ZİRAAT FAKÜLTESİ Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü Makine Malzeme Bilgisi

ZİRAAT FAKÜLTESİ

Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Makine Malzeme Bilgisi

6. ISIL İŞLEMLER

ISIL İŞLEMLER

Isıl işlem, genel çerçevesiyle, belirli bir malzemeyi istenilen özellikler doğrultusunda belirli bir sıcaklığa ısıtmak, bu sıcaklıkta belirli bir süre tutmak ve ardından belirli bir hızda soğutmak olarak tanımlanır.

Çeliklere uygulanan bütün temel ısıl işlemler östenit fazının dönüşümü ile ilgilidir.

Dönüşüm ürünlerinin türü, bileşimi ve metalografik yapısı çeliğin fiziksel ve mekanik özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Başka bir deyişle; bir çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği dönüşüm ürünlerinin cinsine, miktarına ve metalografik yapısına bağlıdır.

Isıl işlemle çelikte meydana gelen yapı değişimleri, çeliğin kullanım özelliklerini belirlemektedir. Çelikte alaşım elementlerinin en önemlisi karbondur. Demir esaslı malzemelerde değiştirilebilen özellikler, karbon ve alaşım elementlerinin çeliğin yapısı içerisindeki dağılımlarına bağlıdır.

ISIL İŞLEMLER

Uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleri genellikle aşağıdaki amaçları gerçekleştirmek içindir. Bunlar;

 Sıcak ve soğuk biçimlendirme gerginliklerini gidermek,

 Talaş çıkarma işçiliklerini kolaylaştırmak,

 Sertlik ve dayanım kazandırmak,

 Darbelere direnci arttırmak,

 Elektrik ve manyetik özelliklerini geliştirmek,

 Kristal yapısını geliştirmek,

 Isı ve korozyon direncini yükseltmek,

 Kimyasal bileşimini değiştirerek özellik kazandırmak,

 Zamanla sertleşmeyi sağlamak,

 Metal ve alaşımların gazlarını uzaklaştırmak.

ISIL İŞLEMLER

Demir–Karbon denge diyagramı esas alınarak, teknik ısıl işlem yöntemleri iki ana gruba ayrılır;

 Birinci grupta, demir olmayan diğer tüm metallerde de uygulanabilen;

 Bileşim farklılıklarının dengelenmesi için difüzyon tavlaması,

 Talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek için kaba tane tavlaması,

 Soğuk şekillendirmeyle yükselmiş dayanım ve sertliğin giderilmesi için rekristalizasyon tavlaması,

 İç gerilmelerin azaltılması için gerilim giderme tavlaması,

 Dayanımın yükseltilmesi için çökelme sertleştirmesi sayılabilir.

 Yalnız çelikler için söz konusu olan ve daha fazla öneme sahip ikinci grupta ise;

 Sertleştirme (su verme),

 Tavlama (temperleme),

 Islah işlemleri söylenebilir.

ISIL İŞLEMLER

1. Sertleştirme (Su Verme)

Sertleşebilirlik, su verme işlemi sonucu yapısı martenzite dönüşen bir çeliğin sertleşme kabiliyeti olarak tanımlanır. Sertleşebilirlik deneyleri su verme ile elde edilen sertlik derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Bu derinlik, martensit miktarının yüzeyden itibaren yarıya indiği ya da %50 martenzitin var olduğu mesafe olarak ifade edilmektedir.

Sertleşebilirlik ile sertlik farklı kavramlardır. Maksimum sertlik çeliğin karbon miktarına bağlıdır. Sertleşebilirlik ise çeliğin kimyasal bileşimine (karbon ve alaşım elementleri), yapısına ve su verme sırasında ostenit tane boyutuna bağlıdır.

Sertleşebilirlik deneyi 2 çeşittir:

 Grossman sertleşebilirlik deneyi,

 Jominy uçtan su verme deneyidir.

ISIL İŞLEMLER

Martenzit; karbon çözündürmüş olan ostenitin, düşük sıcaklıkta kafes dönüşümüne uğraması sonucu, karbon difüzyonunun engellemesi ile oluşur. Ostenit kristalleri içindeki karbon atomları, sıcaklığın düşmesiyle birlikte yerlerinde kalamayacakları için kristallerinden çıkmak isteyeceklerdir. Ancak karbon atomlarının yerlerini terk etmeleri ve sonra da sementit yapmaları zaman alacağından, dönüşme başlar başlamaz sıcaklık ötektoid sıcaklığın altına düşecektir. Hacim merkezli kristal kafesler aşırı karbon sayısı ile gerilir ve uzayarak hacim merkezli tetragonal bir kristal oluşur. Karbonca aşırı doymuş bu yarı kararlı faza martenzit adı verilir. Martenzit;

 Sert, dayanımı yüksek,

 Darbeler karşısında kırılabilen,

 Biçimlendirme özelliği olmayan bir yapıdır.

ISIL İŞLEMLER

Yağ Çeliği, Su Çeliği ve Hava Çeliği Nedir?

Burada hava, su ve yağ kelimeleri ile o çelik için uygun olan sertleştirme ortamı kastedilmektedir.

Sade karbonlu çeliklerle bazı cins çelikler su ile soğutulursa sertleştirilirler. Aksi takdirde sertleşmezler. Bu nedenle bu çeliklere su çelikleri adı verilir. Örnek: %1 karbon ve %0,25 manganlı bir su çeliği ele alalım bu çelik ağaç matkapları, freze bıçakları el keskisi testere ve küçük makasların yapımında kullanılmaktadır.

Yapılarında %1’den fazla manganez bulunduran çelikler ile bazı özel çelikler aşırı soğutma hızlarına dayanamaz ve çatlarlar. Bunu önlemek için, böyle çeliklere yağ verilir. Bu nedenle bu çeliklere yağ çelikleri adı verilir.

Hava çelikleri ise, genellikle yüksek alaşımlı çelikler anlaşılmaktadır. Bu çeliklerin sertleştirilmeleri çok iyi olup hava veya uygun gaz akımı ile soğutularak kolayca su verilebilirler. Bu çeliklere ise hava çelikleri adı verilir.

ISIL İŞLEMLER

2. Tavlama (Temperleme)

Malzemelerin, talaşlı işlem kabiliyetini artırmak, plastik şekillendirme kabiliyetini artırmak, içyapı özelliklerini düzeltmek gibi amaçlarla yapılan ve malzemenin istenen bir sıcaklığa kadar ısıtılıp, yavaş soğutulması şeklinde gerçekleştirilen işlemlere tavlama denir. Tavlama işlemi işlem sıcaklıkları ve soğutma şekilleri yönünden farklı şekillerde ifade edilir. Başlıca tavlama işlemleri şu şekilde belirtilebilir.

 Normalleştirme tavı,

 Yumuşatma tavı,

 Gerginlik giderme tavı,

 Difüzyon tavlaması,

 Yeniden kristalleşme tavlaması,

 İri tane tavlamasıdır.

ISIL İŞLEMLER

 Normalleştirme Tavı

Genelde tane küçültmek, homojen bir içyapı elde etmek, malzemenin işlenme ve mekanik özellikleri iyileştirmek, ötektoid üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak, yumuşatma tavına tabi tutulmuş çeliklerin sertlik ve mukavemetlerini artırmak amacıyla yapılan ısıl işleme normalleştirme tavı denir.

Normalizasyon daha çok;

 Yarı mamullerde, yüksek sıcaklıkta dövülmüş veya haddelenmiş parçalarda kaba taneli yapının ince taneli hale getirilmesi için,

 Veya dökümden sonra meydana gelen çok az sünekliğe sahip kaba yapının düzenlenmesi için döküm malzemelerde uygulanır.

ISIL İŞLEMLER

 Yumuşatma Tavı

Çelikteki yapıyı küresel hale getirerek dengeli bir yapı oluşturmak amacıyla uygulanan ısıl işleme yumuşatma tavlaması denir.

Yumuşatma sonucunda;

 Sertlik önemli ölçüde düşer ve süneklik artar.

 Yüksek karbonlu çeliklerde yumuşatma ile talaşlı şekillenebilirlik iyileşirken, düşük karbonlu çeliklerde talaşlı şekillenebilirlik kötüleşir. Özellikle yüksek karbonlu çeliklerde yapının sertleştirme için uygun hale getirilmesi amacıyla yumuşatma tavlaması yapılması önemlidir.

 Yumuşatma tavı genellikle %0.5 den fazla C içeren çeliklere uygulanır.

ISIL İŞLEMLER

 Gerginlik Giderme Tavı

Parçalarda mevcut olan iç gerilmeleri azaltarak sorun yaratmayacak seviyeye indirmek ya da tamamen yok etmek için yapılan ısıl işleme gerginlik giderme tavı denir.

İç gerilmeler yüzey ve çekirdek arasındaki sıcaklık farkından dolayı hızlı soğuma, doğrultma-bükme gibi plastik şekil verme, kaynakta veya ince yüzey tabakalarında talaşlı şekillendirme sonrası çok değişik nedenlerle meydana gelebilir.

Sertleştirme sonucu doğan gerginlik, çelik içine hapsedilmiş bir enerji gibidir. Bu enerji dış etkilerle birleşerek ya da yaşlanma sonucu çeliğin daha da sertleşmesine ve çatlamalara neden olur.

ISIL İŞLEMLER

Çatlamaları önlemek ve çelikten daha çok yararlanabilmek için iç gerginliklerin giderilmesi gerekir. İki şekilde gerginlik giderilir;

 Meneviş verme;

Sertleştirilmiş parçalarda martenzitik yapıdan dolayı büyük gerilmeler mevcuttur ve kırılgan bir yapıya sahiptir. Sertleştirilmiş parçalar 100-650^oC arasında ısıtılarak bu gerilmeler giderilir. Ancak bu sırada sertlikte de düşme olur.

Sertleştirilmiş çelikler menevişlendiğinde çekme dayanımı ve akma sınırı, düşük meneviş sıcaklıklarında bir miktar artma gösterebilir. Ancak artan meneviş sıcaklıklarında devamlı düşme gösterirler.

Buna karşın malzemenin şekil değiştirebilirlik karakteristikleri olan kopma uzaması, kesit daralması ve çentik darbe dayanımı meneviş sıcaklığı arttıkça artar.

ISIL İŞLEMLER

 Islah,

Islah etme, iş parçalarına ve yapı elemanlarına büyük dayanım, yüksek bir akma sınırı, yüksek süneklik ve ayrıca plastiklik kazandıran bir işlemdir. Önce bir sertleştirme ve arkasından meneviş (genellikle yüksek sıcaklıktaki meneviş) olayları, birbiri peşi sıra uygulandığında Islah işlemi olarak adlandırılır.

Islahta seçilen meneviş sıcaklıkları, sertleştirilmiş duruma nazaran sertlikte önemli ölçüde düşme yapar. Meneviş sonrası yapı temperlenmiş martenzit olur. Malzeme kopmaya ve uzamaya karşı dayanıklı hale gelir.

Uygun ıslah işlemi yapabilmek için sertleştirme sıcaklığının doğru seçilmesi gerektiğinden, çeliğin karbon miktarı ve alaşım durumu tam olarak bilinmelidir.

Sertleştirme öncesi gerilim giderme veya normalizasyon yapılması yararlıdır.

Islah çelikleri TS 2525 ve EN 10083’de standartlaştırılmıştır.

ISIL İŞLEMLER

 Difüzyon (Homojenleştirme)Tavlaması

Döküm sonrası tane içerisinde nispeten hızlı soğumanın sebep olduğu kimyasal bileşim farklılıkları olabilir. Bu durumu ortadan kaldırmak için malzeme erime sıcaklığının altında uzun süre tavlama uygulanır. Katılaşma sırasında tane boyutu ve şekil farklılıklarını difüzyon yoluyla gidermek için de yapılan tavlamadır.

 Yeniden kristalleşme Tavlaması

Soğuk sertleşmeyi gidermek ve uzama yeteneğini kazandırmak amacıyla uygulanır. Malzeme yeniden kristalleşme sıcaklığı bölgesinde tavlanır.

 İri Tane Tavlaması

Malzemenin daha iyi talaş kaldırma özelliğine kavuşması için uygulanır. Düşük karbonlu çeliklerde (%0.2 den az), iyi talaş kaldırma özelliğini elde etmek için kullanılır.

ISIL İŞLEMLER

ISIL İŞLEMLER

Yüzey Sertleştirme Yöntemleri

Çelikler yüzeyden bir tabakanın sertleştirilmesi ile çalışma koşullarına uygun hale getirilirler. Bu uygulamaya örnek tip parçalar; krank mili, kam mili, kamalı miller, dişli çarklar, saptamalar, kavrama parçaları, zincirli ve tırtıllı tahrik parçaları gibi… Yüzey sertleştirme yöntemleri; ya sementasyon ve nitrasyon da olduğu gibi, yüzeyde malzemenin kimyasal yapısının değiştirilmesiyle, ya da değiştirmeden malzemenin kendi bileşiminden yararlanılarak uygulanır. Yüzey sertleştirme yöntemleri ise;

 Sementasyon,

 Nitrasyon,

 Diğer yüzey sertleştirme yöntemleri (alevle sertleştirme, indüksiyonla sertleştirme

ISIL İŞLEMLER

 Sementasyon

Bu yöntemde yüzeyin kimyasal bileşimi değiştirilmektedir. Az karbonlu çelikler (%0.2 ve daha az karbon içerenler), yüzeyine bir miktar karbon verilerek ısı işlemine tabi tutulur ve yüzeyleri sertleştirilir. Bu işlem, çekiç başları, piston pimleri, dişli çarklar gibi aşınmaya ve ani darbelere dayanması istenen parçalara uygulanır.

Sementasyon maddesi olarak odun kömürü, kok veya linyit kullanılarak iş parçası üzeri açık madensel bir kasa içine gömülür. Kasa, üzeri kapatılarak fırına konur ve 900°C ye kadar ısıtılır. Kasa, karbon alacak olan iş parçasının büyüklüğüne göre, fırın içinde 15 dakika ile 1 saat arasında bırakılır. Bu suretle çelik 0,4 mm. derinliğe kadar karbon alabilir. İş parçası kasa içinden çıkarılıp suya daldırılarak sertleştirilir. Sadece dış yüzey su alır, iç kısım veya çekirdek kısmı yumuşak kalır.

ISIL İŞLEMLER

 Nitrasyon

Düşük sıcaklık yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olan nitrasyon; çelik parça yüzeyine azot atomlarının ara yer atomu olarak gönderilmesi ile yüzeyde sert bir tabakanın oluşturulması esasına dayanır. Azot sağlayıcı ortam olarak tuz banyosu ve gaz atmosferi kullanılabilir.

Nitrürleme işlemi 480-540 °C gibi düşük sıcaklıklarda yapılmaktadır. Bu sıcaklıklarda karbonlu çelikler ferritiktir. Nitrürleme işlemi Al, Cr, Mo, Ti ve V gibi nitrür oluşturan elementleri içeren çeliklere uygulanmaktadır.

Daha çok değişken yüklemenin olduğu ve çok yüksek olmayan yüzey basınçlarının, sürtünme oluşturacak biçimde etki ettiği taşıt ve motor yapımında kullanılır. Örneğin;

krank ve kam milleri, aks mafsalları, vites kutuları, su ve yağ pompaları için dişli çarklar, direksiyon takımları, silindir yuvaları, silindir başları, hidrolik direksiyon direksiyon parçaları gibi…

ISIL İŞLEMLER

 Diğer yüzey sertleştirme yöntemleri

Alevle sertleştirme; sertleştirilecek yüzey, oksijenle yakılan bir gaz yakacağın alevi ile su verme sıcaklığına kadar kızdırılır ve kızdırmadan hemen sonra hızla soğutulur.

Alevle sertleştirme, otomobil aksları ve benzeri parçaların, bilhassa fırına girmeyen çok büyük parça ve dişli çarkların sertleştirilmesinde kullanılır.

İndüksiyonla sertleştirme; Burada, frekansı 10000-100000 arasında değişen bir akımın geçtiği sargılar arasına konan çeliğin yüzeyi, birkaç saniyede su verme sıcaklığına kadar ısınır. Isınan yerler, soğutma sıvısı püskürtmek veya soğutma sıvısına daldırmak suretiyle hemen soğutulur. Örnek olarak; krank millerinin yatak içinde kalan kısımlarına uygulanır ve böylece aşınma direnci kazandırılmış olur.

ISIL İŞLEMLER

Sementasyon Nitrasyon

Alevle yüzey sertleştirme İndüksiyonla yüzey sertleştirme