GİP 121- GEMİ YAPI MALZEMELERİ 8. HAFTA

GİP 121- GEMİ YAPI MALZEMELERİ 8. HAFTA

5. ÇELİKLERİN ISIL İŞLEMLERİ Faz: Metallerin kafes yapısına faz adı verilir. Katı Eriyikler (Tek Fazlı Alaşımlar): Alaşımı oluşturan elementlerin kafes sistemlerinde bir değişim olur ve elementlerden birisinin kristal kafesinde her iki elementin de atomları yerleşir;yani bir tek faz meydana gelir. Sonuç olarak yeni özelliklere sahip bir malzeme (alaşım) oluşur.

Ötektikler (Çift Fazlı Alaşımlar): Alaşımı meydana getiren elementlerin kafes sistemlerinde bir değişim olmaz. Elementler kendi kafes sistemlerini aynı şekilde korurlar. Bu tip alaşımlar orana bağlı olarak homojen bir yapıda her iki fazın da özelliğini gösterir. Bu nedenle bu tip alaşımlar üstün özellikli değildir ve sınırlı özellik değişimi sağlanabilir.

Ötektoit: Katı eriyiklerin(en az iki katı eriyikin) yapmış oldukları bir ötektiktir. Katı eriyikler sıcaklık değişimi ile başka yapılara dönüşürler. Bu dönüşme katı durumda meydana geldiğinden aradaki farkı belirleyebilmek için ötektoit adı verilmektedir.

Ferrit: Oda sıcaklığında 9 atomlu, hacim merkezli, kübik kristal kafeslerinden oluşmuştur. Saf demirdir. Sementit (Fe 3 C): %93,3 Ferrit ile %6,67 karbonun oluşturduğu kimyasal bileşiktir. Özgül ağırlığı düşük, sert ve kırılgandır. 215 C sıcaklıkta mıknatıslanma özelliğini kaybeder. Biçimlendirilebilme özelliği yoktur. Perlit: %87 Ferrit ve %13 sementitin yaptığı bir ötektiktir.

Austenit(Östenit): 14 atomlu yüzey merkezli kübik kristallerine verilen isimdir. Çeliğin yüksek sıcaklıklardaki yapısına verilen isimdir. Bu çelikler mıknatıslanmazlar. Biçimlendirme özelliği çok yüksektir. Isı ve elektriği iyi iletmezler. Ledeburit: Yüksek sıcaklıklarda Austenit ile Sementitin, oda sıcaklığında ise perlit ile sementitin meydana getirdiği bir yapıdır.

Isıl İşlem: Metal ve alaşımlarının özelliklerini değiştirmek için katı halde iken uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleridir. Parçaların ısıl işlem sonunda iç yapılarında değişme olur, dış şekilleri değişmez. Isıl işlemler üç ana grupta toplanır: 1-Tavlama 2-Sertleştirme 3-Islah etme

ISIL İŞLEMLERİN AMAÇLARI 1. Soğuk ve sıcak şekillendirme gerginliklerini gidermek. 2. Talaş çıkaran işçilikleri kolaylaştırmak. 3. Sertlik ve dayanım kazandırmak. 4. Darbelere direnci yükseltmek. 5. Elektrik ve manyetik özellikleri geliştirmek. 6. Kristal yapıyı değiştirmek. 7. Isı ve korozyon direncini yükseltmek. 8. Kimyasal bileşimi değiştirerek özellik kazandırmak. 9. Zamanla sertleşmeyi sağlamak. 10. Metal ve alaşımlarının gazlarını uzaklaştırmak.

6. TAVLAMA Tavlama, çeliğin belli bir sıcaklığa kadar ısıtılması, bu sıcaklıkta belirli bir süre bekletildikten sonra soğutulması işlemlerine denir.

TAVLAMA ÇEŞİTLERİ Tavlama amacına göre değişik sıcaklıklarda yapılır. 1. Normalizasyon tavlaması 2. Yumuşatma tavlaması 3. Gerilim giderme tavlaması 4. Difüzyon tavlaması 5. Yeniden kristalleşme tavlaması

1.Normalleştirme Tavı Haddeleme, döküm gibi işlemlere tabi tutulmuş çelik ile kaynak edilmiş parçaların kaynak bölgesinde, yüksek sıcaklıkta bekleme sonucunda iri taneli bir yapı meydana gelir. İri taneli çelik yapısında şekil değiştirme sırasında kopmaya karşı eğilim oluşur. Normalleştirme tavı, çeliğin ince taneli yapısına geri dönmesini sağlar ve çeliğe çekme dayanımı, süneklik gibi özelliklerini geri kazandırır.

2. Yumuşatma Tavı Yumuşatma tavı, çeliği ulaşabileceği en yüksek yumuşaklığa eriştirmek için uygulanır. Yani dayanım ve sertliği düşürüp, yüksek uzama gösterebilecek hale getirmek amacı ile yapılır. Bu şekilde tavlama ile yüksek karbonlu çeliklerde talaş kaldırma kolaylaştırılmış olur.

3. Gerilim Giderme Tavı (Temperleme) Dökülmüş ve sıcak dövülmüş parçalar, genellikle düzensiz soğurlar. Parçanın şekline bağlı olarak içinde ve dışında sıcaklık farkı olur. Bu da içte çekme gerilmeleri, dışta basma gerilmesi oluşmasına neden olur. Malzeme kullanıldığı sırada da başka gerilmelerin etkisinde kalır. Üst üste gelen gerilmeler toplanarak malzemenin çatlamasına neden olur. İç yapı, gerilim giderme tavlaması sırasında değişime uğramaz. İşlem sonunda sözü edilen gerilmeler giderilerek parçanın işlenme yeteneği arttırılır.

Gerilme giderme tavlaması, normalizasyon ve yumuşatma tavları ile birlikte de düşünülebilir. Bunun için normalizasyon veya yumuşatma tavı sırasında 600 C sıcaklıktan sonra yavaş soğutma, gerilmeleri giderme için yeterlidir. Gerginlik giderme işlemi menevişleme ve ıslah etme olmak üzere iki şekilde yapılır.

3.1. Menevişleme Çeliklere düşük sıcaklıklarda uygulanan bir ısıl işlemdir. Menevişleme ile çelik,yapısındaki gergin yapı giderilerek darbe, sarsıntı ve vuruntulara daha dayanıklı hale getirilir.

3.2. Islah Etme Su verilerek sertleştirilmiş çeliklerde dönüşme sıcaklığına yakın 400 675 C sıcaklıklar arasında tavlama şeklinde uygulanan bir ısıl işlemdir. Isıl işlemi ile yapıdaki martenzit(çeliği sert ve kırlgan hale sokan yapı) tamamen yok edilerek özlü ve darbelere dirençli(tok bir yapı) bir yapı elde edilir.

4. Difüzyon Tavı Yüksek sıcaklıklarda çelik, birçok maddeyi çözündürme yeteneği olan austenitten meydana gelir. Çözünebilir bileşenlerin iç yapıda düzenli bir şekilde dağılmasını sağlamak amacıyla yapılır. Parça içerdiği karbon miktarına göre 1000 1300 C sıcaklıklar arasında uzun süre tavlanır ve sonra soğutulur.

5. Yeniden Kristalleştirme Tavı Soğuk sekil değiştirme işlemlerinden sonra bozulan kristal yapıyı düzeltmek ve uzama yeteneğini yeniden kazandırmak amacı ile uygulanır. Yarı mamul malzemelerde (ince sac, tel, boru ve profil) soğuk sekil verme işlemi sırasında malzeme sertleştiği için işlemler arasında malzeme yeniden şekil değiştirilebilir hale getirilmelidir. Bu nedenle yapılan yeniden kristalleştirme tavlamasına ara tavlama da denilir.

7. SERTLEŞTİRME Sertleştirme, çeliklerin yapısını değiştirmek için yapılan kontrollü soğutmadır. Çeliklerin sertleştirilmesinde amaç malzemenin dayanımını arttırmaktır. Bu nedenle çelikler 700 C sıcaklığın üzerinde ısıtılır. Isıtma sırasında çelikteki bağlar kopar. Isıtılan çelik ani soğutma ortamında (suda ya da yağda) soğutulduğunda kopan bağlar ilk hallerine dönüşemediklerinden yeni bir doku elde edilir. Çeliğin ani soğutulması ile gerginlik kazandırılmış dolayısıyla malzeme sertleştirilmiş olur.

Sertleştirilme sonucunda dayanım önemli ölçüde artar. Sade karbonlu çeliklerde dayanımı bu şekilde üç katına kadar çıkarmak mümkündür. Sade karbonlu çeliklerde su verme ile sağlanan sertlik, dönüşümün hızlı olması nedeniyle yüzeyde yüksek, çekirdeğe inildikçe düşüktür. Katkılı çeliklerde ise dönüşüm yavaş olduğundan çekirdeğe kadar sertleşme (Silisyum) sağlanabilmektedir.

7.1. SU VERME Martenzit yapı elde etmek için ısıtılan çeliğin hızla soğutulması için yapılan işlemlere genel olarak su verme adı verilir. Çeliklerin sertleştirilmesinde çeşitli soğutma sıvıları kullanılır.örneğin %10 tuzlu su, Cıva, yağ, su 0 C, Su 100 C gibi. Sertleştirmede su verme işlemi iki şekilde uygulanır: 1-Basit su verme 2-Kademeli su verme

Basit su verme, en basit ve en fazla uygulanan yöntemdir. Sertleştirilecek çelik su verme sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra su veya yağ banyosuna daldırılmak suretiyle hızla soğutulur. Soğutma banyosu uygun seçilmezse çatlama ve çarpılmalar olabilir. Kademeli su verme yönteminde ise su verme sıcaklığına çıkarılmış çelik belirli bir sıcaklığa kadar hızla soğutulduktan sonra bu ısıda bir süre bekletilir. Kademeli su verme iki şekilde yapılır.

1. Austemperleme: Bu işlemde çelik hızla yukarıda bahsedilen belirli bir sıcaklığa kadar soğutulup, bu ısıda dönüşüm sağlanıncaya kadar bekletilir. Austemperleme sonucu elde edilen yapı, sünekliği yüksek, darbe ve vuruntulara dayanıklıdır. 2. Martemperleme: Bu işlemde ise yukarıda bahsedilen sıcaklığın altına kadar hızla soğutulan çelik bir süre bekletilir. Dönüşüme başlamadan hızla tekrar soğutulur. Martemperleme ile çelik yine martenzit yapıda olmakla beraber iç gerginlikleri az, çatlama ve çarpılmalar en az düzeye inmiş olur.

7.2. YÜZEY SERTLEŞTİRME Sertleştirilmesi istenen makine elemanlarının çalışma şartları göz önüne alınırsa, tümüyle sertleştirilmesinin istendiği durumlar yanında, sadece gerekli kısımlarının sertleştirilmesi de istenebilir. Genellikle makine parçalarında aşınmaması gereken yüzeylerin sertleştirilmesi gereklidir. Darbeli ve vuruntulu çalışma koşulları için çeliğin özlü olması; özlü olabilmesi için de çekirdeğine kadar sertleşmemesi gereklidir. Bu nedenle çelikler yalnız yüzeyde ince bir katmanın sertleştirilmesi ile çalışma koşullarına uygun hale getirilirler. Bu işleme de yüzey sertleştirilmesi denir.

Yüzey sertleştirme işlemleri iki gruba ayrılır. 1. Yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirerek yapılan yüzey sertleştirme 2. Yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirmeden yapılan yüzey sertleştirme

1.Yüzeyin Kimyasal Bileşimini Değiştirerek Yapılan Yüzey Sertleştirme Çekirdeğine kadar sertleşme yeteneğine sahip olmayan çeliklere uygulanır. Sertleşmeye yetecek kadar karbonu olmayan bu çeliklerin yüzeyine ince bir katmanın sertleşmesine yetecek karbon veya azot verilir. Yüzeyde ince bir katmanın kimyasal bileşimi sertleşme yeteneği kazanacak kadar değiştirilir. Bu şekildeki yüzey sertleştirme sementasyon veya nitrürasyon işlemleri ile sağlanır.

1.1. Sementasyon Karbürasyon adı da verilen bu yöntemle çelik yüzeyine atomik difüzyon yolu ile karbon atomları emdirilir. Çelik yüzeyinin karbon oranı yükseltilerek sertleşme yeteneği kazandırılır. Bu işleme sementasyon denir. Sementasyon işlemi ile yüzeyde 1-3 mm lik bir katman karbon emdirilerek sertleştirilir.

1.2. Nitrürasyon Az karbonlu ve az katkılı (krom, molibden ve alüminyumlu) çeliklere uygulanan yüzey sertleştirme yöntemidir. Sementasyondan farklı olarak çelik yüzeyine karbon yerine azot atomları emdirilir. Azot atomları çelik yüzeyinde bir nitrür tabakası oluştrur. Bu tabaka ayrıca sertleştirmeye gerek olmayan sert olan bir katmandır.

2. Yüzeyin Kimyasal Bileşimini Değiştirmeden Yapılan Yüzey Sertleştirme (Isı Birikimi İle Yüzey Sertleştirme) Yapısında sertleşmeye yetecek kadar karbon bulunan çeliklere uygulanan yüzey sertleştirme yöntemidir. İçerisinde %0,35 0,70 karbon bulunan çeliklerin yüzeylerinde ince bir katmanın sertleştirilmesi işlemidir. Çeliklerin merkez kısmı değişime uğratılmadan yüzeyde bir tabakanın sertleştirilmesi ısı birikimi ile yapılır. Çeliğin ısı iletme yeteneği düşüktür. Kuvvetli ısı verilse bile bu ısı yüzeyle aynı ölçüde iç kısımlara geçmez, yüzeyde birikir ve kısa zamanda bu kısım sertleştirme sıcaklığına yükselir.

Su verme sıcaklığına ulaşıldığında su ve yağ püskürtülerek soğutma iki şekilde yapılır. 1. Alevle yüzey sertleştirme 2. Endüksiyon akımı ile yüzey sertleştirme

Alevle Yüzey Sertleştirme İçerisinde karbon oranı %0,35 0,70 arasında bulunan krom-nikelli, krom-molibden katkı elemanlı ve sade karbonlu çeliklere uygulanır. Sertleştirilecek yüzey, alev(oksi-asetilen alevi) yardımı ile kısa zamanda su verme sıcaklığına kadar ısıtılır. Isıtılan yüzeye su püskürtülerek soğutma işlemi yapılır. Yapılan bu işlemle yüzeyde 1 3 mm kalınlıktaki bir kısım sertleştirilmiş olur. Alevle yapılan yüzey sertleştirme işlemi fırına sığmayacak kadar büyük parçalara uygulanır.

Alevle yüzey sertleştirme

Endüksiyon Akımı İle Yüzey Sertleştirme Frekansı 10.000 1.000.000 arasında değişen bir akımın geçtiği sargılar arasına konulan çelik parçalar çok kısa bir zamanda yüzeyden ısınırlar. Akım kesilip, ısınan yüzeye su püskürtülerek soğuması dolayısıyla sertleşmesi sağlanmış olur. Krank milleri, dişliler, miller v.b. parçalar bu yöntem ile sertleştirilir. Parça yüzeyinden ince bir tabaka sertleştiği için parçada iç gerginlik meydana gelmez.

Endüksiyonla yüzey sertleştirme