Çeliklere uygulanan ısıl işlemler

Çeliklere uygulanan ısıl işlemler Sertleştirme amaçlı Sertleştirme amaçlı değil Kütlesel sertleştirme Su verme+temperleme Ostemperleme Martemperleme Yüzey sertleştirme Yüzey bileşimini değiştirmeden Yüzey bileşimini değiştirerek Homojenleştirme Normalizasyon Küreselleştirme Gerilim giderme Yeniden kristalleşme Alevle İndüksiyonla Sementasyon Nitrasyon

Isıl işlem operasyonları Isıl işlemler genel olarak iki grupta sınıflandırılabilir: Tutma sıcaklığı dönüşüm sıcaklığı üzerinde 1. Tavlama 2. Normalizasyon 3. Difüzyon (homojenleştirme) tavı 4. Su verme 5. Kaba tane tavı ve Tutma sıcaklığı dönüşüm sıcaklığı aşağısında 1. Küreselleştirme tavı 2. Gerilim giderme tavı 3. Yeniden kristalleştirme tavı (Proses tavı) 4. Temperleme

Homojenleştirme Kimyasal homojenliği sağlamak için 1100 C de bir süre tutma ve yavaş soğutma, hemen hemen bütün döküm parçalara uygulanır Normalizasyon Tane küçültmek, düzgün mikroyapı elde etmek Ötektoid altı çeliklerde A 3, ötektoid üstü çeliklerde A cm sıcaklığının 30-50 C üzerinde tutup yavaş soğutma Su verme Mikroyapıyı martensite dönüştürerek sertleştirme Ötektoid altı çeliklerde A 3, ötektoid üstü çeliklerde A 1 sıcaklığının 30-50 C üzerinde tutup hızlı soğutma Temperleme (menevişleme) Martensitik yapıdaki çeliğin tokluğunu artırma Su verilmiş çeliği 200-600 C de tutma Küreselleştirme Karbürleri küresel hale getirerek yumuşatma, talaş kaldırma kabiliyetini artırma A 1 sıcaklığının hemen aşağısında uzun süre tutmak

Gerilim giderme İç gerilmeleri gidererek parçanın çarpılma ve çatlamasını önleme, özellikle talaş kaldırma ve kaynak işlemi sırasında oluşabilecek fazla gerilmeleri azaltmak için uygulanan bir işlemdir 550-650 C sıcaklık aralığında 1-2 saat tutma Yeniden kristalleşme Soğuk işlem uygulanmış malzemenin süneklik ve tokluğunu artırma 500-700 C de tutma Ostemperleme Ostenit sıcaklığındaki çeliği 300-500 C civarındaki bir banyoya daldırıp beynit oluşuncaya kadar bekleme, nihai yapı beynittir Martemperleme Çatlama olmaksızın sertleştirme Ostenit sıcaklığındaki çeliği Ms sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklardaki banyoya daldırıp, kısa bir süre bekleme ve tekrar soğutma

Alevle yüzey sertleştirme Parçanın iç kısımını yumuşak bırakıp yüzeyini sertleştirme Yüzeyi alevle ısıtıp hızlı soğutma İndüksiyonla yüzey sertleştirme Parçanın iç kısımını yumuşak bırakıp yüzeyini sertleştirme Yüzeyi indüksiyon akımı ile ısıtıp hızlı soğutma Sementasyon Yüzey karbon miktarını artırarak sertleştirme Çeliği karbon içeriği yüksek ortamda tutma (tutma sıcaklığı 850-950 C) Nitrasyon Yüzeye azot difüzyonu sağlama Çeliği azot içeriği yüksek ortamda tutma (tutma sıcaklığı 490-550 C)

HOMOJENLEŞTİRME ya da DİFÜZYON TAVLAMASI (HOMOGENIZING) Amacı: Ostenit faz alanında yüksek sıcaklıkta difüzyon ile çeliğin kimyasal kompozisyonunu eşitlemektir. Bu proses alaşımlı çelik ingotlara uygulanır. Homojenleştirme difüzyon hızının yüksek olduğu 1150-1250 C aralığında birkaç saat süre tutma ve yavaş soğutma ile gerçekleştirilir. Soğutma tutma süresinden sonra 850-800 C e kadar 6-8 saat süre ile fırında soğutulup daha sonra hava ortamında soğutulabilirler. Homojenleştirme işleminden sonra aşırı ısıtılmış yapıyı (iri taneli yapı) rafine etmek amacı ile normalizasyon ya da tam tavlama uygulanır.

Microsegregation is the difference in composition between the center of the dendritic stem (i.e. the dendritic core) and the region between the dendrite arms. The first liquid to solidify (in the center of the dendrite) will be alloy-rich if the alloy addition raises the melting temperature, whereas the alloy (i.e. solute-rich) area will be concentrated at the interdendritic regions if the alloy addition lowers the melting temperature.

TAM TAVLAMA Çeliğin tek faz ostenit alanına ısıtılması ve yavaş soğutulmasından (genellikle fırında) ibaret bir ısıl işlemdir ve çeliğin soğuma hızı dönüşüm sonrası kaba perlitik bir yapı (Fe-C denge diyagramında mevcut denge yapısına en yakın) meydana getirir. Amaç: Genel olarak çeliğin sünekliğini ve tokluğunu artırarak daha sonra yapılacak mekanik işlemler için daha yumuşak bir yapı elde etmek %0,3-0,6 C lu çeliklerde talaş kaldırma kabiliyetini artırmak Elektrik ve manyetik özellikleri iyileştirmek

Tam tavlama sıcaklığı: Ötektoid altı çelikler için A 3 sıcaklığının 10-30 C üzerinde tek fazlı ostenit alanı Ötektoid üstü çeliklerde A 1 sıcaklığının 10-30 C üzerinde, iki faz bölgesi ostenit+sementit alanı Tutma süresi her 25 mm kalınlık için 1 saattir, daha büyük kesitli parçalarda ilave her 25 mm kalınlık için 30 dakika eklenmelidir

Tam tavlama soğutma hızı: Alaşım elementlerine bağlı olarak 50 C/saat ile 30 C/saat arasında değişir. Sade karbon çelikleri ile karşılaştırıldığında alaşımlı çeliklerde daha düşük soğutma hızları kullanılır. Tam tavlama ile ferrit, kaba perlit/küresel sementit oluşur ve oluşan bu fazlar oldukça yumuşaktır. Bu nedenle tam tavlama yumuşatma tavı olarak da isimlendirilir. Tam tavlama sonrası sertlik: Sertliği karbon içeriği ve alaşım elementi miktarına bağlı olarak 110 BHN-230 BHN arasında değişir. Sertlik karbon ve alaşım elementleri miktarı arttıkça artar.

Isothermal Transformation Diagram Ötektoid (%0,8 C) kompozisyona sahip Fe-C alaşımı A: Austenite P: Pearlite B: Bainite M: Martensite Perlitik yapı

Yavaş soğutma Time in region indicates amount of microconstituent!

Isothermal Transformation Diagram Eutectoid iron-carbon alloy; composition, C o = 0.76 wt% C Begin at T > 727 C Rapidly cool to 625 C and hold isothermally. Austenite-to-Pearlite

İZOTERMAL DÖNÜŞÜM Sabit bir sıcaklıkta zamana bağlı olarak meydana gelen faz dönüşümlerini gösteren diyagramlara izotermal dönüşüm veya Zaman Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) ya da Time Temperature-Transformation (T T T) diyagramları adı verilir. Kararsız ostenit

S şeklindeki bu eğriler, sıcaklığın sabit tutulduğu çoğu katı-katı faz dönüşümlerinde görülür. Bu eğriler sayesinde bir fazın başlangıç ve bitiş noktasının ne kadar sürede meydana geldiğini öğrenmemiz açısından büyük bir önem taşır. Bu eğri yardımıyla Zaman Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) diyagramları çizilir.

Ötektoid bileşime sahip bir demir-karbon alaşımının, üç farklı sabit sıcaklık değerinde, perlit dönüşüm oranının zamanın logaritmik değeri ile değişimi veren eğriler gösterilmektedir. Bu diyagramda, östenit perlit dönüşüm oranının dönüşüm süreleri gösterilmektedir. Her bir eğri, ötektoid çelik alaşımın % 100 östenit içerdiği sıcaklık değerinden, sabit sıcaklık değerine (burada 600 C, 650 C ve 675 C) ani olarak soğutulup, bu sıcaklık değerinde beklenerek dönüşümün başlangıç ve bitiş noktaları ne kadar bir sürede meydana geldiği belirlenerek çizilir.

Perlit dönüşüm oranının zamanın logaritmik değeri ile değişimi veren eğriler yardımıyla Zaman Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) diyagramının çizilmesinin gösterilişi Dönüşümün başlama eğrisi: Hangi sabit sıcaklıkta östenit fazının perlit yapısına dönüşümün başlayabilmesi için ne kadar süre geçmesi gerektiğini gösteren dönüşüm eğrisidir.

4340 çeliğine ait TTT diagramı

SÜREKLİ SOĞUMADA DÖNÜŞÜM DİYAGRAMLARI CONTINUOUS COOLING TRANSFORMATION (CCT) DIAGRAMS Sürekli soğumada bir reaksiyonun başlaması ve tamamlanması için gerekli olan süre gecikmekte yani uzamaktadır. Bu nedenle reaksiyonun daha düşük sıcaklıklarda ve daha geç başlayıp daha uzun sürelerde tamamlanmasına neden olacak şekilde TTT diyagramlarındaki eğriler, bir miktar sağa ve aşağıya doğru ötelenerek Sürekli Soğumada Dönüşüm Diyagramları oluşturulmuştur. Martenzit dönüşüm ile ilgili Ms, M(%50), M(%90) ve Mf eğrileri hem TTT hem de CCT diyagramlarında aynıdır.

Ötektoid bileşimli bir çelikte, yavaş ve hızlı soğutma ısıl işlemi sonucu oluşan mikroyapılar

Çelikteki C miktarına bağlı olarak sertlik ve tavlama sıcaklığındaki değişim %C Tavlama sıcaklığı, C Sertlik, BHN 0,18-0,22 860-900 110-149 0,23-0,28 850-890 130-180 0,29-0,38 840-880 140-206 0,39-0,55 820-870 150-217 0,56-0,80 790-840 160-230 0,81-0,99 790-830 170-230

NORMALİZASYON Hemen hemen bütün döküm ile aşırı ısıtılmış ve büyük boyuttaki dövme ürünlerine uygulanan en yaygın ısıl işlem proseslerinden biridir. Normalizasyon, çeliği ostenit fazında ısıtma ve havada soğutma olarak tanımlanır. Hava ortamında soğutma hızı fırın ortamına göre hızlıdır ve tavlama ile karşılaştırıldığına soğutma süresi oldukça kısadır Amaç: Hadde, dövme gibi şekil verme işlemleri ile döküm sonrası oluşan kaba taneli yapıyı gidermek Uniform bir yapı sağlamak Düşük karbonlu çeliklerin işlenebilirliğini artırmak

Normalizasyon sıcaklığı: Ötektoid altı çelikler için A 3 sıcaklığının 30-50 C üzerinde ve Ötektoid üstü çeliklerde A cm sıcaklığının 30-50 C üzerinde tek fazlı ostenit alanı Tutma süresi: normalizasyon sıcaklığına ulaşıldıktan sonra 25 mm kalınlık için 1 saattir.

Normalizasyon ile tavlamaya benzer şekilde mikroyapıda ferrit, sementit ve lamelli perlit bulunur. Ancak normalizasyonda daha yüksek soğutma hızından dolayı ostenitin dönüşümü tavlamadan daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşir. Bu yüzden dönüşüm ürünü perlit daha ince lameller arası mesafeye sahiptir. Normalize çelik; tavlanmış çelikten daha yüksek sertlik ve mukavemete sahiptir, ötektoidin kompozisyonu daha düşük bir değere ötelendiğinden perlitin miktarı aynı karbon içeriğinde tavlanmış çelikten daha fazladır, perlit ve ferrit fazlarının dispersiyonu daha incedir, perliti daha ince ve lameller arası mesafe kısadır.

Normalizasyon i. Ötektoidaltı çeliklerin küçük taneli, mekanik özellikleri iyileştirilmiş, düzgün dağılımlı ferritik+perlitik yapıda olmasını sağlar ii. Ötektoidüstü çeliklerde sürekli sementit ağını parçalar ve normalizasyondan sonra uygulanacak küreselleştirme işlemini kolaylaştırır Normalizasyondan sonra elde edilen ince taneli ve düzgün dağılımlı yapı daha sonra uygulanacak sertleştirme işlemi için de uygun bir yapıdır. Ancak ötektoidüstü çeliklerde sertleştirme yapılacaksa tane sınırlarındaki sementit ağını parçalamak için ayrıca küreselleştirme işlemi uygulanmalıdır.

Normalizasyon sonrası karbon içeriğine ve kesit kalınlığına bağlı olarak sertlik 120-300 BHN arasındadır. Çelikteki C miktarına bağlı olarak sertlik ve normalizasyon sıcaklığındaki değişim %C Normalizasyon sıcaklığı, C Sertlik, BHN 0,18-0,22 900-925 120-160 0,23-0,28 890-910 140-190 0,29-0,38 880-900 150-220 0,39-0,55 840-870 180-230 0,56-0,80 810-840 210-270 0,81-0,99 810-840 260-300

%C İşlenebilirlik için istenen mikroyapı 0,06-0,20 Soğuk haddelenmiş 0,20-0,30 Normalize edilmiş 0,30-0,40 Kaba perlit oluşumu için tavlanmış 0,40-0,60 Kaba perlit / kaba küreselleşme için tavlanmış 0,60-1,20 %100 küreselleştirilmiş

Tam tavlama Normalizasyon Microstructure of a slowcooled AISI 1008 steel showing pearlite islands in a ferritic matrix. The lamellar morphology of the pearlite is resolved. 4% picral etch. 500 Microstructure of a normalized AISI 1008 steel showing unresolved pearlite islands in a ferritic matrix. 4% picral etch. 1000

Sıcak hadde sonrası, çelik yapısı hadde doğrultusunda yönlenmiş Yönlenmiş yapıyı gidermek ve tüm yönlerde aynı mekanik özellikleri elde etmek için normalizasyon uygulanmış haldeki yapı

KÜRESELLEŞTİRME (SHPEROIDIZED ANNEALING) Çeliğin A 1 kritik sıcaklığının hemen üzerinde ya da hemen aşağısında uzun süre tutulması ve yavaş soğutulmasıdır. Bu işlem ile çelik mümkün olduğu kadar yumuşatılmış olur. Bu tavlama işlemi lamelli perlitin karbürlerini ve ikincil sementiti küre haline getirir. Amacı: işlenebilirliği ve soğuk şekil verilebilirliği artırmaktır. Örneğin yüksek karbonlu takım çeliklerinin işlenebilirliği küresel durumda çok iyidir. Küreselleştirilmiş mikroyapı ferritik matriste küresel sementit / karbürlerden oluşur

Küreselleştirme işlemi üç farklı şekilde gerçekleştirilebilir 1. A 1 in aşağısında tutma Çelik A 1 sıcaklığının hemen aşağısındaki bir sıcaklığa ısıtılır, bu sıcaklıkta küresel sementit oluşumu için yeter süre bekletilir (15-25 saat). 2. A 1 etrafında termal çevrim Küreselleştirme A 1 kritik sıcaklığının üzerine ve aşağısına dar bir sıcaklık aralığında tekrarlı ısıtma ve soğutma ile yapılır. A 1 in üzerine ısıtma sementit ya da karbürleri çözmeye soğutma ise yeniden oluşturmaya çalışır. Bu tekrarlı işlem karbürleri küresel forma getirir. 3. A 1 in üzerinde tutma Bu metotta çelik A 1 kritik sıcaklığının biraz üzerine ısıtılır ve bu sıcaklıkta bekletilir sonra ya fırında soğutulur ya da A 1 kritik sıcaklığının hemen aşağısında uzunca bir süre tutulur ( 10 saat).

Küreselleşme oranı işlem öncesi yapıya bağlıdır. Orjinal yapıda daha ince karbür bulunması daha iyi küreselleştirme sağlar. Aynı şekilde ince perlit kaba perlitten, beynit ise ince perlitten. Soğuk işlem görmüş malzemenin de küreselleşmesi işlem sırasında sementitin kırılması ve daha üniform olarak dağıtılması ile küreselleşme işlemini kolaylaştıracaktır. Güçlü karbür oluşturucular özellikle, krom, tungsten, molibden, vanadyum çeliklerde karbürün kararlılığını artırır. Bu nedenle küreselleşmeyi azaltır ve düşünülen küreselleşme sıcaklığında süreyi uzatır

Küreselleştirme daha çok yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Sürekli sementit ağını parçalayarak işlenebilirliklerini sağlamaktadır. Düşük karbonlu çelikler çok nadiren küreşelleştirme tavlamasına tabi tutulurlar. Küreleştirme çok yumuşak bir yapı oluşturur ve bu da uzun ve sürekli talaşa neden olduğundan talaş kaldırmayı zorlaştırır Orta karbonlu çelikler ise yeterli ölçüde süneklik kazanmaları için plastik şekil verme işleminden önce, bazen küreselleştirme tavlamasına tabi tutulurlar. Eğer çelik gereğinden uzun süre tavlanırsa sementit parçacıkları birleşerek uzama gösterirler ve bu durum çeliğin işlenme kabiliyetini olumsuz etkiler.

Effect of prior microstructure on spheroidizing a 1040 steel at 700 C (1290 F) for 21 h. (a) Starting from a martensitic microstructure (as-quenched). (b) Starting from a ferritepearlite microstructure (fully annealed). Etched in 4% picral plus 2% nital. 1000

AISI W1 (1.05% C). Influence of starting structure on spheroidization. (a) As-rolled; contains coarse and fine pearlite. (b) After spheroidization (heat to 760 C, or 1400 F; cool at a rate of 11 C/h, or 20 F/h, to 595 C, or 1100 F; air cool). (c) Austenitized at 870 C (1600 F) and oil quenched to produce fine pearlite. (d) Austenitized as in (c); annealed as in (b). Note the more uniform spherical carbide shape compared to (b). 4% picral. 500

KABA TANE TAVI %0,5 ten az C karbon içeren çeliklerde iri tane ve kaba lamelli perlit elde ederek talaş kaldırma kabiliyetini kolaylaştırmak. Tanelerin irileşmesi kısa ve kırılgan talaş eldesi sağlar Çeliği tek faz ostenit alanında normalizasyon sıcaklıklarından daha yüksek sıcaklıklara (A 3 +150-200 C) ısıtıp bekledikten sonra fırında soğumaya bırakılması ile gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklıktan dolayı pahalı sayılan kaba tane tavı tokluk değerini de düşürdüğünden az uygulanan bir yöntemdir.

GERİLİM GİDERME (STRESS RELIEVING) Kritik altı tavlama olarak da bilinir ve parçada var olan gerilimleri gidermek için yapılır. Bunun için parça A 1 sıcaklığının aşağısına (550-570 C) ısıtılır, bütün kesitte uniform sıcaklık dağılımı elde edilene kadar bekletilir ve yeni bir iç gerilmeye neden olmamak için uniform ve yavaş bir şekilde oda sıcaklığına soğutulur. Metalik malzemelerde meydana gelen gerilimlerin bir çok nedeni vardır. Bunlardan bazıları; Talaşlı işleme (frezeleme, planyalama, tornalama vb.) Şekil verme (eğme, çekme) Isıl işlem (doğru olmayan ısıtma ve soğutma) Döküm (merkez ile yüzey arasındaki soğuma hızı farklılığı) Kaynak (genleşme ve büzülme)

SERTLEŞTİRME (YA DA SU VERME) Çeliğe istenen sertliği kazandırmak amacı ile yapılan ısıl işlem, sertleştirme çeliğin sertleştirme sıcaklığına (ostenit bölgesi) ısıtılıp bu sıcaklıkta inç başına bir saat tutulması ve ardından uygun ortamda su verilmesi ile gerçekleştirilir. Sertleştirme çelik yüksek sıcaklıktan oda sıcaklığındaki bir bir banyoya daldırıldığı için su verme olarak da isimlendirilir Sertleştirme sıcaklığı (ya da ostenitleme sıcaklığı) Ötektoidaltı çelikler için A 3 ün 30-50 C üzeri, Ötektoidüstü çelikler için ise A 1 in 30-50 C üzeridir. Çeliği ostenit bölgesine ısıtma ve bu sıcaklıkta tutma sementit ya da karbür şeklinde bağlı karbonun ostenit içerisinde çözünmesini sağlamaktır. Bundan sonra su verme işlemi ile martensit olarak adlandırılan yarı kararlı çok sert ve gevrek olan hacim merkezli tetragonal (HMT) yapı oluşur.

Kritik Soğuma Hızı Kritik soğuma hızı Difüzyonlu (yayınmalı) veya difüzyonsuz (yayınmasız) dönüşümü belirleyen parametre soğuma hızıdır. Soğumanın kritik bir hızın üzerinde olması durumunda ostenit martensite dönüşür. Daha yavaş soğuma hızlarında difüzyon gerçekleşir ve soğuma hızına bağla olarak yayınma perlit veya beynit oluşabilir.

Martensit ( ) Martensit çarpılmış alfa demir kafeste karbon ve diğer elementlerin oluşturduğu aşırı doymuş katı çözeltidir, ostenitin kompozisyonuna sahiptir. Martensit oluştuğu zaman HMK yapının çözebileceği karbon miktarının çok üzerinde bir değere ulaşılır ve karbon atomları kafesi tetragonal konfigurasyona zorlar. Birim hücrenin c parametresi diğer iki a kafes parametresinden daha büyüktür ve karbon artışı ile c aksisi artarken a aksisi azalır (ostenitte ise karbon artışı ile kübik kafes parametresi de artar). Martensitik dönüşüm difüzyonsuz, kayma ile ses hızına yakın hızlarda meydana gelir C ve Fe atomu yayınamaz, bu nedenle de karbür oluşamaz oluşumu perlit ve beynit oluşumundan farklı olarak zamandan bağımsızdır (atermal). Martensit oluşumu Ms sıcaklığında başlar ve soğuma ile ostenitin martensite dönüşümü devam eder. %1C içeren çelik 100 C de %90 martensitik dönüşüme sahiptir Bu sıcaklıkta ne kadar tutulur ise tutulsun bu oran değişmez.

Fe C a c a a a a YMK HMT %0,8 C lu Fe-C alaşımının kafes parametreleri Yüzey merkezli kübik ostenit a=3,571 A Hacim merkezli tetragonal martensit a=2,850 A c= 2,950 A

Çelikte yaygın olarak iki tür martensit yapısı teşekkül eder 1.Çubuk (lata) martensit bitişik paralel lataların büyümesi ile karakterize edilir. Lataların bir grubu aniden kooperatif bir şekilde bir dizin olarak büyür 2.Plaka (plate) martensit ilk oluşan plakalar tüm östenit tanesini keserek büyür. İlave plakalar bundan sonra östenitte ilk oluşmuş plakalar ve tane sınırları arasında oluşur. Martensit plakalarının oluşumu ile östenit giderek bölündüğü için östenitik bölgeler küçülür ve bu nedenle sonradan oluşan plakalar küçük olur. Böylece plaka martensitte oldukça büyük boyut dağılımlı paralel olmayan plakalar var iken lata martenzitlerde yoğun olarak paralel lata oluşumu vardır; burada paket içindeki lata boyutları oldukça homojendir

Martensites (a) Lath (b) Plate

Karbon içeriğine bağlı olarak oluşabilecek martensit yapıları

Ms( C) = 512-453C-16.9Ni + 15Cr- 9.5Mo + 217(C) 2-71.5(C)(Mn)- 67.6(C)(Cr)

Ostenitin martensite dönüşümü için; minimum C içeriği ve yeterince yüksek soğutma hızı (kritik soğuma hızından daha yüksek) gereklidir. Çeliğin sahip olduğu daha yüksek karbon içeriği, daha sert martensit oluşumunu sağlar. Soğutma hızı martensitin sertliğini etkilemez, ancak ostenitin martensite dönüşebilmesi için yeterince yüksek olmalıdır. Su verme işlemi çeliğin kritik soğuma hızından daha yüksek hızda soğutulmasını sağlar ve farklı ortamlarda gerçekleştirilebilir. Bunlar, su, tuzlu su, yağ, polimer ya da bazı durumlarda hava olabilir. Genel olarak su verme ortamı alaşımsız çelikler için su, düşük alaşımlı çelikler için yağ ve yüksek alaşımlı çeliklerde havadır. Su verme işlemi kritik soğuma hızından daha yavaş olursa martensit oluşumu gerçekleşmez, ferrit ve sementit karışımı içeren yapılar oluşur.

Çeşitli mümkün su verme ortamlarının su verme güçleri (Grossman H değerleri) Su verme ortamı Grossman H değeri Yağ, karıştırma yok 0,20 Yağ, orta derecede karıştırma 0,35 Yağ, iyi karıştırma 0,50 Yağ, şiddetli karıştırma 0,70 Su- karıştırma yok 1,0 Su, kuvvetli karıştırma 1,50 Tuzlu su, karıştırma yok 2,0 Tuzlu su, şiddetli karıştırma 5,0 İdeal su verme

Su verme prosesi Üç adımda gerçekleşir 1. Sıcak metal banyoya daldırıldığı zaman yüzeyi hızla bir buhar filmi tarafından kaplanır ve buhar filminin oluşumundan sonra soğuma hızı düşer. 2. Buhar filmi 400 C e kadar kararlıdır. Numunenin sıcaklığı bu sıcaklığın aşağısına düştüğü zaman buhar filmi kırılır ve sıvı sıcak metal ile temastatır. Bundan dolayı kaynama başlar ve metal hızla soğutulur. Bu adım kaynama adımı olarak bilinir ve martensit oluşumu başlar 3. Metal su verme ortamının kaynama noktasına soğuduğu zaman kaynama adımı biter ve üçüncü adım soğuma başlar. Bu adımda soğuma hızı diğer adımlara göre daha yavaştır, daha az kalıntı gerilim, distorsiyon ve çatlaklara neden olduğundan bu martensit oluşumu için avantajlıdır.

Ötektoid üstü çeliklerde A 1 üzerine çıkılıp su verildiği zaman, sadece ostenit martensite dönüşür, sementit yapıda aynen kalır. Sementit fazı zaten sert bir faz olduğundan su vermenin amacına uygundur. Aynı zamanda düşük sıcaklıklardan su verildiği için termal gerilmeler de azalır. Ancak yapıdaki sementitin tane sınırlarında bir ağ şeklinde bulunması sert ve çekme dayanımı düşük bir faz olduğundan hiçbir zaman istenmez. Bu nedenle ötektoid üstü çeliklere su vermeden önce sementitler küresel hale getirilir. Bu nedenle çelik önce normalize edilerek sürekli sementit ağı parçalanır ve küreselleştirme işlemine tabi tutularak sementitler küresel hale getirilir.

Çeliğe ostenitleme sıcaklığından su verildiğinde ostenit martensite dönüşür ve dönüşüm sıcaklığa bağlıdır, oda sıcaklığında bile ostenitin bir kısmı dönüşmeden kalır. Dönüşmeyen ostenit kalıntı ostenit olarak isimlendirilir. Su vermeden sonra sıfır altı işlem (oda sıcaklığından daha düşük sıcaklıklarda -196 C) uygulanmadıkça çelikte daima kalıntı ostenit bulunur.

Martensit ve kalıntı ostenite ilaveten sertleştirilmiş çelik ostenitleme sırasında ostenit içinde çözülmeyen karbürler içerebilir. Bu yüzden sertleştirilmiş çelik mikroyapısında martensit, kalıntı ostenit ve karbürler bulunur. Bu fazların relatif miktarları çeliğin kompozisyonu, ostenitleme sıcaklığı, tutma süresi, su verme ortamının sıcaklığına bağlı olarak değişir. Su verme sırasında soğutma hızı düşük, kritik soğuma hızından daha az ise ostenitten martensit oluşumundan önce ferrit, perlit ve beynit oluşacaktır. Su vermeden sonra çeliğin sertliği martensitin sertliğine bağlıdır. Martensitin sertliği çeliğin karbon içeriğinin bir fonksiyonudur. Karbon içeriğindeki artış ile sertlik artar ve %0,6 C içeriğinde maksimuma ulaşır. %0,3 C içeren çeliğin sertleştirme sonrası sertlik değeri 50 Rc dir. Ötektoidüstü çeliklerde artan karbon miktarı ile çeliğin sertleştirilmiş haldeki sertliği artmaz, ancak yapıdaki sementit miktarı artan karbonla arttığından çeliğin aşınma dayanımı artar.

Çelikteki C miktarına bağlı olarak sertlik ve sertleştirme sıcaklığındaki değişim %C Sertleştirme sıcaklığı, C 0,18-0,22 Sertleştirilemez - Sertlik, Rc 0,23-0,28 850-890 40-47 0,29-0,38 840-880 45-57 0,39-0,55 820-870 55-61 0,56-0,80 790-840 61-63 0,81-0,99 790-830 62-64

Sertleştirmenin temel amacı sertliği, mukavemeti ve aşınma direncini artırmaktır, daha yüksek sertlik daha yüksek aşınma direnci sağlayacaktır Hızlı soğutma, faz dönüşümünü ve difüzyonu engellemekte, soğuma sonucu aşırı doymuş bir katı eriyiğin oluşumunu sağlamaktadır. YMK yapıya sahip ostenit karbonca aşırı doymuş olan HMT yapıya dönüşmekte yapıda hapis olan C atomları kristal kafesin distorsiyonuna (çarpılmasına) yol açarak; malzemenin sertliğini arttırmaktadır. Hemen hemen cam kadar sert olan bu yapıyı bu haliyle kullanmak mümkün değildir. Bu yüzden endüstriyel anlamda kullanabilmek için bu yapının temperleme ısıl işlemine tabi tutulması tavsiye edilir.

Ostenitleme sıcaklığı düşük ostenit sıcaklığında tam ostenit dönüşümü sağlanamaz ve sertleştirme sonrası düşük sertlik değeri elde edilir. Ostenitleme sıcaklığının yüksek olması Kaba taneli yapı oluşumuna Su vermeden sonra daha fazla kalıntı ostenit oluşumuna ve Yüzeyde oksidasyon ve dekarbürizasyon oluşumuna neden olur. Tutma süresi genel bir kural olarak her 25 mm kalınlık için 1 saattir. Karbür ve alaşım elementleri ostenit içinde tam olarak çözünmez ise su vermeden sonra istenen sertlik değeri elde edilemez. Kesit kalınlığı ve alaşım elementi miktarı arttıkça tutma süresi artırılmalıdır.

Yüksek hız çeliği Cr, V, W

Strength Ductility Possible Transformations Martensite T Martensite bainite fine pearlite coarse pearlite spheroidite General Trends

Martensite Formation Isothermal Transformation Diagram 800 T( C) 600 Austenite (stable) A P T E 400 A B 200 single phase body centered tetragonal (BCT) crystal structure BCT if C 0 > 0.15 wt% C Diffusionless transformation BCT 10-1 M + A M + A M + A 0% 50% 90% 10 10 3 10 5 time (s) few slip planes hard, brittle % transformation depends only on T of rapid cooling Martensite needles Austenite

Fast Cooling This steel is very hardenable 100% Martensite in ~ 1 minute of cooling!

Martemperleme Bu metotta parça çeliğin kritik soğuma hızından daha yüksek bir hızda Ms sıcaklığının biraz üzerindeki bir sıcaklığa (200-350 C) soğutulur ve daha yumuşak olan beynit oluşmayacak kadar bir süre beklendikten sonra parça havada ya da yağda soğutulur. Amacı; sertleştirme ısıl işlemi sırasında oluşabilecek çatlama ve distorsiyonu elimine etmek, ancak sertleştirme sırasında kaçınılmaz olan hacim değişimlerini engelleyemez. Özellikle yağda ve havada sertleşebilen çeliklere uygulanır Ancak ince kesitlerde başarılı uygulama yapılabilir Bir sertleştirme işlemidir, temperleme değildir ve işlem sonrası temperleme yapılmalıdır Gerilmeler büyük oranda azaltıldığı için temperleme öncesi zaman kritik değildir

Martemperleme

Ostemperleme Parça çeliğin kritik soğuma hızından daha yüksek bir hızda Ms sıcaklığının biraz üzerindeki bir sıcaklığa soğutulur ve ostenitin tamamı beynite dönüşünceye kadar beklenir ve havada soğutulur. Temperlemeye gerek yoktur. Aynı sertlikte konvansiyonel sertleştirme ile karşılaştırıldığında daha yüksek tokluk, darbe direnci ve süneklik elde edilir. Düşük alaşımlı çelikler ile alaşımlı çeliklere uygulanır. Yüksek alaşımlı çeliklerde dönüşümün tamamlanması için çok uzun süre gerektiğinden ekonomik değildir.

Medium Cooling Cooling Rate, R, is Change in Temp / Time C/s

Beynitik yapı Ms in hemen üstündeki su verme sıcaklıklarında ince perlitten tamamen farklı bir mikroyapı oluşur; bu mikroyapıya bainit/beynit adı verilir Bainit, genellikle metalografide birbirine son derece yakın olarak büyüyen ve bir tüye benzer bir görünüme sahip çok ince plakavari projeksiyonlar grubu olarak gösterilir. Bu tüyümsü mikroyapı Davenport ve Bain tarafından 1930 da bulunmuş ve E.C. Bain i onurlandırmak için bainit olarak adlandırılmıştır. Benzer yapılar ayrıca belirli demir dışı alaşım mikroyapılarında da gözlenmiştir. Bu tip bir mikroyapı oluşumuna genelde beynitik dönüşüm adı verilir. Beynitik dönüşüm özellikle karmaşık bir reaksiyondur, çünkü hem martenzitik reaksiyonların ve hem de difuzyon kontrollü çekirdekleşme ve büyüme reaksiyonlarının ortak özelliklerini içerir.

Beynit, ferrit ve demir karbürden oluşan iki fazlı bir mikroyapıya sahiptir. Su verme sıcaklığı ve kompozisyona bağlı olarak beynitin morfolojisinde ve karbürün tipinde (Fe 3 C veya karbürü, ~ Fe 2.4 C) bir değişim görülür. Morfolojide oldukça belirgin bir değişim, yüksek ve düşük su verme sıcaklıkları arasında oluşur. Bu iki morfoloji üst beynit (yüksek su verme sıcaklığı) veya alt beynit (düşük su verme sıcaklığı) olarak isimlendirilir. Yüksek büyütmelerde incelendiğinde ferrit (iğnesel şekilli) matris içerisinde düzenli olarak yönelmiş karbür plakalarından oluşmaktadır. Dönüşüm sıcaklığı düştükçe ferrit iğneleri incelir ve karbür plakaları daha küçük ve sıkı dizilir.

Austempering Bainite Short needles of Fe 3 C embedded in plates of ferrite

Ağ.%0,8 C lu çelik için Kaba perlitin sertliği 15-25 Rc İnce perlitin sertliği 25-40 Rc Üst beynitin sertliği 40 Rc Alt beynitin sertliği 50-60 Rc Martensitin sertliği 64 Rc

Temperleme Sertleştirilmiş ya da normalize edilmiş çeliğin süneklik ve tokluğunu artırmak maksadı ile alt kritik sıcaklığın (A 1 ) aşağısında bir sıcaklığa ısıtılması ve ardından uygun hızda soğutulmasını içeren prosestir. Ancak matris tane boyutunda artışa da neden olabilir. Çelikler spesifik mekanik özellikler, su verme gerilimlerini gidermek ve boyutsal kararlılık sağlamak amacı ile sertleştirmeden sonra yeniden ısıtma ile temperlenirler. Temperleme sıcaklığı, Tutma süresi, Temperleme sıcaklığından soğutma hızı ve Çeliğin kompozisyonu (karbon ve alaşım elemanı içeriği ile kalıntı elementler) temperlenmiş çeliğin mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerinde etkilidir.

Temperleme Adımları X-ışınları, termal analiz ve mikroyapı incelemeleri temperlemenin temel olarak üç adımdan oluştuğunu göstermiştir. 1.adım 100-200 C aralığında martensitten -karbür (Fe 2,4 C) oluşur. Bu karbürler dislokasyonların segrege olduğu bölgelerde çekirdekleşir. Martensitin karbon içeriğinin %0,25 e azalması ile c parametresi kısalır. 1. adım temperleme sonunda çelik yüksek mukavemet, yüksek sertlik, düşük sünekliğe sahiptir ve kalıntı gerilmelerin bir çoğu da giderilmiştirr. 2.adım 200-350 C sıcaklık aralığında kalıntı ostenit, ferrit ve Fe 3 C e ayrışır. 3.adım 350-600 C aralığında sementit (Fe 3 C) çökelir. Sementitin oluşumu ile martensitin karbonunun çoğu katı çözeltiden uzaklaştırılmış olur. Sonuç olarak HMT in tetragonalitesi kaybolur. Temperlemenin artışı ile ferrit ve sementit arasında alaşım elementlerinin yeniden dağılımı meydana gelir. Ayrıca sıcaklık artışı ile sementit büyür ve küresel forma gelir. Sementit -karbürde, ostenit tane sınırlarında, ya da interlath (çubuklar arasında) ve yüksek karbonlu çeliklerde martenzitin ikiz sınırları boyunca çökelebilir.

Alaşımlı çeliklerde temperleme Daha yüksek sıcaklıklarda (>450 C) M 7 C 3 ve M 23 C 6 gibi daha kararlı alaşım karbürlerinin oluşumuna neden olur (4. adım olarak isimlendirilir). Cr, Mo, V, Ti içeren çeliklerde oluşan karbürler ikincil sertleşme olarak isimlendirilen sertleşmeye neden olurlar. Bu sıcaklıkta eşeksenli tane oluşumu ve aşırı tane büyümesine eğilim vardır. Alaşım karbürlerinin çökelmesi ile kalıntı ostenitin Ms sıcaklığı artar ve temperleme sıcaklığından soğuma sırasında martensite dönüşür. Bu nedenle ikinci bir temperleme gerekir.

Tensile and yield strengths and ductility (%RA) (at room temperature) versus tempering temperature for an oil-quenched alloy steel (type 4340).

Hardness (at room temperature) versus tempering time for a waterquenched eutectoid plain carbon (1080) steel.

Temper gevrekliği Temper gevrekliği belirli temperleme sıcaklık aralığında tutma ve yavaş soğutmanın sonucu olarak ortaya çıkar. Mo içermeyen az alaşımlı çeliklerin 350-550 C aralığında yapılan temperleme sonrası darbe enerjisindeki azalma temper gevrekliği olarak bilinir. Mo içermeyen çeliklerde Sn, Sb, As, S, P gibi elementlerin tane sınırlarına çökelmesi ve tanelerarası kohezyon kuvvetini düşürmesi ile temper gevrekliği ortaya çıkar ve tanelerarası kırılmaya neden olur. Temper gevrekliğinin önlenebilmesi için; 1.Bu kritik sıcaklıklarda temperleme yapılmamalı, ya 350 C in aşağısında ya da 550 C in yukarısında olmalıdır. Yüksek sıcaklıkta yapılmışsa bu kritik sıcaklık aralığında hızlı soğutma yapılmalıdır. 2.Ya da az da olsa (%0,15) Mo içeren çelik kullanılmalıdır

Notch toughness as a function of tempering temperature for 4140 (UNS G41400) ultrahigh-strength steel tempered 1 h

Sıfıraltı (Subzero ya da Kriyojenik) İşlemi Çeliğin sertleştirme sonrasında yapısında yer alan kalıntı östeniti gidermek ve aşınma direncini arttırmak amacı ile sıfırın altındaki bir sıcaklığa soğutulmasıdır. Kalıntı ostenit bir süre sonra martensite dönüşür. Bu yapısal değişim özellikle ölçü aletlerinde, ölçülerde kabul edilemez küçük değişikliklere yol açabilir ve ayrıca çok yüksek sertlik ile aşınma direnci gereken takımlarda ve kalıplarda kalıntı osteniti düşük seviyeye indirmek veya hemen hemen tamamı ile ortadan kaldırmak için, sıfır altı soğutma işlemi yapılır Bu işlem sonucunda; 1.Çelik cinsine göre 2-4 HRc ye kadar sertlik artışı olur 2.Yüksek aşınma direnci elde edilir 3.Yapıdaki kalıntı ostenit önemli ölçüde giderilir

Sıfıraltı İşlem İşlem çeliğin sıfıraltı sıcaklığına soğutulmasından ibarettir. Sıcaklık çeliğin bileşimine bağlıdır (yüksek alaşımlı çeliklerde -140 C, diğer çeliklerde ise genellikle -80 ila - 90 C). M f sıcaklığında tutma süresi 1-1,5 saattir. Bu sıcaklığın altında tutma daha fazla kalıntı ostenit dönüşümüne neden olmaz. Sıfır altı sıcaklığa soğutma 1.Katı karbondioksit (-80 C e soğutma yapabilir) 2.Mekanik soğutma (-100 e soğutma yapabilir) 3.Sıvı azot (-196 C e soğutma yapabilir) ortamında yapılabilir

SERTLEŞEBİLİRLİK Su verme işlemi ile çelik yüzeyinde elde edilen sertliğin merkeze doğru ilerleyebilme kabiliyetidir. Derinlik sertleşebilirliğin bir fonksiyonu olup; martensitin yüzeyden itibaren yarı miktarına indiği veya en az %50 martensitin mevcut olduğu mesafe olarak belirtilir. Yeterli sertleşebilirliğe sahip çelik verilen kesit kalınlığı boyunca en az %50 martensitik mikroyapı verebilmelidir. Bu nedenle sertleşebilirlik, su verilmiş ve temperlenmiş halde kullanılacak çeliklerin seçiminde önemli bir parametredir. Çeliklerin sertleşebilirliği Grossmann sertleşebilirlik testi ve Jominy uçtan su verme testi ile belirlenebilir.

Grossmann Sertleşebilirlik Testi Sertleşebilirliğin saptanması için farklı çaplarda olan çok sayıda silindirik çelik çubuk numuneler belli soğutma ortamında sertleştirilirler. Metalografik muayene sonucu merkezinde %50 martenzit oluşan çubuk örnek seçilir ve bunun çapı Kritik Çap (D c ) olarak isimlendirlir. Kritik değerin üzerinde çapa sahip çelik çubukların merkezinde tam sertlik sağlanamaz ve martensit miktarı %50 den daha azdır. Kritik çap su verme ortamı ile değişir. Örneğin suda su verildiği zaman 25 mm çapında tam sertleşmiş olan çelik çubuğa yağda su verildiğinde kritik çap 15 mm olmalıdır

Grossman a göre kritik çap

D değeri soğutma ortamının H değeri kullanılarak ideal çapa, Di, çevrilebilir. İdeal çap yüzeyin sonsuz hızda soğutulması halinde (H= ), merkezinde %50 martensit oluşan çubuğun ideal çapı olarak tarif edilir ve diğer ortamlarda (yağda veya suda) su verme için gereken kritik çaptan daha büyüktür.

Grosmann yöntemi ile kimyasal bileşimden ideal çap hesabı Çeliğin sertleşebilirliği alaşım elementleri ilavesiyle artar ve kritik çapta bununla birlikte artar. Grosmann yöntemi ile az alaşımlı ve orta alaşımlı çeliklerin kimyasal bileşimlerinden ideal çap hesaplanabilir. Bunun için, her bir elementin ostenitleme sıcaklığında, katı eriyik içindeki miktarının ve aynı zamanda ostenit tane boyutunun göz önünde tutulması gerekir. Tane boyutu ne kadar küçük olursa sertleşebilirlik o kadar düşük olur. Bunun nedeni, tane boyutunun azalmasına paralel olarak tane sınırlarının toplam yüzeylerinin artması ve bunun karşılığında soğuma sırasında perlit oluşumu için başlangıç yerleri olan çok sayıda çekirdeğin oluşmasıdır. D c = D ic Mn % sinin çarpım faktörü Si % sinin çarpım faktörü Ni % sinin çarpım faktörü Cr % sinin çarpım faktörü Mo % sinin çarpım faktörü D c : Kritik çap, D ic : İdeal kritik çap

D ic, inc D ic, mm Sade karbonlu çeliklerde karbon miktarı ve ostenit tane boyutunun fonksiyonu olarak ideal kritik çapın değişimi Sertleşebilirlik hesaplamaları için çeşitli elementlerin çarpım faktörleri

Jominy uçtan su verme testi Jominy tarafından geliştirilmiş ve en yaygın kullanılan sertleşebilirlik testi Jominy uçtan su verme çeliklerin sertleşebilirliğini belirlemede kullanılan standart bir testtir. Test ostenitlenmiş standart bir deney çubuğunun (1 inc çapında 4 inc uzunluğunda) bir ucundan su verilmesini içerir. Sertleştirme fırınından numunenin alınması ile su vermenin başlangıcı arasındaki zaman 5 sn den az olmalıdır. Numunenin tutucuya yerleşiminden hemen sonra su fıskiyesi 10 dk dan az olmayan süreyle numunenin yüzeyine karşı tüm kuvvetiyle direkt olarak açılmalıdır. Bunun bir sonucu olarak, test çubuğunun su verilen ucu çok hızlı bir şekilde soğur, fakat soğuma hızı zıt uca doğru kademeli olarak azalır. Test numunesinin soğuması, soğuk su içerisine daldırmayla tamamlanır. Soğuma hızı çubuk uzunluğu boyunca farklılık gösterir ve su verilmiş uçtan itibaren artan mesafe ile azalır. Su verilmiş uçta kritik soğuma hızından daha yüksek hızla su verilir ise %100 martensit ve su verilmiş uçtan uzaklaştıkça azalan soğuma hızına bağlı olarak diğer dönüşüm ürünleri oluşur. Mikroyapıdaki değişimler test çubuğu boyunca sertlikte farklılıklara neden olur.

2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

Çubuk soğuduğunda, çubuğun eksenine paralel ve ucundan itibaren 0,4 mm derinliğinden başlamak üzere taşlama ile iki paralel kesme yüzeyi elde edilir. Bu yüzeyler parlatıldıktan sonra yassı çubuk boyunca Rockwell C skalasında belirli aralıklarla (1/16 inch aralıkla) sertlikleri ölçülür. Bu sertlik değerleri ve su verilmiş uçtan itibaren olan eşdeğer mesafeleri bir diyagram üzerinde belirtilir. Bu çizelgede y ekseni Rockwell C cinsinden sertliği ve x ekseni sertleşmiş uçtan itibaren mesafeyi gösterir. Bunlara Jominy eğrileri adı verilir

2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license. Çelik C Si Mn Cr Mo Ni 4340 0,38-0,43 0,15-0,35 0,6-0,8 0,7-0,9 0,2-0,3 1,65-2,0 8640 0,38-0,43 0,15-0,30 0,75-1,0 0,4-0,6 0,15-0,30 0,4-0,7 9310 0,07-0,13 0,15-0,35 0,4-0,7 1,0-1,4 0,08-0,15 4320 0,17-0,22 0,15-0,35 0,6-0,8 0,7-0,9 0,2-0,3 1,65-2,0 1080 0,75-0,88 0,6-0,9 1050 0,48-0,55 0,20-0,35 0,6-0,9

Relationship between hardness, carbon content, and amount of martensite

Fig. 8: Schematic Fe-Fe 3 C metastable equilibrium diagram and TTT diagrams for plain carbon hypoeutectoid, eutectoid and hypereutectoid steels γ=austenite α=ferrite CP=coarse pearlite P=pearlite FP=fine pearlite UB=upper bainite LB=lower bainite M=martensite M S =Martensite start temperature M 50 =temperature for 50% martensite formation M F = martensite finish temperature (a) Fe-Fe 3 C metastable phase diagram (b) TTT diagram for hypoeutectoid steel (c ) TTT diagram for eutectoid steel (d) TTT diagram for hypereutectoid steel M S 110

Interkritik işlem (Dual fazlı yapı) Çift fazlı çelik kavramı, 1937 yılında Grabe in, yeni bir yatak malzemesinin üretimi için % 0,25 karbonlu bir çeliği kritik sıcaklıklar arasındaki bölgeden soğutması sonucunda çift fazlı yapıyı elde etmesi ve patent almasıyla tanınmıştır. 1970 lere kadar çok az sayıda araştırmacının ilgisini çeken çift fazlı çelikler, bu yıldan sonra özellikle yaşanan ekonomik darboğazların ardından bilim adamlarının otomotiv endüstrisine sunduğu alternatif çözümler olarak üzerinde etraflıca çalışılan bir alan olmuştur. Çift fazlı çeliklerin yapısında ferrit yapısının içerisine dağılmış martensit bulunmaktadır. Yapıdaki ferrit yumuşak bir fazdır ve çift fazlı çeliğin şekillendirilme kabiliyetini artırmaktadır. Martensit fazı ise sert yapısı sayesinde malzemeye mukavemet kazandırmaktadır.

Martensit Ferrit

Dual fazlı çeliklerin ferrit+martensitten oluşan yapıları mukavemet-sünekliğin çok iyi bir kombinasyonunu ve yüksek soğuk işlem hızı ile sürekli akma göstermesini sağlar.

Çift fazlı çeliklerin mekanik özellikleri büyük ölçüde martensit hacim oranı ile morfolojisine bağlıdır. 1. Çeliğin karbon içeriği 2. Tavlama sıcaklığı 3. Ostenitin sertleşebilirliği martensitin mukavemeti ile hacim oranını etkiler Kritik tavlama sıcaklığının artması martensit fazının karbon içeriğinin azalmasına sebep olmaktadır. Martensitin karbon içeriği bu fazın morfolojisini kontrol eden bir faktör olup, karbon miktarı arttıkça yapı çubuk (lath) martensitten plakalı martensite dönüşmekte ve martensitin sertliği artmaktadır. Plaka martensite dönüşüm mukavemeti arttırırken sünekliği azalttığından çift fazlı çeliklerde arzu edilen martensit morfolojisi çubuk martensittir Martensit parçacıklarının çapı da çift fazlı çeliklerin mekanik özelliklerini etkileyen bir faktördür. Çift fazlı çeliklerin yapısında bulunan martensit adalarının çapı 5 10 μm arasında olup ideal mukavemet-süneklik kombinasyonu mümkün olduğu kadar düşük çaplı martensit parçacıklarıyla elde edilmektedir.

Patentleme Özellikle 0,6-0,7 C içeren çelik tellere uygulanan bir ısıl işlemdir. Bu işlemde malzeme 950-1000 C civarında ostenitlenir ve bunu takiben 500-550 C sıcaklığındaki bir banyo içerisinde tutulur. Bu banyo genellikle Pb banyosudur. Bu işlem ince perlitik yapı elde edilmek için uygulanır. Uygulamada, işlem telin uzun bir fırın içerisinde sürekli olarak geçişi ile ısıtılması ve ardından 500-550 C civarındaki banyoya çekilerek soğutulmasını içerir. Tel izotermal dönüşüme maruz kalır. Nihai yapı ferrit içerisinde çok ince olarak dağılmış sementit yapısından oluşur. Patentlenmiş tel sonra soğuk işleme maruz bırakılır. Yüksek ostenitleme sıcaklığı kaba taneden dolayı gevrek olmasına neden olur ancak müteakip soğuk şekil verme işlemi (çekme işlemi) bu etkiyi ortadan kaldırır.