16MnCr5 ÇELİĞİNİN TORNALANMASINDA KESME
PARAMETRELERİNİN YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ VE YÜZEY SERTLİĞİ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ
Ümmü Gamze TELEK
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İMALAT MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TEMMUZ 2019
Ümmü Gamze TELEK tarafından hazırlanan “16MnCr5 ÇELİĞİNİN TORNALANMASINDA KESME PARAMETRELERİNİN YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ VE YÜZEY SERTLİĞİ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Prof. Dr. Ahmet ÖZDEMİR İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ...………
Başkan: Doç. Dr. İhsan TOKTAŞ
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Üye: Dr. Öğr. Üyesi Hasan Basri ULAŞ
İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………...
Tez Savunma Tarihi: 22/07/2019
Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
……….…….
Prof. Dr. Sena YAŞYERLİ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
ETİK BEYAN
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
• Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
• Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
• Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
• Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
• Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Ümmü Gamze TELEK 22/07/2019
16MnCr5 ÇELİĞİNİN TORNALANMASINDA KESME PARAMETRELERİNİN YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ VE YÜZEY SERTLİĞİ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ
(Yüksek Lisans Tezi) Ümmü Gamze TELEK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Temmuz 2019 ÖZET
Sementasyon çelikleri yüzeyi sert ve aşınmaya karşı dirençli, parça merkezlerinin yumuşak ve tok olması istenilen, darbeli ve değişken yüklere karşı yüksek dayanım istenilen parçaların imalatında kullanılan alaşımlı veya alaşımsız yapıya sahip çeliklerdir.
Sementasyon çelikleri işleme öncesi ve sonrasında ısıl işleme tabi tutulabilmektedir. Bu da son ürünün mekanik özelliklerini ve yüzey kalitesini etkilemektedir. Kullanım alanına göre farklı mekanik parametreler ve yüzey kalitesi gereksinimleri bulunmaktadır. Bundan dolayı, ürünün istenilen mekanik özelliklerinin sergilendiği işleme parametrelerini ve yüzey işlemlerini bulmak için bir deney tatbik etmek gerekmektedir. Bu çalışmada, 16MnCr5 (1.7131) sementasyon çeliğinin farklı kesme parametreleriyle işlenmesinin ısıl işlem sonrası sertliğe etkisi incelenmiştir. Deneyler tasarlanırken en düşük maliyetle kesme performansının belirlenmesi ve kalitenin artırılması için Taguchi yaklaşımından faydalanılmıştır. Kesme parametreleri; kesici uç radyusu, ilerleme hızı ve kesme derinliği olarak belirlenmiştir. Normalizasyon uygulanmış ve uygulanmamış olmak üzere iki malzeme grubu oluşturulmuş ve her iki deney grubu için de 27 adet numune hazırlanmıştır.
Numuneler belirlenen deney parametrelerine göre işlenmiş ve daha sonra yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür. Sementasyon ısıl işlemi öncesi malzemelerin yüzeyden çekirdeğe doğru mikrosertlik ölçümü için Vickers sertlik cihazıyla 0,1 mm aralıklarla sertlik taramaları yapılıp, kayıt altına alınmıştır. Sementasyon işlemi türlerinden gaz sementasyonu gerçekleştirilmiştir ve tekrardan Etkin Sementasyon Değerinin (ESD) tespiti için 0,1 mm aralıklarla sertlik taramaları yapılmıştır. Varyasyon analizleri sonucunda tüm kesme parametrelerinin yüzey sertliğinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Yüzey sertliğindeki artışa
%73,50 etki ile kesme derinliği artışının etkilediği görülmüştür, uç radyusu ve ilerleme hızının artışının benzer şekilde yüzey sertliğini arttırdığı ve benzer etkiye sahip olduğu sonucu elde edilmiştir. Deney sonucunda sementasyon çeliğine uygulanan ısıl işlemlerin ve kesme parametrelerinin, sertlik değişimi ve yüzey kalitesi arasındaki ilişki tanımlı hale getirilmiştir.
Bilim Kodu : 91438
Anahtar Kelimeler : Tornalama, 16MnCr5 (1.7131), Sementasyon, Sertlik, ESD Sayfa Adedi : 59
Danışman : Prof. Dr. Ahmet ÖZDEMİR
THE EFFECT OF CUTTING PARAMETERS ON SURFACE ROUGHNESS AND SURFACE HARDNESS CHANGE IN TURNING OF 16MNCR5 STEEL
(M. Sc. Thesis) Ümmü Gamze TELEK
GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES July 2019
ABSTRACT
Cementation steels are kind of steels that are hard-surfaced and abrasion resistant, with alloyed or non-alloyed structure. These steels are used in the manufacture of the parts which are supposed to be highly resistant to variable and impact loads and to have soft and tough material center. Cementation steels can be subjected to heat treatment before and after the machining, and this affects the mechanical properties and the surface quality of the final product. There are different mechanical parameters and quality of surface requirements for different operations depending on the area of utilization. Therefore; an experiment is required to be done so that the cutting parameters and surface processes which show the desired mechanical parameters of the product can be determined. In this study, the effect of processing of 16MnCr5 (1.7131) cementation steel with different cutting parameters on the hardness after heat treatment is investigated. As designing the experiments, in order to determine the cutting performance and improve the quality with the lowest cost, Taguchi approach is used. Tip radius, feed rate and plunge depth are determined as the cutting parameters. Two different material groups, such as the ones subjected to normalization heat treatment and the ones that are not, are created; and 27 specimens are prepared for both of these experimental groups. The samples are processed accordingly to specified test parameters and then the surface roughness of them are measured. Before the cementation process, hardness scans are performed at intervals of 0.1 mm via Vickers hardness device in order to take microhardness measurement of the materials from the surface to the core; and then the results are recorded. Gas cementation is carried out among the cementation processes, and hardness scans at intervals of 0.1 mm are performed once again to determine Effective Cementation Value (ECV). As the result of analyses of variance, it is seen that all cutting parameters have an effect on the surface hardness. It is determined that the increase in the cutting depth makes the surface hardness increase with a rate of 73.5%. In addition to that, it is determined that the increase in tip radius and feed rate have a similar effect and increase the surface hardness also. As a result of this study, the relation between the heat treatment over cementation steel and cutting parameters and the change of hardness and the surface quality is determined.
Science Code : 91438
Key Words : Turning, 16MnCr5 (1.7131), Cementation, Roughness, ECD Page Number : 59
Supervisor : Prof. Dr. Ahmet ÖZDEMİR
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans tez çalışmalarımda, bunun yanında akademik ve mesleki alanda, yoğun temposu içinde bana vakit ayırıp rehberlik ederek yönlendiren danışmanım, Sayın Prof. Dr.
Ahmet Özdemir’e, yüksek lisans öğrenimim boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen, üzerimde büyük emekleri bulunan başta değerli işverenim Ece Kaya ve tüm Kaleli Şaft ve Metal San. Tic. Ltd. Şti. çalışanlarına, kesici takım konusundaki yardımlarından dolayı DevGrup çalışanlarından Uğur SUNGAR’a, parçaların işlenmesinde mesleki tecrübelerinden de yararlandığım Sayın Gani DOĞAN, Önder UYSAL ve Atilla AKBULUT’a, parça tedarikinde desteklerinden dolayı Akçelik’in değerli çalışanlarına, ısıl işlem desteklerinden dolayı Ankas Isıl İşlem çalışanlarından Özcan YILDIRIM ve Metin KARADEMİR’e, tüm yaşamım boyunca maddi ve manevi her türlü desteklerini eksik etmeyen, babam Yaşar DURUTÜRK ve annem Emine DURUTÜRK’e, kıymetli eşim Kağan TELEK'e her zaman yanımda olduğu ve desteklediği için teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... ix
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... x
RESİMLERİN LİSTESİ ... xii
SİMGELER VE KISALTMALAR... xiii
1. GİRİŞ
... 12. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
... 33. GENEL BİLGİLER
... 53.1. Talaşlı İmalat Ve Malzeme Seçimi ... 5
3.1.1. Çelikler ... 5
3.1.2. Sementasyon çeliğinin tanımı ve özellikleri ... 7
3.1.3. 16MnCr5 (1.7131) sementasyon çeliğinin özellikleri... 8
3.2. Isıl İşlem ... 10
3.2.1. Normalizasyon ısıl işlemi ... 10
3.2.2. Sementasyon ısıl işlemi ... 12
3.2.3. Gaz ortamında sementasyon ısıl işlemi ... 13
3.3. İşleme Parametreleri ... 14
3.3.1. Kesici takım uç radyusu ... 15
3.3.2. Kesme derinliği ... 15
3.3.3. İlerleme ... 15
3.4. Ölçüm-Yöntem ... 16
Sayfa
3.4.1. Yüzey pürüzlülüğü ... 16
3.4.2. Yüzey sertliği ... 17
3.4.3. Efektif sementasyon derinliği (ESD) ... 19
4. MALZEME VE METOD
... 214.1. Deney Numuneleri ... 21
4.1.1. Deney numunelerinin hazırlanması ... 22
4.2. Normalizasyon Isıl İşlemi ... 22
4.3. Kesici Takım Ve Takım Tutucu ... 23
4.4. Takım Tezgâhı ... 24
4.5. Kesme Parametreleri ... 25
4.6 Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçümü ... 26
4.7. Sementasyon Isıl İşlemi ... 26
4.8. Vickers Sertlik Ölçümü ve Efektif Sementasyon Derinliği (ESD) ... 27
5. DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA
... 295.1 Yüzey Pürüzlülüğü Analizi ... 29
5.2. Yüzey Sertliği Analizi ... 37
5.3. Efektif Sementasyon Derinliği Analizi ... 41
6. SONUÇ VE ÖNERİLER
... 51KAYNAKLAR ... 55
EKLER ... 57
EK-1. Normalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numunelerin kesme parametrelerine göre yüzey pürüzlülüğü, yüzey sertliği, efektif sementasyon derinliği sonuçları birleşik tablosu ... 58
ÖZGEÇMİŞ ... 59
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 3.1. 16MnCr5 çeliğinin kimyasal bileşimi ... 8
Çizelge 3.2. 16MnCr5 çeliğinin ısıl işlem özellikleri ve şartları ... 8
Çizelge 3.3. 16MnCr5 çeliğinin mekanik özellikleri ... 9
Çizelge 3.4. Rockwell sertlik skalaları ... 18
Çizelge 4.1. 16MnCr5 Çeliğinin Mekanik Özellikleri ... 21
Çizelge 4.2. 16MnCr5 Çeliğinin Spektro Kimyasal Analizi ... 22
Çizelge 4.3. Numunelere uygulanan normalizasyon ısıl işlemi operasyon parametreleri. ... 22
Çizelge 4.4. Mazak Quick Turn Smart 200M torna tezgahının özellikleri ... 24
Çizelge 4.5. Numunelerin deney parametrelerine göre numaralandırılması ... 25
Çizelge 4.6. Yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı teknik özellikleri ... 26
Çizelge 4.7. Sementasyon ısıl işlem parametreleri ... 27
Çizelge 4.8. Vickers sertlik ölçüm cihazının teknik özellikleri ve fotoğrafı ... 28
Çizelge 5.1. Normalizasyonsuz numunelerin ortalama yüzey pürüzlülük değerleri ... 29
Çizelge 5.2. Normalizasyonlu numunelerin ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri ... 32
Çizelge 5.3. Normalizasyonsuz numunelerin ortalama yüzey sertliği değerleri ... 38
Çizelge 5.4. Normalizasyonlu numunelerin ortalama yüzey sertliği değerleri ... 39
Çizelge 5.5. Normalizasyonsuz numunelerin efektif sementasyon derinliği değerleri .. 42
Çizelge 5.6. Normalizasyonlu numunelerin efektif sementasyon derinliği değerleri ... 43
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 3.1. Normalizasyon ısıl işleminin sıcaklık-karbon oranı grafiği ... 11
Şekil 3.2. Ötektoidaltı ve ötektoidüstü çeliklerde normalizasyon ısıl işlemi ve tane yapısındaki değişim ... 12
Şekil 3.3. Tornalama işleminin şematik gösterimi. (ap: Kesme derinliği, f: İlerleme, Vf: Kesme Hızı) ... 15
Şekil 3.4. Ra yüzey pürüzlülüğünün şematik gösterimi ... 17
Şekil 3.5. Efektif sementasyon derinliğinin şematik gösterimi ... 20
Şekil 4.1. Normalizasyon ısıl işlemi zaman-sıcaklık diyagramı ... 23
Şekil 5.1. Normalizasyonsuz numunelerde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi ... 31
Şekil 5.2. Normalizasyonsuz numunelerden elde edilen en uygun kesme parametreleri ... 31
Şekil 5.3. Normalizasyonlu numunelerde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisi ... 33
Şekil 5.4. Normalizasyonlu numunelerden elde edilen en uygun kesme parametreleri ... 34
Şekil 5.5. Normalizasyonlu ve normalizasyonsuz numunelerde kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne birleşik etkisi. ... 35
Şekil 5.6. Normalizasyonlu ve normalizasyonsuz numunelerin bileşik analizinde gerekli optimum kesme parametreleri ... 36
Şekil 5.7. Normalizasyonlu ve normalizasyonsuz numunelerin işleme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne bileşik etki grafiği ... 37
Şekil 5.8. Normalizasyonlu numunelerde kesme parametrelerinin yüzey sertliğine etkisi. ... 40
Şekil 5.9. Normalizasyonlu numunelerin işleme parametrelerinin yüzey sertliğine bileşik etki grafiği ... 41
Şekil 5.10. Normalizasyonlu numunelerde kesme parametrelerinin efektif sementasyon derinliğine etkisi ... 44
Şekil 5.11. Normalizasyonlu numunelerin işleme parametrelerinin efektif sementasyon derinliğine bileşik etki grafiği ... 45
Şekil Sayfa Şekil 5.12. Normalizasyonlu ve normalizasyonsuz numunelerde kesme
parametrelerinin efektif sementasyon derinliği birleşik etkisi ... 46 Şekil 6.1. Normalizasyonlu numunelerde kesme parametrelerinin yüzey
pürüzlülüğüne birleşik etki grafiği ... 52 Şekil 6.2. Normalizasyonlu numunelerde kesme parametrelerinin efektif
sementasyon derinliğine birleşik etki grafiği ... 53
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim Sayfa Resim 4.1. Deneylerde kullanılan kesici takımlar: a) CNMG 120404(R)41,
b) CNMG 120408(R)45, c) CNMG 120412(R)41 ... 23
Resim 4.2. 25x25 sağ yan kater ... 24
Resim 4.3. Mazak quick turn smart 200M ... 24
Resim 4.4. Numunelerin bakalite alınması ... 27
Resim 4.5. Efektif Sertlik Derinliği taraması yapılan konumlar ... 28
Resim 5.1. Numune 13 (a) normalizasyonsuz x20 büyütmede, (b) normalizasyonlu x25 büyütmede efektif sementasyon derinliğinin karşılaştırılması ... 47
Resim 5.2. Numune 26 (a) normalizasyonsuz x19 büyütmede, (b) normalizasyonlu x18 büyütmede efektif sementasyon derinliğinin karşılaştırılması ... 47
Resim 5.3. Numune 13 (a) normalizasyonsuz x1000 büyütmede, (b) normalizasyonlu x1000 büyütmede tane boyutlarının karşılaştırılması ... 48
Resim 5.4. Numune 26 (a) normalizasyonsuz x1000 büyütmede, (b) normalizasyonlu x1000 büyütmede tane boyutlarının karşılaştırılması ... 48
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklamalar
a Kesme derinliği
f İlerleme
HB Brinell Sertliği
HRC Rockwell Sertliği (C Skalası)
HV Vickers Sertliği
Kgf Kilogram kuvvet
r Kesici takım uç radyusu
Ra Ortalama yüzey pürüzlülüğü
Kısaltmalar Açıklamalar
AISI Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü
DIN Alman Standartlar Enstitüsü
ESD Efektif sementasyon derinliği
SAE Amerikan Otomotiv Mühendisleri Birliği
TS Türk Standartları
1. GİRİŞ
Mühendislik alanında çelik malzemeler arasında; yüzeyde sert ve aşınmaya dayanıklı, merkezdeyse tok özelliklerin istendiği, darbeli ve değişken zorlamalara dayanıklı olması istenen parçaların üretiminde yaygın olarak ısıl işlem görmüş sementasyon çelikleri kullanılmaktadır.
Endüstride kullanılan sementasyon çelikleri arasında en yaygın ve diğer sementasyon çelikleriyle kıyaslandığında maliyet açısından rekabetçi olması sebebiyle 16Mncr5 sementasyon çeliği sıklıkla tercih edilmektedir. 16MnCr5 sementasyon çeliği %0,14-0,19 karbon oranına sahip olduğundan dolayı kolay işlenebilmektedir fakat düşük mekanik özelliklere sahiptir. İstenen mekanik özelliklere göre ısıl işlemlere tabi tutulmaları gerekmektedir. Mali fizibilite çalışmalarında normalizasyon ısıl işlemi yüksek bir maliyet gösterdiğinden, maliyeti düşürme amaçlı ısıl işlemin nihai ürünün üzerindeki mekanik etkisinin gözlemlenmesi gerekmektedir.
Aynı zamanda yine mali fizibilite çalışmalarında, tornalama işleminin istenilen mekanik özellikleri sağlayacak şekilde işleme parametrelerinin uygun değerlerinin belirlenmesi gerekmektedir.
Bu tez çalışmasında, tornalama işlemi parametrelerine (ilerleme, kesme derinliği, kesici takım uç radyusu) ve ısıl işlemlere bağlı olarak yüzey sertliği değişimleri incelenmiştir.
Deney tasarımında 16MnCr5 çeliğine uygulanabilecek normalizasyon ısıl işlemi ve sementasyon ısıl işleminin sonuçlara olan etkisi araştırılmıştır.
Bu çalışmanın temel amacı yüzey sertliğine etki eden temel parametrelerin tespit edilerek istenilen yüzey sertliği ve efektif sertlik derinliğindeki parçanın mümkün olan en düşük maliyet ve prosesle işlenmesini sağlamak ve sementasyon çeliğine uygulanan ısıl işlem ve kesme parametrelerinin, sertlik değişimi ve yüzey kalitesi üzerindeki etkilerini ortaya koymaktır.
2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Literatürde yapılan araştırmalar incelendiğinde, 16MnCr5 malzemesini dikkate alan ve talaşlı imal usulleri ile numunelerin işlendiği deneysel araştırmaların takım aşınması, takım ömrü ve talaş oluşumu incelenmesi olarak yapıldığı görülmüştür.
16MnCr5 çelik malzemesine uygulanan ısıl işlemlerinin dikkate alındığı çalışmaların son derece az olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışma kapsamında kalan ve hem işlenebilirlik hem de ısıl işlem uygulama esaslı referans çalışmalardan elde edilenler aşağıda değerlendirilmiştir.
Yurdakul (2016) 16MnCr5 çeliğine farklı derinliklerde ve farklı sürelerde uygulanan gaz sementasyon işleminin mekanik özellikler üzerindeki etkilerini incelemiştir.
Gerçekleştirilen deneyde yüzey sertlikleri aynı numunelerden, farklı sementasyon derinliği ve çekirdek sertliğinde numuneler üretilerek, mikro yapıdaki ve mekanik özelliklerdeki değişim incelenmiştir. Çalışmanın sonucu olarak, sementasyon derinliğinin artmasıyla yorulma dayanımı iyileştiği görülmüştür.
16MnCr5 çeliğine sementasyon işlemi uygulayarak malzemenin mekanik özelliklerini inceleyen bir diğer çalışma ise, Yegen (2010) tarafından yapılan 16MnCr5 ve SAE 8620 çelik numunelerinin tuz banyosunda aynı sıcaklıkta farklı sürelerde gerçekleştirilen sementasyon işleminin abrasif aşınma direncine etkisinin incelenmesidir. İlgili çalışmada sementasyon süresinin artmasıyla etkili sementasyon derinliğinin de arttığı görülmüştür.
Aşınma sonucunda sementasyon işlemleri sonrası numunelerin aşınma direncinin arttığı tespit edilmiş ve bu aşınma dirençlerinin de yüzey sertliğinden etkilendiği tespit edilmiştir.
Baykara (1998) ise 16MnCr5 sementasyon çeliğine değişik sıcaklık ve sürelerde sementasyon işlemi uygulayarak 3 farklı numune hazırlayarak, bu numunelerin aynı tribolojik şartlarda aşınma davranışlarını incelemiştir. Aşınma deneyi sonucunda sementasyon derinliği ile aşınma arasında doğrudan bir ilişki bulunmadığı görülmüştür.
Ancak uygulanan sıcaklık ve süreler arasında en yüksek aşınma değeri tespit edilmiştir.
Yılmaz (1985) 250 adet numune üzerinde kutu sementasyonunun karbürleme süresi, karbürleme sıcaklı ve aktivatör oranının etkin sementasyon derinliğine etkilerini
incelemiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda etkin sementasyon derinliğine sementasyon süresinin birinci derecede, sementasyon sıcaklığının ise ikinci derecede etkilediği belirlenmiştir. Aktivatör oranının etkisi ise karbürleme sıcaklığı ve süresine bağlı olarak değiştiği tespit edilmiştir.
Akyel (2013) kesme derinliği, kesme hızı ve ilerleme değerlerini değiştirerek 16MnCr5 çeliğiyle ilgili 27 farklı tornalama deneyi gerçekleştirmiş; kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülük değerlerini ölçmüştür. Çıkan deney sonuçları göz önünde bulundurulduğunda numuneler üzerinde ki en düşük yüzey pürüzlülüğü ve numuneler üzerinde oluşan kesme kuvvetleri için optimum değerleri saptanmıştır.
Baba (2014) ise üç farklı malzeme kullanarak (St37, AISI 1040 ve 2379) toplamda 90 adet numune kullanarak farklı kesme derinlikleri, kesme hızları ve ilerleme değerinde, farklı uç radyusuna(0,4 mm, 0,8 mm) sahip kesici takım ile tornalama işlemi yaparak yüzey pürüzlülüğünü her bir malzeme için ayrı ayrı incelemiş ve en düşük yüzey pürüzlülüklerine bakarak parametre sabitlemeleri yapmıştır.
Yapılan bu çalışmada ise diğer çalışmalardan farklı olarak yapılan araştırmalardaki parametrelerin etkin sementasyon derinliğine olan etkileri göz önüne alınmıştır. Yapılan deneyde normalizasyonlu ve normalizasyonlu numuneler farklı kesme parametreleri ve 3 farklı uç radyusuyla kullanılmıştır. Deneylerde işleme sonrası sementasyon işlemine tabi tutulan numunelerin etkin sementasyon derinliği incelenmiştir. Numunelerin işleme sonrası yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür. Deney sonuçları ANOVA (varyans analizine) tabi tutularak değerlendirilmiştir.
3. GENEL BİLGİLER
3.1. Talaşlı İmalat Ve Malzeme Seçimi
İmalatın amacı, hammaddeden bir ürün elde etmektir. Bu dönüşümü sağlayan işlemler, talaşlı ve talaşsız imalat yöntemleri olarak iki ana başlık altında toplanabilir. Bu iki ana başlık arasında, talaşlı imalat işleminde (tornalama, frezeleme, delme vs.) hammadde-ürün dönüşümü sırasında malzemeden kesici bir takım kullanılarak talaş kaldırılması sağlanırken, talaşsız imalat işleminde (pres, döküm, kaynak vs.) ise malzeme üzerinden talaş kaldırmadan bu dönüşümün sağlanabilmesidir. Talaşlı imalat; kesici takımın iş parçasında plastik deformasyon oluşturarak, bir talaş kaldırma işlemi oluşturularak gerçekleştirilen bir şekillendirme yöntemidir. Oldukça karmaşık bir yapıya sahip olan talaş kaldırma mekanizmasının anlaşılabilmesi için üç boyutlu takım geometrisi, iki boyutlu ortoganal kesme geometrisi şeklinde basitleştirilir [1].
Talaşlı imalat yöntemlerinde; işleme parametreleri malzeme cinsine ve nihai istenen mekanik özelliklerine göre seçilmelidir.
3.1.1. Çelikler
Çelik, bir demir (Fe)-karbon(C) alaşımıdır. Yapısında karbon elementi ile birlikte başka safsızlık ve alaşım elementelerini de ihtiva eder. Çeliğin iç yapısında ve kimyasal yapısındaki ihtiva etmiş olduğu elementler çeliğe farklı özellikler getirir. Bu özellikler kazandırılırken içerisindeki bulundurduğu elementlerin oranı değişebileceği gibi çelik üzerinde uygulanabilecek işlemler (ıslah, normalizasyon vb.) ile birlikte iç yapı kontrolü de sağlanarak faklı kullanım amaçlarına uygun çelik elde edilmiş olur. Bu kapsamdaki çelikler iki temel gruba ayrılmış olup bunlar; sade karbonlu(alaşımsız) çelikler ve alaşımlı çeliklerdir [2].
Sade karbonlu (alaşımsız) çelikler
Bileşiminde genellikle P, Si, Al, Cu, Mn ve S gibi alaşım elementlerinden çeliğin içindeki değerleri sırasıyla %0,8 Mn, %0,50 Si, %0,1 Al, %0,25 Cu, %0,09 P ve %0,06 S değerlerini geçmeyecek şekilde; çelik üretiminin ekonomik ve teknolojik zorunluluklar nedeniyle bir
miktarda bulunması gerekiyorsa, bu tür çelikler sadece karbonlu çelikler grubunda bulunmaktadır.
Düşük karbonlu çelikler: İçerisinde %0,25’den daha az karbon ihtiva eden çeliklerdir.
Orta karbonlu çelikler: İçerisinde %0,25- 0,55 arasında karbon ihtiva eden çeliklerdir.
Yüksek karbonlu çelikler: İçerisinde %0,55- 0,90 arasında karbon ihtiva eden çeliklerdir.
Alaşımlı çelikler
Alaşımlı Çelikler direkt olarak Karbonlu Çeliklerden elde edilemeyen, sade karbonlu çeliklere göre alaşım elementlerinde belirtilen oranları aşan, çeliğin özelliklerini geliştirmek ve özel kullanım alanlara sahip çelikler elde etmek için bir veya birden fazla alaşım elementinin eklenmesiyle elde edilen çeliklerdir. Si, Mn gibi alaşım elementlerine ek olarak içerisine ihtiva eden diğer elementlerden (Al, B, Cr, Co, Mo, N, Ti, W, V, Zr, vb.) bir veya birkaçının bulunması gereken çelikler, bu sınıfta yer alır.
Düşük alaşımlı çelikler: Alaşım içerisinde ihtiva ettiği farklı elementlerin kütlesel olarak
%5’den az olan (arıtılamayan elementler hariç) Alaşımlı Çelik türüdür
Yüksek alaşımlı çelikler: Alaşım içerisinde ihtiva ettiği farklı elementlerin kütlesel olarak
%5’den fazla olan Alaşımlı Çelik türüdür
Çeliklerin kullanım alanlarına göre farklı çeşitleri aşağıdaki gibidir.
1. Paslanmaz çelikler 2. Islah çelikleri
3. Sementasyon çelikleri 4. Otomat çelikleri
5. Soğuk iş takım çelikleri 6. Sıcak iş takım çelikleri 7. Hız çelikleri
8. Rulman çelikleri 9. Yay çelikleri
3.1.2. Sementasyon çeliğinin tanımı ve özellikleri
Sementasyon çelikleri, aşınmaya dayanıklı olan ve yüzey bölgesi sert, malzeme merkezinde ise daha sünek ve tok özelliklerin gözlemlenebilen çeliklerdir. Bu sayede darbeli zorlanma ve değişken yükler altında çalışması gereken piston pimleri, zincir baklavaları ve makaraları, diskler, kılavuz yatakları, merdaneler, rulmanlı yataklar, aktarma organları gibi parçaların kullanım alanlarında yaygın olarak kullanılan, düşük karbonlu alaşımlı veya alaşımsız çeliklerdir [3].
Sementasyon çelikleri kabuk sertliklerine göre üç bölüme ayrılabilirler. Bunlar düşük sertleşebilirlikli, orta sertleşebilirlikli ve yüksek sertleşebilirlikli sementasyon çelikleridir.
Düşük sertleşebilirlikli sementasyon çelikleri, küçük çaplı ve küçük kesit alanlı parçalar için seçilmektedirler. Düşük orta karbonlu çeliklerin arasında düşük mangan (Mn) oranına sahip olanların talaşlı işlenebilirliği diğerine oranla daha yüksektir. Şekillendirme özelliği de belirli bir karbon düzeyinde, düşük manganlılardan daha iyidir. Düşük orta sertleştirilebilirlikli sementasyon çelikleri sorunsuz olarak rahatça kaynatılabilmektedir [4].
Düşük alaşımlı olabileceği gibi Alaşımsız olarak da kullanılabilen bu çelikler; hem asil çelik sınıfında olabileceği gibi hem de kaliteli çelik sınıfına dahil olabilirler. Sementasyon çelikleri ferrritik-perlitik mikro yapı esaslı olarak üretilirler.
Sementasyon çeliklerinin tamamen sertleştirilmiş çeliklere göre olumlu yönleri,
a) Sementasyon işlemi, parça şekillendirme işleme tamamlandıktan sonra ısıl işlem uygulanacağı için, parçanın işlenmesi daha kolaydır.
b) Sementasyon işlemi difüzyon yöntemi ile gerçekleştiğinden dolayı, parçada daha sonra işlenecek veya sertlik alması istenmeyen kısımlar varsa, bu bölgeler maskeleme yöntemi ile kaplanır. Bu kısımlar ısıl işlem etikisine maruz kalmayacağından kolayca işlenir.
c) Sementasyon ısıl işlemi uygulandıktan sonra artık gerilmeler oldukça azdır.
d) Sementasyon çelikleri, yüzeyde aynı sertliği verebilecek diğer yüksek karbonlu çeliklerden daha ucuzdur.
Sementasyon çeliklerinin tamamen sertleştirilmiş çeliklere göre olumsuz yönleri ise,
a) Mikro yapı üzerinde dışarıdan içeriye doğru karbon miktarında azalma gözlemlenir buda çelik için mikro yapısal değişiklik anlamı taşımaktadır.
b) Çelik homojen olmayan karbon miktarının dışarıdan içeriye doğru azalmasıyla mikro yapısal değişiklik gösterir.
c) Doğru sementasyon ısıl işlemi yüksek yatırım ve bilgi birikimi gerektirir.
d) Taşlama sırasında üst tablada işlem yapılması tercih edilmemektedir. Bunun temel sebebi taşlamanın az derinliğe gitmesinden kaynaklı olup taşlama öncesi parçanın mümkün olduğunca düzeltilmiş olması gerekmektedir [5].
3.1.3. 16MnCr5 (1.7131) sementasyon çeliğinin özellikleri
16MnCr5 sementasyon çeliği 5115 SAE/AISI numarasıyla düşük sertleşebilirlikli sementasyon çelikleri gurubuna girmektedir. 16MnCr5 çeliğinin standart kimyasal yapısı Çizelge 3.1’de, ısıl işlem özellikleri ve şartları Çizelge 3.2’de ve mekanik özellikleri Çizelge 3.3’te gösterilmektedir.
Çizelge 3.1. 16MnCr5 çeliğinin kimyasal bileşimi [6]
Malzeme No 1.7131
DIN 16MnCr5
SAE/AISI 5115
C 0,14-0,19 Smax 0,035
Si ≤40 Cr 0,8-1,1
Mn 1,00-1,30 Mo -
Pmax 0,035 Ni -
Çizelge 3.2. 16MnCr5 çeliğinin ısıl işlem özellikleri ve şartları [6]
Malzeme No 1.7131
DIN 16MnCr5
SAE/AISI 5115
Sıcak Şekillendirme Sıcaklığı (°C) 850-1150
Yumuşak Tavlama Sıcaklığı (°C) 670-700
Sementasyon Sıcaklığı (°C) 900-950
Sementasyon
Direkt S. Uygulanabilir
Basit S. Uygulanabilir
Çift S. Uygulanabilir
Çizelge 3.2. (devam) 16MnCr5 çeliğinin ısıl işlem özellikleri ve şartları [6]
Sementasyon Sonrası Soğutma
Su Uygulanamaz
Yağ Uygulanabilir
Sıcak Banyo Uygulanabilir
Tuz Banyosu Uygulanabilir
Sem. Kutusu Uygulanabilir
Hava Uygulanabilir
Çekirdek Sertleştirme Sıcaklığı (°C) 850-880
Ara Tavlama Sıcaklığı (°C) -
Cidar Sertleştirme
(°C) 810-840
Su -
Yağ -
Sıcak Banyo -
Meneviş Sıcaklığı (°C) 170-210
Çizelge 3.3. 16MnCr5 çeliğinin mekanik özellikleri [6]
Malzeme No 1.7131
DIN 16MnCr5
SAE/AISI 5115
Sertlik (HB) 140-187
Akma Sınırı (σAK) ≥Mpa
Ø11 mm 635
Ø30 mm 590
Ø63 mm 440
Çekme Dayanımı (σÇ)Mpa
Ø11 mm 880-1180
Ø30 mm 180-1080
Ø63 mm 640-930
Kopma Uzaması (A) L0=5 D0
Ø11 mm 9
Ø30 mm 10
Ø63 mm 11
Kesit Daralması (Z) ≥%
Ø11 mm 35
Ø30 mm 40
Ø63 mm 40
16MnCr5 sementasyon çeliğinin kullanım alanları genellikle iletim ve taşıma organlarını kapsamaktadır. Başlıca küçük çarklar, zincirler, miller, kordon mafsalları kontrol üniteleri,
bütün dişliler ve zincir dişli çarklar, motor hız kutuları, pernolar, orta zorlamalı nakil vasıtalarının, takım tezgahlarının ve iş makinalarının parçalarında kullanılır [4].
3.2. Isıl İşlem
Düşük alaşımlı sementasyon çeliklerine karbonlama öncesi normalizasyon işlemi uygulanır.
40XX-88XX arasındaki tüm sementasyon çelikleri genellikle 900-925°C sıcaklık aralığında sementasyon işlemine tabi tutulurlar [4].
3.2.1. Normalizasyon ısıl işlemi
Normalizasyon ısıl işlemi Şekil 3.1’de gösterildiği gibi ısıl işleme uygun çeliğin 830-950°C kadar ısıtılması, (sertleşebilen çeliklerinde ve semantasyon çeliklerinde sırasıyla sertleştirme ve sementasyon sıcaklığı üzerinde ısıtılması) ve ısıtılmış olan çeliğin hava ortamında soğutulmaya bırakılması ile uygulanır. Açık atmosferde gerçekleştirilen ısıtma işlemi dekarbürüzasyon ve tufal tabakası meydana getirir. Bu tabakanın giderilmesi için malzeme üzerinde yüzey tamamlama ve talaşlı işlem uygulanması gerekmektedir. Bu tür çeliklerde
“menevişleme” işlemi uygulanabilmektedir. Bu kapsamda sertleşme işlemi havada yapılan çelikler (örneğin otomotiv dişli çelikleri) parçanın işlenebilirliğini arttırmak ve yapıyı yumuşatmak için bu işleme tabi tutulur. Bu işlem birçok standartta (örneğin havacılık sanayi) öngörülür. Bu işleme türü genellikle ürün veriminde artış sağlama amacıyla çelik döküm malzemelere ve yarı mamüllere uygulanır ve bunun sonucunda talaşlı şekillendirmede iyileşmeye meydana gelir. Yüksek sıcaklık altında işleme maruz kalmış (haddelenmiş, dövülmüş vb.) malzemelerde bölgesel ve çevresel ısı etkisinin meydana getirdiği kaba taneli yapının ince taneli bir yapıya getirilmesinde normalizasyon tavlaması işlemine başvurulur. Normalizasyon ısıl işlemi temel olarak az alaşımlı çeliklere ve sade karbonlu çeliklere uygulanır. Normalizasyon ısıl işlemi esnasında çeliğin yüzeyi ile çekirdeğin merkezi arasındaki soğuma hızı farkı azdır [7].
Şekil 3.1. Normalizasyon ısıl işleminin sıcaklık-karbon oranı grafiği [7]
Ötektoid altı çeliklerde, literatürde yer alan “A3” ısıl değerinin yaklaşık olarak 30-50°C kadar üzerinde bir sıcaklığa maruz bırakılarak beklenmesi ve bu beklemeye müteakip, γ⇒α dönüşümü gecikecek şekilde soğutarak işlem gerçekleştirilir. Parçaların hava akımı yüksek olmayan alanda soğutulması yeterlidir. Benzer yöntem çok düşük karbonlu çelikler üzerinde uygulanması ile birlikte talaşlı imalatlarında iyileşme söz konusu olacaktır. Bu yönteme Perlitleştirme tavı denir. Düşük karbonlu çeliklerde oluşan kristal segragasyonların meydana getirdiği dizgisel yapı normalleştirme tavlaması yapılarak yok edilebilmektedir. Ötektoid üstü çelikler nadiren tam östenitik faza kadar ısıtılmaktadır. Östenitleştirme sıcaklığı için gerekli olan sıcaklık, Acm sıcaklığından fazla olduğundan, yapıda meydana gelen tane kabalaşması gözlemlenir. Bununla birlikte soğuma esnasında tane sınırlarında sekonder sementit ağ yapısı meydana gelir. Bununla birlikte, perlit tanelerinin inceltilmesi ve yeniden düzenlenmesi, yapının A1 sıcaklığının üzerinde östenitleştirmesi ile yapılabilmektedir.
Normalleştirme tavlaması yüksek alaşımlı çelikler için uygulanamamaktadır.
Normalizasyon işlemi, dokusunda deformasyon meydana gelmiş bir malzemenin dokusunun tekrar normalleştirilmesi için uygulanmaktadır. Döküm malzemeler ve sıcak dövülmüş malzemeler bu sınıfta yer almaktadır. Bu kapsamda, dokuda yer alan taneler eş ve küçük taneler olup anormal taneli bir yapı bulunmamaktadır. Yapısal olarak perlitten ve ferritten oluşmaktadır. Sertleştirilme öncesi en uygun doku normalize edilmiş olan olup sıcak dövülmüş çelikler sertleştirilme işlemi öncesi normalize edilirler. Bu sayede yapı
içerisindeki homojen olmayan yapı ortadan kaldırılarak ince taneli bir yapıya dönüştürülür.
(Şekil 3.2) [8].
Şekil 3.2. Ötektoidaltı ve ötektoidüstü çeliklerde normalizasyon ısıl işlemi ve tane yapısındaki değişim [8]
3.2.2. Sementasyon ısıl işlemi
Sementasyon ısıl işlemi, düşük karbonlu çelik parçalarının yüzeyinin yaklaşık 900 °C sıcaklıkta karbonca zengin bir ortamda, istenen sertliklere göre değişen uzun süreler tutularak karbonca zenginleştirilip, daha sonra su verilerek hızla sertleştirilen bir yüzey sertleştirme işlemidir. Su verilme olayından sonra kazanılan sertlik çelik yapının karbon oranıyla orantılıdır. Yaklaşık %1 karbon içeren çeliğin yüzey tabakası 60–65 HRC sertliğe ulaşırken yaklaşık %0,2 karbon içeren çeliğin iç kısımları 40– 45 HRC sertliğe çıkar [9].
Basma iç gerilmeleri içeren sert kabuk, parçanın aşınma ve yorulma dayanımını artırırken, içyapıdaki yumuşak çekirdek gerekli tokluğu sağlar. Bir başka tarif olarak da karbürleme ısıl işlemi (sementasyon);
Yüksek mekanik maruziyet altında parçaların yüzey özelliklerinde iyileştirme meydana getirirerek, parçanın yorulma dayanımı ve aşınma dayanımında artış elde etmek için kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte parçanın yüzey sertliği artmaktadır. Semantasyon ısıl
işlemi uygulandığı parçanın yorulma dayanımını arttırdığı gibi aşınma, eğilme gibi farklı mekanik davranışlarında da iyileşme meydana getirmektedir. Bununla birlikte bu işlem esnasında çeliklerin yüzey bölümünde malzemenin özelliklerini etkileyen mikro yapılar oluşabilmektedir. Bu mikro yapılar yüzey okstileri, tane sınırı karbürleri ve kaba karbürler olabileceği gibi kalıntı östenitlerde oluşabilir. Yüzeyde oluşan mikro yapılara bağlı olarak malzemenin yorulma dayanımı, temas yorulma dayanımıyla birlikte aşınma dayanımı da etkilenmektedir [10].
Sementasyon ısıl işlemi katı, sıvı ve gaz ortamlarında gerçekleştirilebilir. Sementasyon ısıl işleminden sonra malzemeler çoğu zaman yağ ortamında su verilerek sertleştirilir. Bu ısıl işlem malzemenin türüne veya malzemenin kullanımına göre basit veya karmaşık olabilir.
Çelik kökenli bir parçanın CO bulunan bir ortamda, karbon emdirilmesi amacı ile östenit faza kadar ısıtılır. Bu işlem 850-950 °C arasında gerçekleştirilir ve karbonun emdirildiği bu sıcaklık aralığına “sementasyon sıcaklığı” olarak tanımlanır. Östenit bölgede yapılanan Sementasyon işlemi ilgili bölgede %2 oranında karbon çözebilmesini sağlamaktadır. Bu kapsamda ısıl işlemde kullanılan sementasyon sıcaklığına bağlı olarak çözünebilen maksimum karbon miktarı Fe-C denge diyagramında Acm çizgisinden bulunabilir. Östenit fazdaki karbon atomlarının malzemeye difüzyon hızı, verilen sıcaklık altında parça yüzeyinde oluşan difüzyon ve karbon konsantrasyonu ile ilgilidir. Isıl işlem sırasında kullanılan çelik parça, sementasyon sonrası istenilen sertlik derinliği baz alınarak belirlenen semantasyon sıccaklığında yeteri kadar tutulur. Bu olay “sementasyon zamanı” olarak tanımlanmaktadır. “Sementasyon Derinliği” ise parçanın yüzeyinden içeriye doğru difüz eden karbonun ilerleme miktarını ifade etmektedir. Ortam ile denge halinde yer alan çelik malzemenin karbon oranına ise “karbon potansiyeli” olarak tanımlanmaktadır. Semantasyon tabakasındaki karbon oranı “karbon potansiyelinin” yüksek olmasıyla doğru orantılıdır. Bu oran %0,8-1,2 arasında seçilir [11].
3.2.3. Gaz ortamında sementasyon ısıl işlemi
Toz ile yapılan katı sementasyona benzemektedir. Genellikle küçük parçalara uygulanır. Gaz sementasyonu yönteminde, karbürleyici gaz fırının dışında üretilir. Bileşim, devamlı kontrol edilir veya ayarlanabilir.
Sementasyon ısıl işlemi esnasında soğutma ve ısıtma işlemleri esnasında nötr taşıyıcı bir gaz ortama verilir. Taşıyıcı gaza hidrokarbon şarj edilerek işleme devam edilir.
Gaz sementasyonunda kullanılan hidrokarbonlar propan (C3H8), etan (C2H6), metan (CH4), karbon verici olarak kullanılır, bu kapsamda en uygun olan gaz propandır. Bu tür hidrokarbonlarla karbürleyici tesiri daha çabuk ve istenilen seviyede ayarlanır. Gaz sementasyonunun uzun zaman almasına karşın sertlik tabakası ince olur.
Gaz sementasyonunda fırına gönderilen karbon verici gaz sementasyon sıcaklığında karbon atomlarını çeliğe vererek etki eder ve kabuktaki karbon yüzdesinin yükselmesini sağlar.
Ancak gaz moleküllerinin etkisi yavaş olduğundan sementasyon işlemi uzun zaman alır.
Gaz sementasyonunda ortama verilen karbon verici gaz sementasyon sıcaklık değerlerinde karbon atomlarını çeliğe vererek, sementasyon uygulanan çeliğin kabuktaki karbon yüzdesinin yükselmesini sağlar. Ancak gaz moleküllerinin etkisi yavaş tesir etmesinden ötürü sementasyon işlemi uzun sürmektedir.
Gaz sementasyonunun avantajları; ısı iletiminin doğrudan doğruya olması neticesinde, işlem süresinin kısalması, karbürleme derinliği ve parçanın büyüklüğü nedeniyle uygulama alanı sınırlanmaz. Aynı zamanda zehirsiz bir yöntem olmasından ötürü sürekli çalışmaya olanak sağlamaktadır. Gaz sementasyonunun dezavantajı ise gazın üretilmesini sağlayan tesisin kurulum maliyetlerinin fazla olmasıdır [12].
3.3. İşleme Parametreleri
Talaş kaldırma işlemi, belirli bir şekil, boyut ve yüzey özelliklerine sahip bir parça meydana getirmek için kesici bir uca sahip takımla, iş parçası üzerine güç aktarılarak tabaka şeklinde malzeme kaldırma işlemidir. Bir parça üzerinden malzeme tabakasının kaldırılması için kesici takımın malzemeye temas etmesi gerekir. Şekil 3.3’de şematik olarak tornalama işlemi gösterilmiştir [13].
Şekil 3.3. Tornalama işleminin şematik gösterimi (ap: Kesme derinliği, f: İlerleme, Vf: Kesme Hızı) [13]
3.3.1. Kesici takım uç radyusu
Kesici takım uç radyusunun (r) talaşlı imalat yöntemlerinde etkisi büyüktür. Kesme işleminin istenen sonuçları sağlıklı verebilmesi için takım uç radyusunun iyi belirlenmesi gerekmektedir. Olması gerekenden büyük seçilen radyus, kesme kuvvetinde artış yaratacağından kalemde tırlama meydana gelebilir ve kötü bir yüzey kalitesine sahip ürünlerin çıkmasına neden olur. Bu durumunu tam tersi olarak küçük bir radyus seçilirse de talaş derinliğine dikkat etmek gerekir, fazla talaş derinliği seçildiği durumlar ucun kırılmasına ve çok çabuk aşınmasına neden olur.
3.3.2. Kesme derinliği
Kesici takımın kesme işlemi sırasında, tek bir kerede kesilen malzeme yüzeyinden kaldırdığı talaş tabakasına kesme derinliği(paso) denir. Nihai ürün yüzeyi elde edilmeyen ilk paso veya pasolarda yüzey kalitesi öneminin düşük olmasından dolayı, kesme zamanından tasarruf etmek için kesme derinliği(a) ve ilerleme(f) büyük seçilir. Bu pasolara "kaba paso" denir.
Kaba pasolar için a/f oranı 3-10 aralığında seçilmelidir. İyi bir yüzey kalitesi oluşması istenilen son pasoda, kesme derinliği ve ilerleme küçük seçilir. Buna da "ince paso" denir.
3.3.3. İlerleme
İlerleme(f), kesme işlemi esnasında kullanılan kesici takımın işlem uygulanan parça üzerinden milimetre(mm) olarak aldığı yolun doğrusal uzunluğudur. İlerleme hızının belirlenmesinde etkili olan faktörler, kesici takımın kesme derinliği, kesme işlemindeki talaş
kaldırma türü, işlem sonucu elde edilecek yüzeyde beklenilen yüzey pürüzlülüğü değeri ve işlem sırasında kullanılacak soğutucu ve kesme sıvılarıdır. İlerleme hızı tezgahlarda konvansiyonel torna tezgahlarında mm/dakika, CNC torna tezgâhlarında ise mm/devir olmak üzere iki farklı türde hesaplanabilmektedir.
3.4. Ölçüm-Yöntem
Çalışma kapsamında, deneysel numunelerden elde edilen ve çıktı parametreleri yüzey pürüzlülüğü, yüzey sertliği ve efektif sementasyon derinliği (ESD) olarak dikkate alınmıştır.
3.4.1. Yüzey pürüzlülüğü
Yüzey pürüzlülüğü; iş parçası üzerinde uygulanan kesme işlemi sonucunda yüzeyde oluşan izlerdir. Bu izlerin nedenleri arasında kesme işleminde kullanılan kesici takımın cinsi ve iş parçasının malzeme türüne bağlı olarak değişebileceği gibi işleme esnasında parça üzerinde oluşan kimyasal, fiziksel ve ısıl faktörler ile birlikte, kesici takım ve işlenen malzeme arasında oluşan mekanik hareketlerin de etkisiyle işlenen yüzeylerde izler oluşur.
Bu izler nominal yüzey çizgisini altında ve üstünde belirli bir düzen göstermeyen izler olup yüzey pürüzlülüğü olarak adlandırılmaktadır.
Yüzey pürüzlülüğü iş parçası için çok önemli bir kalite kriteri olup parçanın fonksiyonel özellikleri üzerinde de etkindir. Bu özellikler ısı aşınma, ısı iletimi, yağ filminin tutulması ve dağıtılması kabiliyeti, direnç ömrü gibi özelliklerdir.
16MnCr5 çelikleri döner dişli parçaların yapımında sıkça kullanıldığından yüzey pürüzlülüğü önemli bir mekanik özelliktir. Bu kapsamda düzgün ve kaliteli bir yüzey elde edildiğinde parçanın, yorulma mukavemetinde artışla birlikte, sürtünme ömrü ve korozyon direncinde iyileşme gözlemlenmektedir. Bu sebeple işlem öncesi iş parçası için istenilen yüzey pürüzlülüğü değerleri belirlenerek, bu değere ulaşmak için gerek duyulan işleme parametreleri ve işlemler seçilir.
Aritmetik ortalama pürüzlülük (Ra)
İş parçasının merkez noktasından kabuğa doğru oluşan profil dalgalanmalarının mutlak aritmetik ortalaması Ra yüzey pürüzlülüğüdür. Bu teknik (Ortalama yüzey pürüzlülüğü ölçümü) yüzey pürüzlülüğü ölçümünde en çok kullanılan ölçüm yöntemidir.
Şekil 3.4. Ra yüzey pürüzlülüğünün şematik gösterimi [14]
3.4.2. Yüzey sertliği
Sertlik, bir malzemenin kalıcı şekil değiştirmeye karşı göstermiş olduğu direnç olarak tanımlanmaktadır. Bu konuda en efektif sertlik ölçüm yöntemleri numune üzerinde oluşturulana fiziksel izlerin üzerinde yapılan ölçümler doğrultusunda yapılan değerlendirmelerle elde edilen ölçümlerdir. Bu kapsamda yapılan ölçümler yüzey sertliği olarak adlandırılmakta olup ölçümde kullanılan başlıca yöntemler; Rockwell, Brinell ve Vickers olarak öne çıkmaktadır.
Rockwell sertlik ölçümü
Rockwell sertlik deneyi (RSD), yüzey sertliği ölçüm metotlarından en yaygınıdır. Rockwell sertliğinin değeri birimsiz bir sayı olup bu değeri elde etmek için kullanılan uçlar mevcuttur.
Uçlar farklı şekillere sahip olup bunlar konik uç, batıcı uç veya bilye şeklinde olabilmektedir.
Farklı deney yöntemleriyle yapılan ölçüm sonucu elde edilen farklı düzeydeki sertlik değerleri RSD-A, RSD-B, RSDC, RSD-D gibi farklı simgelerle tanımlanmaktadır. Farklı sertlik skalalarına ait bilgilere Çizelge 3.4’te verilmektedir. Rockwell sertlik ölçümünde malzemenin sertlik değerine göre uç çeşidi ve kullanımı farklılaşmaktadır. Bu kapsamda ölçülecek malzeme çok sert ise koni biçimindeki elmas uç ile birlikte 150kg ağırlık altında alınacak ölçümler baz alınır ve ölçümlerin sonucu RSD-C değeri ile ifade edilir. Ölçülecek
malzeme yumuşak ise ölçümde kullanılacak uç çelik bilye ile değiştirilerek 100 kg’lık bir yük altında ölçümler alınır ve alınan ölçümler RSD-B değeri ile ifade edilir. Bu kapsamda sertliği Rockwell cinsinden 20’den daha düşük olan malzemelerdeki ölçümlerde koni biçimindeki elmas yerine çelik bilye kullanılması uygun iken sertlik değeri 100’ü aşan numuneler üzerinde bilye kullanılması hem ölçüm hassasiyetinde azalmaya hem de bilyada fiziksel deformasyona yol açmaktadır. Bundan ötürü Rockwell değeri 100 rakamını aşan deneylerde koni biçimindeki elmas uç kullanılması gerekmektedir.
Çizelge 3.4. Rockwell sertlik skalaları [15]
Sembol Batıcı Uç Yük
(Kgf) Tipik Kullanma Yerleri B 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 100 Bakır alaşımları, yumuşak çelikler, Alüminyum
C Elmas konik uç 150
Çelik, sert dövme demirler, perlitik temper döküm, titan, derin olarak yüzeyi sertleştirilmiş çelik ve Rockwell B değeri 100’den daha fazla olan diğer malzeme
A Elmas konik uç
60 Sert metaller, ince çelik ve yüzeyi ince tabaka halinde sertleştirilmiş çelik
D Elmas konik uç
100 İnce çelik ve orta kalınlıkta yüzeyi sertleştirilmiş çelik ve temper döküm
E 3,2 mm (1/8 inç)
bilya 100 Dökme demir, alüminyum ve magnezyum alaşımları, yumuşak ince sac metaller
F 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 60 Tavlanmış bakır alaşımları, yumuşak ince sac metaller
G 1,6 mm (1/16 inç)
bilya 150 Fosforlu bronz berilyumlu bakır temper dökümler
Vickers sertlik ölçümü
Vickers sertlik ölçüm yöntemi kapsamında 136° tepe açısına sahip olan bir baskı elemanı kullanılarak belirlenen yük altında malzemeye bastırılır. Bastırılan baskı elemanının bıraktığı dörtgen izin köşegenleri arasındaki mesafe malzemenin sertlik değeri hakkında bilgi sağlamaktadır. Bu kapsamda farklı bölgelerden alınan dörtgenlerin köşegen uzunlukları ölçülerek ortalama köşegen uzunluğu bulunur. Bu ortalama uzunluk formülde yerine konularak malzeme sertlik değeri elde edilir.
Vickers sertlik ölçümünde kullanılan ağırlığın vickers denkleminden ötürü bir önemi olmayıp alınan ölçümde ortaya çıkan sertlik değer yüke bağlı değildir. Bu kapsamda 1 ile 120 kg arasındaki ağırlıklar kullanılabilir. Nominal yük olarak 30kgf kullanılabilmektedir.
Belirlenen yük numune üzerinde 15-20sn tutulduktan sonra baskı ucu numunenin üzerinden kaldırılarak deney tamamlanmaktadır. Vickers sertlik ölçüm yöntemi hem sert hem yumuşak malzemeler için uygun bir ölçüm yöntemi olup genellikle hassasiyet gerektiren ölçümlerde tercih edilmektedir. Vickers sertlik yönteminin hassas olmasından dolayı numunenin ölçüm alınacak bölgesi oksitlerden, mekanik pürüzlerden arındırılmış olmalıdır. Parça yüzeyi pürüzsüz ve parlak olması gerekmektedir. Bundan dolayı ölçüm öncesi mekanik yollarla temizleme ve parlatma işlemine tabi tutulur. Bununla birlikte yapılan ölçümlerdeki doğruluk yüksek olduğu gibi tüm malzeme tipleri için tek tip batıcı uç kullanılmaktadır. Diğer birçok yöntemin aksine sertlik ölçümünde metallerde kullanabildiği gibi seramik malzemelerde de kullanılabilmektedir.
3.4.3. Efektif sementasyon derinliği (ESD)
Efektif sementasyon derinliği ölçümü kapsamında öncelikle Vickers sertlik taraması gerçekleştirilerek hassas bir efektif sementasyon derinliği ölçümü yapılır ve alınan ölçüm yüzey sertliği ölçümleri için referans değer olarak kabul edilir. İş parçası üzerinden numune kesiti alımı gerçekleştirilirken sertleştirilmiş bölgeye dik bir kesit alınarak sertlik izlerinin doğru ölçülmesini sağlayacak şekilde yüzey parlatılır. Bu işlemler sırasında;
• Örnek ısıtılmamalı ve köşeler yuvarlatılmamalı,
• Sertlik ölçümleri, yüzeye dik ve genişliği 1,5 mm olan, paralel bir bantta yapılmalı,
• İki komşu izin birbirine uzaklığı, izin köşegeninin 2,5 katından az olmamalı,
• Yüzeyden itibaren kümülatif uzaklıklar ± 25 mm hassasiyetle okunabilmeli,
• İz ölçme ilerleme kademesi (d2-d1) 0,10 mm'den fazla olmamalı,
• Köşegenlerin boyutları ± 0,5 mm hassasiyetle ölçülmeli,
• Sertlik izleri 9,807 Newton ‘lük bir yükle oluşturulmalı ve
• Bu izler 400 büyütme yapabilen bir optik aletle okunmalıdır [16].
Şekil 3.5. Efektif sementasyon derinliğinin şematik gösterimi [16]
Karbürleme ısıl işleminden sonra, genellikle yüzeyden çekirdeğe doğru azalan bir karbon miktarı gözlemlenir. Efektif sementasyon derinliği, numune üzerinden alınan ölçümlerde Vickers sertliği 550 HV olarak tespit edilmiş olan karbürlenmiş ve sertleştirilmiş tabaka ile yüzey arasındaki dik mesafe olarak ifade edilmektedir. Efektif sementasyon derinliğine üzerinde etkili olan faktörler; çeliğin kimyasal bilesimi, karbonlama ortamının karbon potansiyeli, parçanın şekli ve büyüklüğü, sementasyon sıcaklığı, sementasyon süresi ve su verme esnasındaki soğutma hızıdır. Soğutma hızına bağlı olarak sementasyon işleminden sonra malzeme yüzeyinde meydana gelen martenzit yapı yorulma ömrüne olumlu yönde etki eder.
4. MALZEME VE METOD
Sementasyon çelikleri %0,1-0,25 karbon oranına sahip olduğundan dolayı kolay işlenebilmektedir fakat düşük mekanik özelliklere sahiptir. Bundan dolayı direkt olarak ürün haline getirilememektedir. İstenen mekanik özelliklere göre ısıl işlemlere tabi tutulmaları gerekmektedir. Normalizasyon ve sementasyon ısıl işlemleri sementasyon çeliklerine uygulanabilecek ısıl işlemlerdendir. 16MnCr5, sementasyon çelikleri arasında; %0,14-0,19 oranında Karbon (C), %1,00-1,30 oranında Mangan (Mn), %0,80-1,10 oranında Krom (Cr) içeren çeliklerdir. Normalizasyon ısıl işlemi uygun bir sementasyon çeliğinin tipik olarak sementasyon sıcaklığının üzerine ısıtılması ve sonra atmosfer ortamında soğutulmasıyla gerçekleştirilir. Bu tavlama malzemenin ısıl işlem performansının arttırılması ve talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek amacıyla uygulanır. Sementasyon ısıl işlemi, sementasyon çeliklerinin yüzey bölgesine yüksek sıcaklıklarda karbon emdirilmesiyle serleştirilmesi işlemidir. Sementasyon sonrası çekirdek bölgedeki karbon miktarı %0,10-0,25 değerlerinde kalırken, yüzey bölgedeki karbon miktarı %0,80’e kadar yükselir.
Bu bölümde çalışmada kullanılacak; deney numuneleri, numunelere uygulanan ısıl işlemler, kesici takım uçları, tezgâh ve ölçüm araçları tanıtılacaktır.
4.1. Deney Numuneleri
Deneylerde sıcak çekilmiş ve tamamlaması yapılmış 16MnCr5 çeliği kullanılmıştır.
Kullanılan 16MnCr5 çeliğe ait malzeme sertifikasında belirtilen mekanik özellikler ve deneylerin başlangıcında Alpaş Döküm firmasında yapılan spektro kimyasal analize ait sonuçlar Çizelge 4.1 ve Çizelge 4.2 ’de verilmiştir.
Çizelge 4.1. 16MnCr5 Çeliğinin Mekanik Özellikleri
Malzeme No 1.7131
DIN 16MnCr5
SAE/AISI 5115
Sertlik HB 179 HB
Akma Sınırı (σAK) ≥ Mpa 610 Çekme Dayanımı (σÇ)Mpa 920
Çizelge 4.2. 16MnCr5 Çeliğinin Spektro Kimyasal Analizi
Malzeme No DIN SAE/AISI C Si Mn Pmax S Cr Mo Ni
1.7131 16MnCr5 5115 0,15 0,25 1,10 0,009 0,021 0,96 0,05 0,17
4.1.1. Deney numunelerinin hazırlanması
Deney numuneleri çapı 42 mm olan sıcak haddelenmiş ve ticari olarak temin edilen malzemeden 76 mm boylarında İMES Cuteral PAR 280 tezgahında kesilmiştir. Daha sonra tornalama esnasında parça alnının düzlemselliklerinin bozulmaması için testere kesimi esnasında oluşan çapaklar temizlenmiştir. 54 adet kesilen numuneler normalizasyon ısıl işlemine tabi tutulacak ve normalizasyon ısıl işlemine tabi tutulmayacak şekilde ikiye ayrılmıştır.
4.2. Normalizasyon Isıl İşlemi
Kesilen numunelerden 27 adeti normalizasyon ısıl işlemi görmek üzere Ankas Isıl İşlem firmasına gönderilmiştir. Numuneler 60 dakika boyunca ön ısıtma işlemine tabi tutulmuş, daha sonra %0,18 karbon oranına sahip ortamda 120 dakika 917 ℃’ye ısıtılarak bu sıcaklıkta 190 dakika bu sıcaklığa tabi tutulmuştur. Daha sonra 110 dakika boyunca kontrollü bir şekilde soğumaya bırakılmıştır. Uygulanan normalizasyon ısıl işleminin operasyon parametreleri Çizelge 4.3’te, Zaman-Sıcaklık diyagramı ise Şekil 4.1’de, gösterilmektedir.
Çizelge 4.3. Numunelere uygulanan normalizasyon ısıl işlemi operasyon parametreleri.
Operasyon Adı Operasyon Parametresi Operasyon Süresi
Ön Isıtma Sıcaklığı / Süresi 425 ℃ 60 dakika
Tavlama/ Karbürleme Sıcaklığı/Süresi 917 ℃ 420 dakika
Tavlama/Karbürleme %C 0,18 -
Şekil 4.1. Normalizasyon ısıl işlemi zaman-sıcaklık diyagramı
4.3. Kesici Takım Ve Takım Tutucu
Deneylerde kesici takım olarak Duracarb marka CNMG 120404(R)41, CNMG 120408(R)45, CNMG 120412(R)41 kesici takımlar seçilmiştir. Kesici takımlar Resim 4.1’de gösterilmiştir.
a) b) c)
Resim 4.1. Deneylerde kullanılan kesici takımlar: a) CNMG 120404(R)41, b) CNMG 120408(R)45, c) CNMG 120412(R)41
Takım tutucu olarak ise mekanik sıkmalı tiplerden MBC marka CKJNR 25x25 sağ yan kater kullanılmıştır (Resim 4.2).
Resim 4.2. 25x25 sağ yan kater 4.4. Takım Tezgâhı
Yapılan deneysel çalışmada tornalama işlemleri, Kaleli Şaft ve Metal San. Tic. Ltd. Şti.’de bulunan Mazak Quick Turn Smart 200M (Resim 4.3) tezgahında işlenmiştir. Normalizasyon ısıl işlemine tabi tutulmuş ve normalizasyon ısıl işlemi görmemiş numuneler torna tezgahında kesici takım kenarıyla kesme yönünün birbirine dik olduğu, dik kesme (ortogonal) yöntemi esas alınarak ve kesme sıvısıyla tornalanmıştır. Bu tezgâhın teknik özellikleri Çizelge 4.4’te gösterilmiştir.
Resim 4.3. Mazak quick turn smart 200M
Çizelge 4.4. Mazak Quick Turn Smart 200M torna tezgahının özellikleri
X ekseni (mm) 195
Z ekseni (mm) 560
Tezgah Gücü (kW) 15.0
Devir Sayısı (rpm) 5000
Hidrolik Ayna Çapı (inç) 8”
Hassasiyet (mm) 0,001
Taret, takım bağlama kapasitesi 12
4.5. Kesme Parametreleri
Deney parametreleri olarak;
• Kesici takım uç radyusu; 0,4 mm, 0,8 mm ve 1,2 mm seçilmiştir.
• Kesme derinliği; 0,25 mm, 0,50 mm ve 1,00 mm seçilmiştir.
• İlerleme; 0,2 mm/dak, 0,3 mm/dak ve 0,4 mm/dak seçilmiştir.
Çalışma kapsamında; 3 farklı parametre olduğundan dolayı 33=27 farklı deney yapılmıştır.
Normalizasyon işlemli ve işlemsiz olmak üzere toplamda 54 adet numune elde edilmiştir.
Numunelerin deney parametrelerine göre numaralandırılması Çizelge 4.5’te verilmiştir.
Çizelge 4.5. Numunelerin deney parametrelerine göre numaralandırılması
Normalizasyonsuz Normalizasyonlu
Numune Numarası
Kesici Takım Uç
Radyusu r,mm
Kesme Derinliği
a,mm
İlerleme f, mm/dak
Numune Numarası
Kesici Takım Uç
Radyusu r,mm
Kesme Derinliği
a,mm
İlerleme f, mm/dak 1
0,4
0,25
0,2 1
0,4
0,25
0,2
2 0,3 2 0,3
3 0,4 3 0,4
4
0,5
0,2 4
0,5
0,2
5 0,3 5 0,3
6 0,4 6 0,4
7
1
0,2 7
1
0,2
8 0,3 8 0,3
0 0,4 0 0,4
10
0,8
0,25
0,2 10
0,8
0,25
0,2
11 0,3 11 0,3
12 0,4 12 0,4
13
0,5
0,2 13
0,5
0,2
14 0,3 14 0,3
15 0,4 15 0,4
16
1
0,2 16
1
0,2
17 0,3 17 0,3
18 0,4 18 0,4
19
1,2
0,25
0,2 19
1,2
0,25
0,2
20 0,3 20 0,3
21 0,4 21 0,4
22
0,5
0,2 22
0,5
0,2
23 0,3 23 0,3
24 0,4 24 0,4
25
1
0,2 25
1
0,2
26 0,3 26 0,3
27 0,4 27 0,4
4.6 Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçümü
Yüzey pürüzlülüğü ölçümünde aritmetik ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) değeri dikkate alınmıştır. Ölçümler TR-200 (3200) marka yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı ile yapılmış olup, her bir numuneden 120° aralıklarla üç ayrı yüzeyden ölçümler alınmıştır. Daha sonra elde edilen değerlerin de aritmetik ortalaması alınarak ortalama yüzey pürüzlülüğü (Raort) hesaplanmıştır. Ölçümler yapılmadan önce yüzey pürüzlülük cihazı, kalibrasyonlu bloklar ile doğrulanmıştır. Örnekleme uzunluğu olarak 0,8 mm seçilmiştir. Yüzey pürüzlülük ölçüm cihazının teknik özellikleri ve fotoğrafı Çizelge 4.6’da gösterilmiştir.
Çizelge 4.6. Yüzey pürüzlülük ölçüm cihazı teknik özellikleri [17]
Model TR-200 (3200)
Ölçüm Parametreleri Ra, Rz, Ry,Rq, Rt, Rp, Rmax, Rv, R3z, RS, RSm, RSk, Rmr Ölçüm Aralığı Ra,Rq:0,01-40µm
Rz,Ry,Rp,Rt,R3z,:0,02-160µm Sm,S: 2-4000µm
tp: 1-100%(%Ry)
Örnekleme Uzunlukları 0,25mm(Ra:0,02-0,32µm) 0,8mm(Ra:0,32-2,50µm) 2,5 mm (Ra: 2,5- 15,00 µm) En Fazla Ölçme Boyu 17,5 mm
Standart Prob TS100 Elmas, Radyus:5µm
Hassasiyet ≤±10%
Tekrarlanabilirlik ˂6%
4.7. Sementasyon Isıl İşlemi
Yüzey pürüzlülük ölçümleri tamamlanan numunelere daha sonra Ankas Isıl İşlem’e gönderilerek gaz sementasyonu işlemi uygulanmıştır. Gaz sementasyonu işlem parametreleri Çizelge 4.7’de verilmiştir.
Toplam sementasyon süresi 340 dakika sürmüştür. Numunelere ilk olarak 400°C’de 55 dakika ön ısıtma işlemi yapılmış ve ardından 950°C’de %1,1 karbon oranlı gaz ortamında 180 dakika, %0,9 karbon oranlı gaz ortamında 120 dakika ve en son olarak 850°C’de %0,65
karbon oranlı gaz ortamında tutulmuştur. Sementasyon işlemi sonrasında 80°C’de yağda 20 dakika sertleştirilmiştir. Yağda sertleştirme işlemi sonrasında 180°C’de 90 dakika menevişleme işlemi yapılmıştır.
Çizelge 4.7. Sementasyon ısıl işlem parametreleri
Operasyon Adı Operasyon Sıcaklığı Operasyon Süresi
Ön Isıtma Sıcaklığı / Süresi 420 ℃ 75 dakika
Tavlama/ Karbürleme Sıcaklığı/Süresi 915 ℃ 360 dakika
Tavlama/Karbürleme %C 1,15 -
Difüzyon Sıcaklığı/Süresi 840-860 ℃ 480 dakika
Difüzyon %C 0,75 -
Yağ Sıcaklığı/ Yağda Kalma Süresi 70 ℃ 30 dakika
Temperleme Sıcaklığı/Süresi 210 ℃ 120 dakika
4.8. Vickers Sertlik Ölçümü ve Efektif Sementasyon Derinliği (ESD)
Her bir numuneden hassas kesme cihazında SiC aşındırıcılı kesme diski kullanılarak 10 mm enine kesitler kesilerek, numaralandırılmanın görülebilmesi için şeffaf bakalite gömülmüştür. Bakalite alma işlemi sıcak kalıplama olarak adlandırılan yöntem ile yapılmıştır. Toz bakalit sıkıştırıldıktan sonra 130°C’ye kadar ısıtılmış, daha sonra cihaz kapatılarak 45 dakika soğumaya bırakılmıştır. (Resim 4.4)
Resim 4.4. Numunelerin bakalite alınması
Soğuyan bakalitteki numuneler sırayla 180, 240, 320, 480, 600 partikül zımparalar ile zımparalanıp; ardından elmas solüsyon ile parlatılmıştır. En son olarak numunelerin
sementasyon tabakalarının ölçüm esnasında daha kolay ayırt edilebilmesi için %3’lük nital solüsyonu ile dağlama işlemi yapılmıştır.
Dağlama işlemi sonrasında numunelerde; TS EN ISO 6507 standardına uygun olarak yüzeye dik olarak, sert tabaka üzerinde 9,807 Newton ‘lük bir yük ile 0,1 mm aralıklarla sertlik taraması yapılmıştır (Resim 4.5). 550 HV 'nin bulunduğu nokta ile yüzey arasındaki uzaklık ise o numunenin efektif sertlik derinliği (ESD) kabul edilmiştir.
Resim 4.5. Efektif Sertlik Derinliği taraması yapılan konumlar
Sertlik ölçümü DHV-1000 Dijital Mikro Vickers Sertlik Ölçüm Cihazında yapılmıştır Cihazın teknik özellikleri ve fotoğrafı Çizelge 4.8’de verilmiştir.
Çizelge 4.8. Vickers sertlik ölçüm cihazının teknik özellikleri ve fotoğrafı Sertlik Skalası HMV
Toplam Yükler 0, 25, 50, 100, 200, 300, 500, 1000 gf
(0,098; 0,246; 0,49; 0,98; 1,96;
2,94;4,90;9,80N)
Objektif 10X, 40X
Toplam Büyütme 100X, 400X
Yükün Bekleme Süresi 5-60 saniye arasında
Çözünürlük 0,0625µm
Test Aralığı 1HV-2967HV
Mikrometre Çözünürlüğü
0,01mm
