5.CELİKLERİN ISIL İŞLEMLERİ
5.1 Dengesiz Donuşumler
Isıtma işleminde alt değişim noktası , otektoid altı celiklerin ust değişim noktaları , otektoid ustu celiklerin değişim noktası ise Acm olarak belirlenmiştir. Benzer şekilde sokulma işleminde değişim noktaları ise, Ar olarak belirlenmiştir. Otektoid altı ve ustu celiklerin alt donuşum noktaları Ar, otektoit altı celiklerin Ar3, otektoit ustu celiklerin değişim noktaları ise Arcm olarak şekil 5.2’de gorulmektedir. Bu donuşumlerin oluşumları icin ısıtma ve soğutma işlemleri yeterince yavaş olmalıdır. Donuşum tamamlanabilmesi icin yayınım (difuzyon) işlemi tamamıyla gercekleşmelidir. Yani bunlar icin denge sıcaklığına ulaşılmalıdır. Bununla birlikte soğutma ve ısıtmanın cok daha hızlı olduğu ısıl işlemlerde dengeli yapıların oluşumuna neden olur. Eğer soğutma işlemi daha duşuk yoğunlukta yapılırsa, donuşum izotermal (sabit sıcaklıkta) gelişir. Sonra bir miktar demir karbid oluşur ve ayrışır.
Su verme banyo sıcaklığı, 250°C’de donuşume imkan verirse, oluşan partikuller duşuk beynit yapıdadır. Duşuk beynit cok ince bir yapı olup, yuksek buyutecli mikroskop altında gozukur. Duşuk beynit yapının gorunuşu martensite benzemekle beraber, sertliği daha az olup, tokluğu daha fazladır.
Su verme banyo sıcaklığı, 550°C2ye yakın bir değerde donuşume imkan verildiğinde, oluşan partikullere ust beynit denir. Bu partikuller duşuk beynitte daha ince ve dağınık taneli bir yapı oluştururlar. Ust beynit yapı daha yumuşak ve daha toktur.
Su verme banyo sıcaklığı, 550°uzerinde ancak A1hattının altında (723°C) bir değerde donuşume imkan verildiğinde, tokluk daha da artacak, sertlik duşecek ve perlit yapı oluşacak.
Yukarıdaki yorumlardan da anlaşılacağı uzere, mikro yapının oluşumu iki etkene bağlıdır.
(a) Donuşumun olduğu sıcaklık;
(b) Donuşumun oluşum suresi (donuşum hızı vb.)
Dengesiz donuşumlere sıcaklık ve zamanın etkisi en cok bilinen demir-karbon sıcaklık denge diyagramı kullanılarak acıklama yerine, zaman-sıcaklık donuşum (ZSD) diyagramları kullanılarak daha iyi acıklanabilir. Zaman sıcaklık donuşum diyagramları izotermal donuşum (İD)diyagramları veya basitce şekilden dolayı “S Eğrileri” olarak bilinir.
5.2 Zaman-Sıcaklık Donuşumunun Diyagramlarının Yapısı
Demir-karbon denge diyagramları butun sade karbonlu celiklere uygulanmasına karşılık, zaman-sıcaklık donuşum eğrileri sadece ozel alaşımlı bir celik icin kullanılabilir. Eğer değişik bir cok celik arasında karşılaştırma yapılacaksa, her bir celik icin o celiğe ozel zaman-sıcaklık donuşum eğrileri incelenmelidir. Şekil 5.3’de bu tip diyagramlar gorulmektedir.bu tip diyagramları oluşturmak icin aşağıdaki işlemler izlenir.
Muayene edilecek celik parcalardan yaklaşık 12 mm capında, 1,5 mm
Şekil 5.2 Sade Karbonlu Celikler İcin Değişim Noktaları


kalınlığında cok sayıda ornek parca alınır.
bu ornek parcalar tuz banyosu fırınında, A3/Acm cizgisini tam uzerindeki bir sıcaklıkta fırına sarkıtılır. Ornek parcalar tepkime gostermeyen, ısı direncli tellere asılır. Bu işlem şekil 4.4’de gorulduğu gibi bir ostenit banyosudur. Yani ornek parcalar ostenit oluşum şartlarına getirilir.
Uygun sayıda ornek parca, ikinci tuz banyosuna nakledilir. Şekil 5.4’deki işleme “kulucka” banyosu denilmektedir. Fırın sıcaklığı 723°C’nin altında, onceden belirlenmiş bir sıcaklıkta tutulur. Orneğin 250°C sıcaklık, duşuk beynit yapısına niyet edildiğinde uygundur. Bu banyoda ostenitin karbide donuşumu ornek parcaların banyoda kalma zamanına bağlıdır.
Numuneler kulucka (tuz) banyosundan birer birer cıkarılarak şekil 5.4’deki gibi su verilir. Son banyo olan bekletme banyosunda kalmış ostenit yapı, martensite donuşur.
Su verilen ornek parcalar parlatılır, dağlanır ve tuz banyosu suresince oluşan donuşum, mikroskop altında incelenir. Şekil 5.5’de bu işlemlerin sonucları gorulmektedir. Kulucka sıcaklıkları icin verilen zaman aralığı arttıkca donuşum derecesi de artacaktır. Sıcaklık aralıkları (T1,T2,T3......vb) farklı olacak şekilde şekil 5.5’deki gibi benzer sonuclar kumesi elde edilir. Elde edilen sonuclar ortak eksenler uzerinde cizilir ve şekil 5.3’de gorulduğu gibi zaman-sıcaklık
eğrileri uretilmiş olur.

Numune

Soğutma (kulucka) zamanından (T)
Birinci Taşıma sonra ikinci aşama






Şekil 5.3 Sade Karbonlu Bir Celik İcin Tipik-Zaman Sıcaklık Donuşum Eğrileri

Şekil 5.4 zaman sıcaklık donuşum diyagramlarının oluşturulması icin ısıl işlem sırası

5.3 Zaman-Sıcaklık Donuşum Diyagramlarının Yorumu
Şekil 5.6’da otektoid bileşimli sade karbonlu bir celiğin, zaman-sıcaklık donuşum diyagramı gorulmektedir. Sade karbonlu celik icin 723°C’nin ustundeki sıcaklık, duşuk kritik sıcaklığı (A1) temsil eder. Bu nedenle incelenecek olan celikler otektoit bileşim olup, bu sıcaklığın uzerindeki celik yapıların tamamen dengeli ostenittir. 723°C’ in altındaki ostenit, artan şekilde dengesizleşmektedir. Donuşum suresince başlangıc ve bitiş noktaları iki eğri hatla gosterilir. 723°C’nin tam altında, ostenit yapıda bir miktar kararsızlık olurken donuşum işlemlerinde de dikkate değer bir direnc oluşmaktadır. Bunun yanında, sıcaklık duşerken, ostenitteki dengesizlik derecesi artmaktadır. Donuşum tamamlanması suresince başlangıcta en duşuk seviyede olan dengesiz yapı 550°C’ye ulaşılan sure icinde artış gosterir. 723°C ve 550°C arasındaki donuşum başlangıcı demir karbidlerin cokelmesiyle başlar ve donuşum urunleri 723°C’ın tam altında kaba perlit, 555°C civarında ise ust beynit ( ince perlit) yapıdadır. Sıcaklık 550°C’in altına duşerken ostenitin artarak dengesiz yapı oluşturmasına rağmen, daha duşuk sıcaklıklarda demir icinde karbon yayımına neden olmakta ve bu işlem daha yavaş ilerlemektedir. Son etken 550°C’nin altında daha buyuk etkiye sahip olup donuşumun oluşumu icin gecen zaman zarfında, donuşumun başlangıc ve bitiş arasındaki değişmeler şekil 5.6’da gorulduğu gibi Şekil 5.5 Donuşum Banyoları Neticesinde Oluşan Tipik Malzeme İc Yapıları



gorulur.550°C’tın ustunde donuşum demir karbidin cokelmesiyle başlamış, 550°C’tın altında ferritin cokelmesiyle başlamıştır.donuşum urunleri başlangıcta koyu bir yapıda 550°C’de ust beynitte tuylu yapıda, 220°C’de duşuk beynitte ise iğne goruntulu yapıdadır. Eğer otektoit celik sıcaklığı aniden su verilerek hızlı ve verimli Şekil 5.7 %0,4 Karbon İceren Sade Karbonlu Celik İcin Zaman-Sıcaklık Donuşum Eğrisi

şekilde duşurulurse, donuşumde beynit atlanarak otektoit yapı martensite donuşturulur. Daha sonra oluşan martensit miktarı “M” cizgisi ile gosterilir. Şekil 5.6’da celikleri diyagramında “A” noktasıyla gosterilenden daha az zamanda soğutulmasının anlamı budur. Ms cizgisinde martensit bir yapı oluşturmaya başlar ve bu cok kucuk oluşumdur. Belli bir sure sonra M90’da martensite donuşum %90 ‘dır. Donuşumun tamamlanması, celiğin Mf (-50°C) cizgisine kadar soğutulmasından sonra başlar. Oda sıcaklığında su verme işleminde ise bir miktar ostenid daima kalır. Şekil 5.7 %04 ‘luk sade karbon celiğinin zaman sıcaklık donuşum diyagramına gostermektedir. Demir-karbon denge diyagramı refarans alınırsa, otekdoit ustu celiklerde duşuk kritik sıcaklık (A1) hattı ve ust kritik sıcaklık (A3)hattı arasında bir bolge vardır. Burada ferrit ve dengeli ostenit birlikte mevcuttur. Boylece, ferrit donuşumleri icin sıcaklık-zaman donuşum diyagramlarında ilave bir bolge oluşmuştur.
5.4 Soğutma İşlemleri
Oda sıcaklığında soğutma işleminin daha hızlı ve karbon miktarında gore de celiğin daha sert olduğu ifade edilmiştir. Bu ifadenin doğruluğu aşağıdaki şekilde ispat edilmiştir.
Martensit yapı oluşturmak icin, soğutma işlemi ostenit sıcaklığından beynit donuşumun başlangıcına kadar cok hızlı olmak zorundadır.
Soğutma işleminin sonunda, dengesiz ostenitin en yuksek seviyede martensite donuşumunu temin icin sıcaklık en alt sevide olmalıdır.
Uretim koşulların altında, sade karbonlu celiklerde %100’luk martensite asla erişilemez. Oncelikle değişim ostenitten (g demiri) martensite (a demiri) celikteki yapısal değişikliklerin (FCC-BCC) beraberinde ulaşılır ve sonucta hacimsel değişim olur. Cok ince parcalar haric, değişim soğumanın en yavaş olduğu parca oz kısmından once, dış tabakalarda oluşacaktır.bu da parcanın carpılması ve catlamasıyla sonuclanır. İkinci olarak soğutma banyosunun Mf (-50°C) sıcaklığında tutulabilmesinin imkansızlığıdır. Cunku butun soğutma sıvıları bu ısıda donarak katılaşır. Boylece soğutma işlemi, catlama veya carpılma ihtimalinin en duşuk seviyede olmasını sağlayan en ust duzeyde, ostenitin martenisite donuşumunu gercekleştiren bir işlemdir. Boylece celiğe verilmesi mumkun olan en yuksek sertlik verilir. Su ile sertleştirme işlemi daha ayrıntılı bicimde aşağıda incelenecektir.

Şekil 5.8 Alaşımlı Celikler İcin Bazı Tipik Zaman-Sıcaklık Donuşum Eğrileri
Ostenit celiklerin 723°C ile 250°C arasındaki sıcaklıklarda soğutma (kulucka) banyosunda soğutulduğu ve ornek parcanın da donuşumun gercekleştiği bu sıcaklıkta tutulduğu belirtilmişti bu neden bu donuşum sabit sıcaklıkta (izotermal) oluşmaktadır. Acıkca gorulmektedir ki bu işlem, celiğin oda sıcaklığındaki sıvı banyosunda soğutulmasıyla olmamaktadır. Soğutma ostenit sıcaklığının altında oda sıcaklığının biraz yukarısındaki sıcaklıkta kesintisiz olarak oluşmaktadır. (Isı enerjisinin taşınması ile soğutma sıvısının sıcaklığı yukseltilecektir.) bu nedenle herhangi donuşum soğutma işlemi suresince oluşur, yoksa sabit sıcaklıkta oluşmaz. Bir soğutma eğrisinin zaman sıcaklık donuşumu (ZSD) diyagramında sağa kaldırılmasında etkilidir. Şekil 5.9’daki eğrilerden sabit sıcaklıkta ve soğutma ile yapılan donuşumler karşılaştırıla bilinir. Otektoid bileşimli celikler basitlikleri sebebiyle secilmişlerdir. Denge koşulları altında ostenitin yapısı A1sıcaklığında (723°C) aniden değişir.
Şekil 5.9 Otektoid Bileşimli (%0,83 C) Sade Karbonlu Bir Celiğin Surekli Soğuma Eğrileri

Halbuki otektoid altı ve ustu celiklerin yapıları ceşitli donuşum urunleri eşliğinde daha geniş sıcaklık aralıklarında değişmektedirler. Soğutma eğrileri sabit sıcaklıkta uretilen (ZSD) diyagramlarına uygulanamaz. Fakat, şekil 5.9’da gorulduğu gibi ılımlı hale getirilmiş ZSD diyagramlarında uygulanabilir.
Eğri, yoğun olarak su ile soğutmanın sonucudur. Soğuma eğrisi donuşum eğrisinin burnunu yakalayamadığından beynit yapı oluşmaz. Dengesiz ostenit Ms sıcaklığında martensite donuşume başlayacak ve değişim yuzdesi metal banyo sıcaklığına ulaşıncaya kadar artacaktır. Bu işlem 0°C ile 100°C arasındaki bolgede olacağından %90 martensit ile beraberinde kalan bir miktar ostenit, birlik bir yapı oluşturacaktır. Bunu elde etmek icin soğutma kritik soğutma oranından hızlı olmalıdır. Kritik soğutma oranı, verilen celik icin uygun donuşum eğrisinin burnunun en uctan kesilmesi ile elde edilir.
Eğri, daha yavaş soğutmanın sonucu olan eğridir ve kritik soğutma oranına erişilmez. Bazı beynit donuşumler A ve B noktaları arasında olmaktadır. Donuşumde kalan ostenit Ms sıcaklığında martensite donuşume başlayacaktır daha sonraki donuşumde banyo sıcaklığına yaklaşıldığında donuşum zayıflayacaktır. Celiğin son bileşimi martensitle beraber bir miktar yumuşak beynit, hatta daha yumuşak beynit ile ilk yapıdan artan osteniti icerir. Bu nedenle birinci eğrinin sertliğine erişilemez. Kalın parcalarda yuzey, kısımlarda birinci eğrinin şartlarına uygun bir yapıya, parcanın oz kısmında ise iki eğriye uygun bir yapıya erişilir. Parcanın oz kısmında soğutma işlemi daha yavaş oluşur.
Eğri, yavaş soğumanın bir neticesidir. Orneğin bir parcanın normalleştirilmesi.
perlite donuşecektir. Sıcaklığın Ms noktasına gececek olmasına rağmen Burada Şekil 5.10 %0,3’luk Sade Karbonlu Celiğin Suda Soğutulmasının Etkileri
Dengesiz ostenit C ve D noktaları arsındaki bir miktar ust beynitle birlikte malzeme kesitin kalınlığına ve soğuma oranına bağlı olarak tamamen ince kesitin kalınlığına ve soğuma oranına bağlı olarak tamamen ince dengesiz ostenitin daha onceden perlit ve beynite donuşmuş olması nedeniyle hic martensit yapı oluşmayacaktır. dengesiz ostenitin daha onceden perlit ve beynite donuşmuş olması nedeniyle hic martensit yapı oluşmayacaktır. Şekil 5.10’da duşuk karbonlu bir celiğin eğrisi gorulmektedir. Eğride gorulduğu gibi soğutma eğrisinin burnu, diyagramı zamanın 0 noktasında kesmekte ve kritik soğuma eğrisi oluşmamaktadır. Bu nedenle dengesiz ostenitin, bir miktarı doğrudan martensite, ostenitin coğunluğu ise doğrudan A ve B arasında perlite be beynite donuşmektedir. Sadece cok sınırlı sertleşme olabilmektedir. Uygulamada celiklerin bu şekilde sertleştirilmesi fazla kullanılan bir yontem değildir.
Nikel, krom ve molibden gibi alaşım elemanlarını etkisiyle ZSD diyagramının eğrisinin sağ tarafa kaydığı ifade edilmiştir. Şekil 5.11’de %4,5 nikel-krom alaşımlı celiğin yağda nasıl soğutulduğu ve dengesiz ostenitin doğrudan martensite donuşumunun başladığı gorulmektedir. Soğutma eğrisi, su ile soğutma eğrisine nispeten daha dik olmasına rağmen eğrinin burnu yinede soldadır. Bu nedenle kritik soğutma oranı aşılmaktadır. Alaşım elementi miktarlarının daha yuksek olmasıyla ve kucuk parcalar havada soğutulabilir. Bu ceşit daha yavaş soğutma oranları ile catlama veya carpılmaların sayısının azalacağı acıktır.
5.5 Sertleştirme

Şekil 5.11 %4.5 nikel-kromlu celiklerin yağda soğutulmalarının etkileri

Sade karbonlu celiğinin, celiğin ihtiva ettiği karbon oranına ve sertleştirme sıcaklığından itibaren soğutma oranına bağlı olduğu daha once gosterilmişti. Kalın ve ince parcalar aynı soğutma banyosunda soğutulduklarında ince parcalar, ısı enerjilerini kalın parcalara gore daha hızlı kaybedeceklerdir. Kalın parcaların oz kısmında ısı tutulacağı icin parcanın ozu daha yavaş soğuyacak ve ısıtma eğrisi, zaman-sıcaklık donuşum eğrisinin (şekil 5.9) burnunu kesecektir. Serlikteki bu değişim kutlesel etki olarak isimlendirilir.
Sade karbonlu celikler, yuksek kritik soğuma oranına sahiptirler ve bu nedenle geniş kesitler şekil 5.12(b)’de gorulduğu gibi tamamen sertleştirilemezler. Bu nedenle sade karbonlu celikler zayıf sertleştirilebilme ozellikli malzeme olarak bilinir.
Diğer taraftan sadece %3 karbon iceren %3 nikelli celiğin kesitinin tamamı duzenli şekilde sertleştirilebilmektedir. Cunku bu tip celiğin kritik soğuma oranı oldukca duşuktur. Bu tip alaşımlı celiklere iyi sertleştirilebilen celikler denir. Soğutularak sertleştirilmiş celiklerin sertleştirme tanımı; sertliğin tanımına ve sertlik derinliğine bağlı olarak yapılmaktadır. Yapı malzemesinin sertleştirilebilme ozelliği malzemede istenilen sertliğe erişilebilme kolaylıdır.



Şekil 5.12 Kutlesel Etki (Sertleştirilebilme) (A) Sade Karbonlu Bir Celiğin Kesit Alanının Sertleştirilmesi (B) Yapıda Sertleştirilebilme Tesirleri
Sertlik ve sertleştirilebilme karıştırılmamalıdır.%1’lik karbona sahip sade karbonlu bir celik, %3 nikel, %0,3 karbona sahip celik ile karıştırıldığında daha zayıf sertleştirilebilme ozelliğine sahiptir. Bununla birlikte %1’den fazla karbon iceren celikler cok daha fazla yuzey sertliği gosterirler. Celiklerde sertliğin, sertleştirilebilme ozelliğin zayıflığı ve yapıdaki homojensizlik, malzemenin mekanik ozelliklerini ciddi şekilde etkiyebilir. Bu nedenle normal ısıl işlem şartları altında ifade edilen mekanik ozelliklere erişebilmek icin cubukların en ust capları (sınır kesiti) tamamlanmalıdır. Tablo 5.1’de sınır kesitlerinin karbonlu ve alaşımlı celiklerin mekanik ozelliklerini nasıl etkilediğinin ornekleri gorulmektedir. Celiğe katkı elemanı olarak nikel, krom gibi metallerin ilave nedenlerinden birisi, istenen mekanik ozellikleri elde etmek icin sınır kesiti arttırmak, kutle etkisi azaltmaktır. Şekil 5.13’de tipik sade karbonlu bir celiğin donuşumunde sınır kesitinin etkisi gorulmektedir. Celiğin capı (1) sınır kesti altında olup, malzemenin ust kısmı ve ozu birlikte martensite donuşur. Celiğin capı (2) sınır kesitin uzerinde olduğunda malzeme yuzeyi martensit, ozu ise perlit olmaktadır.
5.6 Jominy ve Soğutma Muayenesi
Bu muayene celiklerin sertleştirilebilmelerini belirlemek icin kullanılır. Ornek parcaların tamamen ostenit yapıda olması icin kritik sıcaklığın uzerinde ısıtılır. Şekil 5.14’de gorulduğu gibi malzeme su jetiyle, su puskurtulerek soğutulur. Şekilde aynı zamanda muayene ve ornek parcaların ayrıntıları da gorulmektedir.
Tablo 5.1 Sınır Kesitinin Mekanik Ozelliklere Etkisi

BS970 ORNEK PARCA ŞARTLAR SINIR
KESİT
(mm) CEKME GERİLMESİ
(Mpa) EN DUŞUK UZAMA (%)
070M55 (Karbon Celiği) Sertleştirilmiş
ve
temperlenmiş 19
63
100 850 1000
770 930
700 850 12
14
14
835M30 (Alaşım
celiği) Sertleştirilmiş
ve
temperlenmiş 63
100
150
250 1080 1240
1000 1160
930 1080
850 1000 11
12
12
13

Ornek parca soğutulacak uctan hızlı şekilde soğutulur. Soğuma işlemi hız diğer uca doğru azalarak ilerler. Ornek parca soğutulduğunda, bir kenarı taşlanarak duzeltilir ve soğutulan kenardan itibaren sertliği her 3 mm’de muayene edilir. Okunan sertlik değerleri ile soğutulan uctan itibaren olculen mesafeye bağlı olarak
Şekil 5.13 Donuşumde Sınır Kesitinin Etkisi
şekil 5.15’de gorulduğu gibi malzemenin sertleştirilebilirliğini veren eğri cizilir. Alaşımlı celikler icin sertlik değerinin sade karbonlu celiklere gore daha duzgun değişim gosterdiği gorulur. Bundan dolayı alaşımlı celiklerin sertleştirilebilme ozellikleri daha iyidir. Bununla beraber sade karbonlu celikler 10 mm derinliğe kadar daha fazla sertliğe sahiptirler. Jominy uc muayenesinin sonucları ile celiğin sınır kesit alanı rasında matematiksel bir bağlantı yoktur.
5.7 Temperleme
Tamamen sertleştirilmiş sade karbonlu celikler kırılgandır ve celikte sertleştirmede getirdiği gerginlikler mevcuttur. Bu durumlarda celiğe uygulanan en basit işlem, celiği tekrar ısıtmadır, yani temperlemedir. Temperleme ile kırılganlık azaltılıp, gerilmeler giderilir. Temperleme ile martensit yapı, şimdi tanımlanacak olan daha az kırılgan bir yapıya donuşur. Malzemenin tokluğunda bir artış, sertlikten bir miktar azalmayı da beraberinde getirir. Temperleme daima dengesiz martensit yapıyı tekrar dengeli perlite donuşturur.bunun nedeni temperleme ile karbon atomları ile karbon atomları cozulerek demir karbid partikulleri olarak cokeltilir. Temperleme sıcaklığı artarken partikul boyutları da artmaktadır. 100°C ile 200°C arasındaki sıcaklıklarda demir karbid normal Fe2Cyapısında değildir. Fakat değişim e-karbid
Şekil 5.15 Tipik Sertleştirme Eğrileri
yapıdadır. Bu durum %0,3 oranında azaltılmış karbon iceren kalan martensit yapıya izin verir. Şekil 5.16’da goruleceği gibi sert karbidin varlığından dolayı başlangıcta sertlikte bir miktar artış vardır.
Bununla beraber sıcaklık artarken 400°C’ye kadar sertlik duşer ve e karbidinin normal yapıdaki Fe2C bileşimine doğru donuşumu başlar. Bu sıcaklıkta artıklar duşuk karbonlu (%0,3) martensitten ferrite donuşmektedir. Donuşum sırasında sertlik azalırken malzemenin tokluğu ve sunekliği artmaktadır. Temperleme sıcaklığı A1 sıcaklığına (723°C) doğru yukselirken, cokertilen karbidleri (Fe2C) kureselleştirme tavlasında oluşan benzer bit yapı meydana getirirler.
Temperleme demir karbide duzgun bir dağılım verir ve hızlı bir işlemdir. Soğutularak sertleştirmenin devamında, kuresel tavlama yerine yuksek sıcaklıkta tavlama yapılır. Sade karbonlu ve duşuk alaşımlı celikler genellikle 300°C’nin altında temperlenir. Bu malzemeler kesici takım olarak kullanıldıklarında dolayı sertlik ve aşınma direnci birinci derecede onemlidir. Sade karbonlu celiklerin temperleme sıcaklıkları uygulama yerine gore tablo 5.2’de listelenmiştir. Bu temperleme sıcaklıklarında, yapı ince perlit olup buna troostit denir. Troostit temperlemeyi troostit soğutmadan ayırmak icin ikincisine birinci troostit (veya beynit) denir. Bununla birlikte, troostit ifadesi kullanılmamakta, daha ziyade “temperlenmiş martensit” kullanılmaktadır.

Şekil 5.16 %O.83 Karbonlu Bir Celiğin Sertliğine Temperlenmenin Etkileri

Tablo 5.2 Temperleme Sıcaklıkları

Renk Eşit Sıcaklık (°C) Uygulamaları
Cok acık saman rengi 220 Kazıyıcılar; pirinc işlemek icin torna takımları
Acık saman rengi 225 Tornalamada kullanılan, oyularak bicimlendirilen celik takımları
Mat saman sarısı 230 Celik yuzeyleri, hafif torna kesicileri
Saman sarısı 235 Jiletler, kağıt kesicileri; duz celik bıcaklar
Koyu saman sarısı 240 Freze kesicileri, matkaplar, ahşap oyma takımları
Koyu sarı 245 Delik kesicileri, Raybalar, celik keskiler
Cok koyu sarı 250 Kılavuzlar, paftalar, kaya matkapları
Sarı-Kahverengi 255 Vida lokmaları, kalemtraş, sert ahşap kesici takımları
Sarımtrak kahverengi 260 Zımpa ve kalıplar, makas kenarları, percinleme aleti
Kırmızımsı kahverengi 265 Ahşap delme kalıpları, taş kesme takımları
Kahverengi-eflatun 270 Matkap ucları
Acık eflatun 275 Miller, sıcak işlem yapılan duzenekler, tıbbı işlemler
Tam eflatun 280 Keski kalemleri
Koyu eflatun 285 Dokme demir keski
Cok koyu eflatun 290 Demir keski ve iğneler
Tam mavi 295 Dairesel ve duz metal testereleri, tornavidalar
Koyu mavi 300 Spiral yaylar, ahşap testeresi



Şekil 5.17 Martemperleme İşlemi
5.8 Martemperleme
Bu işlem soğutularak sertleştirmede mevcut olan şekil bozulması ve catlak riski olmaksızın sertleştirmedir. İşlem, celiğim ostenit sıcaklığına kadar ısıtılması ve sonra Ms sıcaklığın tam uzerindeki sıcaklığa kadar tuz fırınında mumkun olduğu
kadar hızlı bir şekilde soğutulması işlemlerinden oluşmaktadır. Celik, yapısı tamamen duzgunleşene kadar ısıtılır bu duşuk sıcaklıkta muhafaza edilir. Bu noktada duşuk
sıcaklıktaki tuz banyosundan cıkarılır ve oda sıcaklığında doğal olarak soğutulur. Şekil 5.17’de metalin hem yuzeyinde hem de cekirdeğinde aynı zamanda Ms ‘den M90aralığındaki donuşumler gorulmektedir. Boylece ic gerilmeler nedeniyle catlak ve yapı bozulmaları en duşuk seviyeye indirilir. Duzgun martensit yapıya erişildiğinden diğer sertleştirilmiş celikler gibi temperlenmelidir.

5.9 Ostemperleme
Bu işlem, zaman-sıcaklı-donuşum diyagramlarında kullanılan ornek parcalra uygulanan işlemlere benzemektedir. Şekil 5.18’de celik once ostenit sıcaklığının (A3) uzerine kadar ısıtılır. Sonra Ms sıcaklığının uzerinde olacak şekilde kulucka banyosunda soğutulur. Celiğin oz ve dış kısımları tamamen beynit yapıya donuşene kadar kulucka tuz banyosunda tutulur. Donuşum tamamlandıktan sonra celik uygun bir surede oda sıcaklığına kadar soğutulur. Yavaş soğutma ic gerilmelerden dolayı oluşabilecek muhtemel carpılmaları en aza indirir. Ostemperleme gercek bir izotermal (sabit sıcaklıkta) işlemdir. Bu işlemin amacı termal şoklardan oluşan muhtemel yuzey catlakları ve soğutmadaki soğuk su ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır. Ostemperleme ile oluşturulan beynit yapını mekanik ozellikleri temperlenmiş martensitin aynısıdır. Ostemperleme işlemi soğutma işlemindeki kalıcı gerilimlerin olmayışı nedeniyle, bazen daha da iyidir.
Ostemperleme alaşımlı celik icin geniş capta kullanılırken sade karbonlu celiklerde yalnızca kucuk kesit alanlı (kalınlığı 10 mm’yi gecmeyen) parcalar icin kullanılabilir. Bunun nedeni sade karbonlu celiklerin tuzlu su banyosunda yeterince hızlı soğutularak donuşum eğrisindeki burun kısmın kesilmesinin onlenmesinin zorunluğudur. Soğuma eğrisi donuşum eğrisinin burnunu kestiğinde yaklaşık 500°C’den 600°C’ye kadar ince perlit oluşur. Alaşımlı celiklerin daha duşuk kritik soğuma hızına sahip olmalı ve bu sorunu cozmektedir.


Şekil 5.18 Ostemperleme İşlemi
5.10 Tavlama
Her ne kadar tavlama işlemleri zaman-sıcaklık donuşum diyagramları ile ilişkilendirilebilir ama bunu yapmanın bir faydası yok. Cunku tavlama soğutma hızı istenen denge şartlarını oluşmasına izin verir. Tavlama işlemlerinin tanımlamalarında başvurular, demir-karbon termal denge diyagramının celik kısmına yapılacaktır. Tum tavlama işlemleri ;celiklerin soğuk şekillendirilmeleri veya işlenebilir hale getirmelerine yardımcı olmak uzere , yumuşatılmaları ve sunekleştirilmeleriyle ilgilidir. Uc temel tavlam işlemi vardır. Bunlar:
Kritik altı sıcaklıkta, gerilim giderme tavlaması (tavlama veya ara tavlama olarak bilinir.
Kritik altı sıcaklıklarda kureselleştirme tavlaması
Dokumler ve dovme parcalar icin tam tavlama
Tavlamada uygulanacak yontem, celiğin icerdiği karbon miktarına, on ısıl işleme ve daha sonraki kullanım yerine bağlı olarak secilir. Şekil 5.1’de tavlama işlemleri icin demir karbon denge diyagramının uzerinde ilave olarak, tavlama sıcaklık aralıkları gosterilmiştir. Butun tavlama işlemlerinde soğutma oranları mumkun olduğu kadar duşuktur ve genelde soğutma fırınında yapılır.
5.11 Gerilim Giderme Tavlaması
Bu işlem karbon miktarı %0.4’den aşağı olan celikler icin kullanılır. Bu tip celikler istenilen şekilde sertleştirilemezler, fakat nispeten sunek olduklarından genelde soğuk şekillendirilirler ve şekillendirilerek sertleştirilirler. Yani kristal yapıları normal denge şartlarına gore sn derece deforme olmuştur. Tekrar kristalleşme sıcaklığı 500°C’de başlar. Uygulamada tavlama sıcaklığı genelde 630°C’de gercekleştirilir. Isıl işlem hızlandırılarak tane oluşumu hızlandırılır. Sıcak haddeleme gibi sıcak şekillendirme işlemleri tekrar kristalleşme sıcaklığının uzerinde yapılır (bu sıcaklıkta kristaller deforme olduktan sonra tekrar duzgun şekil almaktadır). Kristal yapıda bozulmuş halide olabildiğince hızlı giderilmektedir. Soğuk şekillendirme işlemi tekrar kristalleşme sıcaklığının altında yapılmaktadır ve sonucta celiğin yapısında aşırı bozulma ortaya cıkmaktadır. Bu şartlarda celik son derece gergin sert ve kırılgandır. Gerilim giderme tavlamsının başarısı, kritik altı sıcaklıkta cekirdek oluşumu ile kristalleşmenin başlamasına ve gerilmelerin hapis edilmesine bağlanır. Nuve kristal şekil değiştirmiş her bir gerilim yoğunlaşma noktasında bir yapı oluşturur. Bu nuve kristaller veya cekirdek gelişimi devam eder. Sıcaklık normal şekilde korunabilirse dengeli tane yapısı tekrar sağlanır. Isıtmaya devam ettirildiğinde tane yapısı istemeyen ozelliklerde gelişir. Soğuk şekillendirilmiş duşuk karbonlu tam tavlama işlemlerinin faydaları:
Duşuk sıcaklık gerektiğinden yakıt masrafları duşuktur.
Duşuk sıcaklıklarda calışıldığından fırın astarları ve ısıtma elemanlarının bakım maliyetleri duşer.
Duşuk sıcaklıklarda celiğin oksidasyon azlığından dolayı atmosferin kontrol altına alındığı pahalı yontem yerine daha ucuz “kapalı tavlama” uygulanır. Kapalı ortamda tavlamada celik plakalar fırına konulur ve sadece iki dış plaka yuzeyi renk değiştirir. Bu tur sac plakalara genelde soğuk haddelenmiş kapalı tavlama ile elde edilen plakalar denir.
Bu işlem tam tavlamadan daha hızlı olup, tane oluşum daha azdır ve sonucta daha gelişmiş mekanik ozellikler elde edilir.

5.12 Kureselleştirme Tavlaması

Perlit kristallerinin birbiri ardına sırayla gelen ferrit ve sementit katmanlardan meydana gelen lamelli bir yapı olduğu daha once ifade edilmişti. %0.5’ten fazla karbon iceren celikler kritik sıcaklığın biraz altında (650°C’den 700°C’ye) kadar ısıtıldıklarında kristal icindeki sementit yuvarlaklaşmaya başlar bu işlem perletik sementitin kureselleşmesi olarak isimlendirilir ve bu işlem şekil 5.19’da diyagram olarak gosterilmektedir. Sıcaklık kritik altı olduğundan faz değişimi oluşmaz ve sementitin kristalleşmesi sadece yuzey gerginliği etkisi yapar. Eğer kristallerdeki sementit katmanları tavlama oncesi nispeten kaba ise kristallerin cozunerek, sementitin yuvarlak yapı oluşturması uzun sure alır.

(a) (b) (c)
Şekil 5.19 Yuzey Tavlaması A) Lamelli Perlit B) Perlit Kureselleşmeye Başlarken C) Perlit Sementetin Kureselleşmesinin Tamamlanması
Buda, sırasıyla fiziksel ozellikler bozulmaya ve işleniş yuzeylerde zayıflığa yol acar. Bu sebepten ince sementit tanecikleri oluşturmak amacıyla sertleştirme işlemi vasıtasıyla tane ıslahı yapılmadan once kureselleştirme onerilir. Bu işlem soğuk şekillendirilerek veya su verilerek sertleştirilen sade karbonlu yumuşak takım celiklerinde en etkili olarak kullanılmaktadır. İşlem uygulandıktan sonra celik cekilebilir ve hata kolayca işlenebilir. İlave olarak yuzey tavlamasına tabi tutulan celik daha az catlama olasılığı ile daha duzgun bir yapıda sertleşecektir. Diğer tavlama işlemlerinde olduğu gibi ısıtmadan sonra yavaş bir soğutma gereklidir. Bu soğutma işlemi, genel olarak fırın calışması durdurulup ve fırın icindeki parcalar ile birlikte soğutmaya bırakılarak yapılır.
5.13 Tam Tavlanma
Sade karbonlu celiklerin karıştırılması, ısıl işlem ile donuşturulduğunde ust kritik sıcaklığının cok uzerinde olmalıdır. Buyuk dokumler ısıya dayanıklı kum kalıplara dokulduğunde soğuma uzun zaman almaktadır. Benzeri şekilde buyuk dovme parcalar, ergime sıcaklıklarının altında sıcak şekillendirilmelerine rağmen uzun sure olmasına karşılık ust kritik sıcaklıklarında işleme tabi tutulur. Her iki olayda tane oluşumu aşırı miktarda olup, metallerin fiziksel ozellikleri kotuleşir. Ostenitin kaba tanelerinin kristal sınırları boyunca ferrit oluşmaktadır. Şekil 5.20’de gorulen file orgusu şeklindeki bu yapıya Widmanstatten yapısı denir.
Celiğin kullanılabilir olması icin otektik altı celikler ust kritik sıcaklığın yaklaşık
Şekil 5.20 Widmanstetten Yapısı
50°C uzerinde, otektik ustu celikler ise alt kritik sıcaklığın 50°C uzerinde yeniden ısıtılır. Şekil 5.1’de bu celiklerin grafiği gorulmektedir. Bu ise ince taneli ostenitin daha ince yapılı perlit ve ferrit kristallere donuşumuyle neticelenir. Bu işlem icin celik genelde oda sıcaklığına kadar fırında soğutulur.
5.14 Normalleştirme
Sade karbonlu celiklerin normalleştirme sıcaklıkları şekil 5.1’de gosterilmiştir. Sertleştirme ve tavlamadan farklı olarak normalleştirme sıcaklıklarının; celiğin tamamen ostenit hale gelmesi ve gerilimsiz olmasını temin icin A3-Acm cizgisinin uzerinde uzandığı gorulmektedir. Normalleştirme işlemlerinde soğutma oranlarının daha hızlı olması kristaller etrafında sementit (demir karbur) ağına benzer yapının oluşumunu ve celiğin mekanik ozelliklerinin zayıflamasını onlemektedir.
Normalleştirmede, soğutma oranının hızlılaştırılması iş parcasının fırından alınıp serbest olarak havada soğutulmasıyla yapılır. Hava ile soğutmada havanın serbest olarak sirkulasyonu sağlanmalı; fakat hava cereyanı onlenmelidir. Daha hızlı soğutma neticesinde ince taneli yapının fiziksel ozellikleri iyileştirilir ve talaşlı imalat neticesinde kaliteli bir yuzey elde edilir. Bununla birlikte şiddetli soğuk şekillendirme işlemi icin suneklik yeterli değildir. Normalleştirme buyuk parcaların kaba ve ince talaş kaldırma işlemleri arasında gerilim giderme işlemlerinde de kullanılır. Boylece parca uzerinde ardışık hareketlerin oluşumu ve olcu hassasiyeti kaybı onlenir.
5.15 Yuzey Sertleştirme
parcaların genelde aşınmaya dayanımları icin sertleştirilmiş bir dış yuzeye ve ani yuklemelere dayanmaları icinde tok yapılı oze sahip olmaları gerekir. Bu iki ozelliği aynı ayda gosteren bir celik malzeme yoktur. Tokluk icin oz kısmın karbon miktarı %0.3’den fazla olmamalıdır. Yuzey kısmına uygun sertlik verebilmek icin ise karbon miktarı yaklaşık %1 olmalıdır. Bu problemin cozumu icin genelde yuzey sertleştirilmesi yapılır. Bu işlemde duşuk karbonlu celik parcaların yuzey katmanlarına dikkatli şekilde ayarlanmış derinlikte karbon ilave edilir. İşlem bitiminde parca ardışık olarak ısıl işlemlerden gecilerek dış yuzey sertleştirilir ve oz kısım ıslah edilir. Bu işlemler şekil 5.21’de gorulduğu gibi iki farklı aşamada oluşur.
Karburleme
Isıl işlemler
Karburleme; duşuk karbonlu celiklerin (yaklaşık karbon miktarı%0.1) ostenitik şartlarda ısıtılarak karbon emdirilmesidir. Karburleme işleminde değişik karbonlama malzemeleri kullanılır.

Şekil 5.21 Dış Yuzey Sertleştirilmesi A) Karburleme B) Karburlemeden Sonra
C) 780°C’den İtibaren Soğutularak Sertleştirilmiş Yapı

1. Katı Maddeler, komurleşmiş kemik ve deri gibi katı maddeler ile birlikte sodyum karbonat ve baryum karbonat gibi enerji verici maddelerden oluşmaktadır.
2.Erimiş tuzlar, sodyum siyanur gibi maddelerin sodyum karbonat ve değişen miktarlarda sodyum veya baryum klorid ile oluşturdukları erimiş tuzlardır. Siyanur oldurucu zehir olduğundan fırın icindeki toplam oranı %20~%50 arasında olmalı, kullanımda gerekli on tedbirler sıkı şekilde alınmalıdır.
3.Gaz maddeler, kolayca elde edilebilmesi nedeniyle artan şekilde “doğal gaz” (metan) kullanılır. Metan, karbonun organik bileşenleri iceren bir hidrokarbon gaz olup, celik malzemeler tarafından kolayca emilebilmektedir. Metan gazı ısıtılmış gazlardan cıkan gazlarla zenginleştirilebilir.
5.16 Paket Karburleme
Bu işlemde karburleşecek parcalar karburleme de kullanılacak ve bolum 5.15(a)’de tanımları yapılan maddeler ile birlikte dokme-demir veya hazır celik kasalar icine paketlenerek konur. Kutuların kapakları gaz sızmalarını onlemek icin macunlanır. Daha sonra kutular 900~950°C arasında 5 saate kadar ısıtılır. Sıcaklık ve karburleme sureleri karburleme derinliğine bağlıdır. Karburleme derinliği2 mm2yi aşamalıdır. Kalınlık artışı kırılganlık ve catlamalar nedeniyle yuzeyde pul pul kalkmalara neden olabilir. Karburleme tanımlandığında kutular acılıp, sandık cozulerek yavaşca soğutulur. Parcalar ardışık ısıl işlemler icin temizlenir.
5.17 Tuz Banyosunda Karburleme
Tuz banyosunda karburlenecek parcalar, erimiş sodyum siyanur ve enerji verici tuz arışımı icinde asılır. Karışımın bileşimi bolum 5.15’de verilmiştir. Buyuk parcalar potanın ust kısmından bir cubukla tek tek sarkıtılır. Bakır teller, siyanur icinde cozunerek parcanın potanın icine duşmesine neden olacağından hicbir suretle askı olarak kullanılmamalıdır. Kucuk parcalar ise karışımla tepkimeye girmeyecek maddelerden yapılmış sepetler icinde sarkıtılır.
Siyanur tozlarıyla calışıldığında personel tamamen ayrıntılı şekilde temizlenmelidir. Tırnaklar arasında kalmış birkac siyanur kırpıntısının yiyecek veya sigara vasıtası ile ağızdan alınması olumlere neden olur. Bu işlemin kucuk parcaların karburleşmesinde; sığ kap kullanılması ve beraberinde taşıdığı tehlikelerine rağmen paket karburleşmeye gore pek cok faydaları vardır.

Faydaları:
Yukleme daha cubuktur, bu nedenle daha ucuzdur.
Burulma ve catlama ihtimali daha duşuk olduğundan dolayı ısıtma ve karburleme daha duzgundur.
Parcalar daha fazla ışıl işleme ihtiyac olmadan siyanurle duzgun şekilde soğutularak sertleştirilebilir. Bununla birlikte soğutma banyosu siyanur ile kirletilmektedir. Siyanur dışarı atılmadan once bir uzman gozetiminde zararsız hale getirilmedir.
5.18 Gaz ile Karburleme
Bu işlem hem bir grup parca icin calışan hem de surekli calışan bir fırınlarda yapılmaktadır. Parcalar bir hidrokarbon gaz olan metan (doğal gaz) atmosferinden 800’den 950°C’ ye kadar ısıtılmalıdır. Gaz, sıcak mineral yağ buharı ilavesiyle zenginleştirilir. Yağ, ısıtılmış platin eloktrodun uzerine damlatılır. Isı yağı buharlaştırır ve platin bir katalizor gibi davranır. Yağın bileşimdeki elementler ayrılar. Parca fırına konulmadan once gaz once karbondioksitten temizlenir. Bu tip gazların yuksek oranda alev alma ozelliği olduğundan hava ve patlayıcı ozelliklerde gaz karışımı sızıntılarının onlenmesi icin buyuk dikkat gosterilmelidir. Seri imalatta 1 mm kadar karburleme işlemleri icin gaz karburleme kullanılır.
5.19 Karburleşmeden Sonraki İşleler
Karburleşmenin, celiklerin sertleştirdiği varsayımı bir yanlış anlayıştır. Karburleşmede dış tabakalara sadece karbon ilavesi yapılır. Tam tavlama işlemi ile kaba taneli bir yapı oluşturularak karbon atomları dış tabakalardan ayrılır. Bu sebeple celiğin hem ozunden hem de dış kısımlarında tane ıslahı ve dış yuzey sertleştirme icin ilave ısıl işlemler yapılır. Bu ısıl işlemler celiğe uygun dayanım ve tokluk vermek icin gereklidir. Şekil 5.22’den referans alınarak, sertleştirme ve tane ıslah işlemlerinin aşağıdaki tanımları netleştirilecektir.
Ozu ıslah etme: Oz kısmında karbon miktarı %0,3’den daha duşuk olduğundan doğru tavlama sıcaklığı yaklaşık 870°C’dir. Parca bu sıcaklığa yukseldikten sonra suda soğutularak ince tane yapısı elde edilir. İnce tane yapısının tokluk sağlaması gerekir. Sıcaklığın 870°C olması parcanın ozu icin doğru değer (sıcaklık(2) şekil 5.22) dış kısım icin ise cok yuksek bir değerdir .


Dış Kısımların Sertleştirilmesi Ve Islah İşlemi: dış kısımlarda karbon miktarı yaklaşık %1 olduğundan doğru sertleştirme sıcaklığı 760°C’dir. Bu nedenle, parca bu sıcaklığa kadar tekrara ısıtılır (sıcaklık(3) şekil 5.22) ve tekrar soğutulur. Bu parcanın dış kısmını sertleştirir ve ince taneli yapı eldesine imkan verir. 760°C’lık sıcaklık oz kısmında tane oluşumu icin cok duşuktur. Bunu temin icin parca tekrar ısıtma suresince hızlı bir şekilde 650’den Şekil 5.22 dış yuzey sertleştirme sıcaklıkları 750°C’ye ısıtılır ve sertleştirme sıcaklığında tamamen doymadan soğutulur.
Temperleme: Soğutma sırasındaki dış yuzeydeki gerilmeleri rahatlatmak ve kırılganlığı azaltmak icin 200°C’de temperleme tavsiye edilir. Yukarıdaki işlem ideal sonucları elde etmekte kullanılır. Bununla beraber ekonomik olma ve hız bakımından işlem basitleştirilmelidir. Parcalar da duşuk gerilmeler vardır. Temperleme; alaşım celiklerinin daha az kritik tane oluşumuna ve istenen soğuma karakterine sahip olmalarından dolayı alaşımlı celiklerde kullanılırlar.

5.20 Bolgesel Dış Yuzey Sertleştirilmesi
Her zaman parcanın tamamı sertleştirilmesi istenmez. Orneğin vida dişlerinin tamamen sertleştirilmesi arzu edilemez. Bu vida dişlerini son derce kırılgan yapmakla kalmaz, aynı zamanda karburleme suresince carpılmalarda meydana getirir. Sertleştirilen yuzeyler ise sadece, pahalı bir işlem olana vida dişi taşlama ile duzeltilebilir. Karburleme işlemi sırasında bolgesel karbon emilmesini onlemek icin ceşitli ortamlar oluşturulur. Orneğin:
Yumuşak bırakılacak alanları uzeri yoğun bir bakır tabaka ile kaplanır (bakır siyanur icinde cozunduğunden dolayı tuz banyosunda bu işlem kullanılmamalıdır).
Yumuşak bırakılacak alanlar ateşe dayanıklı kille ortulmelidir.
Karbon emilmesi istenmeyen yuzeylerde fazla talaş payları bırakılır. Karburleme ve sertleştirme arasından yuzeyde kalan karbon emdirilmiş kısımlar işlenerek yumuşak olanlar bırakılır ve sonra karbondan etkilenmemiş yuzeyler esas olculerinde işlenir. Pahalı olmasına karşılık, bolgesel yumuşak alan bırakma, bolgesel sertleştirmenin en guvenilir yoludur (şekil 5.23).

Şekil 5.23 Bolgesel Yuzey Sertleştirilmesi A) On İşlemesi Yapılmış Parca Karburleme İcin Hazır B) Karburleşmeden Sonra Yuzey İşlemi Tamamlanmış Parcanın Soğutularak Sertleştirme Oncesi Durumu

Bolgesel yuzey sertleştirme, orta ve yuksek karbonlu celiklerin bolgesel olarak hızlı şekilde ısıtılıp soğutulmasıyla da elde edilir. Şekil 5.24 ‘de alevle sertleştirmenin prensibi gosterilmektedir. Bir taşıyıcı araba ile taşınma oksi-asitilan alevi ile parca yuzeyi hızlı şekilde ısıtılır. Aynı araba uzerinde soğutucu sprey bulunduğundan, parca ozu sertleştirme sıcaklığına yukselmeden dış yuzeyler ısıtılıp-soğutularak sertleştirilir. Şekil 5.25’de aynı tesirin yuksek frekanslı elektromanyetik enduksiyonla nasıl yapıldığı gorulmektedir. Yuksek frekans da, parca yuzeyinde daha etkin olacağından induklenen eddy akımı oluşturulmakta ve buda parcanın, yuzeyinin ısınmasına neden olmaktadır.
5.21 Azotlama
Bu işlem ozel alaşımlı celiklerden yapılmış parcaların aşınma direnclerini arttırmak icin yapılan kaplama veya yuzeye sert malzeme ilavesidir. Orneğin matkap kovanında yapıldığı gibi. Bu işlemde kullanılan alaşımlı celikler %0,1
Şekil 5.25 Alevle Sertleştirme
aluminyum veya molibden, krom ve vanadyum icerir. Azot, metal yuzeyleri tarafından emilerek cok sert bir azot tabakası oluşturur. Bu işlemde sertleştirilecek parca, 40cm uzerinde 500~600°C arasında amonyak atmosferinde ısıtılır. Amonyak bu sıcaklıkta ayrışır. Ayrışan azotta rahatlıkla celik tarafından emilir. Azot ile sertleşmenin bazı faydaları:
Soğutma işlemi olmadığından catlama ve şekil bozulma ihtimali ortadan kaldırılmıştır.
Yuzey sertliği 1150HD kadar olabilen, alaşımlı celikler (azot alaşımlı) elde edilebilir.
Celiğin korozyona karşı direnci artmaktadır.
Azotla sertleştirilen parcaların sertliği 500°C’ ye kadar korunur. 220°C’de dış yuzeyi veya tamamen sertleştirilmiş sade karbonlu celiklerde karıştırılırsa bu değer daha iyidir.
5.22 Isıl İşlemler Secimi
Isıl işlem secimi aşağıdaki etkenlere bağlıdır.
İstenen mekanik ozelliklere
Parcaların hangi malzemeden yapıldığına
Isıl işlem uygulanacak malzemenin başlangıc koşullarına
Parcanın boyutlarına
Isıl işlem uygulanacak parcaların adedine
Eldeki mevcut ekipmanlara

Şekil 5.25 Enduksiyonla Sertleştirme A) Enduksiyon Bobinlerden Yuksek Frekanslı Alternatif Akım Gecirilerek Elde Edilen Eddy Akımı İle Parca Isıtılır. B) Sertleştirme Sıcaklığına Erişildiğinde Akım
ISIL İŞLEMLERDE OZET
Suda Soğutarak Sertleştirme: Bu işlem karbon miktarı % 0,6’yı gecemeyen basit kesitli, buyuk ebatlardaki sade karbonlu celikler icin kullanılır. Suda sertleştirmede kritik soğutma hızı tutturulursa basit kesit ve oldukca duşuk olan karbon miktarı carpılma ve catlamaları onler.
Yağda Soğutularak Sertleşme:Bu işlem orta ve yuksek karbonlu celiklerdeki gibi kritik soğutma oranlarına erişilecek derecede kucuk kesit alanlarına sahip, sade karbonlu takım celiklerinde kullanılır. Yağda soğutma, catlama ve carpılma riskini azaltmaktadır. Bu işlem cok karışık takım celikleri haric alaşımlı celiklerin coğu da kullanılır. Kucuk ve orta buyuklukteki celikler icin havada soğutularak sertleştirme yapılır.
Temperleme: soğutularak sertleştirilmiş parcalardaki aşırı kırılganlığı ve bir dereceye kadar tokluktaki kotu etkileri kaldırmak icin daima temperleme gerekmektedir. Alaşımlı celiklerdeki mevcut dayanım, şok direnc vb. mekanik ozelliklerin geliştirilmesi icin temperleme gerekli bir işlemdir. Duşuk sıcaklıklardaki (200’den 300°C’ ye) temperleme, kesici takımlara ve helisel yaylara daha yuksek sıcaklıklarda (600°C’ ya kadar) ise en yuksek dayanımın gerekli olduğu mil gibi elemanlar icin kullanılan bir işlemdir.
Martemperleme: alaşımlı celiklerin yuksek sıcaklıkta sertleştirilmesi işleminde, su ve yağ ile soğutmada oluşan termal şokları onlemek icin kullanılırlar. Sertleştirme işlemlerinde temperleme gereklidir. Bu işlem, yuksek kritik soğutma oranlarına sahip olduklarından kucuk kesitteki celikler haric, diğer sade karbonlu celiklere uygulanması zordur.
Ostemperleme: yuksek sıcaklıklardaki yağ ile soğutmadaki termal şokları onlemesinde ve alaşımlı celiklerin toklaştırılmasında kullanılır. Tasarlanan herhangi bir işlemle tokluk, dayanım vb. ozellikler geliştirilebilir. Bunu icinde ilk ısıl işlemden sonra parca temperlenmelidir. Bu işlem yuksek kritik soğuma oranlarına sahip kucuk kesitli parcalara uygulanmakta olup, sade karbonlu celiklere uygulanması zordur.
Tam Tavlama: bu işlem yuksek sıcaklıklardan yavaşca soğutularak kaba taneli buyuk dokum veya dovme parcaları duzgun taneli yapıya kavuşturmak icin yapılır. Dokum parcalarda tane yapısı dış yuzeylerdeki sert kristallerden yuzeyin tam altındaki zayıf duzlemdeki sutun kristallere doğru değişir. On kısımda ise değişik olculerde eşit eksenli kristaller bulunur. Tam tavlama ile kristal yapı eşit eksenli ve ince taneli bir yapıya donuşur. Bu işlem suda soğutularak sertleştirilmiş takım celiklerinin yumuşatmak icin kullanılır.
Kureselleştirme Tavlaması: bu işlem %0,4’un uzerinde karbon iceren soğutularak ve şekillendirilerek sertleştirilmiş sade karbonlu celikleri yumuşatmak icin kullanılır. Tam tavlama işleminden daha ince ve duzgun kristal yapısı ile talaş kaldırma icin daha uygun mekanik ozellikler elde edilir. Aynı zamanda soğutularak sertleştirmeden once catlama ve carpılma ihtimallerini azaltıp daha duzgun sertlik ihtimallerini azaltıp, daha duzgun sertlik temini icinde kullanılır.
Kritik Altı Tavlaması: bu işlem aşırı şekilde soğuk sertleştirilmiş demri olmayan metaller ile demir metallerin dovulebilirliğini ve sunekliğini iyileştirmek icin kullanılır. %0,4 karbon iceren sade karbonlu celiklere uygulanır. Soğuk şekillendirmede işlemler arasındaki değişik kademeler kullanıldığından “ara kademe” veya “işlem tavlaması” olarak isimlendirilir. Bu işlem aşırı soğuk şekillendirmeden sonra, tane sınırlarındaki gerilim noktalarında, cekirdek kristalleri oluşumunun başlamasını etkilemektedir.
Normalleştirme: buyuk parcaların bitiş işlemi oncesinde kaba olarak işlemlerinden sonra gerilimlerini gidermek ve celiklerin tane yapılarını dovme işleminden sonra iyileştirmek icin kullanılır.
dış Yuzey Sertleştirilmesi: malzemenin oz kısımlarının tok, dış kısımlarının sert olmasını temin icin kullanılır. Bu arzu edilen bir ozellik bileşimidir. Dış yuzeyleri sertleştirilmiş kaliteli celiklerin sertlik ve yuzey derinliğinin duzgunluğunu temin icin bu yontem kullanılır. Yuzeyi sertleştirilecek celikler sade karbonlu ve duşuk alaşımlı celiklerdir. Yuzey sertleştirmesinde parcanın tamamen sertleşmesi gerekmediğinden maliyeti duşuktur. Dış yuzeyleri sertleştirilmiş celiklerin işlenmesi yuksek karbonlu veya alaşımlı celiklerin yuksek dayanımları nedeniyle oldukca kolaydır.
Yuzeysel Sertleştirme Ve Azotlama: parcaların dış yuzeyinde cok ince tabaka sertleştirme işlemi gerektiğinde alevle sertleştirme, enduksiyonla sertleştirme ve azotlama işlemleri kullanılır. Orneğin alevle sertleştirme takım tezgahlarının kayıtları ve buyuk dişlilerin dişlerini sertleştirmede kullanılır. Enduksiyonla sertleştirme uzun duzgun millerin sertleştirilmesinde, azotlama ise aşırı sertlik ve aşınma direnci ihtiyacı olan kucuk yataklarda kullanılır. Bu paragrafta bahsedilen tum işlemler uzmanlık, pahalı bir tesis gerektirmektedir. Bu işlemler istenilen ozelliklerin garanti edilebilecek kucuk uretimler icin kullanılır.

__________________