Sertleştirme

Sertleştirme ya da ıslah operasyonu üç basamaktan oluşmaktadır; ostenitleme, martenzit eldesi için su verme ve temperleme.

5.5.1 Ostenitleme

Ostenitleme ısıl işlemi, takım çeliklerinde uygulanan işlemler içerisinde uygulanan en önemli basamaktır. Ostenitleme sırasında aşırı tane büyümesi, distorsiyon ya da toklukta azalma, sertleşebilirliği etkileyebilecek aşırı karbür çözünmesi ve yüzey özelliklerini etkiyecek dekarbürizasyondan kaçınılmalıdır. Ostenitleme sırasında sıcaklığı ve uygulama süresi çok iyi kontrol edilmelidir. Hız çelikleri gibi yüksek alaşımlı çeliklerde ostenitleme sıcaklığı solidüs sıcaklığına çok yakın olduğundan, ostenitleme sıcaklığının kontrolü özellikle önemlidir.

Şekil 5.5’de kritik transformasyon sıcaklıklarıyla ilişkilendirilmiş halde ostenitik faz bölgeleri gösterilmiştir.

Şekil 5.5: Fe-C alaşımlarında 0,125°C/dakika ısıtma ve soğutma hızında meydana gelen sıcaklık-transformasyon dengeleri [10].

Ostenit sıcaklığına tekrar ısıtma sırasında ferritik yapı ostenitik yapıya dönüşmektedir. Düşük alaşımlı çeliklerde, karbür içermeyen homojen ostenitik yapı oluşurken, yüksek alaşımlı çeliklerde ostenit ve çözünmeyen karbürlerden oluşan yapı meydana gelmektedir.

Tavlanmış düşük alaşımlı takım çeliklerinin mikro yapısı ferrit ve M3C formundaki karbürlerden oluşmaktadır. Bu karbürler ostenitleme sahasında kolaylıkla

Bu sıcaklık, ostenit tane büyümesinin minimize edilmesi ve karbürlerin çözünmesi arasındaki dengenin sağlanmasında optimum sıcaklıktır. Kimyasal kompozisyona bağlı olarak 750o

C ile 900oC arasındaki sıcaklıklarda 25 mm kesit için 30 dakika olmak üzere gerçekleştirilen ostenitleme işlemi, homojenizasyonun sağlanması için yeterlidir.

Ledebüritik ve yüksek alaşımlı çeliklerde ostenitleme sıcaklığı düşük alaşımlı çeliklere göre daha yüksektir. Bu durumun başlıca sebebi tavlanmış çelik yapısında bulunan M7C3, M23C6, M6C ve MC formundaki karbürlerin zor parçalanmasıdır. Bu karbürlerin çözünmesi tavlama sıcaklığı, ostenitleme sıcaklığı ve bu sıcaklıklarda bekletme sürelerine bağlıdır [10].

5.5.2 Su verme

Ostenitleme sıcaklığındaki çeliğe su verilmesi sırasında, ostenitin martenzite dönüşümü gerçekleşmektedir. Bu dönüşüm sonrasında yapıda bir miktar kalıntı ostenit bulunabilmektedir. Bu durum ostenitin ferrit-karbür dönüşümünde çok yüksek soğutma hızlarına çıkılması ya da alaşım elementlerinin bu dönüşümü geciktirici etki göstermesi halinde ortaya çıkmaktadır. İşlem gören takım çeliğinin kesit kalınlığına ve kimyasal kompozisyonuna bağlı olarak su verme ortamları su, tuzlu su, tuz banyosu, ısıl işlem yağları, inert gaz ya da hava olabilmektedir [10]. 5.5.3 Temperleme

Sertleştirme ısıl işleminin son basamağı olan temperleme, su verilmiş çeliğin Ac1 transformasyon sıcaklığının altındaki sıcaklıklara ısıtılması şeklinde gerçekleştirilmektedir. Temperleme, martenzit, kalıntı ostenit ve karbür yapısına sahip su verilmiş çeliklere uygulanan kompleks bir işlemdir. Temperleme işlemi sırasında takım çeliklerinin kimyasal kompozisyonuna bağlı olarak üç ya da beş transformasyon basamağı gerçekleşebilir;

1. İlk basamak 50oC ile 200oC sıcaklıklar arasında gerçekleşmektedir. Su verilmiş yapının yumuşamasını geciktiren epsilon karbürlerin çökelmesi söz konusudur. Bu basamakta hacimsel çekintiler, büzülmeler meydana gelmektedir.

2. 200oC ile 350oC sıcaklıklar arasında gerçekleşen ikinci basamakta epsilon karbürlerin çökelmesi ve sementitin çökelmesi ile birlikte sertlikte düşüş meydana gelmektedir.

3. Üçünü basamağın sıcaklık aralığı kimyasal kompozisyon ve kalıntı ostenit kararlılığındaki azalma ile bağlantılıdır. Kararsızlıktaki bu artış karbür çökelmesini oluşturmakta, bunun sonucu olarak da ostenit içerisinde çözünmüş alaşım elementi oranı düşmekte, Ms sıcaklığı yükselmektedir. Kalıntı ostenitin martenzit ya da beynite dönüşmesi ile birlikte hacimde artış meydana gelmektedir.

4. Dördüncü basamak karbür yapıcı elementler içeren yüksek alaşımlı takım çeliklerinde gözlemlenmektedir. Sementit ve diğer karbürler arasında karbon alışverişi meydana gelmektedir. Bu durum hacimsel genleşmelerle birlikte ilerlemektedir.

5. Beşinci basamak yine yüksek alaşımlı çeliklerde gözlemlenmektedir. 600oC sıcaklıkta başlamakta ve Ac1 sıcaklığına kadar devam etmektedir. Karbürlerin birleşmesi ile bağlantılı olan bu basamak tavlama mikro yapısı ile sonuçlanabilmektedir. Bu durum hacimsel bir büzülmeye sebep olmaktadır.

Takım çeliklerinde temperlemeye bağlı olarak sertlikte meydana gelen değişimler Şekil 5.6’da verilmiştir. 1. grup olarak karbon çelikleri ve düşük alaşımlı çelikler tanımlanmıştır. Bu gruptaki çeliklerde artan sıcaklıkla birlikte başlayan çökeltiler ve tane yapısı kabalaşan sementit ya da diğer düşük alaşım karbürlerine bağlı olarak sertlikte düşüş gözlemlenmektedir. 2. grup orta ve düşük alaşımlı soğuk işlem kalıp çeliklerini tanımlamaktadır. Alaşım miktarındaki artış karbür çökelmesini, dolaylı olarak da sertlikteki düşüşü geciktirmektedir.3. grup yüksek alaşımlı hız çeliklerini tanımlamaktadır. Yüksek temperleme sıcaklıklarında ikincil sertleşme gerçekleşmektedir. Bu gruptaki çelikleri de temperleme sonrası nihai sertlik, temperlenmemiş durumdaki sertliğin üzerine çıkabilmektedir. 4. grup ise orta-yüksek alaşımlı sıcak iş takım çeliklerini tanımlamaktadır. Bu grupta da, 3. grupta olduğu gibi ikincil sertleşme meydana gelmektedir. 4. gruptaki çeliklerde su verilmiş haldeki

sertlik karbon miktarının daha düşük olması sebebiyle 3. gruptaki çeliklerin sertliğinden düşüktür [10].

Şekil 5.6: Takım çeliklerinin dört ana tipinde sıcaklık karşısında sertliğin değişimleri [10].

Kuvvetli karbür yapıcı elementler olan tungsten, vanadyum, krom ve molibden genellikle ikincil sertleşmeyi sağlamak için kullanılmaktadırlar. Kuvvetli karbür yapıcı elementlerin bu karakteristiklerinden faydalanabilmek için ostenitleme işlemi sırasında, su verme operasyonu ile oluşacak olan martenzitik yapının temperleme sırasında ikincil sertleşmeyi sağlayacak şekilde doygun hale getirilmesi amacıyla, ostenit içerisinde çözünmelerini sağlamak gerekmektedir.

Karbon çelikleri ve düşük alaşımlı çeliklerde temperleme işlemi sertleştirilmiş çeliğin tokluğunu arttırmaktadır. Yüksek alaşımlı çeliklerde temperleme sonucunda sertlik artışına ilave olarak kararlı karbürlerin dispersiyonu, buna bağlı olarak da yüksek çalışma sıcaklıkları sırasında, sertliğin düşmesine, hız çelikleri ya da yüksek sıcaklık dövme kalıplarının ömürlerinin düşmesine sebep olan tane büyümesinin engellenmesi sağlanmaktadır [10].