Tavlama ve Sertleştirme
Sertleştirme ve temperleme, bir bileşenin mekanik özelliklerini özellikle mikroyapısını değiştirerek iyileştirmek için çeliğe uygulanan bir ısıl işlemdir. Bileşene ve ona yüklenen gereksinimlere bağlı olarak, martensitin yanı sıra beynit gibi diğer mikroyapısal bileşenleri de içerebilir. Martenzit oluşumu durumunda, elde edilebilir sertlik öncelikle çeliğin karbon içeriğine ve su verme hızına bağlıdır.
Sertleştirmede maksimum sertliğe ulaşmaya odaklanılırken, su verme ve temperlemede amaç sertliği artırırken aynı zamanda yüksek bir tokluk sağlamaktır.
Sertleştirme ve Temperlemedeki Aşamalar
Süreç aşağıda belirtilen şekilde ilerlemektedir:
Östenitleme
Tam östenit oluşumu için sıcaklığın öncelikle her malzemeye özgü olan bir değere gelmesi gereklidir. Sertleştirme için gerekli olan karbon, sertleşmeden önce karbürlere bağlanır. Bunlar östenitleme sırasında parçalanır ve salınan karbon östenit yapıda çözülür. Parça içinde de çözünmenin sağlanabilmesi için malzemenin bir süre belirli bir sıcaklıkta tutulması gerekir.
Sertleşme esnasında malzeme yüzeyinde karbon miktarı artmaya başlar. Östenitleme sıcaklığı dönüşüm sıcaklığının en az 30°C üzerinde olmalıdır.
Soğutma işlemi
Ostenitleme sıcaklığından soğutma yapmak denge fazlarının difüzyon kontrollü oluşumunu önlemek için malzemeye özgü, minimum hızda gerçekleşmelidir.Su vermenin bir sonucu olarak, ostenit içinde çözünen karbon,Yüzey merkezli kübik kafes modifikasyonuna (ferrit) dönüşümü sırasında zorla çözünmüş halde kalır ve bu Tetragonal kafes olarak (martenzit) genişletir. Martenzit çok sert ve kırılgandır. Soğutma işlemi, istenen su verme hızının elde edilmesinde belirleyici bir rol oynar. Uygulama, diğer belirleyicilerin yanı sıra malzemeye, geometriye, kesite ve istenen sertliğe bağlıdır.
Su Verme ortamları:
Hava (Gazlar) → Polimerler → Yağ → Tuz → Su
------------------------------------------> Su Verme Yoğunluk Derecelendirmesi
Temperleme
Temperleme, tokluk ve sertliği istenilen değerlere getirmek için sertleştirme işlemini takip eden bir ısıl işlemdir. Sertleştirme sonrası çelik 200 °C - 400°C civarı düşük sıcaklıklarda temperlenir. Temperleme operasyon sıcaklıkları 550 ile 700 °C arasındadır. Temperleme renkleri, oksijenin etkisi altında temperleme yapıldığında ortaya çıkar.Oksit tabakasının formu, kalınlığı ve rengi uygulanan sıcaklığa göre belirlenir.
Özellikle yüksek tavlama sıcaklıklarında kullanılan koruyucu gazlar:
- azot
- hidrojen
Kalıntı Östenit Dönüşümü
Kalıntı Östenit dönüşümü, sertleştikten sonra iş parçasında kalan kalıntı östenit martensite dönüşmesidir.
Sertleştirme
Çeliği sertleştirirken, ostenitleme sırasında yüzey alanı karbonla zenginleştirilir. Su Verme sırasında, çekirdek ( Yüzey altı bölge ) sünekliğini korurken, yüzey tabakasında martenzit oluşumu gerçekleşir.
Burada iş parçalarına karbon salabilen ve böylece kenar bölgesindeki karbon içeriğini arttırabilen asal gazlar kullanılır. Klasik koruyucu gazlar azot, hidrojen ve karbon monoksitten (endogaz, azot-metanol) oluşur.
Ayrıca, bileşimi malzemelere ve fırın sistemlerine uyarlanmış teknik gaz karışımları da kullanılabilir.
- Azot-Metanol Prosesi
- Endogaz
- Azot - Hidrojen - Propan/Metan
Karbonitrürleme
Karbonitrürleme, özel bir yüzey sertleştirme türüdür. Karbona ek olarak, aynı zamanda yüzey tabakasına azot eklenir. Karbonitrürleme 750 ile 930 °C arasındaki sıcaklıklarda gerçekleşir. Ulaşılabilir derinlikler seçilen sıcaklığa bağlıdır.
Yüzey sertleştirme ile karşılaştırıldığında, karbonitrürleme yüzey katmanları elde eder.
- Daha yüksek sürtünme aşınma direnci
- Geliştirilmiş tavlama direnci
- İyileştirilmiş ani çalıştırma özellikleri
Kullanılan koruyucu gazlar
- Azot
- Hidrojen
- Amonyak
- Hidrokarbonlar
- Endogaz
Gaz Kaynakları
- Azot-metanol
- Amonyak
Siyah Oksitleme
Bazı durumlarda; kimyasal maddelerle yapılan yüzey kaplama işlemleri yerine, patentli karartma oksidasyon operasyonu çevre dostu bir operasyon olup, maliyet avantajı da sağlamaktadır.
Sertleştirme prosesi fırın sistemlerine entegre edilebildiğinden son işlemlere gerek bırakmadığından tüm işlemler düşünüldüğünde zaman tasarrufu sağlamaktadır..
Östenitleme aşamasının sonunda, atmosfer değişir, bu da tanımlanmış kısa süreli oksidasyonda olarak tanımlanan Fe3O4 tabakasının oluşumuna yol açar. Gözenekli bir yapıya sahip olan bu oksit tabakası yağ banyosuna batırılır.
Sonuç olarak, katmanlar korozyona karşı geçici bir korumaya sahiptir.
Mevcut ölçüm ve kontrol cihazları kullanılarak prosesin entegrasyonu ve tekrarlanabilirliği sağlanmaktadır.
Kullanılan Koruyucu Gazlar:
- Azot
- Hidrojen
Gaz Kaynakları::
- Azot Kaynağı
- Hidrojen Kaynağı
Vakumla Sertleştirme (Düşük Basınçlı Karbürleme)
Düşük basınçlı karbürleme (vakumla sertleştirme), iş parçalarına karbon katarak yüzey bölgesindeki sertliği arttıran bir vakumlu ısıl işlem işlemidir. Çoğu durumda, karbürleme maddesi olarak asetilen kullanılır.
Düşük basınçlı karbürleme, gaz besleme koşullarına bağlı olarak yüksek soğutma hızları sağlayan yüksek basınçlı bir gaz su verme (soğutma) işlemi ile birleştirilir.
Azot veya helyum genellikle su verme gazları olarak kullanılır
Düşük Basınçlı Karbürlemede (Vakumla Sertleştirme) Kullanılan Gazlar:
- Asetilen
Yüksek Basınçlı Su Verme İşlemi için Kullanılan Gazlar:
- Azot
- Helyum
- Argon
Gaz Kaynakları
- Asetilen ve yüksek basınçlı gaz beslemesi
- Azot ve Argon temini
Düşük Yüzey Oksidasyonu ile Sertleştirme ve Tavlama ( Mikrosertlik Eğrisi )
Örneğin, sertleştirme ve temperleme için klasik atmosferler yüksek karbon monoksit seviyelerine sahiptir.Ortaya çıkan oksijen potansiyeli, oksijene afinitesi olan alaşım elementlerinin afinitelerine göre seçici oksidasyonuna yol açabilir. Isıl işlem sırasında alaşım elementlerinin oksidasyon olması sebebiyle, su verme işlemindeki mikroyapı için artık uygun değildir.
Malzemeye ve fırın sistemine göre uyarlanmış oksijensiz gaz karışımı verme işlemi, yönetilebilir miktarda test ile mevcut sertleştirme veya temperleme sistemlerinin kullanılmasını sağlar.
Fırın sisteminin teknik özellikleri de göz önünde bulundurularak kenar oksidasyon değerleri < 5 μm'ye düşürülebilir.
Kullanılan Koruyucu Gazlar:
- Azot
- Hidrojen
- Hidrokarbonlar
Sıvı Azot ile Kalıntı Östenit Dönüşümü (Derin Dondurma – Kriyojenik Uygulama)
Bazı malzemelerde, sertleşme sırasında ostenitin tamamı martensite dönüşmez. İş parçasındaki kalıntı östenit, daha sonra martensite dönüşme eğilimi ile birlikte yumuşak ve kararsız halde bulunur.
İş parçalarının boyutsal doğruluğu sorgulanır çünkü martensit, ostenitten %1'e kadar daha büyük bir hacme sahiptir. Bu nedenle, pek çok uygulama için sertleştirmeden sonra artık östenit dönüşümü kesinlikle yapılması gerekir.
Üstten yüklemeli dondurucular tek parça işlemi için uygundur. Bir yandan, tekrarlanan tavlama ile tutulan östenit oranı azaltılabilir, diğer yandan düşük sıcaklıkta bir işlem gerçekleştirilebilir. Bu, sıvı azot kullanılarak uygun tesislerde gerçekleştirilir.
Çoğu ısıl işlem için teknik gazların kullanılması esastır. Gaz bileşenlerinin türü ve miktarı açısından seçimi birçok faktörden etkilenir.
İlgili işlem için teknolojik ve ekonomik olarak en iyi gaz karışımını bulmak konusunda Air Liquide'deki ısıl işlem uzmanları tüm parametreleri fırın denetiminin bir parçası olarak değerlendirir ve sizinle birlikte en iyi çözümü uygular.
