i      JOMINY DENEY CIHAZI TASARIMI                   VEFARKLI MALZEMELERIN SERTLESEBILIRLIGININ              BELIRLENMESI...
i                   T.C.  SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ       MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ    MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ         ...
ii    ÖZET    Çeliklerin sertleĢtirme sonrası kazanacağı sertlik, hiç Ģüphesiz ki satın almada tercihfaktörlerinden en bas...
iii   ÖNSOZ   Bu çalıĢmada beni yönlendiren, karĢılaĢtığım zorluk ve problemleri, bilgi vetecrübeleriyle aĢmamda bana yard...
ivĠÇĠNDEKĠLERÖZET ...........................................................................................................
v         3.3.5 Östenit DönüĢüm Hızına Etkisi ........................................................... 31         3.3.6...
vi     4.1.2 Orta Karbonlu Çelikler ....................................................................... 47     4.1.3 Y...
vii6. GENEL ANLAMDA SERTLEġEBĠLĠRLĠK ................................................ 687. JOMĠNY DENEY CIHAZI ĠMALATI ......
viii   9.2 Jominy –SAE/AISI 4140 çeliğinin durumu ............................................... 98   9.3 Jominy – SAE/AI...
9     ġEKĠLLER LĠSTESĠġEKĠL 3.1 SAF FE – C ALAġIMLARININ SERTLEġEBĠLĠRLĠĞĠ ( % 90 MARTENZĠT, SUDA      SU VERĠLMĠġ, ASTM N...
10ġEKĠL 5.2 ALEVLE SERTLEġTĠRME ĠġLEMĠNĠN PRENSĠP ġEMASI........................................ 65ġEKĠL 6.1 MARTENZĠT MĠK...
11ġEKĠL 8.4 SERTLĠK ÖLÇÜMLERĠ SONUCUNDA ÇĠZĠLEN DĠYAGRAMA BĠR ÖRNEK ...... 95ġEKĠL 9.1 SAE 1040 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OL...
12   TABLOLAR LĠSTESĠTABLO 4.1 AZ ALAġIMLI ÇELĠKLERĠN TSE ‟ YE GÖRE GÖSTERĠMĠNDE KULLANILAN   KATSAYILAR                  ...
13    1. GĠRĠġ    SertleĢebilen çeliklerde, tam kesit sertleĢtirildiğinde ( tam sertleĢtirme ), malzemekesitinde ulaĢılan ...
14    2. LĠTERATÜR ARASTIRMASI    Bir çeligin özelliklerinin en basında hiç süphesiz sertlesebilirlik özelligi gelir. Isıl...
15    Detayları ile birlikte T.S. 1381‟ de verilen, orta dereceli sertlesebilen çelikler için sıkçakullanılan, Jominy ve B...
16    3. ÇELĠKLERDE ALASIM ELEMENTLERĠ    3.1 Çeliklerde Kullanılan Alasım Elementleri       Bilindigi üzere, çeliklere de...
17    Mangan (Mn):    Mangan da karbon gibi üretim islemlerinde çelik yapısında yer alan bir elementtir veçeligin dayanımı...
18    Kükürt (S):    Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzdeuzamasına ve toklugu...
19    Nikel (Ni):    Nikel darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır, östenitik paslanmazçeliklerin kromdan son...
20    Wolfram (W):    Tungsten olarak da bilinen bu element özellikle hız çeliklerinde olmak üzere alaĢımlıtakım çelikleri...
21    Niyobyum (Nb):    Mikro alaĢımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaĢımelementidir. Paslanmaz ç...
22    KurĢun (Pb):    Haddelenebilirliği   azaltır. Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzeykalitesini olumsuz yönd...
23manganezin ise tokluk kazandırdığı bilinmektedir. Ancak bu bilgi bizleri yanlıĢ yorumyapmaya götürmemelidir. ( www.hedef...
24    3.2.1 Östenit OluĢturucu Elementler    Manganez (Mn), Nikel (Ni), Kobalt (Co), Azot (Na), Çinko (Zn) bu gruba aitola...
25    Sadece     düĢük   krom oranlarına      sahip çelikler      soğuma sırasında    kübik yüzeymerkezli olabilirler. Öst...
26    Bölge 2:    Daha yüksek karbon miktarlarına sahip olduklarından              sertleĢtirilebilen,   ıslahedilebilen v...
27    Kullanım alanları;    DIN normu 100Cr6, malzeme numarası 3505 olan bu çelikler ölçü aletleri,spiral matkaplar ( deli...
28    3.3 AlaĢım Elementlerinin Genel Etkileri    3.3.1 Tane Büyümesine Etkileri    Tane    büyümesinin     sınırlandırılm...
29    Ötektoid nokta, % 0,8 C oranında ve 723 °C sıcaklıkta oluĢur. Örneğin % 5 Cr‟ luçeliğin ötektoid noktası % 0,5 C içe...
30diğerlerine oranla beynitik dönüĢümleri daha fazla etkiledikleri, diğerlerinin de bukonuda ters davrandıkları kesin olar...
31    3.3.5 Östenit DönüĢüm Hızına Etkisi    Demir - karbon denge diyagramında, östenitin 723 °C ‟ nin altında perlithalin...
32                                    CeĢ = C + Mn/6 + Cr/5 + Ni/15 + Mo/7    Bu      formülde       hesaplanan        değ...
33    Örnek olarak % 0,6 C ‟ lu çelik yüksek sertliğe sahip olmasına rağmen sertleĢmederinliği düĢüktür. % 0,3 C içeren 30...
34    3.4.1 Karbonun SertleĢtirebilmeye Etkisi    Karbon ( C ) direkt olarak sertleĢtirebilmeye etkili olduğundan, diğer e...
35    3.4.2 Manganın SertleĢtirebilme Etkisi    Grange tarafından iki seri alaĢımda incelenmiĢtir. Ġlk seride C oranı % 0,...
36    ġekil 3.2 % 0,5 Mn ‟ lı Çelikte C Miktarının SertleĢebilirliğe Etkisi ( % 90 Martenzit,Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ...
37ġekil 3.3 Çelikte Mn Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 90 Martenzit,      Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4, C ...
38    3.4.3 Silisyumun SertleĢtirebilme Etkisi    Silisyumun sertleĢtirebilirlik etkisi % 0,09 - % 0,30 - % 0,57 ve % 0,86...
39    3.4.4 Fosforun SertleĢtirebilme Etkisi    ġekil 3.5  de fosforun sertleĢebilirlik üzerine etkisi özetlenmiĢtir. Fosf...
40    ġekil 3.6 Çelikteki S Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 0,2 C, % 0,5 Mn )                  ( % 90 Mart...
41ġekil 3.7 Çelikteki Ni Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,3 Mn)          ( % 90 Martenzit, Suda S...
42   3.4.7 Kromun SertleĢtirebilme Etkisi    ġekil 3.8  de Cr ‟ un % 1 ‟ in oldukça altındaki miktarlarda sertleĢebilirliğ...
43      ġekil 3.9 Çelikteki Mo Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,3                                ...
44      Şekil 3.10 Çelikteki V Miktarının Sertleşebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,5                                ...
45Her iki östenitleme sıcaklığında en küçük Ti ilavesiyle ( % 0,026 ) sertleĢebilirlikte birazalma görülür ( Grange, 1973 ...
46  ġekil 3.12 Çelikteki Zr Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,5                                   ...
47    4. ÇELĠKLERĠN SINIFLANDIRILMASI    4.1 Çeliklerin Karbon Oranına Göre Sınıflandırılması    4.1.1 DüĢük Karbonlu Çeli...
48    4.1.3 Yüksek Karbonlu Çelikler     % 0,55 ile % 0,9 arasında karbon içerirler. Yüksek mukavemet ve aĢınmadirenci ger...
49      4.2.2 AlaĢımlı Çelikler      AlaĢımlı çelikler, alaĢım miktarına göre ve esas alaĢım elementine göre çelikler olma...
50    c) - Yüksek AlaĢımlı Çelikler: Yüksek alaĢımlı çeliklerin gösterimi için en baĢta X harfikullanılır.   Karbon    ora...
51yükseldiğinde çelik östenitik durumdan hızlı soğutulursa östenitik yapı oda sıcaklığındadönüĢmeden kalır. Hadfield manga...
52   c) - Krom – Molibden Çelikleri: 41xx alaĢım serisini oluĢturmak için küçük miktarlarda( % 0,13 – 0,20 ) katılan molib...
53    5. ÇELĠKLERE UYGULANAN ISIL ĠġLEMLER    Genel anlamda ısıl iĢlem; metal veya alaĢımlara istenilen özellikleri kazand...
54    Ötektoid üstü çelikler ise, alt kritik sıcaklık çizgisi ile bu çeliklere ait üst kritiksıcaklık çizgisi   (Acm)    a...
55    c) - Ac3 çizgisinin üzerindeki sıcaklıkta yapı tamamen ince taneli östenite dönüĢür.    d) - Parça oda sıcaklığına s...
56yumuĢatma tavına tabi tutulabilmeleri için Ac3 çizgisinin üzerindeki uygun sıcaklıklardatavlanmalarının gerekli olduğu s...
57    Ġç   yapıda    kalın    ve   sert   tane    sınırlarının   bulunması,    çeliklerin   talaĢlıyöntemle iĢlenmelerini ...
58    Normalizasyon tavının belli baĢlı amaçları;    a) Tane küçültmek    b) Homojen bir yapı elde etmek    c) Ötektoid üs...
59    Normalizasyon iĢleminden sonra beyaz görünümlü ötektoid dıĢı ferrit, koyu renkliperlit bölgelerini çevreleyen bir ağ...
60dönüĢtürülmesi iĢlemidir. Bu iĢlem, östenitleĢtirmeden sonra kontrollü soğutma ile deyapılabilir.    YumuĢatma tavı iĢle...
61    5.4 Gerilim Giderme Tavı ve Ara Tavı    Gerilim giderme tavı, 150 – 695 oC arasında ısıl iĢleme tabi tutulmuĢ parçal...
62    Ara tavlama iĢlemi de gerilme giderme tavına çok benzeyen bir iĢlem olup, ötektoid altıçeliklerden saç ve tel yapımı...
63    5.7 Östemperleme    Distorsiyonu        minimize   etmek   için,   martemperlemeye       benzer      Ģekilde   yapıl...
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli

1,785 views

Published on

jominy

salih_482@hotmail.com

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,785
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
15
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Jominy deneyi bitirme salih_balci_10_06_2012_tarihli

  1. 1. i JOMINY DENEY CIHAZI TASARIMI VEFARKLI MALZEMELERIN SERTLESEBILIRLIGININ BELIRLENMESI Salih BALCI Bitirme Ödevi MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ISPARTA 2012
  2. 2. i T.C. SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ BĠTĠRME ÖDEVĠ JOMINY DENEY CĠHAZI TASARIMI VEFARKLI MALZEMELERIN SERTLEġEBĠLĠRLĠGĠNĠN BELĠRLENMESĠ SALIH BALCI Prof. Dr. REMZI VAROL
  3. 3. ii ÖZET Çeliklerin sertleĢtirme sonrası kazanacağı sertlik, hiç Ģüphesiz ki satın almada tercihfaktörlerinden en basta gelenidir. SertleĢme derinliği ve sertleĢme kabiliyetininbilinmesi çelik seçimini kolaylaĢtırır. SertleĢme kabiliyetini tespit etmek için kullanılanmetodun ucuz, kolay ve pratik olması onun yaygın olarak kullanılmasını sağlayacaktır Kaliteli imalat, ancak uygun malzeme seçimine bağlıdır. Çünkü üretim, önceliklekullanılacak malzeme secimi ile baĢlamaktadır. Makine imalat ve yapı sanayiinde ençok kullanılan malzeme çelik olduğuna göre çelik seçimi son derece önemlidir.SertleĢebilirliğin önemi ise farklı çelikerin hangi sertlik düzeylerine eriĢebileceğinibelirlemede ortaya çıkar. Sertlik derinligi düsük olan numunede transfer olan ısı miktarı az, sertlik derinligiyüksek olan numunede ısı transfer miktarının fazla oldugu sonucu çıkarıldı. BuçalıĢmada malzemelerin sertleĢebilirliklerini belirlemek için en yaygın olarak uygulananjominy Alin SertleĢtirme Deney düzeneğinin tasarlanıp üretilmesi ve Ç1020, Ç1040,Ç1050, karbon çelikleri ve Ç4140, Ç4340, alaĢım çeliklerinin sertleĢmekabiliyetlerinin (sertleĢebilirliklerinin) incelenmesi amaçlandı. Seçilen Ç1020, Ç1040, Ç1050, karbon çelikleri ve Ç4140 Ç4140, alaĢım çelikleristandart Jominy numunesi seklinde hazırlandı. Östenitleme sıcaklığına ısıtılannumuneler, su verme basıncı 65 mm ss standart Jominy basıncında su verme iĢlemigerçekleĢtirildi. Bu çalıĢmada 6 farklı çelik numunesinin Jominy deneyi sonuçları incelenmiĢtir. Suverilen uçtan itibaren çelik numunelerindeki iç yapı değiĢimleri ölçülen sertlik değerleriile karĢılaĢtırılmıĢtır
  4. 4. iii ÖNSOZ Bu çalıĢmada beni yönlendiren, karĢılaĢtığım zorluk ve problemleri, bilgi vetecrübeleriyle aĢmamda bana yardımcı olan değerli hocam Prof. Dr. Remzi VAROL‟ ateĢekkürlerimi sunarım. Deney cihazının geliĢtirme ve yapım aĢamasında yardımlarını esirgemeyenSüleyman Demirel Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü personellerine veözellikle Kudret BENEK ve Abdulkadir SALALI „ya teĢekkürü bir borç bilirim. Ayrıca ailemin bana sağladığı maddi ve manevi desteği için teĢekkür ederim. Salih BALCI ISPARTA, 2012
  5. 5. ivĠÇĠNDEKĠLERÖZET .......................................................................................................................... iiÖNSOZ...................................................................................................................... iiiĠÇĠNDEKĠLER.......................................................................................................... ivġEKĠLLER LĠSTESĠ.................................................................................................. 9TABLOLAR LĠSTESĠ ............................................................................................. 121. GĠRĠġ .................................................................................................................. 132. LĠTERATÜR ARASTIRMASI............................................................................ 143. ÇELĠKLERDE ALASIM ELEMENTLERĠ ........................................................ 16 3.1 Çeliklerde Kullanılan Alasım Elementleri ..................................................... 16 3.2 AlaĢım Elementlerinin Çeliklere Etkileri ................................................. 22 3.2.1 Östenit OluĢturucu Elementler ........................................................... 24 3.2.2 Ferrit OluĢturucu Elementler ............................................................. 24 3.3 AlaĢım Elementlerinin Genel Etkileri ....................................................... 28 3.3.1 Tane Büyümesine Etkileri ................................................................... 28 3.3.2 Ötektoid Noktasına Etkileri ................................................................ 28 3.3.3 Martenzitin oluĢtuğu sıcaklığa (Ms) etkisi ......................................... 29 3.3.4 Ġzotermal DönüĢüm Süresinde Perlit ve Beynit DönüĢümüne Etkileri ................................................................................................................... 29
  6. 6. v 3.3.5 Östenit DönüĢüm Hızına Etkisi ........................................................... 31 3.3.6 Kaynak Edilebilme Kabiliyetine Etkisi ............................................. 31 3.3.7 SertleĢme Derinliğine Etkisi ................................................................ 32 3.4 AlaĢım Elementlerinin SertleĢebilmeye Etkilerinin Bağıl OlarakĠncelenmesi ............................................................................................................... 33 3.4.1 Karbonun SertleĢtirebilmeye Etkisi ................................................... 34 3.4.2 Manganın SertleĢtirebilme Etkisi ....................................................... 35 3.4.4 Fosforun SertleĢtirebilme Etkisi ......................................................... 39 3.4.5 Sülfürün SertleĢtirebilme Etkisi ......................................................... 39 3.4.6 Nikelin SertleĢtirebilme Etkisi ............................................................ 40 3.4.7 Kromun SertleĢtirebilme Etkisi .......................................................... 42 3.4.8 Molibdenin SertleĢtirebilme Etkisi ..................................................... 42 3.4.9 Vanadyumun SertleĢtirebilme Etkisi ................................................. 43 3.4.10 Titanyumun SertleĢtirebilme Etkisi ................................................. 44 3.4.11 Zirkonyumun SertleĢtirebilme Etkisi............................................... 45 3.4.12 Bakırın SertleĢtirebilme Etkisi .......................................................... 45 4. ÇELĠKLERĠN SINIFLANDIRILMASI ........................................................ 47 4.1 Çeliklerin Karbon Oranına Göre Sınıflandırılması ................................ 47 4.1.1 DüĢük Karbonlu Çelikler .................................................................... 47
  7. 7. vi 4.1.2 Orta Karbonlu Çelikler ....................................................................... 47 4.1.3 Yüksek Karbonlu Çelikler .................................................................. 48 4.1.4 Yüksek Karbonlu Takım Çelikleri..................................................... 48 4.2 Çeliklerin Kimyasal BileĢim Esas Alınarak Sınıflandırılması ............... 48 4.2.1 AlaĢımsız Çelikler ................................................................................. 48 4.2.2 AlaĢımlı Çelikler ................................................................................... 495. ÇELĠKLERE UYGULANAN ISIL ĠġLEMLER .......................................... 53 5.1 YumuĢatma Tavı .......................................................................................... 54 5.2 Normalizasyon Tavı .................................................................................... 57 5.3 KüreselleĢtirme Tavı ................................................................................... 59 5.4 Gerilim Giderme Tavı ve Ara Tavı ........................................................... 61 5.5 MeneviĢleme ( Temperleme ) ....................................................................... 62 5.6 Martemperleme ........................................................................................... 62 5.7 Östemperleme .............................................................................................. 63 5.8 Çeliklere Uygulanan Yüzey ĠĢlemleri ....................................................... 63 5.8.1 Sementasyon .......................................................................................... 63 5.8.2 Nitrürasyon ( Nitrürleme ).................................................................... 63 5.8.3 Alevle Yüzey SertleĢtirme .................................................................... 64 5.8.4 Ġndüksiyonla SertleĢtirme ................................................................... 65
  8. 8. vii6. GENEL ANLAMDA SERTLEġEBĠLĠRLĠK ................................................ 687. JOMĠNY DENEY CIHAZI ĠMALATI ............................................................... 74 7.1.Jominy Ġçin Standartlar .................................................................................. 74 7.1.1. Deney parçası(numune) boyutları .......................................................... 74 7.1.2. Gerekli Teçhizat Ve Gerektirdikleri ....................................................... 76 7.2. Ġmalatı Yapılan Cihazın 3DMax çizimler ..................................................... 80 7.2. Ġmalatı Yapılan Cihazın Diğer Cihazlardan Farklılıkları ............................. 82 7.2.1. Cam Kafese Sahip Olması...................................................................... 82 7.2.2. Deney Parçası Sabitleme Ve Merkezleme Mekanizması ....................... 838. JOMĠNY SERTLEġEBĠLĠRLĠK DENEYĠ VE UYGULANMASI ........... 85 8.1 Jominy – Uç Su Verme SertleĢebilirlik Deneyi ........................................ 85 8.2 Jominy Deneyi için Gerekli Olan Malzeme ve Teçhizatlar .................... 88 8.3 Jominy Deneyinin YapılıĢı .......................................................................... 94 8.3.1 I. AĢama - Isıtma ĠĢlemi ...................................................................... 94 8.3.2 II. AĢama - Ani Soğutma ĠĢlemi ......................................................... 94 8.3.3 III. AĢama - Ölçme ĠĢlemleri .............................................................. 95 8.3.4 IV. AĢama - Jominy Eğrisinin Çizilmesi ........................................... 959. DENEY SONUÇLARI ...................................................................................... 96 9.1 Jominy – SAE/AISI 1040 çeliğinin durumu ............................................. 96
  9. 9. viii 9.2 Jominy –SAE/AISI 4140 çeliğinin durumu ............................................... 98 9.3 Jominy – SAE/AISI 4340 çeliğinin durumu ........................................... 100 9.4 Jominy - SAE/AISI 1050 çeliğinin durumu ............................................ 103 9.5 Jominy - SAE/AISI 1020 çeliğinin durumu ............................................ 10510. SONUÇ VE DEĞERLENDĠRME ............................................................... 107KAYNAKLAR ...................................................................................................... 110ÖZGEÇMĠġ ......................................................................................................... 112
  10. 10. 9 ġEKĠLLER LĠSTESĠġEKĠL 3.1 SAF FE – C ALAġIMLARININ SERTLEġEBĠLĠRLĠĞĠ ( % 90 MARTENZĠT, SUDA SU VERĠLMĠġ, ASTM NO. 4 ) ( GRANGE, 1973 ) .................................................................. 34ġEKĠL 3.2 % 0,5 MN ‟ LI ÇELĠKTE C MĠKTARININ SERTLEġEBĠLĠRLĠĞE ETKĠSĠ ( % 90 MARTENZĠT, SUDA SU VERĠLMĠġ, ASTM NO. 4 ) ( SAF FE – C ALAġIMLARI KARġILAġTIRILARAK )( GRANGE, 1973 ) ........................................................................... 36ġEKĠL 3.3 ÇELĠKTE MN MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ ( % 90 MARTENZĠT, SUDA SU VERĠLMĠġ, ASTM NO. 4, C ĠÇERĠĞĠ % 0,2 ) ( GRANGE, 1973 ) ...................................................................................................................................................... 37ġEKĠL 3.5 ÇELĠKTEKĠ P MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ ( % 0,2 C, % 0,5 MN ) ................................................................................................................................... 39ġEKĠL 3.6 ÇELĠKTEKĠ S MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ ( % 0,2 C, % 0,5 MN ) ................................................................................................................................... 40ġEKĠL 3.7 ÇELĠKTEKĠ NĠ MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,3 MN) .................................................................................................................................... 41ġEKĠL 3.8 ÇELĠKTEKĠ CR MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,3 MN) .................................................................................................................................... 42ġEKĠL 3.9 ÇELĠKTEKĠ MO MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,3 MN) .................................................................................................................................... 43ġEKĠL 3.10 ÇELĠKTEKĠ V MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,5 MN) .................................................................................................................................... 44ġEKĠL 3.11 ÇELĠKTEKĠ TĠ MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,5 MN) .................................................................................................................................... 45ġEKĠL 3.12 ÇELĠKTEKĠ ZR MĠKTARININ SERTLEġEBĠLEN ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ (% 0,2 C, % 0,5 MN) .................................................................................................................................... 46ġEKĠL 3.13 AISI 1045 ÇELĠĞĠNDE CU ‟ IN SERTLEġEBĠLĠR ÇAP ÜZERĠNE ETKĠSĠ ( % 90 MARTENZĠT, TUZLU SU ÇÖZELTĠSĠNDE SU VERĠLMĠġ ) ( GRANGE, 1973 ) ............... 464.2.2.1 ALAġIM MĠKTARINA GÖRE ........................................................................................... 494.2.2.2 ESAS ALAġIM ELEMENTĠNE GÖRE .............................................................................. 50ġEKĠL 5.1 DEMĠR – SEMENTĠT ( FE - FE3C ) DENGE DĠYAGRAMI ( WWW.CCM.UDEL.EDU ) ..................................................................................................................................................... 55
  11. 11. 10ġEKĠL 5.2 ALEVLE SERTLEġTĠRME ĠġLEMĠNĠN PRENSĠP ġEMASI........................................ 65ġEKĠL 6.1 MARTENZĠT MĠKTARI, SERTLĠK VE KARBON MĠKTARI ARASINDAKĠ ĠLĠġKĠNĠN ġEMATĠK GÖSTERĠMĠ .......................................................................................... 68ġEKĠL 6.2 ÇEġĠTLĠ ÇELĠKLER ĠÇĠN SERTLEġME DERĠNLĠĞĠ ( 100 MM ÇAPINDA W1 ÇELĠĞĠNDEN YAPILMIġ ÇUBUKLAR ) [6] ........................................................................... 69ġEKĠL 6.3 ALSL 01 ÇELĠĞĠNĠN YAĞDA SU VERĠLMESĠNDEN SONRA FARKLI BOYUTLARDAKĠ SERTLEġME DERĠNLĠĞĠ. ........................................................................ 70ġEKĠL 6.4 95 MM. ÇAPINDA YAĞDA SU VERĠLMĠġ ÇELĠK BĠR ÇUBUĞUN YÜZEYĠ VE ÇEKĠRDEĞĠ................................................................................................................................. 71RESĠM 6.1 FERRĠT / PERLĠT VE MARTENZĠT YAPILARIN MĠKROSKOP ALTINDA GÖRÜNÜMÜ .............................................................................................................................. 73ġEKĠL 7.1. NUMUNE BOYUTLARI .................................. RESĠM 7.1.KULLANILAN NUMUNE 74RESĠM 7.2. NUMUNELERĠN HAZIRLANMA AġAMALARI ........................................................ 75ġEKĠL 7.2.. SERTLEġTĠRME CĠHAZI GÖSTERĠMĠ ....................................................................... 76ġEKĠL 7.3. SU BORUSUNUN UCU .................................................................................................. 77RESĠM 7.3. ĠMALATI YAPILAN JOMĠNY DENEY CĠHAZI ......................................................... 78ġEKĠL 7.4.. JOMĠNY DENEY DÜZENEĞĠ ....................................................................................... 79RESĠM 7.4. JOMĠNY DENEY CĠHAZI ĠMALAT ÖNCESĠ ÇĠZĠLEN 3DMAX ÇĠZĠMLERĠ ......... 80RESĠM 7.5 CAM KAFES SAYESĠNDE NUMUNENĠN SU VERILME ANININ GÖRÜLMESĠ .. 82RESĠM 7.6 DENEY PARÇASI SABĠTLEME VE MERKEZLEME MEKANĠZMASI .................. 84ġEKĠL 8.1 JOMĠNY ( UÇ SU VERME ) SERTLEġEBĠLĠRLĠK DENEYĠNĠN ġEMATĠK GÖSTERĠMĠ ................................................................................................................................ 85ġEKĠL 8.2 JOMĠNY DENEYĠNDE MEYDANA GELEN YAPILAR ( HTTP://WWW2.UMĠST.AC.UK ) .............................................................................................. 87ġEKĠL 8.3 JOMĠNY DENEYĠNDE KULLANILAN NUMUNE PARÇALARIN ÖLÇÜLERĠ ...... 89RESĠM 8.1 DENEYDE KULLANILAN NUMUNE PARÇALAR .................................................. 90RESĠM 8.2 DENEYDE KULLANILAN FIRIN ( S.D.Ü.-MF-MAKĠNE MÜH. LAB. ) ................. 91RESĠM 8.3 DENEYDE KULLANILAN JOMĠNY TEST CĠHAZI ( S.D.Ü.-MF-MAKĠNE MÜH. LAB. ) (BALCI,S,2012) .............................................................................................................. 92RESĠM 8.5 NUMUNE SERTLĠKLERĠNĠN ÖLÇÜLDÜĞÜ CĠHAZLAR ( S.D.Ü.-MF-MAKĠNE MÜH. LAB.2012 ) ....................................................................................................................... 93
  12. 12. 11ġEKĠL 8.4 SERTLĠK ÖLÇÜMLERĠ SONUCUNDA ÇĠZĠLEN DĠYAGRAMA BĠR ÖRNEK ...... 95ġEKĠL 9.1 SAE 1040 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI... 97ġEKĠL 9.2 SAE 4140 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI .. 99ġEKĠL 9.3 SAE 4340 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI 102ġEKĠL 9.4. SAE 1050 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI 104ġEKĠL 9.5 SAE 1020 ÇELĠĞĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI 106ġEKĠL 10.1.SAE 1020,1040,4140,4340,1050 ÇELĠKLERĠNDE DENEY SONUNDA OLUġAN HRC – MM DĠYAGRAMI ........................................................................................................ 107
  13. 13. 12 TABLOLAR LĠSTESĠTABLO 4.1 AZ ALAġIMLI ÇELĠKLERĠN TSE ‟ YE GÖRE GÖSTERĠMĠNDE KULLANILAN KATSAYILAR 49TABLO 9.1 1040 ÇELĠĞĠ DENEY NUMUNESĠNDE ELDE EDĠLEN SERTLĠK DEĞERLERĠ TABLOSU 96TABLO 9.2 4140 ÇELĠĞĠ DENEY NUMUNESĠNDE ELDE EDĠLEN SERTLĠK DEĞERLERĠ TABLOSU 99TABLO 9.3 4340 ÇELĠĞĠ DENEY NUMUNESĠNDE ELDE EDĠLEN SERTLĠK DEĞERLERĠ TABLOSU 101TABLO 9.4 1050 ÇELĠĞĠ DENEY NUMUNESĠNDE ELDE EDĠLEN SERTLĠK DEĞERLERĠ TABLOSU HATA! YER ĠġARETĠ TANIMLANMAMIġ.TABLO 9.5 1020 ÇELĠĞĠ DENEY NUMUNESĠNDE ELDE EDĠLEN SERTLĠK DEĞERLERĠ TABLOSU 105
  14. 14. 13 1. GĠRĠġ SertleĢebilen çeliklerde, tam kesit sertleĢtirildiğinde ( tam sertleĢtirme ), malzemekesitinde ulaĢılan sertliğin dağılımı ve yüzeyde ulaĢılabilecek sertliğin bilinmesi istenir.SertleĢtirme iĢlemi sonunda, martenzitik dönüĢme ile yüzeyde elde edilebilecek sertlik,yapıda bulunan karbon miktarına bağlıdır. YaklaĢık % 0,8 C miktarına kadar, karbonmiktarı arttıkça, sertleĢtirme iĢlemi sonunda ulaĢılabilecek sertlik artar ve yaklaĢık 67 HRC değerine ulaĢır. Daha yüksek karbon miktarlarında, yüzeyde ulaĢılabilecek sertlikdeğeri 67 HRC değerinde kalır yada biraz azalma gösterebilir. Sertliğin yüzeyden itibaren, parçanın merkezine doğru dağılımı ise, çeliğin alaĢım duru-muna bağlıdır. AlaĢımsız çeliklerde, ancak ince kesitlerde çekirdeğe kadar sertleĢmesağlanabilir. Kalın kesitlerde ise, yüzeyde ince bir bölge sertleĢir, derine doğru büyüksertlik azalması görülür. AlaĢımlı çeliklerde ise, yüzeyden itibaren sertleĢebilen bölgedaha büyüktür. Yüzeydeki sertliğe yakın değerlerin bulunabildiği sahanın derinliği,alaĢım elementlerinin çeĢidine ve miktarına bağımlıdır. AlaĢım elementleri katılarak, yüzeyden itibaren sertleĢebilen tabaka kalınlığının arttırıl-ması, alaĢım elementlerinin kritik soğuma hızını düĢürmesindendir. AlaĢımsız çeliklerdemartenzitik dönüĢümü sağlayan kritik soğuma hızı oldukça yüksek değerde iken, alaĢımelementi katılmakla daha düĢük soğuma hızlarında martenzitik dönüĢümsağlanabilmektedir. Laboratuar Ģartlarında yapılması ve kullanılması hem daha kolay hem de dahaekonomik olması ( Grossmann sertleĢtirme deneyi ile kıyaslandığında ) açısından enyaygın kullanılan sertleĢtirme deneyidir.
  15. 15. 14 2. LĠTERATÜR ARASTIRMASI Bir çeligin özelliklerinin en basında hiç süphesiz sertlesebilirlik özelligi gelir. Isıl islemuygulanan çeliklerde amaç belli bir bölge ve derinlikte istenilen sertligi elde etmektir. Bunedenle ısıl islem uygulanacak çeliklerin seçiminde en önemli etmen sertlesebilirliközelligidir (Tekin, 1992). Sertlesebilirlik, bir çelikte su verme islemi ile olusturulan sertligin yüzeyden içe doğrudagılım özelligine verilen addır (Tekin, 1992). Bilindigi üzere sertlik martenzit olusumu ve oransal varlıgı ile alakalı olduğundansertlesebilirligin ikinci bir tanımı olarak; “ çeligin, belli kosullar altında soğutulduğunda vebelirlenmis bir derinlikte, kısmen yada tamamen, ostenitten belli bir yüzdedeki martenzitedönüsme kapasitesi ” tanımı yapılabilir ki bu tanım sertligin de altını çizen daha dogru birtanım olur (Krauss, 1980). Sertlik ve sertlesebilirlik malzemenin iki ayrı özelligidir. Bir alasımın sertligi onunfiziksel sertliginin gerçek ölçüsüdür. Sertlesebilirligi tarif etmek için en basit yol olarakdenebilir ki sertlesebilirlik malzemenin martenzite dönüstügü en yavas soguma hızının birölçüsüdür (Richman, 1967). Her çelik için, maksimum sertligi verecek belirli bir soguma hızı vardır ki ( kritik sogumahızı ) bu hızla en yüksek martenzitik sertligi elde edilir. Eger sogutma hızı kesitin merkezindeyeter derecede yüksekse, maksimum sertlige bütün kesit geniĢliği boyunca erismekmümkündür. Daha asagı sulama hızlarında ise merkez sertliginde bir düsüs olacak ve çubuğunbütün kesit boyundaki sertlik dereceleri kademeli olacaktır (Craft ve Lamont, 1971). Bir çeligin sertlesmis kabul edilmesi için ne sertlikte olması gerekir? Bu sorunun cevabıalasımın sertlesebilirliligini saptanmada kullanılır. Ve bu soruya cevap sertleĢtirilmiĢ olançelikte mikro yapının martenzit miktarı ile verilebilir. Eger % 50 ‟ den daha az martenzitvarsa, malzeme sertlesmemis durumdadır denilir (Richman, 1967).
  16. 16. 15 Detayları ile birlikte T.S. 1381‟ de verilen, orta dereceli sertlesebilen çelikler için sıkçakullanılan, Jominy ve Boegehold tarafından gelistirilmis olan Jominy – Uç su verme deneyi;kolay olmasıyla birlikte ucuz olması ve aynı kararlılıkla tekrarlanabilmesi gibi avantajlarısayesinde uluslararası düzeyde standartlastırılmıs bir deney olarak karsımıza çıkmakta ve bukonuda birçok çalısma yapılmaktadır. Craft ve Lamont ( 1971 ), jominy deneyinin orta dereceli sertlesebilme kabiliyetine sahipçelikler için en yararlı ve kullanıslı deney oldugunu ifade etmisler, çalısmalarıyla bunugöstermislerdir. Flinn ve Trojan ( 1986 ), deney çubugunda genis bir soguma hızı varyasyonlarınınmeydana geldigini ve bunun sonucunda çubuk boyunca sertliklerin ölçülerek östenitlemesıcaklıgından farklı soguma hızları ile elde edilen sertliklerin bulundugunu; bu deneyyönteminden elde edilecek en dikkat çekici bilginin, numune üzerinde verilen bir noktadakisertligin olmadıgını, verilen bir soguma hızından elde edilecek olan sertlik oldugunu; ve yinejominy çubugu üzerindeki bir noktanın sertliginin, aynı soğuma hızıyla yag veya suda suverilmis bir parçadaki noktanın sertligine esit olacagını ifade ederek çalısmalarında bunlarayer vermislerdir.
  17. 17. 16 3. ÇELĠKLERDE ALASIM ELEMENTLERĠ 3.1 Çeliklerde Kullanılan Alasım Elementleri Bilindigi üzere, çeliklere degisik özellikler kazandırmak veya var olan özelliğinigelistirmek amacıyla çesitli alasım elemanları ( yeterli miktarlarda ) katılmaktadır. lave edilenbu alasım elementleri asagıdaki gibi sıralanabilir; Karbon (C): Çeliklerin temel alasım elementi olan karbon, çeliklerin üretim islemleri sırasındayapıdaki yerini alır. Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyenfaktördür. Karbon, çeligin akma ve çekme mukavemetini artırır, yüzde uzamayı,sekillenebilirligi ve kaynak kabiliyetini azaltır. slenebilirligin ön planda olduğu çeliklerdekarbon miktarı düĢük tutulmalı, dayanım degerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda iseçeligin karbon içerigi yüksek olmalıdır. ( www.yenimuhendis.com ) Düsük karbonlu yumusak çeliklerin sekillendirilmesi sırasında meydana gelebilecek enönemli problem mavi gevrekliktir. Bu olay karbon ( ve/veya azot ) atomlarının küçük çaplıolması nedeniyle kolay yayınmalarından kaynaklanır ve isleme sırasında kırılganlık meydanagetirir. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) Mavi Gevreklik; Yumusak çelikler270 - 350 0C arasında sekillendirilirlerse küçük çaplı atomlar hızlı bir sekilde yayınır.Yayınan atomlar dislokasyonları kilitleyerek malzemenin akma sınırı noktasını yükseltir.Dolayısıyla malzeme daha gevrek davranır. Sözü edilen sıcaklıklar arasında çeligin aldıgı renk mavi oldugu için bu olaya mavigevreklik denir. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com )
  18. 18. 17 Mangan (Mn): Mangan da karbon gibi üretim islemlerinde çelik yapısında yer alan bir elementtir veçeligin dayanımını arttıran etki gösterir. Bunun yanında sertlesebilme ve kaynak kabiliyetinide artırır, östenit kararlastırıcı bir elementtir. ( www.yenimuhendis.com ) Manganın en önemli özelligi kükürtle MnS bilesigi yapması ve demir kükürt ( FeS )bilesigi olusumunu engellemesidir. FeS sıcak kırılganlıga neden olur. Silisyum (Si): Silisyum oksijen giderici olarak kullanıldıgı için çelik içinde yer alır. Çeligin akma,çekme dayanımını ve elastikiyetini artırır. Çelik yapısındaki silisyum miktarı azaldıkça tufalyapma oranı artar. ( www.yenimuhendis.com ) Silisyum ucuz bir alasım elementidir, yaygın olarak yüksek elastikiyet gerektiren yayçeliklerinde kullanılır. Ayrıca elektriksel akım kaybını önleyen bir elementtir. Silisyum miktarı fazla olan filmasinlerin çok küçük çaplara indirilmeleri zordur. Çünküsilisyum, malzeme tel haline getirilirken teli sertlestirir ve kopmalara neden olur.Filmasinlerde bu yüzden düsük silisyum tercih edilir. ( www.yenimuhendis.com ) Fosfor (P): Fosfor çeligin akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve egme özellikleriniçok fazla kötülestirir, soguk kırılganlık meydana getirir, talaslı sekillendirme kabiliyetiniarttırır. Fosfor çelik içinde üretim islemlerinden kalan bir elementtir ve istenmeyen özelliklerinedeniyle mümkün mertebe yapıdan uzaklastırılır.( www.yenimuhendis.com ) Kaliteli ıslahçeliklerinde fosfor maksimum % 0,045, asal ıslah çeliklerinde ise % 0,035 degerinde bulunur.
  19. 19. 18 Kükürt (S): Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzdeuzamasına ve tokluguna etkisi çok fazladır. Kükürt malzemenin toklugunu ve sünekliginiönemli ölçüde azaltır. Ayrıca kaynaklanabilirligi kötü yönde etkiler. Kükürt demirle birleserek FeS fazını olusturur. Bu faz düsük ergime sıcaklıgına sahipoldugu için haddeleme sıcaklıgında ergiyerek sıcak kırılganlıga sebep olur. Bu olumsuz etkikükürdün manganla birlesmesi saglanarak önlenir. ( www.yenimuhendis.com ) Kükürt çelik içinde çeliğin üretiminden kalan bir elementtir ve yukarıdabelirtilen istenmeyen özellikleri nedeniyle yapıdan mümkün mertebe uzaklaĢtırılır. SadecetalaĢlı Ģekillendirilmeye uygun otamat çeliklerinde kükürt miktarı yüksek tutulur. Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum kükürt miktarı % 0,045, asal ıslah çeliklerindeise % 0,035 civarındadır. Krom (Cr): Krom paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir. Krom, korozyon veoksidasyon direnci sağlar. Sertleşebilme kabiliyetini artırır. Yüksek karbonlu çeliklerdeaşınma direncini yükseltir. ( www.atacelik.com ) Krom karbon ile tane sınırlarında biriken Cr23C6 bileşiğini oluşturur. Oluşan bubileşik, paslanmaz çeliklerde tane sınırlarındaki krom miktarını paslanmazlık sınırı olan %12 ‟ nin altına çeker. Bu bileşik yüksek sıcaklıklarda karbon yayınımının hızlanmasıile kolayca meydana gelir ve kaynaklı paslanmaz çeliklerde, kaynak dikişi yakınlarındakaynak bozulmalarına neden olur. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com )
  20. 20. 19 Nikel (Ni): Nikel darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır, östenitik paslanmazçeliklerin kromdan sonra ikinci en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmazçeliklerde ki nikel miktarı % 7 - 20 arasındadır. ( www.yenimuhendis.com -www.atacelik.com ) Nikel östenit kararlaştırıcı bir elementtir ve östenitik paslanmaz çeliklerin, adındanda anlaşılacağı gibi oda sıcaklığında bile kafes yapısı KYM ‟dir. KYM kafes yapısıöstenitik paslanmaz çeliklere yüksek şekillendirilebilme özelliği kazandırır. Molibden (Mo): Molibden tane büyümesini önler, sertleĢebilme kabiliyetini artırır. MeneviĢgevrekliğini giderir. MeneviĢ sıcaklığından yavaĢ soğumalarda bazı alaĢımların tanesınırlarında karbür çökelmesi meydana gelir, bu da kırılganlığa neden olur. Molibden buolumsuz etkiyi ortadan kaldırır. ( www.atacelik.com ) Ayrıca molibden çeliklerin sürünme dayancına ve aĢınma direncini yükseltir. AlaĢımlıtakım çeliklerinde önemli bir alaĢım elementidir. Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği içinkorozyon direncini önemli ölçüde artırır. Bazı mikro alaĢımlı çeliklerde nitrür veya karbonitrür oluĢturan alaĢım elementi olarakmolibden kullanılır. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) Kobalt (Co): AlaĢımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaĢım elementidir. Takım çeliklerininsıcakta sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır. ( www.atacelik.com )
  21. 21. 20 Wolfram (W): Tungsten olarak da bilinen bu element özellikle hız çeliklerinde olmak üzere alaĢımlıtakım çeliklerinde yaygın olarak kullanılır. AĢınma direncini artıran, sıcakta sertliğinmuhafazasını sağlayan bir alaĢım elementidir.( www.atacelik.com ) Vanadyum (V): Tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını oldukçaartırır. Ayrıca sertleĢebilme kabiliyetini artırır, meneviĢleme ve ikinci sertleĢmedeolumlu etkileri vardır. AlaĢımlı takım çeliklerinde kullanım yeri olan bir alaĢım elementidir. Vanadyum, tane küçültücü ve karbür yapıcı etkisi ile, mikro alaĢımlıçeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanılan bir mikro alaĢım elementidir. Mikro alaĢımlı çeliklerde alaĢım elementleri toplamı % 0,25 ‟ i geçmez. Bu elementlertek, ikili ve üçlü kompozisyonlar halinde mikro yapı içerisinde oluĢturduklarıkarbonitrür çökeltileri ile tane boyutunu inceltmelerinin yanı sıra çökelti sertleĢmesimekanizmasıyla dayanımı artırırlar. ( www.yenimuhendis.com – www.atacelik.com ) Titanyum (Ti): Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır. Ancak bu etkisi vanadyumunetkisinden daha yüksektir. Mikro alaĢımlı çeliklerde mikro alaĢım elementi olarak kullanılır.Ayrıca paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini giderebilmek içinkarbür oluĢturucu alaĢım elementi olarak kullanılır. ( www.atacelik.com )
  22. 22. 21 Niyobyum (Nb): Mikro alaĢımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaĢımelementidir. Paslanmaz çeliklerde titanyumun yaptığı etkiyi yapar ve titanyumla birlikteveya tek baĢına kullanılır. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) Alüminyum (Al): Oksijen gidermek için kullanılır. Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcıetki gösterir. Yüksek alüminyum miktarı sürekli dökümlerde nozul tıkanmalarına sebepolur. Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temelalaĢım elementidir. Bazı mikro alaĢımlı çeliklerde de nitrür ve karbonitrür oluĢturanmikro alaĢım elementi olarak da kullanılır. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) Kalay (Sn): Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerdesorunlar meydana getirir. Kalay düĢük ergime sıcaklığına sahip bileĢikler yaparakhaddeleme sırasında kopmalara neden olur. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com) Bakır (Cu): Akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve Ģekillenebilirliği azaltır.Soğuk çekilebilirliği kötü yönde etkiler. Bu yüzden filmaĢinlerde ki bakır oranınolabildiğince düĢük olması istenir. Korozyon direncini yükselten etki gösterir. (www.atacelik.com )
  23. 23. 22 KurĢun (Pb): Haddelenebilirliği azaltır. Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzeykalitesini olumsuz yönde etkiler. Sürekli dökümlerde sorunlara sebebiyet verir. Ancakçeliklerin talaĢlı Ģekillendirme kabiliyetlerini artırdığından otomat çeliklerinde alaĢımelementi olarak kullanılmaktadır. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com) Azot (N): Ġstenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur, eğme özellikleriniçok kötüleĢtirir. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) Hidrojen (H): Hidrojen gevrekliğine neden olur. Azottan daha tehlikelidir. Malzemeninelastikiyetini azaltır. ( www.yenimuhendis.com - www.atacelik.com ) 3.2 AlaĢım Elementlerinin Çeliklere Etkileri Ham demirin içerisinde bulunan % 4 ağırlığındaki karbonun, çeĢitli yöntemlerle % 2 ‟nin altına düĢürülmesiyle çelikler elde edilir. Çelikler, içlerinde % 0,1 < C < % 2oranında karbon içerirler. Çelikler, içerisindeki karbon bileĢimine göre farklı özellikler gösterirler. Azkarbonlu çelikler genel amaçlar için kullanılan en ucuz çelik türüdür. Sünekliği yüksektir,kolay iĢlenir ve su verme ile sertleĢmez. Orta karbonlu çelikler genellikle dahayüksek mukavemetli olup su verme ile sertleĢebilirler. Yüksek karbonlu çelikler ise çoksert olup iĢlenmesi zordur. Genellikle takım ve kalıp üretimine elveriĢlidir. Çeliğe karbonun haricinde çeĢitli alaĢım elementlerinden belirli oranlarda katılarakfarklı özellikler kazandırılmaktadır. Örneğin belirli bir karbon bileĢiminde çelik gözönüne alındığında; katılan alaĢım elementlerinden olan kromun çeliğe sertlik, nikel ve
  24. 24. 23manganezin ise tokluk kazandırdığı bilinmektedir. Ancak bu bilgi bizleri yanlıĢ yorumyapmaya götürmemelidir. ( www.hedefcelik.com/tr ) Kromun çeliğe sertlik ve aĢınma dayanımı kazandırdığı söylenirken Ģüphesiz % 2 C ve% 12 Cr ‟ lu takım çeliği göz önünde tutulmuĢtur. Çünkü bu çelik sertleĢtirmeiĢleminden sonra gerçekten sert ve aĢınmaya dayanıklı bir yapıdadır. Ancak bununlaberaber eğer % 0,10 C ve % 12 Cr ‟ lu çelik seçilirse elde edilen sertlik çok yüksekolmaz. AlaĢım elementleri, çeliğin farklı bir iç yapıya ulaĢmasını sağlayarak pratikte istenilençekme mukavemeti, akma sınırı, çentik darbe sünekliği gibi mekanik özellikler ilekaynak edilebilme ve sertleĢme kabiliyeti gibi iĢlenebilme özelliklerininiyileĢtirilmesinde etkili olur. Bir iç yapı genellikle bir ısıl iĢlem sonucunda elde edilir. Bunun sonucu olarakalaĢımlı çeliklerin hemen hemen tamamının ısıl iĢlemden sonra kullanıldığınısöylemek mümkündür. AlaĢım elementlerinin en önemli özelliği belli bir fazın oluĢumunu geliĢtirmek veya onukararlı hale getirmektir. Bu özelliği veren alaĢım elementlerini; - Östenit oluĢturucular, - Ferrit oluĢturucular, - Nitrür oluĢturucular olarak 3 grupta incelemek mümkündür.
  25. 25. 24 3.2.1 Östenit OluĢturucu Elementler Manganez (Mn), Nikel (Ni), Kobalt (Co), Azot (Na), Çinko (Zn) bu gruba aitolan elementlerdir. Bu elementler yüksek oranlarda bulunurlarsa, östenit alanınıgeniĢleterek daha aĢağılara indirirler. Böylece oda sıcaklığında bile kübik yüzeymerkezli kristal kafesine sahip olan östenitik çelikler meydana gelir. Büyük oranlarda Ni ve Mn, çeliği oda sıcaklığında bile östenitik halde tutar. Bunaen tipik örnek, bileĢimi % 1 C, % 13 Mn ve % 1,2 Cr olan Hadfield çeliği verilebilir. Buçelikte Mn ile C östenitin kararlı hale gelmesinde önemli rol oynarlar. Diğer bir örnek ise % 18 Cr, % 8 Ni içeren östenitik paslanmaz çeliklerdir.Östenitik çeliklerin kendine özgü özelikleri vardır. Bunlar;Çok iyi Ģekil değiĢtirebilme kabiliyeti. Kübik yüzey merkezli kristal kafesi nedeniyledüĢük sıcaklıklarda ( -200 °C ) bile sünekliklerini kaybetmezler.DüĢük akma sınırı ve daha yüksek çekme mukavemetine sahiptirler. Manyetik değildirler ve herhangi bir dönüĢüme uğramazlar. Bu nedenle de sertleĢtirmeve normalizasyon mümkün değildir. Korozyona dayanıklıdırlar. 3.2.2 Ferrit OluĢturucu Elementler Bu grubun en önemli elementleri; Krom (Cr), Molibden (Mo), Vanadyum (V),Titanyum (Ti), Silisyum (Si) ve Alüminyum (Al) ‟ dur. Bu alaĢım elementlerinin büyük bir kısmı kübik hacim merkezli sistemde kristalleĢir,bu nedenle eğer yüksek oranlarda bulunurlarsa demiri de kübik merkezli olarak kalmayazorlarlar. Bu çelikler katılaĢma sırasında dönüĢmeye uğramadan soğudukları için ferritikçelikler olarak adlandırılırlar.
  26. 26. 25 Sadece düĢük krom oranlarına sahip çelikler soğuma sırasında kübik yüzeymerkezli olabilirler. Östenit alanının altında tekrar kübik hacim merkezli hale dönerekferritik olurlar. Ferritik çeliğe bir örnek olarak transformatör saçlarının malzemesini verebiliriz.Bu malzeme % 3 Si içeren düĢük karbonlu bir çeliktir. Ferritik çeliklerin kendine özgüözellikleri vardır. Bunlar;  Manyetiklerdir, kısmen kendilerine özgü manyetik özelliklere sahiptirler.  Isıya dayanıklıdırlar, kısmen yüksek sıcaklığa dayanabilirler.  Korozyona dayanıklıdırlar. Ancak bunun için saf ferritik olmaları gerekir.  Soğuk Ģekil değiĢtirmeleri zordur, soğukta gevrek bir yapıya sahiptirler.  Krom ve karbon miktarına bağlı olarak oluĢturulan diyagramda çelikler beĢ bölgeye ayrılmıĢtır; Bölge 1: DüĢük karbonlu, korozyona dayanıklı yüksek krom miktarında yükseksıcaklığa dayanıklı, dönüĢüm yapmayan ferritik çeliklerdir. Kullanım alanları; DIN normunda X8Cr17 ile ifade edilen 4016 çeliği korozyona dayanıklıolması nedeniyle mutfak aletlerinin yapımında ve kaplama yapmakta kullanılır. Yine DIN normu X10CrAl24 olan 4762 çeliği, yüksek sıcaklıklara dayanıklı birçelik olması nedeniyle ( yaklaĢık 1200 °C ) alevle doğrudan temasta olan fırın vekazan parçalarının imalinde kullanılır.
  27. 27. 26 Bölge 2: Daha yüksek karbon miktarlarına sahip olduklarından sertleĢtirilebilen, ıslahedilebilen ve korozyona dayanıklı çeliklerdir. Kullanım alanları; DIN normu X40Cr13, malzeme numarası 4034 olan çelik suni reçine preskalıplarının, hadde merdanelerine ait yatakların ve her çeĢit bıçakların yapımında kullanılır. Bölge 3: Yüksek aĢınma ve kesme ( makaslama ) mukavemetine sahip olan, sertleĢtirmeile kendini çok az çeken çeliklerdir. Ġç yapı ledeburittir. Kullanım alanları; DIN normu X210Cr12, malzeme numarası 2080 olan soğuk iĢ takım çelikleri,hareketli kesme ve delme aletlerinin yapımında kullanılırlar. Bölge 4: DüĢük krom miktarlı sementasyon ve ıslah çelikleridir. Normalizasyon iĢleminetabi tutulmuĢ durumdaki iç yapı ferritik - perlitiktir. Kullanım alanları; DIN normu 41Cr4, malzeme numarası 7035 olan ıslah çelikleridir. Bölge 5: Perlit üstü yapıda olan düĢük alaĢımlı takım çelikleridir. SertleĢtirme sonrası kromkarbürler martenzitik ana kütle içerisine yerleĢerek çeliğe iyi bir aĢınma mukavemetikazandırırlar.
  28. 28. 27 Kullanım alanları; DIN normu 100Cr6, malzeme numarası 3505 olan bu çelikler ölçü aletleri,spiral matkaplar ( deliciler ), raybalar ve hadde yatakları yapımında kullanılmaktadır. Karbürler Krom gibi ferrit oluĢturan elementler aynı zamanda karbür yapıcıdırlar.Karbür yapıcıların çoğunluğu da demire bağlı olarak ferrit oluĢturucu özelliktedirler.Karbür oluĢturan elementlerin karbona olan afiniteleri sırayla ( soldan sağa artar )aĢağıdaki gibidir. Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr Bu elementler takım çelikleri için çok önemlidir, çünkü bu elementlerçelik malzemelerde sert karbürler oluĢturup talaĢ kaldırmaya ve aĢınmaya karĢıdirençlerini yükseltirler. 3.2.3 Nitrür OluĢturucu Elementler Tüm karbon oluĢturucular aynı zamanda nitrür yapıcı elementlerdir. Azot,çeliğin yüzeyine nitrürleme yoluyla sokulabilir. Farklı alaĢım elementlerinin sert nitrürler oluĢturarak veya çökelme sertleĢmesi yoluylaçeliğin sertliğini arttırma eğilimleri incelendiğinde; Cr, Ti, Mo, Al ve V gibi nitrüroluĢturucu elementlerin sertlikte artıĢa neden olduğu gözlenmiĢtir. Buna karĢılık Ni gibinitrür oluĢturamayan elementlerin sertlikte önemli bir artıĢa neden olmadığıgörülmüĢtür.
  29. 29. 28 3.3 AlaĢım Elementlerinin Genel Etkileri 3.3.1 Tane Büyümesine Etkileri Tane büyümesinin sınırlandırılmasında en önemli element vanadyumdur.Vanadyumun çelik içinde çok düĢük oranlarda ( % 0,1 ) kullanımı bile sertleĢtirmeiĢlemi sırasında tane büyümesini durdurmak için yeterlidir. Bunun nedeni vanadyumunsertleĢtirme sıcaklıklarında homojen dağılmıĢ karbürler ve nitrürler Ģeklinde bulunmasıdır.Bu tür karbürleri veya nitrürleri katı eriyik içine alabilmek için yüksek sıcaklığaçıkarmak gerekir. Bu nedenle alıĢılagelmiĢ sertleĢme sıcaklıklarında vanadyumbileĢikleri tane büyümesi için bir engel teĢkil ederler. Eğer sıcaklık normalinden dahayüksek değere çıkartılırsa vanadyum bileĢikleri çözündürülebilir. Ancak bu durumdaçeliğin tane boyutunun büyümesi söz konusu olabilir. Böyle bir özellikte çeliğinmekanik özelliklerinde ( darbe mukavemeti baĢta ) düĢme görülür. Ti ve Nb ‟ davanadyuma benzer etkiler gösteren iki elementtir. Yüksek hız çeliklerinde ve diğeralaĢımlı takım çeliklerinde W, Mo çift karbürleri de tane büyümesini engeller. Ġnce taneli çeliklerin imalinde istenilen etki ( sertleĢtirme ) ergimiĢ metale Al ilavesiile sağlanır. Bunun için uygulanan pratik yöntem, önce oksijen miktarını belli bir seviyeyeindirmek ve sonra çeliğe azot miktarına bağlı olarak Al ilave etmektir. Çelik soğuk iken Al- N partiküllerinin dağılımı sağlanır ve çeliğin normal sertleĢtirme sıcaklığında tanebüyümesi bu partiküller tarafından engellenir. 3.3.2 Ötektoid Noktasına Etkileri Östenit oluĢturucu elementler A1 sıcaklığını düĢürücü, ferrit oluĢturucu elementlerise yükseltici etki gösterirler. Örneğin % 12 Cr ve % 0,4 C içeren ötektoid bileĢiminde birkrom çeliği için ötektoid karbon sıcaklığından daha yüksek östenitleme sıcaklığıgerekirken % 3 Ni içeren çelik 700 °C ‟ nin altında östenitik hale geçer. Bu hususların A1sıcaklığı civarında kullanılan çelikler için büyük önemi vardır.
  30. 30. 29 Ötektoid nokta, % 0,8 C oranında ve 723 °C sıcaklıkta oluĢur. Örneğin % 5 Cr‟ luçeliğin ötektoid noktası % 0,5 C içeriğindedir. Tüm alaĢım elementleri bu noktanınkarbon konsantrasyonunu düĢürür. 3.3.3 Martenzitin oluĢtuğu sıcaklığa (Ms) etkisi Co dıĢındaki tüm alaĢım elementleri Ms ( martenzit dönüĢümünün baĢladığı sıcaklık ) veMf ( martenzit dönüĢümünün bittiği sıcaklık ) değerlerini düĢürürler. % 0,5 ‟ den daha yüksek karbon içeren çeliklerin büyük bir çoğunluğunun Mf ‟ si odasıcaklığının altındadır. Bu durum, çeliklerin sertleĢtirme sonrası pratik olarak bir miktardönüĢmemiĢ östenit içerdikleri anlamına gelir. AĢağıda verilen bağıntıda her bir alaĢımelementinin % konsantrasyonunu kullanarak Ms saptanabilir. Ms = 561 - 474C - 33Mn - 17Ni - 17Cr - 21Mo Bu bağıntı tüm alaĢım elementlerinin östenit içerisinde çözünmeleri sözkonusu olduğunda geçerlidir. Stuhlmann, yüksek ve orta alaĢımlı çeliklerde Ms için aĢağıdaki bağıntıyı önermektedir. Ms (°C) = 550 - 350C - 40Mn - 20Cr - 10Mo - 17Ni - 8W - 35V - 10Cu + 15Co + 30Al Tüm alaĢım elementlerinin arasından Ms ‟ ye en fazla etki eden karbondur. 3.3.4 Ġzotermal DönüĢüm Süresinde Perlit ve Beynit DönüĢümüne Etkileri Co dıĢındaki bütün alaĢım elementleri ferrit ve sementit oluĢumunu geciktirirler. TTTdiyagramlarında eğrileri sola doğru kaydırırlar. AlaĢım elementlerinin dönüĢümlereetkilerini formüle edecek bir kuralı saptamak oldukça zordur. Ancak bazı elementlerin
  31. 31. 30diğerlerine oranla beynitik dönüĢümleri daha fazla etkiledikleri, diğerlerinin de bukonuda ters davrandıkları kesin olarak tespit edilmiĢtir. Belli elementler belirli bir orandan fazla kullanıldıklarında dönüĢümlerikesin olmamakla beraber arttırabilirler. Ancak bunların ilave miktarları mevcut diğeralaĢım elementleriyle sınırlandırılır. Yüzey sertleĢtirme iĢlemi uygulanan çelikler vetakım çeliklerinde, karbon miktarı % 1 ‟ i aĢtığından perlit - beynit dönüĢümününbaĢlaması için geçen süre azalır. Takım çelikleri ve yapı çeliklerinde Si konsantrasyonu %1,5 ve daha fazla olduğunda perlit dönüĢümü hızlanır. Sade karbonlu çelikler için C miktarında % 0,30 ‟ dan % 1 ‟ e kademeli birartıĢ, ihmal edilebilir bir etki sağlar. Fazla etkiler ancak alaĢımelementlerinin kombinasyonuyla sağlanır.
  32. 32. 31 3.3.5 Östenit DönüĢüm Hızına Etkisi Demir - karbon denge diyagramında, östenitin 723 °C ‟ nin altında perlithaline dönüĢtüğü bilinmektedir. DönüĢüm sıcaklığı ve hızı ile ilgili daha kesindeğerlerin verilmesi demir - karbon diyagramında mümkün değildir; çünkü bu dengediyagramı diğer bütün diyagramlar gibi çok yavaĢ soğuma için geçerlidir. Östenitin hızlı soğuma sırasındaki dönüĢümü, zaman sıcaklık dönüĢüm ( TTT )diyagramlarından takip edilebilir. Üretilen çeliklerin büyük bir kısmının TTT diyagramıvardır. Bu tip diyagramların çizilmesi için çok geniĢ kapsamlı seri halde deneyleryapılmaktadır. TTT diyagramlarından östenitin ne kadar zaman içerisinde ve hangi sıcaklıkta diğeryapı Ģekline dönüĢmeye baĢladığı ve bu dönüĢümün ne zaman tamamlandığıgörülebilir. Östenitin dönüĢtüğü diğer iç yapılar; ferrit, perlit, ara kademe iç yapısı vemartenzittir. Ayrıca diyagramlar çeliğin bileĢen miktarını yüzde oranı olarak ve oluĢan iç yapının odasıcaklığındaki sertliğini vermektedirler. 3.3.6 Kaynak Edilebilme Kabiliyetine Etkisi Bir çeliğin ergitme kaynağına uygun olması, büyük ölçüde içerdiği karbon miktarınabağlıdır. Ayrıca alaĢım elementleri de mevcut ise kaynak dikiĢinin soğuması sırasındahavanın ve parçanın soğuk kısımlarının etkisi ile kaynak bölgesinde sertleĢme, yanikısmen martenzit oluĢur. Bundan dolayı gevrekleĢen malzeme, soğuma sırasındameydana gelen kendini çekme nedeniyle çatlar. BileĢimde yer alan bazı alaĢım elementleri miktarlarının kullanılmasıyla, etki edenbir eĢdeğer karbon miktarı ( % ) hesaplanır. Bu hesaplama için, deneysel yollarla bulunmuĢolan karbon eĢdeğeri formülleri kullanılır.
  33. 33. 32 CeĢ = C + Mn/6 + Cr/5 + Ni/15 + Mo/7 Bu formülde hesaplanan değerlere göre, çelikler kaynak edilebilmekabiliyeti bakımından aĢağıdaki gibi sınıflandırılabilmektedir; C % 0 i Ġyi kaynak eĢ <C ,45 % 0se ġartlı kaynak iedilir. eĢ <C % ,60 0se iedilir. Zor kaynak eĢ > ,60 se edilir. ġartlı kaynak edilebilmenin anlamı, malzemenin ancak ön ısıtma veya tamamlayıcıbir ısıl iĢlem gibi belirli Ģartlar altında kaynak edilebilmesidir. Zor kaynak edilebilir çelikler östenitik elektrotlar ( Cr-Ni-Mn AlaĢımlı Çelik ) ilekaynak edilebilir. Kaynak metali bu malzemeden meydana geleceğinden sertleĢmez veakma sınırı düĢük olur. Soğuma sırasında oluĢan kendini çekmede ise kaynak metali birmiktar plastik değiĢmeye uğrayarak kendini bırakır. Böylece kaynak bölgesindekigerilmeler tehlikeli bir büyüklüğe eriĢmez. Krom ve silisyum elementleri kaynak iĢlemi sırasında yanarlar ve yükseksıcaklıklarda ergiyen oksitler oluĢtururlar. Bu oksitler kaynak dikiĢininkenarlarının akarak birleĢmesini önler. Aynı Ģekilde birlikte yanan Manganezin oluĢanoksidi diğer oksitlerin ergime noktalarını düĢürür. Böylece Mn diğer elementlerin olumsuzetkilerini telafi eder. 3.3.7 SertleĢme Derinliğine Etkisi AlaĢımlı çeliklerin sertleĢme derinlikleri, alaĢımsız çeliklerinkinden fazladır. AlaĢımlıçeliklere daha fazla su verilebilir. Sertliğin derecesini karbon miktarı tayin eder ve busertlik değeri 65.....66 HRC ‟ den daha yüksek olamaz. Uçtan su verme ( Jominy ) deneyi ile elde edilen eğrilerden, alaĢımelementlerinin sertleĢme derinliğine etkisi çok iyi takip edilebilmektedir.
  34. 34. 33 Örnek olarak % 0,6 C ‟ lu çelik yüksek sertliğe sahip olmasına rağmen sertleĢmederinliği düĢüktür. % 0,3 C içeren 30CrMoV9 alaĢımlı çeliğinin sertliği daha düĢükolmasına rağmen, sertlik uçtan uzaklaĢtıkça düĢük miktarda azalır. Yani sertleĢmederinliği daha fazladır. Bir diğer çelik türü olan 42CrMo4 çeliğinin sertleĢme derinliği, daha yüksek alaĢımlıolan 30CrMoV9 çeliğinin sertleĢme derinliğine göre daha düĢüktür. Fakat karbonmiktarı daha yüksek olduğundan yüzey sertliği daha yüksektir. 3.4 AlaĢım Elementlerinin SertleĢebilmeye Etkilerinin Bağıl OlarakĠncelenmesi Yukarıda ifade edildiği gibi, sertleĢebilirliğe etki eden elementlerin baĢında karbongelmekte; diğer alaĢım elementleri ise sertliğe ikinci derecede etki etmektedirler. Çeliğe katılan alaĢım elementleri karbonun difüzyonunu etkilediğinden karbür oluĢumugecikir, bu gecikme sonunda sertleĢme çekirdeğe kadar devam eder ( Güventürk, F ). Ancak alaĢım elementlerinin sertleĢebilirliğe etkilerini anlayabilmenin bir yolu onları tektek ve çelik içinde belli yüzdeleri ile deneysel olarak incelemek olduğundan aĢağıdaR.A. Grange tarafından geliĢtirilen ve hesaplanmıĢ değerleri önceden hesaplanmıĢdeğerlerle çok büyük yaklaĢım gösteren bir sertleĢebilirlik deneyinin verilerielementlerin sertleĢebilirliğe bağıl etkileri ile beraber açıklanmaya çalıĢılmıĢtır. Deneyde amaç, çeliklerin sertleĢebilirliklerini kimyasal kompozisyondan vetane boyutundan yeni ve daha basit bir metotla hesaplanabildiğini ispatlamaktır. Buradabu hesap metodundan çok alaĢım elementlerinin sertleĢebilirlikle alakası üzerindedurulacaktır. Grange ‟ nin bu deneyi sığ – sertleĢen çeliklere yönelik olup sertlik kriteriolarak suda sertleĢtirilmiĢ bir silindirin merkezindeki % 90 ‟ lık martenzit yüzdesi esasalınmıĢtır.
  35. 35. 34 3.4.1 Karbonun SertleĢtirebilmeye Etkisi Karbon ( C ) direkt olarak sertleĢtirebilmeye etkili olduğundan, diğer elementler gözönüne alınmadan değerlendirilmelidir. Grange ‟ nin deneylerde kullanmıĢ olduğu yedi Fe– C alaĢımının C içeriği % 0,1 ~ % 1,0 arasındadır. Eriyen % 99,9 saflıktakiFe ‟ e sadece grafit ilave edildiğinden sertleĢebilme üzerine empüritelerin etkilerinikontrol etmek mümkündür ( Grange, 1973 ). SertleĢebilir çaplar ġekil 3.1 de verilmiĢtir. DüĢük C konsantrasyonlarında geniĢ birsertleĢebilirlik söz konusudur. Ötektoid bileĢimde maksimum sertleĢme vardır, ötektoidüstü çelikte bir miktar düĢme gözükür. Bu eğri, sertleĢebilmeyi anlamak için temeldir. Çünkü, çelikler içerisinde empürite vealaĢım elementi bulunan Fe – C alaĢımlarıdır ( Grange, 1973 ). Şekil 3.1 Saf Fe – C Alaşımlarının Sertleşebilirliği ( % 90 Martenzit, Suda Su Verilmiş, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 )
  36. 36. 35 3.4.2 Manganın SertleĢtirebilme Etkisi Grange tarafından iki seri alaĢımda incelenmiĢtir. Ġlk seride C oranı % 0,07 ‟ den %1,34‟ e kadar değiĢirken, Mn % 0,5 ‟ dir. Ġkinci seride ise, C oranı % 0,2 iken Mn % 0,35~% 1,93 arasındadır. Tane boyutu ASTM No 4 ‟ tür. 870 0C ‟ de yapılan östenitleme ısıliĢleminden sonra sertleĢebilirlik deney sonuçları ġekil 3.2 de gösterilmiĢtir. Bu eğriĢekil itibariyle Fe – C alaĢımınkine benzer, yalnız % 0,5 Mn ‟ ın sertleĢebilirlik etkisieğriyi yukarıya kaydırmıĢtır ( Grange, 1973 ). Mn ‟ ın sertleĢtirebilirlik etkisi, az C ‟ lu çeliklerde çok daha büyüktür. Ġkinci seri alaĢımlar, ince ve iri taneli yapı elde edilmek için iki yöndeöstenitlenmiĢtir. Bu iĢlem hem tane boyutu düzeltilmesine engel olmak, hem de farklıöstenit tane boyutuna sahip çeliklerde Mn ‟ın sertleĢebilirlik etkisine sahip olmadığınıbelirlemek için yapılır. Mn ‟ ın tüm tane boyutlarında aynı kantitatif sertleĢebilirliketkisine sahip olduğu ġekil 3.3 de ortaya konmuĢtur ( Grange, 1973 ).
  37. 37. 36 ġekil 3.2 % 0,5 Mn ‟ lı Çelikte C Miktarının SertleĢebilirliğe Etkisi ( % 90 Martenzit,Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Saf Fe – C alaĢımları karĢılaĢtırılarak )( Grange, 1973 )
  38. 38. 37ġekil 3.3 Çelikte Mn Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4, C içeriği % 0,2 ) ( Grange, 1973 )
  39. 39. 38 3.4.3 Silisyumun SertleĢtirebilme Etkisi Silisyumun sertleĢtirebilirlik etkisi % 0,09 - % 0,30 - % 0,57 ve % 0,86 Si içeren Fe –C alaĢımlarıyla belirlenmiĢtir. Yüksek silisyumlu Fe – C alaĢımının östenitleme sıcaklığınınispeten yüksek tutmak gerekir. ġekil 3.4 de konsantrasyon artıĢından dolayı, sabit artan ilave baĢına Si ‟ un daha azsertleĢebilirlik etkisine sahip olduğu görülür ( Grange, 1973 ). ġekil 3.4 Çelikteki Si Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 0,2 C, % 0,5 Mn ) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 )
  40. 40. 39 3.4.4 Fosforun SertleĢtirebilme Etkisi ġekil 3.5 de fosforun sertleĢebilirlik üzerine etkisi özetlenmiĢtir. Fosforun ( P )küçük yüzdelerle, nispeten güçlü bir etkisi vardır. Fakat % 0,1 P ‟ un üzerindeki seviyedesabit olduğu görülmektedir ( Grange, 1973 ). 3.4.5 Sülfürün SertleĢtirebilme Etkisi Sülfürün ( S ) sertleĢebilirlik üzerine etkisini değerlendirmek için çok sayıdanumunenin östenitleme sıcaklığını değiĢtirmek gerekir. Çelikte Mn ile birleĢen Sinklüzyonları oluĢturur. Bundan dolayı S ‟ ün etkisi negatiftir. Çünkü östenitte çözünmüĢolan S ‟ ün küçük konsantrasyonları bile, pozitif sertleĢebilirlik etkisi gösteren östenitteçözünmüĢ Mn ‟ ın kaybolmasına neden olduğundan sertleĢebilirlikte de kayıp olur. ÇelikteS ‟ ün sertleĢtirme etkisini tahmin etmek oldukça güçtür ( Grange, 1973 ). ( ġekil 3.6 ) ġekil 3.5 Çelikteki P Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 0,2 C, % 0,5 Mn ) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 )
  41. 41. 40 ġekil 3.6 Çelikteki S Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi ( % 0,2 C, % 0,5 Mn ) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 ) 3.4.6 Nikelin SertleĢtirebilme Etkisi % 0,2 C - % 0,3 Mn ‟ lı Fe alaĢımlarında esas bileĢimdeki Mn, maksimum sertleĢebilirçapı aĢmaksızın ilave edilebilen alaĢımın miktarını azaltmaktadır. Veriler, C çeliklerindemuhtemelen kalıntı bir element olarak görülen Ni ‟ in ancak küçük bir sertleĢebilirliketkisi olduğunu göstermiĢtir ( Grange, 1973 ). Grange ‟ ın yaptığı deney sonunda elde edilen veriler ġekil 3.7 ‟ deki eğri ilegösterilmiĢtir.
  42. 42. 41ġekil 3.7 Çelikteki Ni Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,3 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 )
  43. 43. 42 3.4.7 Kromun SertleĢtirebilme Etkisi ġekil 3.8 de Cr ‟ un % 1 ‟ in oldukça altındaki miktarlarda sertleĢebilirliği önemliölçüde arttırdığını gösteren veriler eğri ile belirtilmiĢtir ( Grange, 1973 ). ġekil 3.8 Çelikteki Cr Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,3 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 ) 3.4.8 Molibdenin SertleĢtirebilme Etkisi ġekil 3.9 da düĢük konsantrasyonlarda nispeten geniĢ bir sertleĢebilirlik etkisine sahipMo ‟ in verilerinin düz bir çizgi üzerinde olduğu gözlenmiĢtir ( Grange, 1973 ).
  44. 44. 43 ġekil 3.9 Çelikteki Mo Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,3 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 ) 3.4.9 Vanadyumun SertleĢtirebilme Etkisi % 0,18 V içeren alaĢımda tane boyutu ince olduğundan 900 0C ‟ deki östenitlemetane boyutu açısından uygun değildir. Bu nedenle % 0,18 V ‟ lu alaĢım üniform iritane geliĢtirmek için 1095 0C ‟ de östenitlenmiĢtir. Östenit sıcaklığını arttırma, 900 0C ‟ debir çözünme yoksa daha fazla V ‟ un çözünmesini sağlayacaktır. ġekil 3.10 da % 0,18 V ‟ da iki nokta vardır. Bunlardan biri çizginin üzerinde, diğeriise altındadır. Bu sonuç normalden yüksek bir östenitleme sıcaklığının % 0,2 C ‟ lu çelikte % 0,18 V esaslı tam çözelti için gerekmediğini göstermektedir. Nispeten küçükV yüzdeleri için sertleĢebilirlikte önemli bir artıĢ olduğu açıklanmıĢtır ( Grange, 1973 ).
  45. 45. 44 Şekil 3.10 Çelikteki V Miktarının Sertleşebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,5 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su Verilmiş, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 ) 3.4.10 Titanyumun SertleĢtirebilme Etkisi Ti ‟ un sertleĢebilirlik etkisini değerlendirmede bazı güçlükler vardır. Ti, çelikte C veN ile kuvvetli olarak kombine olur ve daha yüksek östenitleme sıcaklıklarından dolayı azarazar çözünen tanecikleri oluĢturur. Ti ‟ un açık olarak negatif sertleĢebilirlik etkisinesahip olduğu söylenebilir. Böylece Ti ‟ un kantitatif sertleĢebilirlik etkisinin,muhtemelen C ve N ile ve de östenitleme sıcaklığı ile değiĢtiği açıklanmıĢtır ( Grange,1973 ). Grange ‟ ın ince ve kaba taneli yapılarda ve farklı östenitleme sıcaklıklarındayaptığı deney sonucunda elde edilen veriler ġekil 3.11 de gösterilmiĢtir. Buradayüksek sıcaklıklarda Ti ‟ un daha büyük sertleĢebilirlik etkisinin olduğu görülmektedir.
  46. 46. 45Her iki östenitleme sıcaklığında en küçük Ti ilavesiyle ( % 0,026 ) sertleĢebilirlikte birazalma görülür ( Grange, 1973 ). ġekil 3.11 Çelikteki Ti Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,5 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 ) 3.4.11 Zirkonyumun SertleĢtirebilme Etkisi ġekil 3.12 den Zr ‟ un kesin bir negatif sertleĢebilirlik etkisi gösterdiği anlaĢılmaktadır.Zr güç çözünen karbür ve nitrür teĢkil etmede Ti ‟ a benzer. Zr ‟ un sertleĢme etkisi C ve N‟ a bağlıdır. Zr ‟ un küçük miktarlarının kantitatif sertleĢebilirlik etkisi az olduğundansertleĢmeye etkisi ihmal edilebilir ( Grange, 1973 ). 3.4.12 Bakırın SertleĢtirebilme Etkisi Ticari C çeliklerinde, küçük kalıntı yüzdelerinde bakırın ( Cu ) sertleĢebilirliketkisi küçüktür. ( ġekil 3.13 ) Bununla beraber deneysel çalıĢmalarda bir empürite olarakCu bulunduran C çeliklerinin sertleĢebilirliği tatmin edicidir ( Grange, 1973 ).
  47. 47. 46 ġekil 3.12 Çelikteki Zr Miktarının SertleĢebilen Çap Üzerine Etkisi (% 0,2 C, % 0,5 Mn) ( % 90 Martenzit, Suda Su VerilmiĢ, ASTM No. 4 ) ( Grange, 1973 )Şekil 3.13 AISI 1045 Çeliğinde Cu ‟ ın Sertleşebilir Çap Üzerine Etkisi ( % 90 Martenzit, Tuzlu Su Çözeltisinde Su Verilmiş ) ( Grange, 1973 )
  48. 48. 47 4. ÇELĠKLERĠN SINIFLANDIRILMASI 4.1 Çeliklerin Karbon Oranına Göre Sınıflandırılması 4.1.1 DüĢük Karbonlu Çelikler Bu çelikler, % 0,25 oranına kadar karbon içerirler ve çok yumuĢak ve yumuĢak çeliklerolmak üzere iki gruba ayrılırlar. ( www.yenimuhendis.com ) a) - Çok YumuĢak Çelikler: % 0,07 ile % 0,15 arasında karbon içerirler vesoğuk Ģekillendirmeye elveriĢlidirler. b) - YumuĢak Çelikler: % 0,15 ile % 0,25 oranında karbon içerirler. Çok yaygınolarak kullanılan alaĢımsız çeliklerdir. Çok iyi kaynak edilebilirler, ancak su vermeyöntemiyle iyi sertleĢtirilemezler. 4.1.2 Orta Karbonlu Çelikler Bu çelikler, % 0,25 ile % 0,55 oranları arasında karbon içerirler. Isıl iĢlem içinçok uygun çeliklerdir. Yani, bu çeliklerin yapı ve özellikleri ısıl iĢlemle büyükölçüde değiĢtirilebilir. Bu çelikler, karbon oranlarına göre genel dövme çelikleri, milçelikleri ve aĢınmaya dayanıklı çelikler olmak üzere üç gruba ayrılır. (www.yenimuhendis.com ) a) - Genel Dövme Çelikleri: % 0,25 ile % 0,35 arasında karbon içerirler. b) - Mil Çelikleri: % 0,35 ile % 0,45 oranları arasında karbon içerirler. Mil, tel vedingil yapımında kullanılırlar. c) - AĢınmaya Dayanıklı Çelikler: % 0,45 ile % 0,55 arasında karbon içerirler. Ray,ray tekerleği, silindir ve pres kalıplarının yapımında kullanılırlar.
  49. 49. 48 4.1.3 Yüksek Karbonlu Çelikler % 0,55 ile % 0,9 arasında karbon içerirler. Yüksek mukavemet ve aĢınmadirenci gerektiren yerlerde kullanılırlar. Kullanım alanına örnek olarak, pres kalıpblokları gösterilebilir. ( www.yenimuhendis.com ) 4.1.4 Yüksek Karbonlu Takım Çelikleri Bu çelikler % 0,9 ile % 1,6 oranları arasında karbon içerirler. Yüksek aĢınma direncive yüksek mukavemet gerektiren yerlerde kullanılırlar. Kullanım yerlerine örnek olaraktorna kalemi ve matkap uçları verilebilir. ( www.yenimuhendis.com ) 4.2 Çeliklerin Kimyasal BileĢim Esas Alınarak Sınıflandırılması 4.2.1 AlaĢımsız Çelikler C harfi ve ortalama yüzde karbon oranının yüz katı ile gösterilirler. Örneğin;bileĢiminde % 0,35 karbon bulunan alaĢımsız ve sakinleĢtirilmiĢ oksijen konverter çeliğiOS C 35 Ģeklinde, ortalama karbon oranı % 0,45 olan alaĢımsız çelik C 45 Ģeklindegösterilir. Karbon ( C ) iĢaretinden sonra gelen küçük harfler ise alaĢımsız çeliğin türünü gösterir.Örneğin; ortalama karbon oranı % 0,45 olan alaĢımsız asal çelik Ck 45 Ģeklinde, % 0,53oranında karbon içeren ve yüzeyi sertleĢtirilebilen alaĢımsız çelik ise Cf 53 Ģeklindegösterilir.
  50. 50. 49 4.2.2 AlaĢımlı Çelikler AlaĢımlı çelikler, alaĢım miktarına göre ve esas alaĢım elementine göre çelikler olmaküzere iki grupta incelenebilir. ( www.yenimuhendis.com ) 4.2.2.1 AlaĢım Miktarına Göre a) - Az AlaĢımlı Çelikler: Bu tip çeliklerin gösteriminde C iĢareti kullanılmaz.Ortalama yüzde karbon oranının yüz katı yazıldıktan sonra, oran sırasına görealaĢım elementlerinin simgeleri ve bu elementlerin Çizelge 4.1 ‟ deki katsayılarla çarpılaraktam sayıya yuvarlatılmıĢ ortalama yüzde oranları belirtilir. ( www.yenimuhendis.com ) Tablo 4.1 Az alaĢımlı çeliklerin TSE ‟ ye göre gösteriminde kullanılan katsayılar Örneğin bileĢiminde % 0,20 C ve % 1,25 Mn bulunan az alaĢımlı çelik 20Mn5,bileĢiminde % 0,15 C ve % 0,75 Cr bulunan az alaĢımlı asal çelik 15Cr3, bileĢiminde %0,15 C, % 1 Cr ve % 0,40 Mo bulunan az alaĢımlı çelik ise 15CrMo44 Ģeklindegösterilir. b) - Otomat Çelikleri: Karbon oranı az alaĢımlı çeliklerde olduğu gibi yazılır. ÇelikteS, Mn, Pb ve P elementlerinden hangileri varsa bu sırayla gösterilir ve yalnız kükürdünortalama yüzde oranı yüz ile çarpılarak belirtilir. Örneğin; bileĢiminde % 0,45 C, %0,20 S ve % 0,15 - % 0,30 Pb bulunan otomat çeliği 45SPb20, bileĢiminde % 0,09 C, %0,15 - % 0,30 S, % 0,90 - % 1,30 Mn ve % 0,15 - % 0,30 Pb bulunan otomat çeliği ise9SMnPb23 Ģeklinde gösterilir. ( www.yenimuhendis.com )
  51. 51. 50 c) - Yüksek AlaĢımlı Çelikler: Yüksek alaĢımlı çeliklerin gösterimi için en baĢta X harfikullanılır. Karbon oranı, az alaĢımlı çeliklerde olduğu gibi yazılır ve alaĢımelementlerinin her birinin gerçek yüzde oranı kendi simgesinden sonra belirtilir. Ġkinciderecede önemli olan alaĢım elementlerinin oranları gösterilmeyebilir. Örneğin;bileĢiminde % 0,08 C, % 18 Cr ve % 8 Ni bulunan yüksek alaĢımlı çelik X8Cr18Ni8Ģeklinde gösterilir. ( www.yenimuhendis.com ) 4.2.2.2 Esas AlaĢım Elementine Göre a) - Manganlı Çelikler: Mangan, oksijeni gidermek ve kükürtle karıĢtırılarakküresel MnS oluĢturmak için % 0,25 ‟ den - % 1 ‟ e kadar bir dizi Ģeklinde bütün ticariçeliklere eklenir. Mukavemetteki artıĢa sağladığı durum göz önünde tutulursa diğeralaĢım elementlerine göre en etkili olan mangandır. ( www.yenimuhendis.com ) Bu nedenle yumuĢak çelikten daha yüksek dayanım ve kaynaklanabilirlikgerektiğinde, % 1,6 - % 1,9 arasında Mn içeren çelikler yaygın olarak kullanılmaktadır. DüĢük alaĢımlı manganlı çeliklerin AISI 13xx serisi % 0,30 ile % 0.45civarında karbona ve % 1,75 mangana sahiptir. Bu 13xx çelikleri sade karbonluçelik ile karĢılaĢtırıldıklarında daha yüksek dayanıma ve sertleĢtirilebilme özelliğinesahiptir. Bu çelikler dingil, Ģaft, vites, otomobil hareket kolu ve tarım aletleri içinkullanılırlar. 13xx alaĢımlı çeliklerin sertleĢebilme özelliği 13xx sade karbon çeliklerden biraz dahayüksektir. Bu da 13xx alaĢımlarında mangan içeriğinin nominal % 1,75 ‟ e çıkmasının birsonucudur. Mangan difüzyon hızını azaltarak, östenitin, ferrite – perlite dönüĢümünü yavaĢlatır.Bu nedenle, karbonlu çeliklerin sertleĢtirilebilme özelliğinde artıĢ olur. Aynı zamandamangan karbonlu çeliklerdeki perliti incelterek dayanımlarını da yükseltir. Karbonlu çeliklerin mangan miktarı yaklaĢık % 2 ‟ yi aĢtığında çelik kırılganlaĢır. BunakarĢın mangan içeriği yaklaĢık % 12 ‟ ye ve karbon içeriği yaklaĢık % 1,1 ‟ e
  52. 52. 51yükseldiğinde çelik östenitik durumdan hızlı soğutulursa östenitik yapı oda sıcaklığındadönüĢmeden kalır. Hadfield manganlı çeliği olarak bilinen bu alaĢım 1982 ‟ degeliĢtirilmiĢ ve ilk yüksek alaĢımlı çelik olmuĢtur. Östenitik Ģartlardaki bu çelik yüksek birhızda pekleĢtiği için özellikle yüksek darbe gerilimleri altında aĢınmaya karĢıdirençlidir. Sade karbonlu çeliklerin mukavemetlendirilmesinde manganın etkisi üçkısma ayrılabilir. Bunlar, katı eriyik mukavemetlenmesi, tane boyutu inceltme ve perlitoranını arttırma etkileridir. Mangan östenit ve ferrit içinde eriyebilir ve katı eriyik mukavemetlenmesiylekarbonlu çeliklerde ferriti mukavemetlendirebilir. b) - Molibden Çelikleri: Molibden, dayanımı ve sertleĢebilirliği iyileĢtirmek için sadekarbonlu çeliklere ( genelde bütün standart alaĢımlı çeliklere ) az miktarda eklenir veeklenen bu miktar yaklaĢık % 0,25 ile sınırlandırılmıĢtır. ( www.yenimuhendis.com ) Çünkü, bu miktarın deneysel olarak iyileĢtirilmiĢ tokluk, sertleĢebilirlik ve dayanımözellikleri için optimum olduğu bulunmuĢtur. 40xx serilerinin düĢük alaĢımlı çelikleri öncelikle oto endüstrisinde karbürlemesınıfları olarak kullanılırlar. Bu çelikler yoğunlukla olarak arka aks diĢlileri ve otomatikgüç aktarma parçaları için kullanılırlar. ( www.yenimuhendis.com )
  53. 53. 52 c) - Krom – Molibden Çelikleri: 41xx alaĢım serisini oluĢturmak için küçük miktarlarda( % 0,13 – 0,20 ) katılan molibdenin yanı sıra % 0,5 – 0,95 oranında krom eklenir. Kromeklenmesi aynı karbon miktarına sahip sade karbonlu çeliklerin sertleĢebilirlik,mukavemet ve aĢınma direncini daha da arttırır. Buna karĢın düĢük alaĢımlı yapıçeliklerine kromun ilave edilmesi bu çeliklerin aynı Ģartlar altında temper kırılganlığınahassasiyet eğilimini arttırır. ( www.yenimuhendis.com ) Krom ve molibdenli düĢük alaĢımlı çelikler suda soğutmanın yerine yağda soğutulabilir.Yağda soğutma yavaĢ olduğu için sıcaklık gradyantları ve hacimce çekilmedenkaynaklanan iç gerilmeler, su verme sırasındaki genleĢme, çarpılma ve çatlak eğilimleriazaltılabilir. ( www.yenimuhendis.com ) d) - Nikel – Krom – Molibdenli Çelikler e) - Nikel – Silisyum – Krom – Molibden Çelikleri
  54. 54. 53 5. ÇELĠKLERE UYGULANAN ISIL ĠġLEMLER Genel anlamda ısıl iĢlem; metal veya alaĢımlara istenilen özellikleri kazandırmakamacıyla katı halde uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma iĢlemleri olarak tanımlanır. IsıliĢlemin Türk Standartlarındaki ( TS 1112 ) tanımı ise; katı haldeki metal veyaalaĢımlara belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine görebirbiri peĢine zamanlanarak uygulanan ısıtma ve soğutma iĢlemleri olarak verilmektedir. Çeliklere uygulanan bütün temel ısıl iĢlemler östenit fazının dönüĢümü ileilgilidir. Çeliğin ısıl iĢlemine östenitleĢtirme ile baĢlanır. ÖstenitleĢtirme için çelikmalzeme, alt kritik sıcaklık çizgisinin üzerinde bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Çoğu durumlarda, çeliğin belirlenen sıcaklığa kadar ısıtılmasında seçilen ısıtma hızı,ısıl iĢlem çevrimindeki diğer faktörlere göre daha az önem taĢır. Ancak çarpılmanınönlenebilmesi için soğuk Ģekil değiĢimine tabi tutulmuĢ yani aĢırı ölçüde iç gerilmeiçeren malzemelerin, gerilmesiz malzemelere göre daha yavaĢ ısıtılması gerekir. Ayrıca,kesit değiĢikliği gösteren parçaların ısıtılması sırasında ince ve kalın kesitlerdeki ısınmaveya sıcaklık artıĢ hızları arasındaki farklar da dikkate alınmalıdır. Sıcaklık etkisiyleparçada meydana gelebilecek çarpılmayı en aza indirmek için, ince kısımların kalınkısımlara göre daha yavaĢ ısıtılması gerekir. Isıl iĢlem sırasındaki hasar riskini azaltmakamacıyla çelikler genelde yavaĢ ısıtılırlar. ÖstenitleĢtirme; çeliğin alt kritik sıcaklık çizgisinin üzerindeki uygun bir sıcaklığakadar yavaĢça ısıtılıp, yapısının tamamen östenite dönüĢmesine kadar tavlanmasıanlamına gelir. ( www.yenimuhendis.com ) Ötektoid altı çelikler üst kritik sıcaklık çizgisinin 40 – 60 °C üzerindekisıcaklıklarda östenitleĢtirme iĢlemine tabi tutulurlar. Üst kritik sıcaklık çizgisininaltındaki sıcaklıklarda ise çelik içerisinde ötektoid dıĢı ferrit bulunur ve bu fazın oranıçeliğin karbon oranına bağlıdır. Ötektoid dıĢı ferrit su verme iĢleminden sonra da yapıdaaynen kaldığından, çelik içerisinde yumuĢak bölgelerin oluĢmasına neden olur veböylece malzemenin sertleĢmesi engellenir. ( www.yenimuhendis.com )
  55. 55. 54 Ötektoid üstü çelikler ise, alt kritik sıcaklık çizgisi ile bu çeliklere ait üst kritiksıcaklık çizgisi (Acm) arasındaki sıcaklıklarda östenitleĢtirilir. (Acm) çizgisi aniolarak yükseldiğinden, bütün yapıyı östenitleĢtirmek için çok yüksek sıcaklıklaraçıkmak gerekir. Ancak, östenitleĢtirme iĢleminin çok yüksek sıcaklıklarda yapılmasıdurumunda çelikte çarpılma, çatlama, oksidasyon, dekarbürizasyon ve tanebüyümesi gibi istenmeyen durumlar meydana gelebilir. Bu nedenle çeliklerolabildiğince düĢük sıcaklıklarda östenitleĢtirilirler. 5.1 YumuĢatma Tavı Genel anlamda, istenilen yapısal, fiziksel ve mekanik özellikleri elde etmek,talaĢ kaldırmayı veya soğuk Ģekillendirmeyi kolaylaĢtırmak amacıyla metalmalzemelerin uygun sıcaklıklara kadar ısıtılıp, gerekli değiĢiklikler sağlanıncaya kadar busıcaklıkta tutulması ve sonradan yavaĢ soğutulması iĢlemine tavlama adı verilir. YumuĢatma tavı ise sertliği azaltmak, talaĢ kaldırmayı kolaylaĢtırmak, döküm veyadövme parçalardaki iç gerilimleri gidermek amacıyla, ötektoid altı çelikleri (Ac3)ötektoid üstü çelikleri ise (Ac1) çizgilerinin üzerindeki belirli sıcaklıklara kadar ısıtıp, içyapılarını östenite dönüĢtürdükten sonra fırın içerisinde tutarak çok yavaĢ soğutmaiĢlemidir. Tavlama iĢlemi, bazı çeliklerde tane küçültmek ve çeliklerin elektrik vemanyetik özelliklerini iyileĢtirmek amaçları için de uygulanır. ÖstenitleĢtirmedensonraki soğuma iĢlemi çok yavaĢ olduğundan, yumuĢatma tavı için demir – sementit ( Fe -Fe3C ) denge diyagramı kullanılabilir. ( ġekil 5.1 ) % 0,2 C içeren iri taneli ötektoid altı bir çelik parçanın taneleri tavlama iĢlemiesnasında incelir, çeliğin iç yapısında değiĢimler meydana gelir. ĠĢlemin değiĢikaĢamalarında çelik parçada oluĢan iç yapılar aĢağıda verilmektedir. a) - Ġlk veya orjinal yapı iri ferrit ve perlit tanelerinden oluĢmaktadır. b) - Ac1 çizgisinin hemen üzerindeki bir sıcaklıkta perlit ince taneli östenitedönüĢürken, ferrit yapıda aynen kalır.
  56. 56. 55 c) - Ac3 çizgisinin üzerindeki sıcaklıkta yapı tamamen ince taneli östenite dönüĢür. d) - Parça oda sıcaklığına soğutulduğunda, ince ferrit taneleri ile küçük perlit bölgeleriniiçeren bir iç yapı oluĢur. ġekil 5.1 Demir – Sementit ( Fe - Fe3C ) denge diyagramı ( www.ccm.udel.edu ) % 0,2 C içeren iri taneli çelik parçanın Ac1 sıcaklığına kadar ısıtılması sırasındaiç yapıda her hangi bir değiĢme olmaz. Ac1 sıcaklığında ise perlit bölgeleri ötektoidreaksiyon sonucunda ince taneli östenite dönüĢür. Ancak ferrit taneleri değiĢmedenyapıda aynen kalır. Çelik bu sıcaklıktan soğutulursa tane boyutunda her hangi birdeğiĢme olmaz. Ac1 ile Ac3 sıcaklıkları arasında ısıtmaya devam edildiğinde, iri ferrittaneleri ince östenit tanelerine dönüĢür. Ac3 sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda ise,çeliğin iç yapısı tamamen ince taneli östenite dönüĢür. Bundan sonra bu çelik fırında soğutulduğunda, ötektoid dıĢı ince ferrit taneleri kabalamelli perlit bölgelerinden oluĢan bir iç yapı elde edilir. Buradan, ötektoid altı çeliklerin
  57. 57. 56yumuĢatma tavına tabi tutulabilmeleri için Ac3 çizgisinin üzerindeki uygun sıcaklıklardatavlanmalarının gerekli olduğu sonucu çıkmaktadır. Ötektoid üstü çelikler Ac3,1 çizgisinin yaklaĢık 50 °C üzerindekisıcaklıklarda östenitleĢtirme iĢlemine tabi tutulurlar. Bu sıcaklıklarda tutulan çelikler,östenit ve sementit fazlarını içerir. Bu sıcaklıklardan çeliklere su verildiğinde sementit parçacıkları yapıda aynenkalır. Yapıdaki sementit fazı sertliği azaltmadığı gibi, çeliklerin aĢınma dirençlerini de artırır.Bu nedenle ötektoid üstü çeliklerin tamamen östenitleĢtirilmesine gerek yoktur. Mn ve Ni gibi alaĢım elementleri Ac1 sıcaklığını düĢürdükleri gibi, dengediyagramının ötektoid noktasını da sola, yani düĢük karbon oranına doğru kaydırırlar.Bu alaĢım elementleri, ötektoid altı çeliklerin östenitleĢtirme sıcaklığını da düĢürürler. BazıalaĢım elementleri ise Ac1 sıcaklığını yükseltir. Genelde, alaĢım elementleri östenitoluĢum hızını azaltırlar. Ötektoid altı çeliklerin sağlıklı biçimde ısıl iĢleme tabi tutulabilmeleri için öncehomojen bir östenit yapıya sahip olmaları gerekir. Bunun için, östenitleĢtirme sıcaklığınakadar ısıtılan çelik malzemelerin her 25 mm ‟ si için bir saatlik bir süre osıcaklıkta tavlanmaları tavsiye edilir. Ötektoid altı çeliklerin yumuĢatılması için tavlama iĢlemi, Ac3 çizgisinin en az 10°C üzerindeki sıcaklıklarda yapılır. YumuĢatma tavına tabi tutulan ötektoid altı çeliklerötektoid dıĢı ferrit ile kaba lamelli perlitten oluĢan bir yapı sergilerler. Ötektoid üstü çelikler ise Ac3,1 çizgisinin en az 10 °C üzerindeki birsıcaklıkta tavlanırlar. YumuĢatma tavına tabi tutulan ötektoid üstü çeliklerin içyapıları, kaba lamelli perlit alanları ile bunları çevreleyen ötektoid dıĢı sementit fazındanoluĢur. Bu yapıdaki perliti çevreleyen sementit ağı sert ve gevrektir.
  58. 58. 57 Ġç yapıda kalın ve sert tane sınırlarının bulunması, çeliklerin talaĢlıyöntemle iĢlenmelerini zorlaĢtırır. Bu nedenle yumuĢatma tavı, ötektoid üstü çeliklere soniĢlem olarak uygulanamaz. YumuĢatma tavına tabi tutulan çeliklerin iç yapılarında bulunan ferrit – perlit veyaperlit – sementit oranları metalografik yöntemle belirlendikten sonra bu çeliklerinyüzde karbon oranları yaklaĢık olarak bulunabilir. 5.2 Normalizasyon Tavı Normalizasyon tavı genelde tane küçültmek, homojen iç yapı elde etmek veçoğunlukla mekanik özellikleri iyileĢtirmek amacıyla ötektoid altı çelikleri (Ac3) veötektoid üstü çelikleri (Acm) dönüĢüm sıcaklıklarının yaklaĢık olarak 40 – 50 °C üstündekisıcaklıklara kadar ısıtıp, tavladıktan sonra fırın dıĢındaki sakin havada soğutma iĢlemidir.
  59. 59. 58 Normalizasyon tavının belli baĢlı amaçları; a) Tane küçültmek b) Homojen bir yapı elde etmek c) Ötektoid üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak d)Çeliklerin iĢlenme özelliklerini iyileĢtirmek e) Mekanik özellikleri iyileĢtirmek f)YumuĢatma tavına tabi tutulmuĢ çeliklerin sertlik ve mukavemetlerinin artırmakĢeklinde sıralanabilir. Bu nedenlerle normalizasyon tavı, çeliklere uygulanan son ısıl iĢlem olabilir.Normalizasyon tavı için soğutma iĢleminin fırının dıĢında ve sakin havada yapılmasınedeniyle soğutma hızında meydana gelen artıĢ, hem östenitin dönüĢümünü, hem de en sonelde edilen iç yapıyı bir kaç yönden etkiler. Havada soğutma dengesiz soğutmaolduğundan, normalize edilmiĢ çeliğin iç yapısında bulunan ötektoid dıĢı sementit veperlit oranlarını hesaplamak için demir – sementit denge diyagramı kullanılmaz. Havada soğutma sırasında ötektoid dıĢı fazların oluĢumu için yeterli zamanolmadığından, normalize edilen ötektoid altı çelikler yumuĢatma tavına tabi tutulançeliklere göre daha düĢük oranda ötektoid dıĢı ferrit, ötektoid üstü çelikler ise dahadüĢük oranda otektoid dıĢı sementit içerirler. Havada soğutma iĢlemi, ötektoid altı çeliklerde ötektoid noktayı sola, yani düĢük karbonoranına doğru, ötektoid üstü çeliklerde ise sağa, yani yüksek karbon oranına doğrukaydırır. Örneğin karbon oranı % 0,5 olan alaĢımsız çelik yumuĢatma iĢleminden sonrayaklaĢık % 62 oranında perlit ve % 38 oranında ötektoid dıĢı ferrit içerir. Aynı çeliknormalize edildiğinde; ancak % 10 oranında ötektoid dıĢı ferrit içerdiği görülür.
  60. 60. 59 Normalizasyon iĢleminden sonra beyaz görünümlü ötektoid dıĢı ferrit, koyu renkliperlit bölgelerini çevreleyen bir ağ oluĢturur. YumuĢatma tavına tabi tutulan ötektoid üstü çeliklerin yapısında oluĢan sementit ağının,bu çeliklerin mukavemetini düĢürdüğü bilinmektedir. Normalizasyon tavı ötektoid üstüçeliklerdeki sementit ağının parçalanmasını ve bazı durumlarda da büyük ölçüdegiderilmesini sağlar. Bu nedenle normalize edilen çeliklerin mukavemetinde artıĢgörülür. Normalizasyon tavında, parçanın havada soğutulması nedeniyle nispeten yükseksoğuma hızı elde edilir. Genelde, soğuma hızı arttıkça östenitin dönüĢüm sıcaklığı düĢer vedaha ince perlit elde edilir. Dolayısıyla, normalize edilen çelikte yumuĢatma tavıgörmüĢ çeliğe göre daha ince ve yüksek oranda perlit oluĢur. Ferrit çok yumuĢak, sementit ise çok sert bir fazdır. Normalize edilen çeliğinyapısında bulunan sementit katmanlarının birbirine yakın veya sık olarak dizilimlerinedeniyle çeliğin sertliği artar. YumuĢatma tavı ile elde edilen kaba perlitin sertliği10 HRC civarında iken, normalize edilen perlitin sertliği yaklaĢık 20 HRC değerine ulaĢır. Yukarıda belirtildiği gibi, dengesiz soğuma sayılan hızlı soğuma ötektoidnoktayı, ötektoid altı çeliklerde düĢük karbon oranına doğru ( sola ), ötektoid üstüçeliklerde ise yüksek karbon oranına doğru ( sağa ) kaydırır. Normalize edilen çelikler, yumuĢatma tavı gören çeliklerden daha ince ve dahayüksek oranda perlitik yapı içerirler. Bu nedenle, normalize edilen çeliklerinsertlik ve mukavemeti yumuĢatma tavına tabi tutulan çeliklerin söz konusu değerlerindenönemli ölçüde yüksek olur. 5.3 KüreselleĢtirme Tavı KüreselleĢtirme tavı , çelikleri Ac1 sıcaklık çizgisi civarında uzun süre tuttuktan vebu bölgede salınımlı olarak tavladıktan sonra, yavaĢ soğutma ile karbürlerin küresel Ģekle
  61. 61. 60dönüĢtürülmesi iĢlemidir. Bu iĢlem, östenitleĢtirmeden sonra kontrollü soğutma ile deyapılabilir. YumuĢatma tavı iĢleminde belirtildiği gibi, tavlanmıĢ durumdaki ötektoid üstü çelikler içyapılarında sert ve gevrek sementit tanelerinin bulunması nedeniyle iĢlenmeye elveriĢlideğildir. Bu tür çeliklerin iĢlenmesini kolaylaĢtırmak ve sünekliğini artırmak amacıyla daküreselleĢtirme tavı uygulanır. KüreselleĢtirme tavı aĢağıdaki yöntemlerden biri ile gerçekleĢtirilir; a) - Çelik malzeme Ac1 çizgisinin hemen altındaki bir sıcaklıkta ( örneğin 700oC )uzun süre ( 15 – 25 saat ) tavlanır. b) - Çelik malzeme, düĢük kritik sıcaklık çizgisinin ( Ac1 ) hemen altında veüstündeki sıcaklıklar arasında ısıtılıp soğutulur, yani salınımlı olarak tavlanır. c) - Malzeme, Ac1 kritik sıcaklık çizgisinin üzerindeki bir sıcaklıkta tavlandıktansonra ya fırında çok yavaĢ soğutulur, yada Ac1 çizgisinin hemen altındaki bir sıcaklıktauzunca bir süre tutulur. KüreselleĢtirme tavı, daha çok yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. DüĢükkarbonlu çelikler nadiren küreselleĢtirme tavına tabi tutulurlar. Çünkü; bu türçelikler küreselleĢtirme tavı sonunda çok yumuĢarlar ve bu aĢırı yumuĢama talaĢlıiĢlem sırasında bazı zorluklar doğurur. Orta karbonlu çelikler ise yeterli ölçüdesüneklik kazanmaları için plastik Ģekil verme iĢleminden önce, bazen küreselleĢtirmetavına tabi tutulurlar. KüreselleĢtirme tavı sırasında tavlama süresinin iyi ayarlanması gerekir. Eğerçelik, gereğinden daha uzun süre tavlanırsa sementit parçacıkları birleĢerek uzamagösterirler ve bu durum çeliğin iĢlenme kabiliyetini olumsuz etkiler.
  62. 62. 61 5.4 Gerilim Giderme Tavı ve Ara Tavı Gerilim giderme tavı, 150 – 695 oC arasında ısıl iĢleme tabi tutulmuĢ parçalardadöküm, kaynak ve soğuk Ģekil verme iĢlemlerinden kaynaklanan düzensiz soğumaneticesinde meydana gelen iç gerilmelerin bertaraf edilmesi amacıyla uygulanır.Plastik Ģekil değiĢtirme sonunda oluĢan bu iç gerilmeler malzemenin kullanıldığı sıradadiğer bazı gerilmelerin de etkisi altında kalır. Üst üste gelen gerilmelerin Ģiddeti toplanır ve malzemenin çatlamasına neden olur.ĠĢte bu gerilmelerin giderilmesi veya azaltılması amacıyla, metalik malzemelerdönüĢüm sıcaklıklarının altındaki uygun bir sıcaklığa kadar ısıtılır ve daha sonra yavaĢyavaĢ soğutulur. Bu iĢlem, bazen dönüĢüm sıcaklığı veya kritik sıcaklık altı tavı olarak da adlandırılır.Sıcak dövülmüĢ ve dökülmüĢ malzemelere talaĢ kaldırma iĢlemi uygulanmadan önce , dartolerans aralıklı parçalara yüzey temizlemeden evvel, ve kaynak yapılmıĢ parçalarauygulanabilir. Gerilim giderme tavına tabi tutulacak olan parçalar, 550... 600 o C arasındakibölgeye yavaĢ eriĢecek bir Ģekilde ısıtılır ve burada yaklaĢık olarak 4 saat süre iletavlanır. Soğutma, parçanın bütün kısımları daima aynı sıcaklıkta kalacak Ģekilde yani çokyavaĢ olur.
  63. 63. 62 Ara tavlama iĢlemi de gerilme giderme tavına çok benzeyen bir iĢlem olup, ötektoid altıçeliklerden saç ve tel yapımında soğuk Ģekillendirmeye devam edebilmek için, çelikmalzemeler Ac1 dönüĢüm sıcaklığının hemen altındaki bir sıcaklığa ( 550- 680 oC )kadar ısıtılıp, yeniden kristalleĢme sağlandıktan sonra yavaĢ soğumaya tabi tutulur. BuiĢlem ise ara tavlama olarak ifade edilir. 5.5 MeneviĢleme ( Temperleme ) Kırılgan olan martenzitin gerilmelerini alıp rahatlatmak için yapılır. Su verilenmalzeme 100 – 600 0C arasında bir sıcaklıkta ısıtılır. Belirli bir süre havada tutulduktansonra soğutulur. Soğutma hava, su veya yağda yapılabilir. Fakat çok ince karbürler çökelmeğe baĢlar.Sertlik az düĢer. MeneviĢ sıcaklığı yükseldikçe, meneviĢ süresi de uzadıkça karbürlerbelirginleĢir. Ferrit ana doku görünmeye baĢlar. Daha sonra karbürler yuvarlaklaĢırlar veferrit ana dokusu hakim olur. Dolayısı ile sertlikte gittikçe düĢer, süneklik artar. 5.6 Martemperleme SertleĢtirme iĢleminin Ģiddetinden oluĢan iç gerilmeler nedeni ile, parçalarda çarpılmariski vardır. SertleĢtirme dönüĢümü olabilen sıcaklıkta parçaya su vererek, dıĢarıdanmerkeze doğru oluĢan iç gerilmeleri minimuma indirmek suretiyle yapılan iĢlememartemperleme adı verilir. Parça 150 - 400 °C arasına ısıtılıp, parçanın sıcaklığı uniform oluncaya kadarbu sıcaklıkta tutulur. Çıkarılan parçalar, havada oda sıcaklığına soğutulurlar. Martemperlenen parçalara, normal sertleĢtirme iĢleminden sonraki gibi temperlemeiĢlemi yapılır.
  64. 64. 63 5.7 Östemperleme Distorsiyonu minimize etmek için, martemperlemeye benzer Ģekilde yapılanbir iĢlemdir. Parçalar önceden belirlenen bir zaman içinde 250 – 400 °C arasında ısıtılıp,daha sonra oda sıcaklığına alınarak yapılır. Östemperleme iĢleminden, malzemede daha tokbir yapı elde edilir. Bu iĢlem, yüksek karbonlu ve ince kesitli parçalara ( yaylar ve benzeri parçalargibi.) uygulanır. Daha sonra bu parçalara temperleme iĢlemi uygulanmaz. 5.8 Çeliklere Uygulanan Yüzey ĠĢlemleri 5.8.1 Sementasyon En eski yüzey sertleĢtirme iĢlemlerinden biri olan sementasyon iĢlemi karbon içeriğidüĢük olan çelik malzeme yüzeyine katı, sıvı veya gaz ortam içerisinde karbon verilmesi (emdirilmesi ) esasına dayanır. Östenit sıcaklığına ısıtılan ( 850 – 950 0C ) parça istenilen sertlik derinliğine bağlıolarak yüksek sıcaklıkta belirli bir süre tutulur ve daha sonra su, yağ, tuz veya polimergibi uygun bir sertleĢtirme ortamında sertleĢtirilir. SertleĢtirme sonrası tümçeliklere uygulandığı gibi gerilim giderme ve meneviĢ iĢlemleri uygulanır. Bu işlemler sonrası parça yüzeyinde karbonca zengin aşınmaya dirençli biryapı oluşurken, çekirdekte tok bir yapı meydana gelir. 5.8.2 Nitrürasyon ( Nitrürleme ) Malzeme yüzeyinde çok sert bir kabuk oluĢturmak için yapılır. AĢınmaya karĢı direnciçok artırır. Sementasyon iĢlemi sonrasında elde edilen sert yüzey 200 – 300 0C ‟ denyüksek sıcaklıklarda uzun süre dayanmazken, nitrürleme ile elde edilen sert yüzeyindirenci 500 – 600 0C civarındaki yüksek sıcaklıklarda bile uzun süre muhafaza edilir.

×