Çeliğin Isıl İşlemi
Çeliklere uygulanan ısıl işlemin amacı çeliğin mekanik özelliklerini daha güçlü bir hale getirmektedir. çeliğin fiziksel ve bazen kimyasal özelliklerini değiştirmek için ısıtma ve soğutma işlemi uygulanarak çeliğin yapısı değiştirilir. Isıl işlemin amacı, metalin mikro yapısını kontrol ederek çeliğin sertlik, mukavemet, tokluk, süneklik ve elastisite gibi özelliklerini değiştirmektir.
Bazı yaygın ısıl işlem teknikleri tavlama, sementasyon, çökelme ile sertleştirme, temperleme, karbürizasyon, normalizasyon ve su vermedir.
Çeliğin ısıl işlemi, nihai ürünün istenen özelliklerine bağlı olarak çeşitli uygulamalara sahiptir.
Örneğin;
- Tavlama, çeliği yumuşatmak ve sünekliğini ve işlenebilirliğini artırmak
- Sementasyon, çelik parçaların yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırmak
- Çökelme sertleşmesi, paslanmaz çeliklerin mukavemetini ve korozyon direncini artırmak
- Temperleme, kırılganlığı azaltmak ve sertleştirilmiş çeliklerin tokluğunu artırmak, Karbürizasyon, düşük karbonlu çeliklerin yüzey tabakasına karbon difüzyonu sağlanarak sertliklerini ve yorulma dirençlerini artırmak
- Normalizasyon, tane boyutunu küçültmek ve çeliklerin yapısını homojenleştirmek
- Su verme ise çeliklerde sert ve küçük taneli bir yapı oluşturmak için kullanılmaktadır
- Günümüzde çeliklerde ısıl işlem uygulaması olmazsa olmaz kabul edilmekte ve sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır. Isıl işlem ile dişliler, miller, rulmanlar, yaylar, bağlantı elemanları, borular, bıçaklar, aletler ve kalıplar gibi çelik bileşenlerin performansı, dayanıklılığı arttırılabilir
Çeliğin Isıl İşleminin Avantajları
Çeliğin ısıl işlemi, metalin ısıtılmasını veya soğutulmasını içeren bir işlemdir ve çeliğin fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirmek için kullanılır.
Bu işlemin birçok faydası vardır
Artan mukavemet:Isıl işlem, sert ve küçük taneli bir yapı oluşmasını sağlayarak veya alaşım elementlerinin çökelmesini arttırarak çeliğin mukavemetini artırabilir. Örneğin; Su verme işlemi çeliği yüksek sıcaklıktan hızla soğutarak sert ve kararlı bir yapı üretmek için kullanılan bir işlemdir.
Artan aşınma direnci: Isıl işlem, malzemeyi sertleştirerek aşınma direncini arttırabilir. Aşınmaya karşı daha dirençli hale getirmek için yapılan sertleştirme işlemi sadece yüzeyde; indüksiyon, lazer, kimyasal yüzey sertleştirme yolu ile veya tüm yapıda; yağda, suda, polimerde su verme yöntemleri ile gerçekleştirilebilir. Kimyasal yüzey sertleştirmeye örnek olarak, düşük karbonlu çeliğin yüzey katmanına karbon veya nitrojen difüzyonu sağlanarak sertliğinin ve aşınma direncinin arttırılması gösterilebilir. Tüm yapının sertleştirilmesine ise kritik sıcaklığının üzerinde ısıtılmış çeliğin hızla soğutularak tüm yapıda ince tanelerin oluşturulması ile sertleştirme örnek verilebilir.
Artan korozyon direnci: Isıl işlem, koruyucu oksit tabakaları oluşturarak veya korozyon direncini artıran alaşım elementlerinin çökelmesini sağlayarak korozyon direncini arttırabilir. Örneğin, paslanmaz çelikler paslanmayı önleyen krom oksit tabakaları oluşturmak için ısıl işleme tabi tutulur. Çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler ise; bakır, molibden ve niyobyum gibi elementlerin çökelmesini arttırarak çukurlaşma ve çatlak korozyonuna karşı dirençlerini artırmak için ısıl işleme tabi tutulur.
Artan süneklik: Isıl işlem malzemeyi yumuşatarak ve iç gerilmeleri azaltarak sünekliği artırabilir. Süneklik, bir malzemenin kırılmadan plastik olarak deforme olma yeteneğidir. Dövme, çekme, bükme ve işleme gibi metal işleme operasyonları için önemlidir. Örneğin; Tavlama, çeliği yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılması ve ardından sertliğini azaltmak ve sünekliğini artırmak için yavaşça soğutma işlemlerini içeren bir prosestir.
Normalleştirme ise çeliği kritik sıcaklığının üzerinde ısıtılmasının ardından havada soğutma ile tane boyutunu iyileştirerek ve yapısını homojenleştirerek sünekliği artırır.
Artan termal iletkenlik: Isıl işlem, malzemedeki kusurları ve safsızlıkları azaltarak termal iletkenliği artırabilir. Termal iletkenlik, bir malzemenin ısıyı transfer etme yeteneğidir. Isı eşanjörleri, kazanlar, türbinler ve motorlar gibi uygulamalar için önemlidir. Örneğin; gerilim giderme, çeliği kritik sıcaklığının altında ısıtma ardından yavaşça soğutma işlemidir. Bu işlem ile kaynak, döküm veya su verme nedeniyle oluşan iç gerilimleri gidermek hedeflenir.
Bu proses, malzemede ısı transferini engelleyen çatlaklar, boşluklar ve dislokasyonlar gibi kusurları azaltır.
Yüzey görünümü: Isıl işlem, malzemenin rengini veya yüzey kalitesini değiştirerek görünümü iyileştirebilir. Örneğin, temperleme, çeliğin kırılganlığını azaltmak ve tokluğunu artırmak için su verdikten sonra kritik sıcaklığının altına ısıtılarak yapılan bir işlemdir. Temperleme sıcaklığı ve süresine bağlı olarak, çeliğin yüzeyinde saman sarısı, kahverengi veya mavi gibi farklı renkler görülebilir. Bir başka örnek de nitrürleme işlemidir; nitrürleme işlemi, çeliğin yüzey katmanına nitrojen ekleyerek sertliği ve aşınma direncini artıran bir işlemdir. Nitrürleme ayrıca, çeliğin yüzeyinde siyah veya koyu gri bir renk üretir.
Çeliğin Isıl İşleminin Dezavantajları
Çeliğin ısıl işlemi metalin ısıtılması ve soğutulması yoluyla fiziksel ve mekanik özelliklerinin değiştirilmesini içeren bir işlemdir.Bunun yanı sıra ısıl işlemin bazı dezavantajları da vardır.
Kırılganlığın artması: Isıl işlem, sert ve martenzitik bir yapı oluşturarak çeliğin kırılganlığını artırabilir. Örneğin, su verme ile çelik yüksek sıcaklıktan hızla soğutarak sert sert bir yapı elde edilebilir ancak bu sert yapı aynı zamanda kırılgan da olacaktır. Oluşan kırılganlığı azaltmak için su verilmiş çelik çoğu zaman kritik sıcaklığının altında ısıtılarak ve ardından yavaşça soğutularak yeniden tokluğu arttırılmalıdır.
Azalan işlenebilirlik: Isıl işlem, çeliğin sertliğini ve mukavemetini artırarak
işlenebilirliğini azaltabilir. Örneğin, sementasyon, çelik parçaların yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırmak için yüzey katmanına karbon veya nitrojen eklerken işlenebilirliği azaltır fakat sertleştirilmiş çeliğin işlenmesi yumuşak çeliğe göre daha zordur ve özel aletler veya teknikler gerektirebilir.
Artan maliyet: Isıl işlem, ek ekipman, enerji, zaman ve işçilik gerektirerek çelik üretim maliyetini artırabilir. Örneğin, vakumlu ısıl işlem, çeliği vakumlu bir odada ısıl işleme tabi tutarak oksidasyonu ve dekarbürizasyonu önlemek için kullanılır. Fakat, vakumlu ısıl işlem geleneksel ısıl işlemlerden daha pahalıdır çünkü daha fazla enerji ve bakım gerektiren özel fırınlar, pompalar ve contalar gerektirir.
Artan bozulma ve çatlama: Isıl işlem, metalin eşit olmayan şekilde genişlemesine ve büzülmesine neden olarak çelik parçaların bozulmasını ve çatlamasını artırabilir. Örneğin, gerilim giderme, iç gerilimleri gidermek için yavaşça soğutarak çeliği kritik sıcaklığının altında ısıtan bir işlemdir. Fakat, ısıtma ve soğutma hızları düzgün bir şekilde kontrol edilmezse parçalar karmaşık şekillere veya geometrilere sahipse, gerilim giderme işlemi çelik parçaların bozulmasına ve çatlamasına da neden olabilir.
Azalan manyetik ve elektriksel özellikler: Isıl işlem, çeliğin manyetik ve elektriksel özelliklerini azaltabilir. Örneğin temperleme, çeliği kritik sıcaklığının altında ısıtarak sertleştirilmiş çeliğin kırılganlığını azaltırken manyetik geçirgenliğini ve elektrik iletkenliğini de azaltır.
Bu iddiaları destekleyen bazı örnekler ve veriler şunlardır:
Su verme işlemi, karbon çeliğinin sertliğini artırabilir fakat aynı zamanda kırılganlığını da artırır. Sertlik ile tokluk arasında bir denge sağlamak için tavlama gerektirir.
Sementasyon düşük karbonlu çeliğin yüzey sertliğini artırabilir fakat işlenebilirliğini azaltır ve özel kesme takımları gerektirebilir.
Vakumlu ısıl işlem, çelik parçaların oksidasyonunu ve dekarbürizasyonunu önleyebilir fakat geleneksel ocaklara göre daha fazla enerji tüketen özel ekipmanlar gerektirir.
Gerilim giderme, iç gerilimleri gidermek için kullanılır fakat ısıtma ve soğutma hızları düzgün bir şekilde kontrol edilmezse, parçalar karmaşık şekillere veya geometrilere sahipse çelik parçaların bozulmasına ve çatlamasına da neden olabilir.
Temperleme, sertleştirilmiş çeliğin kırılganlığını azaltır fakat bunun yanı sıra manyetik geçirgenliğini ve elektrik iletkenliğini de azaltır.
Son olarak
Çeliğin ısıl işlemi, metalin fiziksel ve bazen kimyasal özelliklerini değiştirmek için kullanılan bir işlem türüdür. Isıl işlem, çeliğin sertliğini, mukavemetini, tokluğunu, sünekliğini ve elastisitesini değiştirerek çeliğin istenilen özelliklere getirilmesi için uygulanır. Tavlama, sementasyon, çökelme ile sertleştirme, temperleme, karbürleme, normalizasyon ve su verme gibi çeşitli yöntemler kullanılır. Isıl işlem, çelik bileşenlerin performansını ve dayanıklılığını arttırır. Ancak, ısıl işlemin bazı dezavantajları da mevcuttur. maliyet artışı, azalan işlenebilirlik, artan kırılganlık, artan bozulma ve çatlama, azalan manyetik ve elektriksel özellikler gibi. Isıl işlem, çeliği istenilen özelliklere ulaştırmak için uygulanmaktadır.
