Kriyojenik iĢlem olarak da adlandırılan bu iĢlem yüksek aĢınmaya maruz kalantakımlarda aĢınma direncini artırma amaçlı uygulanan modifiye edilmiĢ bir soğutma iĢlemidir. Takım çeliklerine uygulanan geleneksel sertleĢtirme yöntemlerinde çelik östenitleme iĢleminin ardından çelik cinsine bağlı olarak çeĢitli soğutma ortamlarında minimum mümkün sıcaklık olan oda sıcaklığına kadar soğutulur ve martenzitik yapı elde edilir. Yüksek alaĢımlı çeliklerde ise sertleĢmeyi sağlayan martenzitik dönüĢüm belirli bir sıcaklıkta (150-300 0C) baĢlar ve oda sıcaklığında sona ermez.
Oda sıcaklığına kadar yapılan konvansiyonel soğutmayla bu tür çeliklerin bünyesinde yüksek oranda kalıntı östenit olarak adlandırılan metastabil faz bulunur
(1.2379 çeliğinde sertleĢtirme sıcaklığına bağlı olarak kalıntı östenit miktarı %12-20 arasında değiĢim gösterir).
Takımın aĢınma direnicini kötü etkileyen kalıntı östenit fazını gidermenin en etkili yolu konvansiyonel soğutma ardına sıfır altı iĢleminin uygulanmasıdır. Sıfır altı iĢleminde parçalar sıvı azotun buharlaĢtırılmasıyla -185 0C'ye kadar soğutularak maksimum oranda aĢırı doygun martenzitik yapı elde edilir. Sıfır altı iĢlemini takiben uygulanan meneviĢleme iĢleminde ise konvansiyonel sertleĢtirme iĢleminde gözlenmeyen eta karbürler çelik matrisinde çökelir, hem artık östenitin giderilmesi hem de eta karbür çökelmesine bağlı olarak yüksek alaĢımlı çeliklerde maksimum aĢınma direnci elde edilir. Avantajları;
- Metalin rezonans.
- Frekansı artırılır ve daha canlı tınılar elde edilir. - Yüksek aĢınma direnci.
- Çelik cinsine bağlı olarak 1-3 HRC sertlik artıĢı. - Yüksek tokluk.
- Kalıntı ostenitin giderilmesi ve yapının martenzite dönüĢmesi. - Minimum boyutsal değiĢim.
- Çok ince η-karbür (eta karbür) partiküllerinin martenzit matris üzerinde homojen olarak çökelmesi.
- Sertlik dağılımının düzenlenmesi.
- Bir çok mekanik özelliği etkileyen iç gerilmelerin ve kalıntı gerilmelerin giderilmesi.
BÖLÜM 4
DENEYSEL ÇALIġMALAR
Bu çalıĢmada, haddehanelerde sıcak kesim bıçak uygulamalarında DIN 1.2344, 1.2367 ve 1.2367esr kalite sıcak iĢ takım çeliklerinin laboratuvar koĢullarındaki mekanik özellikleri incelenmiĢ, devamında da Hadde uygulamalarındaki gerçek çalıĢma performansı değerlendirilmiĢtir. Mekanik testler olarak sertlik ölçümü, darbe testi ve abrasif aĢınma testleri uygulanmıĢtır.
Bıçak Malzemelerin kimyasal bileĢimleri, Spektramax marka spektral analiz cihazında (ġekil 4.1) yapılmıĢ olup Çizelge 4.1‟de incelenen takım çeliklerin kimyasal bileĢimleri verilmektedir.
Çizelge 4.1. DIN 1.2344, 1.2367 ve 1.2367esr malzemelerin kimyasal analiz değerleri [34]. Malzeme % BileĢim C Si Cr Mo Mn V 1.2344 0,40 1,00 5,30 1,40 0,35 1,00 1.2367 0,38 0,40 5,00 3,00 0,40 0,50 1.2367esr 0,37 0,40 5,00 3,00 0,50 0,6
Karbürce zengin olan sıcak iĢ takım çeliklerinin sürtünme ve/veya bıçak uygulamalarındaki optimum performansla çalıĢabilmesi için ısıl iĢlem geçmiĢinin çok iyi olması gerekmektedir. Bu bağlamda malzemelerin MeneviĢleme diyagramı çıkarılmıĢtır. Ostenitleme iĢlemi vakum fırınında 1050 0C‟de yapılıp ardından yağda soğutma ile su verilmiĢtir. MeneviĢleme ısıl iĢlemi SCHMETZ Marka fırında 250 ve 350 0C‟de 2 saat, 450, 550 ve 625 0C‟de ise 2.5 saat süre ile yapılmıĢtır (ġekil 4.2.).
(a)
(b)
Bu çalıĢmada, mekanik testlerde ve uçar makas uygulamalarında kullanılacak takım çeliklerinin ısıl iĢlemi için optimum özelliklerin belirlendiği koĢul olan 1050 0C‟de ostenitleme ardından yağda su verme ve 550 0
C‟de 2,5 saat meneviĢleme iĢlemi uygulanmıĢtır.
AĢınma ve Darbe testleri için numuneler, Robofil 240 marka tel erezyon cihazı (ġekil 4.3.) yardımı ile çıkartılmıĢtır. AĢınma için 14x19x50 mm boyutlarında, Darbe için ise 10x10x55 mm boyutlarında numuneler elde edilmiĢtir.
ġekil 4.3. Robofil 240 tel erezyon cihazı.
Labaratuvarda karakterizasyonu gerçekleĢtirilen malzemelerin hadde uygulamalarındaki gerçek performansını ölçebilmek adına MillPlus iĢleme merkezinde, teknik resme göre her malzemeden bıçaklar yapılmıĢtır (ġekil 4.4.).
Uygulanan Isıl iĢlemden sonra mikroyapı analizi çıkarılan numuneler 200-1200 mesh silisyum karbür zımpara ile zımparalanmıĢ (ġekil 4.5.) ve ardından parlatma iĢlemi yapılmıĢ ve parlatıldıktan sonra da % 3 Nital ile yüzeyleri dağlanmıĢtır. Mikroyapı analizi ve mekanik testler sonrası hasar mekanizmasının belirlenmesi için kırık yüzey analizi, EDS aparatı içeren Zeiss Ultra Plus SEM (ġekil 4.6.) cihazında gerçekleĢtirilmiĢtir.
ġekil 4.5. Struers tegrapol 21 otomatik parlatma cihazı.
ġekil 4.6. Zeiss Ultra Plus SEM cihazı.
Ġncelenen takım çeliklerinde oluĢan faz ve karbürlerin tipini belirlemek için Rigaku Ultime IV cihazında XRD analizi gerçekleĢtirilmiĢtir. XRD analizi sırasında Kα
ıĢıması kullanan Cu tüp içinde 40 kV gerilim, 40 mA akım altında 0.02 adım geniĢliğinde 30-150 aralığında 3,5 o/dakika hızında ölçüm gerçekleĢtirilmiĢtir.
ġekil 4.7. Rigaku marka XRD analiz cıhazı.
Takım Çeliği numuneleri üzerinden gerçekleĢtirilen sertlik ölçümleri standart Rockwell C esasına göre yapılmıĢtır (ġekil 4.8.).
ġekil 4.8. Qness marka sertlik test cihazı.
Malzemelerin dinamik zorlamalara karĢı göstereceği direnci tayin edebilmek adına Darbe testleri (charpy tipi) TS EN ISO 148-1 standardına göre Zwick marka darbe cihazında oda sıcaklığında ve 400 0C sıcaklıkta yapılmıĢtır (ġekil 4.9). MeneviĢleme ısıl iĢleminden sonra standarda göre hazırlanan darbe numuneleri 450 J kapasiteli
darbe test cihazı ile darbe dayanımı incelenmiĢtir. Darbe testlerinin yapıldığı ortam sıcaklığı 25,6 0
C Nem ise %46 olarak ölçülmüĢtür. Çentikli kısmın altında kalan alan test cihazından okunan enerji değerine oranlanıp kJ/m² cinsinden darbeye karĢı gösterdikleri direnç ölçülmüĢtür.
ġekil 4.9. Zwick/Roell RKP450 sarkaç tipi darbe test cihazı.
Isıl iĢlemi yapılmıĢ olan 14x19x55 mm boyutlarındaki numunelere AĢınma Deneyleri Abrasiv tambur üzerinde blok tipi aĢınma cihazında Ø150x500 mm boyutlarında tambur üzerine 60 ve 220 mesh ölçülerinde zımpara ile kaplanarak, 10,30,50 N yükde 300 devir/dakika ve 80 N yük altında 350 devir/dakika hız ile toplamda 18‟er metre aralıklarla toplamda 54 metre yol aldırılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. AĢınma deneyi süresince numunenin daima temiz zımpara üzerinde sürtünmesi için zımpara kaplı tambur dönerken numune tutucu kol yatay eksende hareket ederek zımpara kağıdında spiral Ģekilli iz oluĢturmuĢtur.
ġekil 4.10. Abrasiv tambur üzerinde blok aĢınma cihazı.
ĠĢleme Merkezinde iĢlenen bıçakların çalıĢma performansları SAKA D.Ç. San. Tic. A.ġ‟de ölçülmüĢtür (ġekil 4.11.). Belirli kalitede takılan bıçak, üretimi ve\veya partiyi tamamladıktan sonra çıkarılmıĢ kesme köĢesindeki düzleĢme bölgesinin geniĢliği mm cinsinden ölçülerek aĢınma miktarı belirlenmiĢtir. Her bir bıçakta ölçülen kesme ağzı düzleĢme miktarı kesme miktarına oranlanarak “mm/kesim sayısı” biriminde normalize edilmiĢtir.
BÖLÜM 5
DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIġMA