BÖLÜM 16 ATMOSFER KONTROLLÜ VAKUM FIRINLARINDA ISIL İŞLEM ve JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDEKİ UYGULAMALARI Svl.Müh. Serkan KAPTAN 1nci HİBM K.lığı Jet Revizyon Müdürlüğü Şubat 2004, ESKİŞEHİR ÖZET Isıl işlem metallerin istenilen özeliklere getirebilmek amacıyla uygulanan ısıtma, bekleme ve soğutma işlemlerini içeren bir prosestir. Bu proses metallerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerini değiştirir. Bu değişiklikler metalin kimyasal yapısının veya kristal yapısının modifikasyonu yada her ikisinin kombinasyonu ile meydana gelir. Isıl işlem çeşitleri; solüsyona alma, su verme, sertleştirme, yaşlandırma, temperleme, tavlama, gerilim giderme, vb. dir. Bu dokümanda ısıl işlem prosesinin temel prensipleri, uygulama adımları, kullanılan teçhizat, gerekli emniyet tedbirleri, prosesin uygunluğunun kontrolü hakkında bilgi verilecektir. 16-1
1 PROSESİN ADI Atmosfer Kontrollü Vakum Fırınlarında 2 PROSESİN AMACI Solüsyona alma, su verme ve yaşlandırma/temperleme ile malzemelere mukavemet verilmesi/sertleştirilmesi Malzemenin yapısı değiştirilerek sonraki bir operasyon için uygun hale getirilmesi Kaynak öncesi ve sonrası ısıl işlem Yüzeyde kaplama olup olmadığını kontrol için heat tint (renklendirme) işlemi Şekillendirme, makinalama gibi prosesler öncesi malzemeyi daha kolay işleyebilmek için yumuşatma Final servis veya daha sonraki işlemler için malzeme yüzey özelliklerinin değiştirilmesi Karbürleme, nitrürleme, vb. Yüzeydeki oksitlerin ve kirlerin temizlenmesi Makinalama, mukavemet verme ve kaynak gibi işlemler öncesi gerilim giderme 3 PROSESİN GENEL / DETAYLI TANITIMI 3.1 Isıl işlem malzemelerin belirli ısıtma hızlarında (bazen koruyucu atmosfer altında), tanımlanmış bir sıcaklığa ısıtılıp, bu sıcaklıkta belli bir süre bekletildikten sonra oda sıcaklığına kontrollü olarak soğutulması (bazen su verme) işlemidir. Bu proses metallerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerini değiştirir. Bu değişiklikler metalin kimyasal yapısının veya kristal yapısının modifikasyonu yada her ikisinin kombinasyonu ile meydana gelir. 3.2 Çeşitleri 3.2.1 Su Verme Sıvı veya gaz kullanarak işlem sıcaklığından oda sıcaklığına hızlı soğutma işlemidir. 16-2
3.2.2 Sertleştirme Genel olarak ısıtma ve soğutmayı içeren uygun işlem ile malzemenin sertliğinin arttırılması işlemidir. 3.2.3 Temperleme Sertleştirilmiş çelik veya dökme demirin ötektoid sıcaklığının altında bir sıcaklığa ısıtılıp sertliğinin azaltılarak tokluğunun arttırılma işlemidir. 3.2.4 Tavlama Birincil olarak metalik malzemelerin uygun bir sıcaklığa ısıtılıp ve belli soğutma hızında soğutularak yumuşatılmasında kullanılır. Fakat aynı zamanda mikro yapıda ve diğer özelliklerde istenilen değişiklikler yapılmasında da kullanılır. 3.2.5 Yaşlandırma Soğuk işlem veya hızlı soğutma sonrası yaşlandırma ile sertleştirme yapılır. Belli metal ve alaşımlarda sıcak işlem, ısıl işlem veya soğuk işlem sonrası uygun sıcaklıkta bekletilme ile meydana gelen özelliklerde değişimdir. Metal veya alaşımın kimyasal yapısında kesinlikle değişiklik meydana gelmez. 3.2.6 Gerilim Giderme Uygun bir sıcaklığa ısıtmayı müteakip kalıntı gerilimi azaltacak sürede bekletme sonrası yeniden gerilim oluşumuna müsaade etmeyecek şekilde, yeteri kadar yavaş soğutma işlemidir. 3.2.7 Solüsyona Alma Uygun bir sıcaklığa ısıtmadan sonra bir veya birden fazla bileşenin katı faza girmesini bekleyerek yapılan ve daha sonra bu bileşenleri çözeltide tutacak kadar hızlı soğutmayı içeren işlemdir. 4 JET REVİZYON MÜDÜRLÜĞÜNDE ISIL İŞLEM 4.1 Uygulama Alanı Isıl işlem genel olarak süper alaşımlardan yapılmış uçak motor parçalarının istenilen tamir işlemlerinin yapılabilmesi için uygulanan gerilim giderme, tavlama ve solüsyona alma ile parçaların kullanım yerlerinde istenilen mukavemete gelmesini sağlayan 16-3
yaşlandırma işlemleridir. Ayrıca difüzyon kaplama ve kaplama yapılmış parçaların renklendirme testlerini de kapsar. Süper alaşımların ısıl işlemlerinde en yaygın kullanılan sistem vakum altında ısıl işlemdir. Vakum pompaları yardımıyla fırın içindeki hava emilerek vakum meydana getirilir. Vakum Fırınının Avantajları: Çoğu metal ve alaşımın parlak, oksit oluşmadan işleme tabi tutulabilmesi Parça üzerinde sıkışmış bulunan gazların temizlenmesi ve atılması İyi yüzey kalitesi Üniform ısıtma Yüzeydeki uçucuların uzaklaştırılması Fırının bulunduğu ortama ısı vermemesi Fırında veya parçada işlem boyunca kimyasal reaksiyon oluşmaması Resim 1 Atmosfer Kontrollü Vakum Fırını 16-4
Vakum Fırınının Dezavantajları: Yüksek buhar basıncı ile alaşım elementlerinin buharlaşması Su verme işlemi yapılabilmesi için asal gaz gereksinimi 4.2 Uygulama İçin Gerekli Teçhizat / Ekipmanlar Vakum altında ısıl işlem yapabilmek için atmosfer kontrollü vakum fırınına ihtiyaç vardır. Bu tip fırınlarda vakum için difüzyon pompası, gerekli ısıyı sağlamak içinse değişik tipte ısıtıcılar (molibden, grafit vb.) kullanılmaktadır. Gelişmiş fırınlarda proses bilgisayar kontrolünde yapılmaktadır. Resim 2 Abar Ipsen Atmosfer Kontrollü Vakum Fırını 4.3 Proses Öncesi Yapılması Gerekenler Fırınlanacak parçalar yağsız, kirsiz ve temiz olmalıdır. 16-5
4.4 Emniyet Tedbirleri Fırına yüklenecek parçalara çıplak elle dokunulmamalıdır. Fırının içine proses sonrası girilmemelidir. Fırından çıkartılan parçalar sıcak olabilir, çıplak elle taşınmamalıdır. 4.5 Prosesin Uygulama Adımları Parçalar fırına yerleştirilir. Yapılacak işleme göre ısıtma, bekleme, soğutma süre, hız ve tiplerini içeren program hazırlanır veya seçilir. Fırın 10-3 torr veya daha yüksek vakuma getirilir. İşleme başlanır. 4.6 Prosesin Uygunluğunun Kontrolü Isıl işlem fırınının tipine (kullanım alanına) göre belirli periyotlarda aşağıdaki işlemler yapılır. Isı dağılım kontrolü Vakum kaçağı testi Sistem doğruluk testi Vakum temizleme işlemi 4.7 Kapasite Tezgah kapasiteleri: Abar Ipsen AKVF: Yatay Fırın Çap: 34 inç Derinlik: 40 inç Maksimum Sıcaklık: 1300 C 16-6
TAV AKVF: Dikey Fırın: Çap: 150 cm Yükseklik: 210 cm Maksimum Sıcaklık: 1300 C Degussa AKVF: Dikey Fırın: Çap: 150 cm Yükseklik: 150 cm Maksimum Sıcaklık: 1250 C 4.8 Kullanılan Tezgahın Özellikleri AKV Fırınlarının Özellikleri: Abar Ipsen AKVF: 302 amper, 380 volt TAV AKVF: 630 kwatt, 400 volt Degussa AKVF: 300 kwatt 16-7
REFERANSLAR [1] Hi-Tech Repair Training Manual, Introduction to Hi-Tech Processes Volume 1 [2] BRADLEY Elihu F. Superalloys, A Technical Guide 16-8