Döküm yüksek hız takım çelikleri

Döküm yüksek hız takım çelikleri 60 lı yıllarda yoğun olarak üzerinde çalışılmış bir üretim yöntemidir. Bu çeliklerin avantajı döküm sonrası bir ısıl işlem kombinasyonuyla nihai takımın ucuz yolla eldesine imkan tanımasıdır.

Yüksek hız çeliklerinin ilk üretimine başlandığı yıllarda, üretici ve kullanıcıların karşılaştığı en büyük problem bağlantılı karbür dizileri ve karbür ağlarıydı [16-20].

Bu ağ yapıları katılaşma sırasında tane sınırları ve ötektik kolonilerde yoğunlaşmaktadır. Küçük süreksiz karbür oluşumları kesici takımın performansına fazla olumsuz bir etkide bulunmazken, güçlü karbür dizileri ve herhangi bir şekilde meydana gelmiş karbür ağları takım çeliği üreticileri için üretimin tüm basamaklarında olumsuz etkiler ortaya çıkarmaktadır. Sonuç olarak üretilen kesici takımın özellikleri düşük ve takım ikinci kalite olmaktadır. Aynı zamanda yüksek hız çeliklerini ingottan yarı mamule doğru haddelerken ingot merkezlerinde çatlamaların oluşmasında da ana etken ingot merkezlerindeki iri karbür segregasyonlarıdır. 1940’lı yıllarda yüksek hız çeliklerinde wolfram ile birlikte molibden kullanımı ile çatlama problemine kısmen çözüm bulunmuştur. Yapıdaki bu karbür ağları aynı zamanda ısıl işlem sırasında malzemenin çarpılmasına da neden olmaktadır. 1960’lı yıllarda çelik kullanıcılarının kesici takım ihtiyacının artması, kesici takımlarda standardizasyon ve kabul kriterlerinin ağırlaştırılması, bu problemlerin yok edilmesi çalışmalarını hızlandırmıştır [13]. Bu yıllarda bazı araştırmacılar karbür ağı ve dizileri problemlerinin katılaşmadaki heterojenlikten kaynaklandığını düşünerek sıvı metali aşılama, sarsma ya da elektromanyetik karıştırma gibi işlemlere tabi tutmuşlardır [18-20,21] Ancak o yıllarda bu tekniklerle olumlu bir sonuç alınamamış, yine de problemin çözümünün katılaşma sırasında sıvı metale uygulanacak bazı modifikasyonlarla önlenebileceği düşünülmüştür [20]. Bu yıllardaki en yaygın görüş ise başarılı bir aşılama işlemiyle bu karbür ağlarının modifikasyonudur.

Yüksek hız çeliklerinin kimyasal bileşimlerinin üzerinde çalışmak, ötektik karbür oluşumuna ışık tutacak, Böylece ısıl işlem şartları değiştirilerek ötektik karbürler dağıtılabilecektir. Ancak bu ısıl işlemle mikroyapıdaki değişiklikleri gerçekleştirmek o yıllarda ticari kaygılardan ötürü laboratuvar çalışmalarından öteye geçememiştir [20].

1960’lı yıllarda ötektik karbürleri dağıtmak için düşünülen ısıl işlem yöntemi önküreselleştirme olarak adlandırılmıştır. Bu işlem yaklaşık 1230-1280 ºC’lerde yapılan homojenleştirme ısıl işlemdir. Homojenizasyon ısıl işlemi ile döküm yüksek hız takım çeliklerinde ötektik fazın ayrıştığı tespit edilmiştir. Ancak ticari olarak üretilen büyük ingotlarda ve geniş kütleli döküm parçalarda, merkezde bulunan ötektik fazın varlığı giderilememiştir [20]. Büyük ingotlar üzerinde yapılan çalışmalarda 300 mm2 lik ingotlara kadar olan çeşitli ebatlardaki döküm yüksek hız

çeliklerine bu ısıl işlem uygulanmış, 200 mm2 lik parçalara kadar sonuçların olumlu olduğu, ancak bu kesitten daha geniş parçalarda ötektik karbür ağlarının parçanın merkezinde dağılmadığı tespit edilmiştir. Bu nedenle direkt dökümden kesici takım imal eden firmalar için uygulama alanları kısıtlıdır. Çünkü küçük kesit alanına sahip parçalarda homojenizasyon ısıl işlemi ötektik yapıyı dağıtırken, büyük kesitlerdeki olumsuz durum üretilen kesici takımın boyutlarını da sınırlamaktadır [20].

Döküm sonrası kesme ile aşınma özelliklerini yoğun olarak belirleyen HSS karbürü M6C nin ya W-esaslı hız çeliklerinde γ+ M6C ötektiği olarak oluşması veya Mo-

esaslı ve Mo-W-esaslı hız çeliklerinde γ+ M2C ötektiği olarak oluşması (bu M2C

döküm sonrası homojenizasyon tavlaması ile M6C ye ayrışır) interdendritik uzayları

kaplar ve böylece oluşan karbür ağı malzemeyi oldukça kırılgan yapar. Karbür ağının kırılması üzerine yoğun olarak çalışılmış, ancak bu işlemler konvansiyonel alaşım türlerinde gerçekleştirildiği için tokluk artırımı mümkün olmamıştır.

Yüksek hız çeliklerinin özelliklerini mikroyapıdaki birincil karbürlerin boyut ve dağılımı etkilemektedir. Katılaşma sırasında oluşan ötektik karbür ağının dağılımı, sıvı metalin modifikasyonu ve yüksek sıcaklıkta ısıl işlem ile homojen hale getirilmeye çalışılmakta, aynı yöntemlerle birincil karbür dağılımındaki segregasyon da minimuma indirilmek istenmektedir [21]. Konvansiyonel yüksek hız çeliğinin döküm mikroyapısı içerdiği alaşım elementerine göre; balık kılçığı ya da iskelet şeklinde oluşan M6C=Fe3(W,Mo,V,Cr)3C, lamelli koloniler halinde oluşan düzensiz

ve kararsız ötektik M2C=(Fe0.24W0.51Mo0.42V0.55Cr0.28)C ile bu kolonilerden ayrılmış

kararlı tek parça MC=V0.76(FeWMoCr)0.33C tipi karbürlerdir. Genellikle kromca

zengin M23C6 tipi karbürler matrikste çökelmiş olduğundan ayırt edilemezler [22].

Konvansiyonel döküm yüksek hız çeliklerinin katılaşması sırasında δ ferritin peritektik ayrışması ile dendrit merkezlerinde kaba M2C partikülleri oluşur. Daha

sonra büyüyen östenit dendritleri çevresinde katının zenginleşmesiyle interdendritik alanlarda M2C, M6C ve MC tipi kaba ötektik karbürler oluşur.

Döküm yüksek hız çeliklerinin direkt olarak kullanılabilmesi için çeşitli ısıl işlemler uygulanmış ve 1230-1250 ºC’lerde yapılan çok uzun süreli ısıl işlemler ile kararsız M2C karbürleri MC ve M6C tipi karbürlere ayrışırken, yüksek sıcaklıkla

mikroyapıdaki M6C karbürleri küresel şekil aldığı görülmüştür. Ancak bu yüksek

sıcaklıklar bile kimyasal kompozisyondaki yüksek wolfram oranından dolayı birbiri ile bağlantılı ötektik yapının tam olarak ayrışmasına olanak sağlamamaktadır. Sıcaklığın daha fazla artışı ise döküm yüksek hız çeliğinde kısmi ergimelere ve aşırı tane büyümesine neden olduğundan sakıncalıdır [21]. Sonuç olarak döküm takımlarla kesme yalnızca tokluk gereksiniminin az olduğu sürekli kesme ile sınırlı kalmış ve gelişmiş ülkelerde kesme hızlarının CNC tezgahlarının gelişimi ile artması sonucu bu tip takımlar yoğun olarak ortadan kalkmıştır.

TR 2002 01993 A2 nolu TS patenti aldığımız çalışmalarda önceden yapılan döküm hız çelikleri konulu çalışmaların eksikleri giderilmeye ve böylece yüksek tokluklu sürekli ve süreksiz kesmede çalışabilen bir takım çeliğinin geliştirilmesine çalışılmıştır [23,24] :

1. Kırılganlığa neden olan yoğun M2C / M6C karbür ağının giderilmesi için W

elementi yarı yarıya düşürülmüştür.

2. Mo elementi, ikincil sertlik çökeltilerinin oluşumunda yüklendiği yoğun rol nedeniyle aynı seviyede bırakılmıştır.

3. Birincil MC karbürlerinin ötektik oluşumundan vazgeçilmeye çalışılmıştır. Bu nedenle bu tür karbür oluşumu için V elemeninin yanısıra Nb elementi alaşımlanmıştır; her iki elementin karbürü yüksek sıcaklıklarda TiCN partiküllerine heterojen çekirdeklenerek ergiyikte oluşmuş ve öncelikli düzlemlerinde hızla büyüyerek blokvari bir şekle kavuşmuştur.

4. Co alaşımlanmış ve böylece matriksin ikincil sertleşmesi optimal olarak dizayn edilmiştir.

Bu modifikasyonlar sonucunda kaba karbürleri ortalama hacim-% 5-6 MC ile hacim- % 1-2 M6C den oluşan, ancak matriks sertleşmesi yüksek olan bir yüksek hız takım

Ti(CN) ile heterojen çekirdeklenmiş MC karbürü

Ti(CN) ile heterojen çekirdeklenmiş MC karbürü

Şekil 3.9. Ti aşılama sonucu elde edilen heterojen çekirdeklenmiş MC karbürü; merkezdeki siyah nokta Ti(CN) taneciğini göstermektedir.

Bu çeliğin ısıl işlem davranışı standart döküm ve haddeleme ile üretilen çeliklere benzerdir (Şekil 3.10).

61 62 63 64 65 66 67 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Meneviş Sayısı (550ºC'de 1 saat)

Sert li k, H R C

Şekil 3.10. Menevişleme ile çelikteki sertlik değişimi[25].

İlgili çelik tüm askeri bakım merkezlerinde yoğun olarak kullanılmaktadır ve günümüze kadar yaklaşık 20.000 adet üretilmiş ve kullanıma sunulmuştur. Şekil 3.11’de üretilen takımlardan bir kesit sunulmuştur