenlenerek iç gerginliklerin azaltılması ile yumuşatma sağlanmaktadır.

Ötektoit üstü çeliklerde ise malzeme belirli aralıklarla S-K eğrisinin altında ve üzerinde ısıtılarak lamelli sementit yapının küresel sementit haline getirilmesi ile yumuşatma tavı yapılmaktadır. Bu işleme aynı zamanda  küreselleştirme tavı da denilmektedir. Tüm çelik türlerinde soğuk biçimlendirmeyi, orta ve özellikle karbonlu çeliklerde ise talaş kaldırmayı kolaylaştırmak için yumuşatma tavı uygulanır.

Gerginlik Giderme Tavı, Temperleme işlemi de denilen gerginlik giderme tavı Menevişleme ve Islah olarak iki şekilde yapılır.

Menevişleme, sertleştirme işlemi sonunda elde edilen martenzit yapı gereğinden fazla sert ve gevrek bir malzeme oluşturabilir. Bunun sonucunda malzeme darbelere karşı dirençsiz kalır. Malzemenin fazla olan sertlik ve gevrekliğini azaltıp tokluğunu ve dayanımını artırmak için menevişleme tavı uygulanmaktadır.

Malzemenin istenilen değerde sertliğini azaltmak ve tokluğunu artırmak için en fazla 650°C sıcaklığa kadar ısıtılıp yavaş bir şekilde soğutulması ile menevişleme yapılır.

200°C altındaki sıcaklıklarda yapılan menevişleme işleminde martenzit yapının içerisindeki karbonun bir kısmı  demir karbür (sementit) oluşturarak ayrılır. Böylelikle martenzitin karbon oranı düşürülmüş olur. Bu durum malzemenin sertliğini biraz düşürmektedir. Ancak gerilim azaldığından malzemenin tokluğu da artmaktadır. Yaklaşık 200 - 400°C arasında yapılan menevişleme düşük karbonlu martenzit, ferrit yapıya dönüşmeye başlar ve sementit miktarı artar. Oluşan bu yapı sebebiyle malzemenin sertliği ve tokluğu azalır.

400 - 650°C sıcaklıklar arasında yapılan menevişleme işleminde ise sementit taneleri büyür. Bu esnada malzemenin sertliği oldukça düşerken tokluğu da artmaktadır.

Menevişleme işlemi her türdeki çeliklere uygulanabilir. Özellikle fazla sertliğe gerek olmayan düzenli bir yapıya sahip ve tok malzeme oluşturmak için menevişleme tavı uygulanır.

Islah, sertleştirme ve hemen arkasından yapılan menevişleme işlemlerinin bütünüdür. Islah işlemi ile malzemenin akma sınırı ve çekme dayanımı gibi mekanik özellikleri artırılır. Ayrıca malzemeye süneklik kazandırmak için de ıslah işlemi yapılmaktadır. Malzeme, içerisindeki karbon oranına ve alaşım durumuna göre sertleştirme işlemine tabi tutulur. Setleştirme işleminin hemen arkasından menevişleme işlemi uygulanır. Menevişleme 450 - 650°C sıcaklıkları arasında yapılır.

Islah işlemi yüksek dayanımı ve süneklik elde etmenin en kolay ve ucuz yoludur. Çünkü aynı özellikleri kazanmak için çeliğe alaşım elementleri katmak ıslah işlemine nazaran zor ve pahalıdır. Bundan dolayı genellikle dişli çarklar, kamlar, krank milleri, motor parçaları vb. mekanik  elemanların yapımında ıslah edilmiş çelikler kullanılır.

YÜZEY SERTLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

Yüzey sertleştirme işlemi, yüzeyde sert ve aşınmaya karşı dayanıklı, iç yapıda ise yumuşak ve tok özelliklerin istendiği, değişken ve darbeli zorlamalara karşı dayanıklı parçalar elde     etmek için uygulanan ısıl işlemdir.

Yüzey sertleştirme işlemleri,  genellikle ötektoit altı yani karbon miktarı az olan çeliklere uygulanır. Dişli çarklar, rulmanlı yataklar, miller ve pistonlar gibi birçok bitmiş iş parçaları bu işlemlere tabi tutulurlar.

A - YÜZEYİN KİMYASAL YAPISINI DEĞİŞTİREREK YÜZEY SERTLEŞTİRME

Yüzeyin kimyasal yapısını değiştirerek yapılan yüzey sertleştirme işlemi yüzeye karbon emdirilerek veya azot gazı verilerek yapılır. Yüzeye karbon emdirilerek yapılan yüzey sertleştirme işlemine "Sementasyon", yüzeye azot gazı verilerek yapılana da "Nitrürasyon" işlemi denilmektedir.

1- Sementasyon

Bu işlemlerden sementasyon işlemi katı, sıvı ve gaz maddeleri kullanılarak üç farklı şekilde yapılır.

- Katı sementasyon, işleminde yüzeyi sertleştirilecek olan iş parçası kapalı bir kutuda genellikle meşe ağacından  siyanise yapılmış  odun kömürü içerisine gömülerek yapılır. Kapalı kutu içerisindeki malzeme austenit sıcaklığına kadar ısıtılır. Bu esnada odun kömüründe bulunan karbon, kutu içerisindeki oksijen ile reaksiyona girerek CO (karbonmonoksit) gazı oluşturur. Her iki monoksit  2CO      CO₂ + C kimyasal tepkimesi göstererek karbon açığa çıkarır. Bu karbon, austenit  sıcaklığındaki malzeme yüzeyine nüfuz eder. Kutu içerisindeki kimyasal tepkimeler sürekli olarak devam eder. Ancak zamanla kutu içerisindeki oksijenin tükenmesi reaksiyon hızının yavaşlamasına, karbonun azalması ise malzeme yüzeyinde dekarbonizasyona (karbon kaybetmeye) neden olur. Bundan dolayı kutu içerisine reaksiyon hızlandırıcı ve karbon verici olarak genellikle baryum karbonat (BaCO₃), potasyum karbonat (KCO₃) ve sodyum karbonat (NaCO₃) gibi alkali metal karbonatlar kullanılır.

 

- Sıvı sementasyon, işlemi için genellikle elektriksel olarak ısıtılan tuz banyoları kullanılır. Tuz banyosunda karbon verici olarak sodyum siyanür (NaCN) ve potayum siyanür (KCN) gibi tuzlar kullanılır. Sertlik derinliğinin az olması gereken malzemeler için siyanür miktarı %20 ve austenit sıcaklığı da 850 - 900 °C olmalıdır. Daha fazla sertlik derinliği elde etmek için siyanür %10 ve austenit sıcaklığı da 900 - 950 °C olmalıdır.

Karbonun yanı sıra açığa çıkan azot gazı da parça yüzeyine nüfuz ederek sertliği artırmaktadır. Sıvı sementasyon işlemi için parçaların tuz banyosuna batırılmadan önce üzerindeki yağ ve kir tabakaları temizlenmeli ve 100 - 400 °C arasında ön ısıtma ile nemi alınmalıdır. Sıvı sementasyon işlemi ile kısa zamanda homojen olarak yüzey sertleştirme yapılabilmektedir. Ancak bu işlem için kullanılan siyanür tuzlarından çıkan gazlar oldukça zehirlidir. Bunun için gerekli güvenlik önlemleri mutlaka alınmalıdır.

Gaz sementasyon işleminde karbon verici olarak metan  (CH₄), etan   (C₂H₆), propan (C₃H₈) gibi gazlar kullanılmaktadır.

 

2- Nitrürasyon

Nitrürasyon işlemi parça yüzeyine azot gazı emdirilmesi ile yapılır. Bu işlem için azot verici olarak amonyak gazı (NH₃) kullanılmaktadır. Amonyak gazı 2NH₃      2N+3H₂ şeklindeki kimyasal olarak ayrışarak azot gazı açığa çıkarmaktadır. Açığa çıkan bu azot gazı, malzeme yüzeyine nüfuz ederek, çok ince ve sert olan "nitrit tabakası" meydana getirir. Nitrit tabakası sementasyonla yapılan işlemlerden çok daha sert bir yüzey oluşturur. Çok ince kalınlıkta meydana gelen bu nitrit tabakası sayesinde aşınmaya ve darbelere karşı yüksek dayanımlı malzeme elde edilir.

Nitrürasyon işlemi 500°C altındaki sıcaklığa sahip malzemenin üzerine amonyak (NH₃) gazı üflenerek yapılmaktadır. Malzeme bu sıcaklığın üzerinde ısıtılırsa azot gazı malzemenin çerisine girerek iç yapıyı bozmaktadır. Nitrürasyonla yüzey sertleştirme işleminde meydana gelen nitrit tabakası malzemenin boyutlarında önemli bir miktarda ölçü değişikliği meydana getirmez. Bundan dolayı tamamen bitmiş iş parçalarına yüzey sertleştirme işlemi olarak genellikle nitrürasyon uygulanır.

Ayrıca bu işlem sonucunda parlak ve pürüzsüz bir yüzey elde edildiğinden şekli nedeniyle taşlanmayan parçalara da bu işlem uygulanır.

B - YÜZEYİN KİMYASAL YAPISINI DEĞİŞTİRMEDEN YÜZEY SERTLEŞTİRME

Yüzeyin kimyasal yapısını değiştirerek yapılan yüzey sertleştirme işlemleri özel gaz sızdırmaz fırınlar ve soğutma odaları, çeşitli karbon veya azot gazı verici maddelerin temini, fazla zaman ve işçilik gibi birçok yüksek maliyetler getirmektedir. Yüzeyin kimyasal yapısını değiştirmeden yapılan yüzey sertleştirme işlemleri ise malzemeye dışarıdan herhangi bir element vermeden, sadece yüzeyindeki yapıyı martenzit hale getirerek yapılan ısıl işlemlerdir. Bu yöntem fazla işçilik gerektirmeden hızlı ve kolay olarak yapılan bir işlemdir. Ancak sementasyon ve nitrürasyon işlemlerinde olduğu gibi kaliteli ve homojen yüzeyler elde etmek mümkün değildir. Bu yöntem iki şekilde yapılmaktadır. Bunlar;

1- Alevle Yüzey Sertleştirme

Alevle yüzey sertleştirme işlemi genellikle düşük karbonlu, krom, nikel ve molibden katkılı çeliklere 5 mm kalınlığa kadar yüzey sertliği vermek için uygulanır. Bu yöntemde malzeme yüzeyi oksi-asetilen tüpü alevi ile gibi kuvvetlibir ısı kaynağı ile austenit sıcaklığına çıkarılır ve genellikle su püskürtülmesi ile hızlı bir şekilde soğutularak sertleştirme işlemi yapılır.

 

2- İndüksiyon Akımı  ile Yüzey Sertleştirme

Bu yöntem alevle yüzey sertleştirme işleminin benzeridir. Ancak burada ısı kaynağı olarak çok yüksek frekansta alternatif akım üreten bir indüksiyon bobini kullanılır. İndüksiyonla yüzey sertleştirme işlemi genellikle mil, saplama ve cıvata gibi yuvarlak parçaların  3 mm derinliğe kadar sertleştirilmesinde kullanılır.

 

Bu web sayfasındaki yazılı ve görsel bütün bilgilerin yayın hakları Hamit ARSLAN' a aittir. Hamit ARSLAN' ın yazılı izni olmaksızın kısmen veya tamamen alıntı yapılamaz, kopya edilemez, elektronik, mekanik, dijital, fotokopi ya da herhangi bir kayıt sistemiyle çoğaltılamaz ve yayınlanamaz.