MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2011-2012 Bahar Yarıyılı

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik 2.1. Tanımlar 2.2. Su verme ve temperleme 2.2.1. Östenitleme 2.2.2. Su verme 2.2.3. Östemperleme (Beynitleme) 2.2.4. Temperleme 2.2.5. Temper gevrekliği 2.2.6. İkincil sertlik etkisi 2.3. Sertleşebilirlik testi 2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması 2.5 Sementasyon 2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri 2.6.1. Mukavemet sertlik 2.2.2. Kalıntı gerilmeler 2 Genel Bakış

Akma sınırı R p0.2 ve çekme mukavemeti R m, MPa Uzama A ve kesitdaralması Z, % Dehnung A und Einschnürung Z in % Darbe tokluğu A v, J Kerbschlagzähigkeit A v in J 2000 1900 1800 1700 1600 R m 100 90 80 70 60 1500 Z 50 25 1400 40 20 1300 R p0,2 30 15 1200 A 20 10 1100 A V 10 5 1000 200 0 300 400 500 600 Sıcaklık, ºC Temperatur in C 0 40NiCrMo6 çeliğinde 300 ºC temper gevrekliği 3

A C1 in hemen üzerinde uzun süreli tavlama ve hızlı soğuma. Tavlama sırasında segregasyon meydana gelir. Ancak 500 ºC hızla geçildiği için segregasyon meydana gelemez. Ancak bu işlem sadece yeterli temper dayanımına sahip çeliklerde uygulanabilir. Tane incelteme: Tane sınırı alanı artacağından birim alandaki segregasyon miktarını azaltır. İstenmeyen elementlerin azaltılması, Tane sınırı P segregasyonunu engelleyen elementler ilave etmek (örn: B) ve İstenmeyen elementlerin bileşikler ile bağlanması (örn: TiS ya da Ti 2 C 2 S 4 ). 500ºC-temper gevrekliğinin engellenmesi 4

Sertlik, Härte in HV30 Yüksek hız çeliği HS 6-5-2 Sıcak iş takım çeliği X40CrMoV5 1 Soğuk iş takım çelikleri 80CrV2 C80 W 1 900 800 700 HS 6-5-2 80 CrV 2 600 C 80 W 1 X 40 CrMoV 5 1 500 400 300 0 100 200 300 400 500 600 Anlasstemperatur in C Temperleme sıcaklığı, ºC Temper dayanımı- İkincil sertlik 6

Sertlik, HRC H ä r t e i n H R C 60 50 40 Sertleştirme sıcaklığı 810 Temperleme öncesi sertlik Temperleme sıcaklığı C: 30 20 10 680 580 620 640 70 60 Sertleştirme sıcaklığı 920 50 40 580 620 30 20 640 680 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Su verilmiş numunede alın uzaklığı, mm 7 51CrV4 çeliğinde temper dayanımı

Sertlik, HRC 100 mm 25 25 mm Jominy çubuğu 13 mm Su sıcaklığı=24 C 13 mm açıklık 60 a) 50 40 Jominy çubuğu Sertlik deneyleri 30 Su verilen uç 20 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Us verilen uçtan uzaklık, mm Jominy testi 9

Sertlik ölçümü Uzunlamasına kesit Su verilen alın yüzeyi Sertlik ölçümü Enine kesit Jominy test numuneleri Kaynak: Merkblatt 452 10

Härte Sertlik, in HRC HRC 70 60 50 51 CrV 4 40 30 20 10 C 60 C 35 0 10 20 30 40 50 60 Abstand von der Stirnfläche in mm Alın yüzeyinden uzaklık, mm Jominy testinden elde edilen sonuçlar 11

Sertlik, HRC H ä r t e i n H R C A u s t e n i t i s i e r t e m p e r a t u r i n C Östenitleme sıcaklığı, ºC 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 890 860 830 800 770 0 10 20 30 40 50 60 70 Alın yüzeyinden uzaklık, mm Östenitleme sıcaklığının Jominy deney sonuçlarına etkisi; % 0,9 C ve % 1,4 Cr içeren çelik 12

Sertlik, Härte in HRC 60 55 50 34 CrMo 4 45 40 35 30 25 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Abstand von der abgeschreckten Stirnfläche in mm Alın yüzeyinden uzaklık, mm Sertlik dağılım bandı, 34 CrMo 4 çeliği DIN EN 10083 13

J x = b 0 + b C * (%C) + b Si * (%Si) + b Mn * (% Mn) +... J x : Alından x mesafesinde HRC sertliği, x: Alından uzaklık (maks. 9 mm), b 0 : sabit, b: Alaşım elementine ait regresyon katsayısı Aşağıdaki aralıkta kimyasal bileşime sahip Cr alaşımlı çelikler için katsayı tablosu (SEP 1664) J x b 0 b C b Si b Mn b S b Cr b Al b Cu b N 1,5 29,96 57,91 2,29 3,77 - - - -2,65 83,33 3 26,75 58,66 3,76 2,16-2,86 - -2,59 59,87 5 15,24 64,04 10,86 - -41,85 12,29 - - -115,6 7-7,82 81,10 19,27 4,87-73,79 21,02-4,56-176,8 9-27,29 94,70 22,01 10,24-37,76 24,82 38,31 8,58-144,1 C Si Mn S Cr Mo Al Cu N Min. 0,22 0,02 0,59 0,003 0,80 0,01 0,012 0,02 0,060 Max. 0,47 0,36 0,59 0,005 1,24 0,09 0,062 0,32 0,015 Sertleşebilirliğin hesaplanması 15

TS 1112 EN 10052 (2002) ye göre SEMENTASYON (KARBÜRLEME); Östenit içinde katı çözelti halinde karbonca zengin bir yüzey elde etmek amacıyla östenitik durumdaki demir esaslı ürüne uygulanan TERMOKİMYASAL İŞLEM. Karbürlenmiş demir esaslı ürün SUVERME SERTLEŞMESİne uğrar (hemen veya daha sonra). Not - KARBÜRLEME işleminin yapıldığı ORTAM belirtilmelidir; örneğin, gaz, toz ya da plazma. TS 1112 EN 10052 (2002) ye göre KARBONİTRÜRLEME; Ac1 sıcaklığının üzerinde bir sıcaklığa ısıtılmış demir esaslı bir ürüne, ostenit fazında katı çözelti halinde karbon ve azotça zengin bir yüzey elde etmek amacıyla uygulanan TERMOKİMYASAL İŞLEM. Genellikle, bu İŞLEMin ardından SUVERME SERTLEŞMESİ işlemi uygulanır. Not 1 - KARBONİTRÜRLEMEnin cereyan ettiği ORTAM belirtilmelidir; örneğin, gaz, tuz banyosu, vb. Not 2 - İçerisinde ergimiş siyanür tuzları bulunan bir banyoda uygulanan KARBONİTRÜRLEME İşlemine SİYANÜRLEME denir. Sementasyon ve karbonitrürleme Kaynak: TS 1112 EN 10052 17

Genelde >900 ºC de uygulanır. Alaşımsız çelik Alaşımlı çelik 900 ºC de % 1,2 C çözebilir. 1050 ºC de % 1,7 C çözebilir. Karbon çözünürlüğü değişkendir. Karbon veren bir ortam ile parça yüzeyinin teması (Bu ortamdan miktar olarak yeterince olmalıdır). Karbon veren ortamın ayrışması ve parça yüzeyine absorbsiyonu Parçanın yüzeyinden merkezine doğru karbon atomu difüzyonu Sementasyon işlemi adımları 18

Katı Gaz Sıvı Toz (odun kömürü) Granül (odun kömürü) CH gazları Metan, Metanol, Doğalgaz, Propan, Bütan Tuz ergiyikleri Sodyum siyanür Karbon verici Alkaliklorür Alkalikarbonat + Aktivatör Karbonitrürleme -> CH gazları + Amonyak Tuz ergiyikleri Yüksek siyanürlü Sementasyon ortamı 19

Sementasyon süresi, saat C15 çeliği Sementasyon süresi ve derinliği; 2. Fick kanuna göre belirlenir 1,6 mm kalınlık için; 900 ºC de 20 saat 950 ºC de 13 saat 1000 ºC de 9 saat 1050 ºC de 7 saat 900 ºC -> 1050 ºC sürede 2/3 kadar azalma Sementasyon derinliği, mm Kaynak: Merkblatt 452 Bleck, 2008 20 Sementasyon derinliği ve süresi

Merkez Sertleştirme Yüzey Doğrudan sertleştirme Sementasyon Temperleme Sertleştirme Tek evreli sertleştirme Sementasyon Temperleme Sementasyon Faz dönüşümü Sertleştirme Temperleme Eş ısıl bekleme sonrası sertleştirme Sementasyon Sertleştirme Temperleme Çift su verme ile sertleştirme Kaynak: Merkblatt 452 21 Sertleştirme

Semente edilmiş bir parçanın makro görüntüsü Semente edilmiş bir parçanın mikroyapısı (yavaş soğuma) Semente edilmiş bir parçanın mikroyapısı (su verme) Aşırı semente olmuş yüzeyde karbürler Aşırı semente olmuş yüzeyde kalıntı östenit ve karbürler Kaynak: Merkblatt 452 22 Semente edilmiş parçaların mikroyapısı

Çekme mukavemeti Z u g f e s t i R g k m e i ve t R Akma u n d S t r mukavemeti e c k g r e n z e R R i n p0.2 M, P MPa a 1400 Çekme mukavemeti m P 0, 2 1200 1000 800 Akma mukavemeti 600 20 25 30 35 40 45 Härte in HRC Sertlik, HRC DIN EN ISO 18265 e göre sertleştirilmiş çeliklerde mukavemet-sertlik ilişkisi 24

Kesit B r u c daralması h e i n s c h n ü r Z u n ve g Z Kopma, B r u c h d uzaması e h n u n g A A, i n % Sertlik H ä r t e, i n HRC H R C 2400 Z u g f e s t i g k e i t R, S t r e c k g r e n z e R i n M P a Çekme mukavemeti R m ve m Akma mukavemeti e R e, MPa 2200 2000 1600 1200 800 400 70 60 50 40 30 20 10 Akma muk. (MPa) Kesit daralması(%) Çekme mukavemeti (MPa) Sertlik(HRC) Uzama(%) 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Temperleme sıcaklığı, ºC C45 çeliğinin ısıl işlem ve temperleme sonrası mekanik özellikleri 25

Temperatur Sıcaklık, ºC in C 1000 750 500 Yüzey Rand Ms Kern Merkez 250 0 10 10 10 10 10 10 10 10 Süre, Zeit in sn s -2-1 0 1 2 3 4 5 Su verme gerilmeleri 51CrV4 çeliğinden 35 mm bir çubukta soğuma 26

östenit tetragonal martenzit Kübik martensit (temp. 200 C/6,5h) Martenzit-perlit hacim farkı %1, ancak uzunluk olarak fark % 3,3! Düşük C lu çeliklerde gerilme daha az Perlit (tavlanmış) 0 0,120 0,125 0,130 Özgül hacim cm/g 3 Su verme gerilmeleri % 0.8 C içeren bir çelikteki fazların özgül hacimleri 27