Sıkça Sorulan Sorular/ Isıl İşlem Hakkında Tüm Cevaplar

Isıl İşlem NEDİR?

Isıl işlem teriminden, metal malzemelerde katı halde sıcaklık değişmeleri ile bir veya birbirine bağlı birkaç işlemle amaca uygun özellik değişmeleri anlaşılır.

Isıl İşlem, genel çerçevesiyle, belirli bir malzemeyi istenilen özellikler doğrultusunda belirli bir sıcaklığa ısıtmak, bu sıcaklıkta belirli bir süre tutmak ve ardından belirli bir hızda soğutmak olarak tanımlanır.

Sertleşebilirlik

Sertleşebilirlik, bir çeliğin su verme işlemiyle martenzite dönüşümü sonucu sertleşme kabiliyetidir ve elde edilen sertliğin derinliğini belirler. Bu derinlik, martenzit miktarının yüzeyden itibaren yarıya indiği mesafe olarak belirtilir. Yüksek sertleşebilirliğe sahip bir çeliğin karakteristik özelliği, büyük bir sertleşme derinliği göstermesi veya büyük parçalar halinde tam olarak sertleşebilmesidir.

Normalizasyon

Normalizasyon genelde tane küçültmek, homojen bir içyapı elde etmek, malzemenin işlenme ve mekanik özellikleri iyileştirmek, ötektoid üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak, yumuşatma tavına tabi tutulmuş çeliklerin sertlik ve mukavemetlerini artırmak amacıyla yapılan bir ısıl işlemdir. Çelik alaşımına uygun sıcaklığa ısıtılır ve sakin havada soğutulur. Normalizasyon daha çok yarı mamullerde, yüksek sıcaklıkta dövülmüş veya haddelenmiş parçalarda kaba taneli yapının ince taneli hale getirilmesi için veya dökümden sonra meydana gelen çok az sünekliğe sahip kaba yapının düzenlenmesi için döküm malzemelerde uygulanır.

Yumuşatma

Çelikteki yapıyı küresel hale getirerek dengeli bir yapı oluşturmak amacıyla uygulanan bir ısıl işlemdir. Yumuşatma sonucunda sertlik önemli ölçüde düşer ve süneklik artar. Yüksek karbonlu çeliklerde yumuşatma ile talaşlı şekillenebilirlik iyileşirken, düşük karbonlu çeliklerde talaşlı şekillenebilirlik kötüleşir. Özellikle yüksek karbonlu çeliklerde yapının sertleştirme için uygun hale getirilmesi amacıyla yumuşatma tavlaması yapılması önemlidir.

Gerilim Giderme

Parçalarda mevcut olan iç gerilmeleri azaltarak sorun yaratmayacak seviyeye indirmek ya da tamamen yok etmek için yapılan ısıl işlemdir. İç gerilmeler yüzey ve çekirdek arasındaki sıcaklık farkından dolayı hızlı soğuma, doğrultma-bükme gibi plastik şekil verme, kaynakta veya ince yüzey tabakalarında talaşlı şekillendirme sonrası çok değişik nedenlerle meydana gelebilir.

Meneviş (Temperleme)

Sertleştirilmiş parçalarda martenzitik yapıdan dolayı büyük gerilmeler mevcuttur ve kırılgan bir yapıya sahiptir. Sertleştirilmiş parçalar 100-650oC arasında ısıtılarak bu gerilmeler giderilir. Ancak bu sırada sertlikte de düşme olur.

Islah

Islah etme, iş parçalarına ve yapı elemanlarına büyük dayanım, yüksek bir akma sınırı, yüksek süneklik ve ayrıca plastiklik kazandıran bir işlemdir.

Önce bir sertleştirme ve arkasından meneviş (genellikle yüksek sıcaklıktaki meneviş) olayları, birbiri peşi sıra uygulandığında Islah işlemi olarak adlandırılır. Islahta seçilen meneviş sıcaklıkları, sertleştirilmiş duruma nazaran sertlikte önemli ölçüde düşme yapar. Meneviş sonrası yapı temperlenmiş martenzit olur. Malzeme kopmaya ve uzamaya karşı dayanıklı hale gelir.

Yüzey Sertleştirme

Çeliklerin sadece yüzeylerinin belirli bir derinliğe kadar sertleştirilmesi için uygulanan ısıl işlemdir. Düşük ve orta karbonlu çeliklerde uygulanan bu ısıl işlem sonrası yüzeyin sert, çekirdeğin ise yumuşak ve tok olması parçanın tüm olarak yüksek darbe mukavemeti göstermesini sağlar. Yüzey ise aşınmaya karşı dirençli duruma gelir.

Sementasyon

Düşük karbona sahip(≤%0,2) yani bünyesinde mevcut olan karbonla yeterli sertlik alamayan çeliklerde yüzey karbonca zenginleştirilir ve hızlı soğutmayla yüzeyin sertleşmesi sağlanır. Bu şekilde çelikte yüksek yorulma mukavemeti, aşınmaya karşı direnç, çekirdekte tokluk ve yüksek yüzey sertliği elde edilir. Sementasyonla yüzey sertleştirmede yüzeyden merkeze doğru sertliğin 550 VSD olduğu derinlik, sementasyon derinliği olarak kabul edilir.

İndüksiyon

İndüksiyon ile sertleştirme işlemi, sementasyon ile elde edilemeyen uygun çekirdek özellikleri, yüksek sertlik derinliği gibi özelliklerin elde edilebilmesi amacıyla kullanılır. Yüksek torkla çalışması sebebiyle fazla sertlik verilemeyen millerin aşınma dayanımı gerektiren kısımlarının indüksiyonla sertleştirilmesi örnek olarak verilebilir.

İndüksiyonla sertleştirme yapılacak çeliklerin karbon içerikleri %0,30-0,50 arasındadır. Sertleştirilecek malzemenin formuna göre hazırlanmış bir bakır boru üzerinden elektrik akımı geçirilerek, bakır boru etrafında manyetik alan oluşması sağlanır. Oluşturulan bu güçlü manyetik alanla, malzeme yüzeyindeki atomlar hareket ettirilerek malzeme yüzeyinin dönüşüm sıcaklığına kadar ısınması sağlanır. Malzeme yüzeyi ısıtıldıktan sonra ani soğutma ile sertleştirme yapılır.

Nitrasyon

Nitrasyon, difüzyon yoluyla çeliğin yüzeyine Azot verilmesi işlemidir. Yüzeyde ince fakat sert ve kaygan bir tabaka oluşur. Nitrasyon işlemiyle çelikte yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci ve iyileşmiş korozyon direnci elde edilir. Nitrasyon sıcaklığı düşük olduğu için (490-590oC) çeliğin yapısında dönüşüm oluşmaz ve deformasyon meydana gelmez. Bu nedenle nitrasyon işlemi son ölçüdeki parçalara uygulanır ve nitrasyon sonrası parça, üzerinde işlem yapılmadan kullanılır. Gaz, sıvı ve plazma ortamlarında nitrasyon ısıl işlemi yapılmaktadır.


Takım Çelikleri

Soğuk İş Takım Çelikleri

Soğuk iş takım çeliklerinin kullanımı, takımlarda maksimum yüzey sıcaklıklarının 200oC’ye kadar yükselebildiği özellikle talaşlı ve talaşsız şekil verme işlemleridir. Önemli bir miktar da ölçme cihazlarının imalatında kullanılır. Bu çeliklerde bulunan karbür oluşturucu V, Mo, W ve Cr çeliğin dayanımını, sertlik ve aşınma direncini yükseltici etki gösterirler.

Sıcak İş Takım Çelikleri

Sıcak iş takım çelikleri özellikle çeliklerin, demir olmayan metallerin, yüksek polimerlerin ve seramik malzemelerin 200oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda form verme ve formunu değiştirmeleri için yararlanılan takımların imalinde kullanılır. Sıcaklık işlenen malzemeye bağlı olduğundan ve uygulanan temas sürelerinde 300-1000oC’ye ulaşabildiğinden dolayı, bu çelikler çok sık bir şekilde darbe tarzında da olan ve ısıl şok olarak da meydana gelen, çok yüksek mekanik ve termik zorlanma altında kalırlar. Sıcak iş takımlarında çoğu zaman plastik form değiştirmesi, sıcakta çatlak teşekkülü, kırılma, aşınma veya korozyon nedeniyle bozulmalar olabilir. Bundan dolayı sıcak iş takımları için olan malzemelerin sıcakta yüksek dayanıma(sıcakta akma sınırı), iyi meneviş dayanımına, yüksek sıcakta aşınma direncine, yeterli sünekliğe ve iyi termoşok dayanımına sahip olması gerekir.

Yüksek Hız Takım Çelikleri

Yüksek hız takım çelikleri, yüksek sıcaklıkta sertliğini büyük oranda ve uzun süre koruyan malzemelerdir. Bu malzemeler yüksek sıcaklıklara ve aşınmaya karşı dayanımlıdır. Bu özellikleri çeliğe kazandırmak için bazı alaşım elementlerinin ilavesinin yanında uygun ısıl işlemin de gerçekleştirilmesi gerekir. Yüksek hız çelikleri iyi sertleşebilirliğe sahip oldukları için, bunlardan yapılan takımlar tuz banyosunda veya havada bile sertleşebilirler. Yüksek hız çeliklerinin en genel uygulama alanı talaş kaldırma takımlarıdır. Yüksek sıcaklıklarda göstermiş oldukları yüksek mukavemetlerinden dolayı yüksek hız çelikleri, sıcak iş takım çelikleri olarak da (örneğin sıcak kesiciler ve somun imal eden sıcak zımbalama makinelerindeki zımba malzemesi) kullanılırlar. İçyapıyı ve özellikleri önemli ölçüde değiştiren belli başlı alaşım elementleri C, Cr, Mo, V, W ve Co’tır. Co’ın dışındakiler içyapıda çökelerek karbür oluştururlar.


Yüksek Hız Çeliklerinden İstenen Özellikler

Sertlik

Sert bir malzemenin işlenmesi ancak kendinden daha sert bir takım ile gerçekleştirilir. Bu amaca uygun olarak yüksek hız çeliklerinin yüksek karbon ve alaşım elementleri ilavelerinden dolayı sertlikleri yüksektir. Alaşım elementlerinin karbonla oluşturduğu özel karbürler sertliği önemli ölçüde arttırır. Karbon ve alaşım elementlerini ve dolayısıyla bunların oluşturduğu özel ve sert karbürleri arttırarak sertlik 67-68HRC’ye kadar yükseltilebilir.

Tokluk

Yüksek hız çeliklerinde tokluk, çeliğin bileşiminde daha düşük karbon miktarının olmasıyla veya çeliğin östenitleme sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta sertleştirilip daha ince tane boyutu sağlanması ile arttırılır. Yüksek derecede (550-650°C) temperleme de hız çeliklerinin tokluğunu arttırır. Bununla birlikte tokluk arttığında sertlik ve aşınma dayanımını da azalacaktır.

Aşınma Dayanımı

Hız çeliğinin aşınma dayanımlı olması sürtünmeye, yumuşamaya veya mekanik etkilere karşı dirençli olmasıdır. Yüksek hız çelikleri, martenzit yapısı içine dağılmış sert karbürlerin ve temperlenmiş martenzit matrisinin yüksek sertliğinden dolayı yüksek aşınma dayanımına sahiptirler. Molibden karbürünün sertliği 75HRC iken, Vanadyum karbürün sertliği 84HRC’dir. Bu yüzden Vanadyum karbür miktarını arttırmak aşınma dayanımını arttırır. Fakat yüksek Vanadyumlu hız çeliklerinin daha iyi aşınma dayanımlı olmalarına karşın, bu çeliklerin işlenebilme ve taşlanabilme zorlukları vardır.

Plastik Kalıp Çelikleri

İmalat ve kalıp sektörünün en çok kullanım sahasına sahip çelik grubudur. Her türlü plastik bazlı malzemelerin muhtelif yöntemlerle şekillendirmesi bu grup çeliklerle gerçekleştirilmektedir. Plastik kalıp çelikleri kullanılan plastik hammaddesinin cinsine göre aşınmaya, basınca ve korozyona maruz kalırlar. Bu nedenle çok çeşitli plastik kalıp çelikleri geliştirilmiştir. Plastik kalıplarından beklenen özellikler;

  • Hızlı işlenebilirlik
  • Isıl işlem sırasında boyut değişiminin az olması
  • Parlaklık
  • Basınç dayanımı
  • Aşınma dayanımı

Alüminyum Isıl İşlemi

Başlıca alaşım elementleri Magnezyum, Mangan, Silisyum, Bakır, Çinko, Kurşun, Nikel ve Titandır. Katılan alaşım elementleri mukavemet özelliklerini yükseltir. Alüminyum yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü renktedir. Bu renk, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Alüminyum zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 49 MPa iken alaşımlandırıldığında bu değer 700 MPa'a çıkar. Kolaylıkla dövülebilir, makinede işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır.

Isıl işleme tabi tutulamayan alaşımlar en yüksek mekanik özeliklerini, soğuk şekillendirme yoluyla kazanırlar. Amerikan alüminyum birliğine göre, alüminyum alaşımları dört rakamla sınıflandırılmaktadır. Dört rakamlı sayısal simgenin ilk rakamı, hangi temel alaşım elementini içeren alüminyum alaşımı olduğunu belirtmektedir.

Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz çelikler, bileşimlerinde en az %11 krom içeren bir çelik ailesidir. Bu çeliklerin yüksek korozyon dayanımını sağlayan asıl unsur; yüzeye kuvvetle tutunmuş, yoğun, sünek, çok ince ve saydam bir oksit tabakasının varlığıdır. Çok ince olan bu amorf tabaka sayesinde paslanmaz çelikler, kimyasal reaksiyonlarda pasif davranarak korozyona karşı dayanım kazanırlar. Söz konusu oksit tabakası, oksijen bulunan ortamlarda oluşur ve dış etkilerle (kesme, aşınma, talaşlı imalat, vb.) bozulsa dahi kendini onararak eski özelliğine tekrar kavuşur.

Paslanmaz çeliklerde içyapıyı belirleyen en önemli alaşım elementleri nikel, molibden ve mangandır. Bunlardan öncelikle krom ve nikel içyapının ferritik veya östenitik olmasını belirler.

  • Östenitik Paslanmaz Çelikler
  • Ferritik paslanmaz çelikler
  • Martenzitik paslanmaz çelikler
  • Östenitik-Ferritik paslanmaz çelikler