Metallerin Isıl İşlemi
Metallerin ısıl işlemi, yapısal değişikliklerin bir sonucu olarak, katı haldeki metalik malzemelerin özelliklerinin değişmesi sürecidir. Bu işlemde, iş parçaları genellikle belirli bir amaç için malzeme özelliklerini spesifik olarak değiştirmek amacıyla inert gaz altında uygun ısıl işlem tesislerinde tanımlanmış bir sıcaklık-zaman dizisine tabi tutulur. Özellikle çeliğin ısıl işlemi için kullanılan ana işlemler sertleştirme ve temperleme ile tavlamadır.
Metallerin ısıl işlemi çok çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. Tüm Air Liquide süreçleri, prosesler uygun şekilde yönetildiği takdirde, otomotiv endüstrisinde CQI-9 ve havacılık endüstrisinde NADCAP Kalite Güvence yönetmeliklerini karşılamaktadır.
- Isıl işlemde koruyucu gazların rolü
- Isıl işlem prosesi
- Sertleştirme ve tavlama
- Tek adımda sertleştirme ve oksidasyon
- Düşük yüzey oksidasyonu ile sertleştirme ve temperleme
- Düşük basınçlı karbürleme (vakumla sertleştirme)
- Yüzey sertleştirme
- Düşük sıcaklık uygulaması (Kriyojenik uygulama)
- Nitrürleme / Nitrokarbürleme
- Tavlama
- Sinterleme
Isıl İşlemde Koruyucu Gazların Rolü
Metallerin ısıl işlemi, özellikle de çeliğin ısıl işlemi, üretim Ssüreçlerinin en önemli adımlarından biridir. Üretim süreçlerinde baştan sona kadar genellikle birkaç ısıl işlem adımı vardır. İşlem sıcaklıkları, ısıtma ve soğutma hızları, iş parçasının yapısal özellikleri, dolayısıyla mekanik özellikleri üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Koruyucu gazların seçimi, yüzey özelliklerinin belirlenmesi açısından çok önemlidir. uygulanan ısıl işlem süreçlerinde, uygulama sıcaklığı ile birlikte oluşturulan fırın atmosferinin bileşimi, iş parçasından beklenen yüzey özellikleri üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir.
İki tür proses gazı vardır:
- Koruyucu gazlar, malzemede istenmeyen reaksiyonların oluşmasını önleyen bir fırın atmosferi oluşturma görevine sahiptir.
- Reaksiyon gazları, malzemeye kazandırılmak istenen özellikleri sağlamak amacıyla istenilen fırın atmosferini oluşturmada kullanılan gazlardır.
Isıl İşlem Prosesi
Termal ısıl işlem prosesleri:
Termokimyasal ısıl işlem prosesleri:
Sertleştirme ve Tavlama
Parçayı belli bir sıcaklıktan ani bir şekilde soğutarak (su verilerek) sertleştirilmiş bir yapı elde etmek için uygulanan işlemdir. Kullanılan koruyucu ve reaksiyon gazları, işlem uygulanacak malzemelerin cinsine ve fırın sistemlerine bağlıdır.
Kullanılan koruyucu gazlar:
- Azot
- Hidrojen
- Hidrokarbonlar
- Azot-metanol
Gaz kaynakları:
- Azot kaynağı
- Hidrojen kaynağı
- Azot-metanol tedariği
Tek Adımda Sertleştirme ve Oksidasyon
Bazı durumlarda; kimyasal maddelerle yapılan yüzey kaplama işlemleri yerine, patentli oksidasyon operasyonu çevre dostu bir uygulama olup, maliyet avantajı da sağlar. Sertleştirme işlemine yapılan bu entegrasyon sayesinde, standart ve ek bir işleme ihtiyaç ortadan kalkar ve süreç daha kısa sürede tamamlanır.
Bazı durumlarda, patentli bir işlemle oksidasyon, kimyasal madde içermemesi nedeniyle geleneksel kaplama işlemlerine uygun maliyetli ve çevre dostu bir alternatif sunar. Mevcut sistemlerde sertleştirme işlemine entegrasyon, sonradan yapılan işlemlerin ortadan kalkması nedeniyle zaman tasarrufu sağlanır.
Kullanılan koruyucu gazlar:
- Azot
- Hidrojen
Gaz kaynakları:
- Azot kaynağı
- Hidrojen kaynağı
Yüzey Oksidasyonu ile Sertleştirme ve Temperleme
Koruyucu gaz atmosferlerinde sertleştirme veya temperleme sırasında oksijen içeren bileşenler hassas alaşım elementlerini (örneğin krom veya manganez) oksitleyebilir.
Malzemelere ve fırın sistemlerine uygun azot, hidrojen ve hidrokarbon karışımları kullanılarak yüzey oksidasyon değerleri < 5 μm'ye düşürülebilir.
Kullanılan Koruyucu Gazlar:
- Azot
- Hidrojen
- Hidrokarbonlar
Gaz Kaynakları:
- Azot kaynağı
- Hidrojen kaynağı
Düşük Basınçlı Karbürleme (Vakumla Sertleştirme)
Düşük basınçlı karbürleme, düşük veya kısmi basınç aralığında uygun fırın sistemlerinde gerçekleştirilir ve bu nedenle vakumla sertleştirme olarak da tanımlanabilir.Bu ısıl işlem uygulaması, karbonu bünyesine katarak iş parçalarının yüzeyinde sertliği arttırır.
Oksijen içeren bileşenler olmadığından, genellikle yüzey oksidasyonu yoktur.Bu nedenle, çoğunlukla karbürleme atmosferi olarak asetilen kullanılır. Bu uygulamada soğutma (su verme) işlemi, yüksek basınçlı gazlar ile gerçekleştirilebilir.
Düşük basınçlı karbürlemede kullanılan teknik gazlar:
- Asetilen
Yüksek basınçlı su verme operasyonu için kullanılan gazlar:
- Azot
- Helyum
- Argon
Gaz Kaynakları:
- Asetilen ve yüksek basınçlı gaz beslemesi
- Azot kaynağı
- Argon kaynağı
Yüzey Sertleştirme
Yüzey sertleştirme ile östenitleme operasyonunda iş parçasının yüzeyi karbonla zenginleştirilir. Su verme operasyonu sırasında yüzey martenzit oluşumu ile sertleşirken, yüzey altında kalan ve operasyonda etkilenmeyen kısım orijinal malzeme özelliklerini korur.
Kullanılan Koruyucu Gazlar:
- Azot-metanol
- Endogaz
Gaz Kaynakları:
- Azot kaynağı
- Hidrojen kaynağı
- Azot-metanol temini
Düşük Sıcaklık Uygulaması (Kriyojenik Uygulama)
Kriyojenik işlem, sıvılaştırılmış azot (−196 °C) kullanılarak yapılmaktadır ve kriyojenik uygulamalar olarak tanımlanır.
Sertleştirme sonrası kriyojenik işlem, kalıntı östenitin giderilmesi ve sertliğin arttırılması için denenmiş ve test edilmiş çevre dostu bir yöntemdir. Kriyojenik işlemler için çeşitli sistemler uygulanmaktadır. Örneğin; kontrol ekipmanları sayesinde soğutma ve ısıtma kontrol altına alınarak çatlak oluşumu gibi uygunsuzlukların önüne geçilmiştir.
Yukarıdan yüklemeli soğutucular tek parça üretim için uygundur.
Dahili ısıtma sistemleri sayesinde, tek bir sistem ile hem soğutma hem de tavlama işlemleri gerçekleştirilebilir.
Nitrürleme / Nitrokarbürleme
Demir esaslı malzeme yüzeylerine azot atomlarının birikimi (emilmesi) , nitrürlenmiş katmanları oluşturmaktadır. Azot konsantrasyonuna bağlı olarak demir nitrürün çeşitli varyasyonları oluşmaktadır.
Eğer azot ve karbon yüzeyde birikirse, çeşitli demir nitrürler ve karbürlerden oluşan nitrokarbürleyici katmanlar oluşur. Azot kaynağı olarak amonyak (NH3) ve karbon kaynağı olarak karbondioksit (CO2) veya karbon monoksit (CO) kullanılmaktadır.
Kullanıcı Koruyucu Gazlar:
- Azot gazı
- Hidrojen
- Amonyak
Tavlama
Tavlama operasyonu, sonrasında oluşacak operasyonlar için iç yapı düzenlemesini amaçlar. Tüm tavlama operasyonları hava atmosferinde uygulanmakta ve iş parçalarında tufalleşmeye ve/veya dekarbürizasyona yol açmaktadır.
Gaz bileşimi, kullanılan fırın sistemine, ürünlere, ısıl işlem sürecine ve tavlama sonrası iş parçasının gereksinimlerine bağlıdır. Tavlama, genellikle bir ara işlemdir ve tercihen yarı mamül ürünler (tüpler, levhalar veya şeritler) için kullanılmaktadır.
Kullanılan Koruyucu Gazlar:
- Azot gazı
- Hidrojen
- Hidrokarbonlar
- Azot-metanol
- Endogaz
- Argon
Gaz Kaynakları:
- Azot kaynağı
- Hidrojen kaynağı
- Azot-metanol tedariği
Sinterleme
Sinterleme, toz taneciklerini bir bileşen oluşturmak üzere birleştirerek neredeyse her malzemeyi ve özelliklerini iş parçası yüzeyinde oluşturma imkanı sunar.
Sinterleme öncesi oluşturulan yapının üretiminde bir bağlayıcı kullanılıyorsa, asıl sinterleme işleminden önce bu bağlayıcının ana yapıdan ayrıştırılma işlemi yapılmalıdır.
Air Liquide'in Gaz Çözümü
Air Liquide uzmanları, ısıl işlem uygulamalarınıza en uygun gaz seçimini yapmanıza yardımcı olur.