Faz dönüşümü ve Isıl İşlem

Malzeme Bilgisi
Prof. Dr. Akgün ALSARAN
Soğuma diyagramları ve sertleştirme
Faz dönüşümü ve Isıl İşlem
İçerik
Faz dönüşümü
İzotermal dönüşüm
Martenzit
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi)
Isıl işlem
Yüzey sertleştirme yöntemleri
2
Faz dönüşümü
Faz dönüşümleri ile normal olarak başlangıç fazından fiziksel/kimyasal ve/veya iç yapısal
özellikleri bakımından farklılık gösteren en az yeni bir faz oluşur. Faz dönüşümümün
gerçekleşmesi çekirdeklenme ve büyüme olarak adlandırılan iki safhada gerçekleşir.
Çekirdeklenme safhasında yaklaşık birkaç yüz atomdan oluşan ve büyüyebilme yeteneği
bulunan yeni faza ait çekirdekler veya parçacıklar meydana gelir. Büyüme safhasında bu
çekirdeklenen yeni fazların büyüyerek önceki fazın bir kısmını veya tamamının yok olmasına
sebep olur.
Alan=4πr
4
Hacim= 3 𝜋𝑟 3
Katı-sıvı
arayüzeyi
Sıvı
Katı
Fe
g
(Ostenit)
C
YMK
Ötektoid
Dönüşüm
Fe3C
(sementit)
+
a
(ferrit)
(HMK)
3
Faz dönüşümü
Katılaşma esnasında toplam serbest enerji değişimi iki bileşenden oluşur. Bunlardan ilki katı ve
sıvı fazlar arasındaki serbest enerji farkı olup bu değer aynı zamanda hacimsel serbest enerji
olarak isimlendirilir. İkinci etki ise katılaşma dönüşümü esnasında sıvı-katı faz sınırının oluşması
ile ortaya çıkar. Katı parçacık sıvı içerisindeki atomların kümeleşmesi ile oluşmaya başladığında
serbest enerjide artma olur. Eğer atom kümesinin yarıçapı kritik bir değere ulaşırsa serbest
enerjideki bundan sonra görülen azalmanın katkısıyla parçacık büyümesi devam eder.
4
Faz dönüşümü
DGS  4r 2 g
g = yüzey enerjisi
DGT = Toplam serbest enerji
= DGS + DGV
4 3
DGV  r DG
3
r* = kritik çekirdek yarıçapı: çekirdek < r* büzülme; çekirdek>r* büyüme (enerjiyi azaltmak için)
Adapted from Fig.10.2(b), Callister 7e.
5
Faz dönüşümü
Büyüme hızı
Toplam
dönüşüm hızı
Çekirdeklenme hızı
6
Faz dönüşümü
7
İzotermal dönüşüm
İzotermal dönüşüm sabit sıcaklıkta meydana gelen faz dönüşümü demektir. Demir-karbon
denge durumu yalnız denge durumu için geçerlidir. Bu nedenle denge durumunun dışındaki
(hızlı soğuma gibi) geçerli değildir. İzotermal dönüşüm diyagramlarının çıkarıldığı için en kolay
örnek %0.8C içeren perlitik dönüşümdür. İşlem adımları:
1. %0.8 C içeren çok sayıda örnek 775°C’de yeterli bir süre tutularak yapılarının tamamen
ostenit olması sağlanır.
2. Ostenitleştirme işleminden sonra Ac1 den daha düşük bir sıcaklıkta erimiş tuz veya yağ
banyosunu bu numuneler daldırılır.
3. Bu banyoda belirli bir süre (5, 10, 15 saniye gibi) bekletilen numuneler soğuk su veya
tuzlu suda soğutulur.
4. Soğutulan numunelerden hem sertlik ölçümü alınır hem de iç yapı incelenmesi yapılır.
Bu işlemler Ac1 çizgisinin altındaki farklı dönüşüm sıcaklıklarında tekrarlanarak izotermal
dönüşüm eğrileri çizilir.
8
y,
% dönüşmüş
İzotermal dönüşüm
100
T = 675°C
50
0
10 2
1
T(°C)
Ostenit (stable)
10 4
zaman (s)
TE (727C)
700
Ostenit
(unstable)
600
Perlik
isothermal transformation at 675°C
500
400
1
10
10 2 10 3 10 4 10 5
zaman (s)
9
İzotermal dönüşüm
10
İzotermal dönüşüm
T(°C)
Ostenit (kararlı)
700
600
TE (727C)
Ostenit
(unstable)
Perlit
g
g
500
g
g
g
g
400
1
10
10 2
10 3
10 4
10 5
zaman (s)
11
İzotermal dönüşüm
Co = 0.45 wt% için örnek
a) 42% ötektik ferrit and 58% kaba taneli perlit
ilk olarak ferrit
daha sonra perlit
800
A
T (°C)
P
B
600
Kaba taneli perlit
 daha yüksek T
A+a
A+P
A+B
A
400
50%
M (start)
M (50%)
M (90%)
200
Adapted from
Fig. 10.29,
Callister 5e.
0
0.1
10
103
zaman (s)
105
12
İzotermal dönüşüm
Co = 0.45 wt%
b) 50% ince taneli ve 50% beynit
800
İlk perlit oluşur
T (°C)
Daha sonra beynit
A
P
B
600
ince taneli perlit
 daha düşük T
A+a
A+P
A+B
A
400
50%
M (start)
M (50%)
M (90%)
200
Adapted from
Fig. 10.29,
Callister 5e.
0
0.1
10
103
zaman (s)
105
13
İzotermal dönüşüm
Co = 0.45 wt%
c) 100 % martenzit – su verme = hızlı soğuma
d) 50 % martenzit
800
ve 50 % ostenit T (°C)
A
A+a
P
B
600
A+B
A
400
A+P
50%
M (start)
M (50%)
M (90%)
d)
200
Adapted from
Fig. 10.29,
Callister 5e.
c)
0
0.1
10
103
zaman (s)
105
14
İzotermal dönüşüm
15
İzotermal dönüşüm
Martemperleme:
Sertleştirilecek
malzeme
ostenitleştirme
işlemine
tabi
tutulduktan sonra Ms sıcaklığının hemen üzerinde ki bir sıcaklıkta tutulan kurşun
veya tuz banyosuna daldırılır. Parça yüzeyi ile merkezinin sıcaklıkları aynı oluncaya
kadar banyoda tutulur. Daha sonra parçaya su verilerek mertenzitik yapı elde edilir.
Ostemperleme: Sertleştirilecek malzeme ostenitleştirme işlemine tabi tutulduktan
sonra Ms sıcaklığının üzerinde kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Parça da
beynitik dönüşüm oluncaya kadar banyoda bekleme yapılır. Sonra havada
soğutulur. Böylece beynitik yapı elde edilir. Burada sertlik biraz düşüktür, fakat
tokluk yüksektir.
16
İzotermal dönüşüm
17
Martenzit
Martenzit, Hacim merkezli tetragonal (HMKT) yapıya sahip yarı dengeli bir fazdır. HMK yapıya
sahip α fazının C ile aşırı doymuş hali olarak kabul edilebilir. Martenzitik dönüşüm difüzyonsuz
işlemler için kullanılır. Martenzitik reaksiyonlardada çekirdeklenme ve büyüme söz konusudur.
Çekirdeklenme için aşılması gerekli enerji bariyeri oldukça yüksektir. Bu nedenle martenzitik
reaksiyon için malzemeyi dengeli dönüşüm sıcaklığının çok çok altına ani olarak soğutmak
gerekir. Martenzitin büyümesi ise oldukça kolaydır ve büyüme ses hızına kadar ulaşır.
800
Austenite (stable)
T(°C)
A
P
600
400
B
A
200
10-1
TE
0%
50%
90%
M+A
M+A
M+A
10
103
105
time (s)
18
Martenzit
Çeliklerdeki martenzitik dönüşüm ostenit bölgesinden ani olarak martenzit oluşumun
başladığı sıcaklığa kadar çelik soğutulur. Ostenit fazında çözünen C, kristal kafesini terk
edemeyip karbür yapamadığı için ostenit içerisinde hapsolur. Bu sıcaklıkta HMK yapıya sahip
olması gereken demir C atomlarının kafeste hapsolması nedeniyle kristal yapı parametreleri
değişerek HMKT yapıya sahip olur.
x
x
x
x
x
x
C atomu
60 m
Fe atomu
Martenzit iğneleri
Ostenit
19
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi)
• Martenzit oluşturma yeteneği
• Sertleşebilirlik miktarını tespit için Jominy deneyi.
Düz bölge
Numune
(Ostenit alanına
ısıtma
24°C su
Sertlik, HRC
Su verme ucundan itibaren
mesafe ile sertlik değişimi
Rockwell C
sertlik testi
Su verme ucundan mesafe
20
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi)
• Mesafeyle soğutma hızı değişir
Sertlik, HRC
60
40
20
0
1
2
3
Su verme ucundan mesafe (in)
T(°C)
0%
100%
600
400
200
M(başlama)
O M
0 M(bitiş)
0.1
1
10
100
1000
Zaman (s)
21
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi)
Alaşım içeriği ile sertleşebilirlik
3
2 Soğutma hızı (°C/s)
100
4340
80 %M
50
40
4140
8640
20
• “Alaşımlı çelikler"
10
60
Sertlik, HRC
• Jominy sonuçları
C = 0.4 wt% C
100
5140
0 10 20 30 40 50
Su verme ucundan mesafe (mm)
800
T(°C)
(4140, 4340, 5140, 8640)
600
-- Ni, Cr, Mo içerir
(0.2 to 2wt%)
400
--Bu elementler burunun konumunu
değiştirir
200
--Martenzit daha kolay oluşur
A
0 -1
10
10
B
TE
Alaşım etkisiyle
A dan B ye
hareket
M(başlama)
M(90%)
10 3 10 5 Zaman(s)
22
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi)
• Su verme ortamının etkisi:
Orta
Hava
Yağ
Su
Su verme şiddeti
Düşük
Orta
Yüksek
Sertlik
Düşük
Orta
Yüksek
• Geometri etkisi:
Yüzeyle hacim oranı arttığı zaman:
--soğutma hızı artar
--sertlik artar
Pozisyon
merkez
yüzey
Soğutma hızı
düşük
yüksek
Sertlik
düşük
yüksek
23
Isıl işlem
Isıl işlem, metal veya alaşımlarına istenen özellikleri
kazandırmak amacıyla katı halde uygulanan kontrollü
ısıtma ve soğutma işlemleri olarak tanımlanır. Çeliğe
uygulanan temel ısıl işlemeler ostenit fazının dönüşümü
ile ilgilidir. Çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği
dönüşüm ürününün cinsine miktarına ve metalografik
yapısına bağlıdır. Isıl işlem esnasında başlangıçta,
ostenitleştirme işlemi için çelik malzeme alt kritik sıcaklık
çizgisinin (Ac1) üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Burada
tamamen iç yapı dönüşümü gerçekleşene kadar bekletilir
ve uygun bir hızla soğutma işlemi yapılır. Ötektoid altı
çelikler üst kritik sıcaklık çizgisinin (Ac3) 40-60°C
üzerindeki sıcaklıklarda, ötektoid üstü çelikler ise Ac1 ile
bu çeliğe ait üst kritik sıcaklık çizgisi (Acm) arasındaki
sıcaklıklarda ostenitlenir.
24
Isıl işlem
Isıl işlemler, kırılganlığı (gevrekliği) azaltmak, darbe direnci (tokluğu), aşınma direnci, sertlik,
çekme ve akma mukavemetini artırmak, plastik şekil vermeyi kolaylaştırmak, soğuk şekil
verilmiş parçalarda tane yapılarını düzeltmek gibi amaçlar için yapılır. Bu amaçları
gerçekleştirmek için martenzit ve beynit fazı oluşturma, difüzyonla alaşım elementi ekleyerek
karbür tanecikleri oluşturma, tane boyutlarını küçültme yada büyütme, tane biçimlerini
değiştirme, gibi yöntemler kullanır.
Isıl işlem;
1.
Tavlama
2.
Sertleştirme
•
Normalizasyon
3.
Islah etme
•
Yumuşatma
4.
Yüzey sertleştirme
•
Küreselleştirme
•
Karbürleme
•
Gerilme giderme
•
Nitrürleme
•
İri tane tavlaması
•
Alevle yüzey sertleştirme
•
Difüzyon tavlaması
•
İndüksiyonla sertleştirme
25
Isıl işlem
800
Ostenit (kararlı)
T(°C)
TE
A
P
600
B
A
400
0%
M+A
200
50%
M+A
a)
b)
10
-1
90%
10
10
3
Zaman (s)
10
5
c)
26
Isıl işlem
Isıl işlemin yapılma nedenleri;
1. Talaşlı işlenebilirlik özelliğini iyileştirmek (yumuşatma, tane irileşmesi)
2. Dayanımı artırmak azaltmak (sertleştirme, normalizasyon, yumuşatma tavı)
3. Soğuk şekil vermenin etkisini kaldırmak (yeniden kristalleşme)
4. Mikro segregasyonu ortadan kaldırmak (difüzyon)
5. Tane büyüklüğünü değiştirmek (normalizasyon, yeniden kristalleşme, iri
tane )
6. İç gerilmeleri azaltmak (gerilme giderme)
7. Belirli iç yapı dönüşümü (normalizasyon, yumuşatma, sertleştirme)
27
Isıl işlem
1. Tavlama: Çeliğin katılaşma eğrisinin altındaki sıcaklığa kadar ısıtılıp, orada bekletilmesi ve soğutulması
işlemidir. Yani malzeme daima katı haldedir.
•
Normalizasyon: Tane küçültmek, homojen bir yapı elde etmek, mekanik özellikleri iyileştirmek
ve ötektik üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak için yapılır. Ötektoid altı
çelikler Ac3, ötektoid üstü çeliklerde Acm eğrisinin yaklaşık 40-50°C üstünde sıcaklığa kadar ısıtılıp,
fırın dışında sakin havada soğutma işlemidir.
Normalizasyon işlemi sonrası dövülmüş,
haddelenmiş, iri taneli ve eş yönlenmiş yapılar düzelir ve malzeme her zaman kazanabileceği
özelliklere (çekme mukavemeti, süneklik gibi) geri döner.
28
Isıl işlem
29
Isıl işlem
• Gerilme giderme: Dökülmüş, sıcak dövülmüş, kaynak edilmiş parçalar ve soğuk çekilmiş
malzemelere uygulanır. Yani üretim esnasında malzemede oluşacak iç gerilmeleri azaltma
amacıyla uygulanır. Gerilme giderme tavlaması 550-650°C sıcaklığa kadar yavaş ısıtılıp, burada
yaklaşık olarak 4 saat bekletilip ve yavaş soğutularak yapılır. Tavlama işlemi hiçbir zaman
723°C’nin üzerine çıkmaz.
30
Isıl işlem
• Yumuşatma tavlaması: Çeliğin sertliğini azaltmak, talaş kaldırmayı iyileştirmek veya döküm ve dövme
parçaların iç gerilmelerin azaltmak amacıyla yapılır. Ötektoid altı çelikler Ac3, ötektoid üstü çeliklerde Ac1
eğrisinin üstünde belirli sıcaklığa kadar ısıtılıp, iç yapı ostenite dönüştükten sonra fırın içinde soğutma işlemidir.
Ötektoid altı çelikler, Ac3 çizgisinin en az 10°C üzerinde tavlanır ve yapıda ötektoid dışı ferrit ile kaba lamelli
perlitten oluşan bir yapı oluşur. Ötektoid altı çelikler ise Ac1 sıcaklığının en az 10°C üzerine tavlanır ve yapı
kaba lamelli perlit alanı ile bunu çevreleyen ötektoid dışı sementitten oluşur. Yapıda sementitin bulunması talaş
kaldırma işlemini zorlaştırır. Bu nedenle ötektoid üstü çeliklerde son işlem olarak yumuşatma tavlaması
uygulanmaz. Tavlama süresi uzun olup, 5 saatin altında uygulanmaz.
31
Isıl işlem
• İri tane tavlaması: Çoğunlukla az C lu çeliklere
talaş kaldırma özelliğini iyileştirmek için uygulanır.
Malzeme birkaç saat süre ile Ac3 sıcaklığının 150°C
sıcaklığına kadar tavlanır ve yavaş olarak soğumaya
bırakılır.
• Difüzyon tavlaması: Çözünebilir bileşenlerin iç
yapıda düzenli bir şekilde dağılması amacıyla yapılır.
Parça içerdiği C miktarına göre 1000-1300°C arasına
kadar ısıtılır. Gerekli tedbirler alınmazsa tane
büyümesi, dekarbürizasyon ve oksidasyon meydana
gelebilir.
32
Yüzey sertleştirme
Sünek yapıya sahip çeliklerden imal edilmiş makine parçalarında sert ve aşınmaya dayanıklı
bir yüzey istenir. Örneğin yatak muylusu, kavrama tırnağı ve diğer temas bölgelerinde sünek
çelikler
düşük
karbonlu
çelikler
düşük
karbonlu
olduklarından
yeterli
derece
sertleştirilemezler. Bu nedenle malzemeden istenen özellikler zıt karakterlidir. Dış yüzeylerde
yüksek sertlik ve iç kısımlarda ise en yüksek süneklik gibi.
Yüzey sertleştirme işlemeleri, malzemenin şekline, boyutuna, adetine ve çeşidine göre değişir.
Yüzey sertleştirmenin uygulandığı tipik parçalar; krank milleri, kam milleri, kamalı miller, dişli
çarklar, saplamalar, kavrama parçaları, zincir parçaları gibi makine elemanlarıdır. Yüzey
sertleştirme işlemleri:
• Mikroyapısal işlemler
•Termokimyasal işlemler
•Mekanik işlemler olmak üzere üç ana başlığa ayrılır.
33
Yüzey sertleştirme
Mikroyapısal işlemlerde, demir esaslı malzemenin kafes yapısı değişecek şekilde ısıtma işlemi yapılır.
723°C’nin üzerinde malzemenin kafes yapısı değişerek, hacim merkezli yapıdan yüzey merkezli kübik
yapıya dönüşür. Daha sonra hızlı soğutma yapılarak, martenzit (hacim merkezli tetragonal) veya yavaş
soğutma ile ferrit-perlit ten oluşan yapı elde edilir. Mikroyapısal işlemler, temel olarak termal ve mekanik
olmak üzere iki yöntemle gerçekleştirilir.
34
Yüzey sertleştirme
1. Termal İşlemler
1.1. İndüksiyon ile Yüzey Sertleştirme
•
Yüksek frekanslı indüktif akımdan faydalanarak parça yüzeyinde çok ince tabaka ani olarak kritik
sıcaklık üzerine çıkarılıp, hızlı soğutma ile yüzey sertleştirilir. En büyük avantajı, yüzeyde sertleşen
bölge derinliğinin çok iyi bir şekilde kontrol edilmesidir. Ayrıca, çabuk, temiz, seri imalata uygundur.
Uygulana frekansa göre ısınma derinliği değişmektedir.
•
İndüksiyonla sertleştirmede malzemenin mikroyapısının iyi seçilmesi gerekir. Bu yöntemde, süre çok
az olduğu için karbürlerin veya grafitin ostenit içerisinde yeterince çözünerek sertleşme için gerekli
karbürün çözünmesi gerekir. En kolay sertleşen çelikler, karbürlerin çelik içerisinde küçük tanecikler
halinde dağılmış yapılardır. Alaşımsız çeliklerde % 0.4-0.5 C içeren ve tane boyutu pek büyük olmayan
ferritik yapıya sahip çelikler de sertleştirilebilir. Şematik olarak indüksiyonla sertleştirme işlemi
Şekilde verilmiştir.
35
Yüzey sertleştirme_indüksiyon
Avantajları ve dezavantajları:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sınırlandırılmış bölgesel sertleştirme
Kısa ısıtma süreleri
En az yüzey dekarbürizasyonu ve
oksidasyonu
Hafif deformasyon
Yorulma mukavemetinde artış
Üretim hattı ile birleştirilebilme
Düşük işlem maliyeti
Çevreye gaz yayılmaz
İlk yatırım maliyeti yüksektir
İndüksiyonla sertleştirme işlemi, orta karbonlu çeliklere, Cr-Mo çeliklere, gri dökme demirler ve nodüler
dökme demirlere uygulanır. Tam olarak tavlanmış çelikler indüksiyonla sertleştirme işlemi için uygun
değildir. Çünkü karbürlerin çözünmesi için gerekli süre ısıtma zamanından daha uzundur. İndüksiyon
sertleştirme yöntemleri; tek su darbesiyle sertleştirme ve kademeli sertleştirme olarak ikiye ayrılır.
36
Yüzey sertleştirme
1.2. Alevle Yüzey Sertleştirme
Alevle yüzey sertleştirme yönteminin ilk yatırım maliyeti indüksiyonla
sertleştirmeye göre düşüktür, fakat işlem maliyeti daha yüksektir. Bu
yöntemde sertleştirme, oksiasetilenle malzeme üfleç yardımıyla ısıtılıp
Gaz
Su
Duş
ani olarak su veya yağ verilerek soğutulması sonucunda elde edilir. Bu
yöntem için özel sertleştirme otomatlarına ihtiyaç vardır. Üfleç alevi
sertleştirilmesi gereken yüzeyi kaplar veya salının yaparak bütün yüzey
Üfleç
Ostenit
Martenzit
Çekirdek bölgesi değişmez
üzerinde gezer. Silindirik yüzeyler, üfleç alevinin önünde döndürülür.
Bütün yüzey su verme sıcaklığına ulaştığı zaman üfleç çekilir ve su
püskürten duş yüzeye tutulur. İndüksiyonla sertleştirme yöntemi için
önerilen çelikler bu yöntemler içinde uygundur. Bu çelikler Ck35, Ck45
gibi alaşımsız ıslah çelikleridir. Ayrıca Cf35, Cf53, Cf70 gibi alevle
sertleştirmeye uygun çeliklerde üretilmiştir. Şematik olarak alevle
sertleştirme
yöntemi
Şekil
3’de
verilmiştir.
Alevle
sertleştirme
yöntemleri; el ile uygulanan alevle sertleştirme, spin sertleştirme ve
kademeli sertleştirme olarak alt bölümlere ayrılır.
37
Yüzey sertleştirme
2. Termokimyasal İşlemler
2.1. Karbürleme
•
%0.2 den az karbon içeren çeliklere uygulanır. Bu işlemde temel amaç çelik yüzeyine C difüze ederek, yüzeyin
C miktarını yeterli düzeye çıkarıp ardından su vermektir.
•
Düşük karbonlu çeliklere uygulanır, ve işlem ostenitik sıcaklıkta gerçekleştirilir. Fe-Fe3C diyagramına bakıldığı
zaman ferrit fazı içerisinde maksimum %0.02 C çözünürken, ostenit içerisinde %2 çözünür. Bu nedenle
malzeme ostenitik sıcaklıkta (825-925°), C verici ortamda bekletilir.
•
Karbon verici ortamlar katı, sıvı,gaz ve plazma olabilir.
•
Katı ortam olarak: Odun kömürü ile baryum karbonat karışımı
•
Sıvı ortam olarak: Erimiş siyanür banyosu
•
Gaz ortam olarak: Hidrojen veya azot ile karıştırılmış karbon monoksit, metan, propan gibi gazlar.
•
Plazma atmosferi: CO2 + H2, CH4 gibi gaz karışımları
•
İstenen sertleştirme kalınlığı için işlem sıcaklığı, süresi ve gaz miktarını ayarlamak gerekir.
•
Bilinen en eski ve en yaygın yüzey sertleştirme yöntemidir.
•
İşlem sonucu yüzey sertliği, aşınma direnci ve yorulma
dayanımı artar.
38
Yüzey sertleştirme_karbürleme
Sıvı ortam ısı iletim katsayısının yüksek olması ve parçaların hızla banyo sıcaklığına ulaşabilmesi bakımından katı ortama
göre daha avantajlıdır. Çok sayıda küçük parça tel sepetler yardımıyla sementasyon ortamında tutulabilir ve ardından
kolayca su verilebilir. Bu nedenle ekonomiktir. Yöntemin dezavantajı yatırım masraflarının yüksek ve siyanürün zehirli
olmasıdır.
Gazın bileşimine göre karbürleme etkisi değişir. Karbürleme kalınlığı çok iyi ayarlanabilir. Sertleştirilen parçaların yüzey
kalitesi hemen hemen karbürleme öncesi ile aynı kalır. Dezavantajı yatırım masrafları çok yüksektir. Parçalarda semente
edilmesi istenmeyen yerler sementasyon öncesi ya kille ya da bakırla kaplanır. Semente edilecek yüzeylerin pas, tufal,
yağdan vb. temizlenmesi gereklidir.
39
Yüzey sertleştirme_karbürleme
2.2. Nitrürasyon
Nitrür oluşumuna eğilimli alaşım elementleri içeren (Cr, N, Ti, Mn Mo, Al) çeliklere uygulanır.
İşlem söz konusu çeliğin 550-590°C arasındaki sıcaklıklarda azot verici ortamda tutularak yüzeye
azotun difüzyonunu içerir.
Gaz, tuz, toz ve plazma ortamında gerçekleştirilir. Kimyasal reaksiyon;
2NH3 → 2N2 + 3H2
0.9 mm ye kadar sertleşme derinliği elde edilebilir.
İşlem süresi uzundur.
Yüzeyde beyaz tabaka (FeN) ve onun altında difüzyon tabakası (CrN gibi) oluşur.
İstenen sertleştirme kalınlığı için işlem sıcaklığı, süresi ve gaz miktarını ayarlamak gerekir.
İşlem sonucu yüzey sertliği, aşınma direnci ve yorulma dayanımı artar.
İşlem sonrası malzemede çarpılma görülmez.
40
Yüzey sertleştirme_nitrürleme
41
Yüzey sertleştirme
2.3. Borlama
• Çelik yüzeyine Bor verilmesi işlemidir.
• Her türlü karbon oranına sahip çeliklere
uygulanabilir.
• Kullanılan bor (gaz olmalı) Borakstan elde edilir.
• Bu yöntemin uygulanması esnasında yüksek
sıcaklıklara çıkılması gerekir
• (950 °C gibi)
• Borlama işlemi esnasında iki tür demir borür
oluşur.
• Fe2B
çelik
yüzeyinde
bası
gerilmesi
oluşturduğu için istenir.
• FeB yüzeyde çeki gerilmesi oluşturduğu için
istenmez.
42
Yüzey sertleştirme
3. Mekanik İşlemler
3.1. Soğuk İşlem
Sünek bir malzemeyi rekristalizasyon sıcaklığının altında soğuk çekme ile plastik deformasyona uğratılırsa
deformasyon derecesi ile orantılı olarak dislokasyon yoğunluğu artar. Birbiri ile kilitlenen dislokasyonlar,
dislokasyon hareketini engeller. Bu engellemeden dolayı malzemenin de mukavemeti artar. Bu olaya soğuk
sertleşme denir. Dislokasyonlar çok ince olarak dağıldığından sertleşme daha çok olacaktır. Böylece akma
mukavemeti ve sertlik artacak, aynı anda tokluk ve süneklilik azalacaktır. Isıtma ve soğuk işlem sıcaklığı
aralığı 100-300°C arasındadır. Dislokasyon hareketini engelleyen karbürler ve nitrürlerdir. Bu işlem yüksek
karbonlu martenzitik çeliklere, karbürizasyon çeliklerine ve takım çeliklerine uygulanır.
43
Yüzey sertleştirme
3. Mekanik İşlemler
3.2. Metal Şekillendirme
Metal şekillendirme işleminde sıcaklık ve şekil değişimine bağlı olarak, metalin büyük plastik
deformasyona uğramasıdır. Bu işlem son plastik şekil verme olarak adlandırılabilir. Metal şekil değişimi
yüksek sıcaklıkta olursa “sıcak şekil verme” , oda sıcaklığında yapılırsa “soğuk şekil verme” adını alır. Soğuk
tel çekme, ekstrüzyon, dövme, şekillendirme gibi çeşitli şekil değiştirme yöntemleri vardır. Aluminyum ve
alaşımları, düşük ve orta karbonlu çelikler, paslanmaz çelikler bu yöntemle sertleştirilebilir.
44
Yüzey sertleştirme
3. Mekanik İşlemler
3.3. Bilye Püskürtme
Soğuk şekillendirme yöntemlerinden biridir. Yüksek hızda parçacık bombardımanı sonucu, bası
artık gerilmeleri yüzeyde oluşturulur. Yüzeyde oluşan bası gerilmelerinin, çeki gerilmelerimden
fazla olması yorulma mukavemetini artırır. Sertleştirme işlemi, püskürtmenin şiddetine, hızına,
bilyenin büyüklüğüne ve ağırlığına bağlıdır. Bu yöntem genellikle yorulma mukavemetini
yükseltmek için kullanılır. Isıl işlem sıcaklığı 1000°C’den düşüktür.
45