TEMEL ISIL İŞLEM ÇEŞİTLERİNİN KARAKTERİSTİĞİ

Isıl işlem süreci birçok parçaların teknolojik imal safhasında önemli operasyon olmaktadır. Yalnız ısıl işlem sayesinde çeliklerin yüksek mekanik özelliklerin elde edilmesi mümkün oluyor, bu da çağdaş makine parçalarının ve takımlarının normal çalışmasını temin etmektedir.

1- ÇELİKLERİN TAVLANMASI
• Homojenleştirme (Difüzyonlu Yumuşatma)

Difüzyonlu yumuşatma genel olarak alaşımlı çelik külçelerindeki kimyasal ayrıcinstelliği, mekanik özellikleri aynı seviyeye getirilmeleri için ve yapı teşekkül edicilerinin dağılmasını iyileştirmek için tatbik edilmektedir. Homojenleştirmenin gerçekleşmesi için yüksek sıcaklıklara çıkılması gerekmektedir.

• Rekristalizasyon Yumuşatması

Rekristalizasyon yumuşatması metallerin soğuk şekil değiştirme operasyonları öncesi ve soğuk şekil değiştirme operasyonları arası basınç ile işlenmelerinde meydana gelen sertleşmenin giderilmesi için uygulanmaktadır.

• Artık Gerilim Giderme Yumuşatması

Bu cins yumuşatma önceki teknolojik operasyonların (dökme, kaynak, keme işlemleri) sonucu olarak meydana gelen gerilimlerin giderilmeleri için uygulanır

• Tam Yumuşatma

Tam yumuşatma genellikle ötektik altı çelikler için tatbik edilmektedir. Tam yumuşatma döğme ve döküm parçalara tatbik edilmektedir. Tam yumuşatmada mekanik özelliklerinin kesme ile işlenme kabiliyetlerinin artırılması amaçlanır.

• İzotermik Yumuşatma

İzotermik yumuşatma mekanik mukavemeti iyileştirmek ve ince tane yapıyı elde etmek için uygulanmaktadır.

• Eksik Yumuşatma

Bu yumuşatma çeşidi tam yumuşatmadan fark edilir tarafı çelikler eksik yumuşatmada daha düşük sıcaklıklara kadar ısıtılmaktadırlar. Ötektik altı çelikler için eksik yumuşatma iç gerilmelerin giderilmesi ve kesme yolu ile işlenmenin iyileştirilmesi için tatbik edilmektedir. Bununla beraber eksik yumuşatma da yalnız rekristalizasyon cereyan etmekte (Austenite yalnız perlite dönüşmekte ve ferritten çok az bir miktar ferritin fiğer kısmı değişmez olarak kalmakta) dir. Bu sebepten dolayı eksik yumuşatma ötektik altı çelikler için eğer sıcak mekanik işlem doğru yapılmış ise ve iri tane teşekkül etmiş ise tatbik edilmektedir. Kural olarak ötektik üstü çelikler için tam yumuşatma yerine eksik yumuşatma uygulanmaktadır

• Normalizasyon

Normalizasyon çeliklerin rekristalizasyonunu sağlamakta ve dolayısı ile dökümde, haddelemede veya dövülmede elde edilen iri taneli yapıyı gidermekte olup mukavemeti artırmaktadır. Normalizasyon tayini çeliklerin kimyasal bileşimlerine bağımlı olarak çeşitlilik gösterir.

2-ÇELİKLERİN SERTLEŞTİRİLMESİ

Ötektik altı ve ötektik üstü çeliklerin belirli sıcaklıklara ısıtılmaları faz değişimlerinin tamamlanabilmesi için belirli süre bekletilmeleri ve kritik hızdan daha yüksek hız ile soğutulmaları sertleştirme adını almaktadır. Karbonlu çelikler genel olarak suda, alaşımlı çelikler yağda veya başka bir ortamda (kurşun veya tuz banyosunda) sertleştirmektedirler. Sertleştirme nihai ısıl işlem değildir. Sertleştirme sonu meydana gelen gevrekliğin ve gerilimlerin giderilmesi için istenilen mekanik özelliklerin elde edilebilmesi için çelikler sertleştirmeden sonra menevişe tabi tutulmaktadır. Genel olarak takım çelikleri sertleştirmeye ve menevişe tabi tutulmaktadır. Sertliğin aşınma dayanıklığının ve mukavemetinin artırılması için yapı çelikleri ise mukavemet (kopma direnci, akma sınırı) sertliğin HB, plastikliğin (kopma uzaması ve kesit daralmasının) ve özlüğünün (çentik direncinin) artırılması içindir

• Nitrasyon- Nitrokarbürizayon

Nitrasyon bir yüzey işlem prosesidir. Azotun çelik yüzeyine difüzyonun sonucu malzemenin yüzeyinde aşınma direncinin yüksek olduğu sert bir tabaka oluşur. Her malzemenin bir nitrasyon kabiliyeti vardır. Nitrasyon bazı çeliklerde korozyon direnci ve yorulma dayanımı artırır. Bazı çeliklerde ise korozyon direncini düşürür. Birleşik Isıl İşlem olarak kalıbın kullanılacağı yere göre ve kalıp malzemesine göre nitrasyon prosesi optimize edilip en yüksek performans sağlanır. Karbon ve azotun difüzyonu ile malzeme yüzeyinde aşınma direncinin yüksek olduğu bir tabak elde edilir. Tuz nitrasyon diye adlandırılan tenefer prosesi aslında bir nitarsyon prosesi değil nitrokarbürzasyon prosesidir. , transformasyon sıcaklığında takımın yüzeyine difüzyonu ile olur. Kısa çevrimli olan bu proses malzemenin aşınma direncini yükseltir

• Soğuk iş takım çeliği sertleştirme

Kesme ezme sıvama bükme gibi operasyonlarda kullanılan takım çelikleri kalıbın kullanım yerine göre farklı ısıl işlem prosesine tabi tutulmalıdır. Soğuk iş takım çeliklerinin sertleştirilmesindeki prensip matriks yapısının karbon ve karbürlerden oluşmasını sağlamaktır. Yüksek karbon içerikleri nedeniyle genelde sertleşme kabiliyetleri yüksektir. Ancak yapıdaki kalıntı östenitinin kriyojenik proses ve uygulanan temperleme işlemleri ile optimize edilmesi gerekir.

• Sıcak İş Takım Çeliği Sertleştirme

Sıcak iş takım çeliklerinde östenitleme sıcaklığı kalıbın kullanım yerine göre seçilir. Zor koşullarda çalışan sıcak iş kalıplarından iyi bir performans alınabilmesi için Özellikle temperleme sıcaklıkları doğru seçilmelidir. Kritik ve takip gerektiren bir ısıl işlem uygulanmalıdır. Taneler arasında oluşan karbürler tokluğu düşürdüğünden soğutma süreci bu oluşumu minimum indirecek şekilde ayarlanmalıdır.

• Oksidasyon

Özellikle sıcak iş takım çeliklerinde yapışmayı önlemek ve aşınma direncini artırmak için uygulanır. Her türlü kalıba uygulanmaz. Bu konuda ısıl işlemcinin bilgisi ve tecrübesi önem kazanır.. Ayrıca oksidasyon işlemi yüksek hız çeliklerinin özel nitrasyon prosesi sonrasında kesme ömrünü artırmak amacıyla özel olarak ta uygulanabilmektedir

• Kriyojenik proses

Yeni teknolojiler ve üretim proseslerinin gelişmesi ve bunun beraberinde soğutucu sıvıların da yardımıyla düşük sıcaklıklarda ısıl işlemler mümkün olabilmektedir. Kriyojenik proses - 196°C (-320°F) sıcaklıklara inerek ısıl işlemi daha etkin ve sorunsuz hale getirmiştir. Böylece çatlama ihtimali olmayan kalıplara uygulanabilen bu proses ile kalıp ömrü 4 kat arttırılıp; yüksek aşınma direnci; yüksek tokluk, yüzeyde düşük sürtünme elde edilebilmiştir. Ayrıca tel erozyon sonrası çatlama riski minimuma indirilmiştir.

• Yüksek Hız Takım Çeliği Sertleştirme

Yüksek hız takım çelikleri ısıl işlemi çok kritik bir konudur. Özellikle östenitleme sıcaklığı ve süresinin çok iyi tayin edilmesi gerekmektedir. Ön ısıtma proseslerinin eksiksiz yapılması gerekir. Ayrıca mutlaka en az üç temperleme işlemi yapılmalıdır.

ÇELİKLER İÇİN SERTLİK DÖNÜŞÜM TABLOSU



ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÇELİK YAPISINA ETKİSİ

• KARBON (C)

Çelikte başlıca sertleştirici etkisi olan element, karbondur. Karbon miktarındaki her artış, çeliğin sıcak hadde mamülü veya normalize edilmiş halindeki sertlik ve çekme direncini arttırır. Fakat esnekliğini, dövülme, kaynak edilme ve kesilme özelliğini zayıflatır.

• MANGAN (Mn) 1244°C

Mangan, çeliğin direncini geliştirir. Esnekliğini az miktarda zayıflatır. Dövme ve kaynak edilme özelliğine olumlu etkide bulunur. Mangan sertlik ve direnci arttırıcı özelliği, karbon miktarına bağlıdır. Manganın yüksek karbonlu çeliklerdeki etkisi düşük karbonlu çeliklere oranla daha fazladır. Mangan su verme derinliğini arttırır korozyona olan direncini geliştirir.

• SİLİSYUM (Si)1410°C

Silisyum, mangan gibi bütün çeliklerde bulunan bir elementtir. Çelik yapımında demir cevherinden, veya ocak astarı olan tuğlalardan da bir miktar silis, çeliğin bünyesine kendiliğine girer. Silisyum çelikler deyimi, bileşiminde %0,40 dan fazla silisyum olan çelikler için kullanılır. Silisyum, çelik dökümlerde mekanik direnci ve özgül ağırlığı arttırır. Çelikte silisyum bulunması esnekliği eksi yönde etkilerse de beher %1 artış için çekme dayanımını 10 kg/mm, akma sınırını da benzer bir oranda arttırır. %14 arasında silisyum bulunan çelikler, kimyasal reaksiyonlara karşı dayanıklı olduklarından bu durumdaki çelikler dövülemezler.

• FOSFOR (P) 118°C

Genel olarak çelikteki fosfor zararlı olarak bilinir. Yüksek kaliteli çeliklerde fosfor %si en çok 0,030• 0,050 olarak tutulur.

• KÜKÜRT (S)

Çeliğin işlenebilme özelliğinin arttırılması söz konusu olmadığı hallerde fosfor gibi istenmeyen yabancı maddeler olarak kabul edilen bir elementtir. Normal olarak müsaade edilen miktar en çok %0.025-0.030 arasında sınırlandırılır. Sonuç olarak kükürt çeliği kırılgan yapar. Ve haddelenmesini güçlendirir.

• KROM (Cr) 1920°C

Krom çeliğin dayanma özelliğini arttıran fakat buna karşılık, esnekliğini çok az bir dereceye kadar eksi yönde etkileyen bir alaşım elementidir. Krom, çeliğin sıcağa direncini arttırır. Tufal yapmayı önler. İçinde yüksek oranda krom bulunması çeliğin korozyona ve aşınmaya karşı dayanımını arttırır.

Kromlu paslanmaz çeliklerde krom oranı arttıkça kaynak edebilme yeteneği azalır. Krom, en stabil karbürü meydana getirir. Çelikte beher yüzde bir oranındaki krom yüzdesi artışına karşılık çekme direncinde yaklaşık olarak 8• 10 kg/mm² lik artış görülür. Aynı oran içinde olmamakla beraber akma sınırı yükselirse de çentik direnci düşer.

• NİKEL(Ni) 1453°C

Nikel çeliğin direncini silisyum ve mangana kıyasla daha az artırır çelikte nikel özellikle kromla birlikte bulunduğu zaman sertliğin derinliklere inmesini sağlar.
Krom nikelli çelikler paslanmaz tufallanamaya ve ısıya dayanıklıdır. Özellikle düşük sıcaklıklarda makine yapı çeliklerini çentik direncini arttırır. Nikel ıslah ve sementasyon çeliklerin direncini arttırdığı gibi östenitik çelikler paslanmaya ve tufallanamya dayanıklı çelikler için uygun bir alaşım elementidir.

• Molibden (Mo) 2610°C

Molibden çeliğin çekme dayanımını özelikle ısıya dayanıklılığı ile kaynak edilme özelliğini arttırır. Yüksek miktarda molibdenli çeliklerin dövülmesi güçleşir. Molibden kromla birlikte daha çok kullanılır. Molibdenin etkisi volframa benzer.

• VANADYUM (V) 1730°C

Az miktarda katılan fakat büyük özellik değişimi sağlayan en önemli elemanlardan biridir. Bilhassa darbeye mukavemetini arttırır. Genellikle kesici uçların uzun zaman kesici olmasını sağlar.

• Wolfram (W) 3380°C

Müspet özellikleri olan kıymetli bir elemandır. Daha ziyade yüksek hız ve sıcak iş çeliklerde kullanılır.