Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN Soğuma diyagramları ve sertleştirme Faz dönüşümü ve Isıl İşlem
İçerik Faz dönüşümü İzotermal dönüşüm Martenzit Sertleşebilirlik (Jominy deneyi) Isıl işlem Yüzey sertleştirme yöntemleri 2
Faz dönüşümü Faz dönüşümleri ile normal olarak başlangıç fazından fiziksel/kimyasal ve/veya iç yapısal özellikleri bakımından farklılık gösteren en az yeni bir faz oluşur. Faz dönüşümümün gerçekleşmesi çekirdeklenme ve büyüme olarak adlandırılan iki safhada gerçekleşir. Çekirdeklenme safhasında yaklaşık birkaç yüz atomdan oluşan ve büyüyebilme yeteneği bulunan yeni faza ait çekirdekler veya parçacıklar meydana gelir. Büyüme safhasında bu çekirdeklenen yeni fazların büyüyerek önceki fazın bir kısmını veya tamamının yok olmasına sebep olur. Katı-sıvı arayüzeyi Alan=4πr Hacim= 4 3 πr3 Katı Sıvı Fe C YMK g (Ostenit) Ötektoid Dönüşüm Fe 3 C (sementit) + a (ferrit) (HMK) 3
Faz dönüşümü Katılaşma esnasında toplam serbest enerji değişimi iki bileşenden oluşur. Bunlardan ilki katı ve sıvı fazlar arasındaki serbest enerji farkı olup bu değer aynı zamanda hacimsel serbest enerji olarak isimlendirilir. İkinci etki ise katılaşma dönüşümü esnasında sıvı-katı faz sınırının oluşması ile ortaya çıkar. Katı parçacık sıvı içerisindeki atomların kümeleşmesi ile oluşmaya başladığında serbest enerjide artma olur. Eğer atom kümesinin yarıçapı kritik bir değere ulaşırsa serbest enerjideki bundan sonra görülen azalmanın katkısıyla parçacık büyümesi devam eder. 4
Faz dönüşümü D G S 4 r 2 g g = yüzey enerjisi DG T = Toplam serbest enerji = DG S + DG V 4 3 DG V r DG 3 r* = kritik çekirdek yarıçapı: çekirdek < r* büzülme; çekirdek>r* büyüme (enerjiyi azaltmak için) Adapted from Fig.10.2(b), Callister 7e. 5
Faz dönüşümü Büyüme hızı Toplam dönüşüm hızı Çekirdeklenme hızı 6
Faz dönüşümü 7
İzotermal dönüşüm İzotermal dönüşüm sabit sıcaklıkta meydana gelen faz dönüşümü demektir. Demir-karbon denge durumu yalnız denge durumu için geçerlidir. Bu nedenle denge durumunun dışındaki (hızlı soğuma gibi) geçerli değildir. İzotermal dönüşüm diyagramlarının çıkarıldığı için en kolay örnek %0.8C içeren perlitik dönüşümdür. İşlem adımları: 1. %0.8 C içeren çok sayıda örnek 775 C de yeterli bir süre tutularak yapılarının tamamen ostenit olması sağlanır. 2. Ostenitleştirme işleminden sonra Ac1 den daha düşük bir sıcaklıkta erimiş tuz veya yağ banyosunu bu numuneler daldırılır. 3. Bu banyoda belirli bir süre (5, 10, 15 saniye gibi) bekletilen numuneler soğuk su veya tuzlu suda soğutulur. 4. Soğutulan numunelerden hem sertlik ölçümü alınır hem de iç yapı incelenmesi yapılır. Bu işlemler Ac1 çizgisinin altındaki farklı dönüşüm sıcaklıklarında tekrarlanarak izotermal dönüşüm eğrileri çizilir. 8
y, % dönüşmüş İzotermal dönüşüm 100 50 T = 675 C 0 1 10 2 10 4 zaman (s) T( C) 700 600 500 Ostenit (unstable) Ostenit (stable) Perlik isothermal transformation at 675 C T E (727 C) 400 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 zaman (s) 9
İzotermal dönüşüm 10
İzotermal dönüşüm T( C) 700 Ostenit (unstable) Ostenit (kararlı) T E (727 C) 600 g g Perlit g 500 g g g 400 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 zaman (s) 11
İzotermal dönüşüm C o = 0.45 wt% için örnek a) 42% ötektik ferrit and 58% kaba taneli perlit ilk olarak ferrit daha sonra perlit Kaba taneli perlit daha yüksek T T ( C) 800 600 400 200 A A M (start) M (50%) M (90%) A + a P B A + P A + B 50% Adapted from Fig. 10.29, Callister 5e. 0 0.1 10 10 3 10 5 zaman (s) 12
İzotermal dönüşüm C o = 0.45 wt% b) 50% ince taneli ve 50% beynit İlk perlit oluşur Daha sonra beynit ince taneli perlit daha düşük T T ( C) 800 600 400 200 A A M (start) M (50%) M (90%) A + a P B A + P A + B 50% Adapted from Fig. 10.29, Callister 5e. 0 0.1 10 10 3 10 5 zaman (s) 13
İzotermal dönüşüm C o = 0.45 wt% c) 100 % martenzit su verme = hızlı soğuma d) 50 % martenzit ve 50 % ostenit T ( C) 800 A A + a 600 400 200 A M (start) M (50%) M (90%) P B A + P A + B 50% d) Adapted from Fig. 10.29, Callister 5e. 0 c) 0.1 10 10 3 10 5 zaman (s) 14
İzotermal dönüşüm 15
İzotermal dönüşüm Martemperleme: Sertleştirilecek malzeme ostenitleştirme işlemine tabi tutulduktan sonra Ms sıcaklığının hemen üzerinde ki bir sıcaklıkta tutulan kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Parça yüzeyi ile merkezinin sıcaklıkları aynı oluncaya kadar banyoda tutulur. Daha sonra parçaya su verilerek mertenzitik yapı elde edilir. Ostemperleme: Sertleştirilecek malzeme ostenitleştirme işlemine tabi tutulduktan sonra Ms sıcaklığının üzerinde kurşun veya tuz banyosuna daldırılır. Parça da beynitik dönüşüm oluncaya kadar banyoda bekleme yapılır. Sonra havada soğutulur. Böylece beynitik yapı elde edilir. Burada sertlik biraz düşüktür, fakat tokluk yüksektir. 16
İzotermal dönüşüm 17
Martenzit Martenzit, Hacim merkezli tetragonal (HMKT) yapıya sahip yarı dengeli bir fazdır. HMK yapıya sahip α fazının C ile aşırı doymuş hali olarak kabul edilebilir. Martenzitik dönüşüm difüzyonsuz işlemler için kullanılır. Martenzitik reaksiyonlardada çekirdeklenme ve büyüme söz konusudur. Çekirdeklenme için aşılması gerekli enerji bariyeri oldukça yüksektir. Bu nedenle martenzitik reaksiyon için malzemeyi dengeli dönüşüm sıcaklığının çok çok altına ani olarak soğutmak gerekir. Martenzitin büyümesi ise oldukça kolaydır ve büyüme ses hızına kadar ulaşır. 800 T( C) 600 Austenite (stable) A P T E 400 A B 200 10-1 M + A M + A M + A 0% 50% 90% 10 10 3 10 5 time (s) 18
60 m Martenzit Çeliklerdeki martenzitik dönüşüm ostenit bölgesinden ani olarak martenzit oluşumun başladığı sıcaklığa kadar çelik soğutulur. Ostenit fazında çözünen C, kristal kafesini terk edemeyip karbür yapamadığı için ostenit içerisinde hapsolur. Bu sıcaklıkta HMK yapıya sahip olması gereken demir C atomlarının kafeste hapsolması nedeniyle kristal yapı parametreleri değişerek HMKT yapıya sahip olur. Fe atomu x x x x x x C atomu Martenzit iğneleri Ostenit 19
Sertlik, HRC Sertleşebilirlik (Jominy deneyi) Martenzit oluşturma yeteneği Sertleşebilirlik miktarını tespit için Jominy deneyi. Numune (Ostenit alanına ısıtma 24 C su Düz bölge Rockwell C sertlik testi Su verme ucundan itibaren mesafe ile sertlik değişimi Su verme ucundan mesafe 20
Sertlik, HRC Sertleşebilirlik (Jominy deneyi) Mesafeyle soğutma hızı değişir 60 40 T( C) 600 20 0 1 2 3 Su verme ucundan mesafe (in) 0% 100% 400 200 0 M(başlama) M(bitiş) O M 0.1 1 10 100 1000 Zaman (s) 21
Sertlik, HRC Sertleşebilirlik (Jominy deneyi) Alaşım içeriği ile sertleşebilirlik Jominy sonuçları C = 0.4 wt% C Alaşımlı çelikler" (4140, 4340, 5140, 8640) -- Ni, Cr, Mo içerir (0.2 to 2wt%) --Bu elementler burunun konumunu değiştirir --Martenzit daha kolay oluşur 60 40 20 0 10 20 30 40 50 Su verme ucundan mesafe (mm) T( C) 100 10 3 800 600 400 200 A B 4340 2 T E 0 10-1 10 10 3 10 5 Soğutma hızı ( C/s) 100 80 50 4140 8640 5140 %M Alaşım etkisiyle A dan B ye hareket M(başlama) M(90%) Zaman(s) 22
Sertleşebilirlik (Jominy deneyi) Su verme ortamının etkisi: Orta Hava Yağ Su Geometri etkisi: Su verme şiddeti Düşük Orta Yüksek Sertlik Düşük Orta Yüksek Yüzeyle hacim oranı arttığı zaman: --soğutma hızı artar --sertlik artar Pozisyon merkez yüzey Soğutma hızı düşük yüksek Sertlik düşük yüksek 23
Isıl işlem Isıl işlem, metal veya alaşımlarına istenen özellikleri kazandırmak amacıyla katı halde uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleri olarak tanımlanır. Çeliğe uygulanan temel ısıl işlemeler ostenit fazının dönüşümü ile ilgilidir. Çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği dönüşüm ürününün cinsine miktarına ve metalografik yapısına bağlıdır. Isıl işlem esnasında başlangıçta, ostenitleştirme işlemi için çelik malzeme alt kritik sıcaklık çizgisinin (Ac 1 ) üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Burada tamamen iç yapı dönüşümü gerçekleşene kadar bekletilir ve uygun bir hızla soğutma işlemi yapılır. Ötektoid altı çelikler üst kritik sıcaklık çizgisinin (Ac 3 ) 40-60 C üzerindeki sıcaklıklarda, ötektoid üstü çelikler ise Ac 1 ile bu çeliğe ait üst kritik sıcaklık çizgisi (Ac m ) arasındaki sıcaklıklarda ostenitlenir. 24
Isıl işlem Isıl işlemler, kırılganlığı (gevrekliği) azaltmak, darbe direnci (tokluğu), aşınma direnci, sertlik, çekme ve akma mukavemetini artırmak, plastik şekil vermeyi kolaylaştırmak, soğuk şekil verilmiş parçalarda tane yapılarını düzeltmek gibi amaçlar için yapılır. Bu amaçları gerçekleştirmek için martenzit ve beynit fazı oluşturma, difüzyonla alaşım elementi ekleyerek karbür tanecikleri oluşturma, tane boyutlarını küçültme yada büyütme, tane biçimlerini değiştirme, gibi yöntemler kullanır. Isıl işlem; 1. Tavlama Normalizasyon Yumuşatma Küreselleştirme Gerilme giderme İri tane tavlaması Difüzyon tavlaması 2. Sertleştirme 3. Islah etme 4. Yüzey sertleştirme Karbürleme Nitrürleme Alevle yüzey sertleştirme İndüksiyonla sertleştirme 25
Isıl işlem 800 Ostenit (kararlı) T( C) A P T E 600 400 A B 200 10-1 b) M + A M + A a) 10 10 3 10 5 Zaman (s) 0% 50% 90% c) 26
Isıl işlem Isıl işlemin yapılma nedenleri; 1. Talaşlı işlenebilirlik özelliğini iyileştirmek (yumuşatma, tane irileşmesi) 2. Dayanımı artırmak azaltmak (sertleştirme, normalizasyon, yumuşatma tavı) 3. Soğuk şekil vermenin etkisini kaldırmak (yeniden kristalleşme) 4. Mikro segregasyonu ortadan kaldırmak (difüzyon) 5. Tane büyüklüğünü değiştirmek (normalizasyon, yeniden kristalleşme, iri tane ) 6. İç gerilmeleri azaltmak (gerilme giderme) 7. Belirli iç yapı dönüşümü (normalizasyon, yumuşatma, sertleştirme) 27
Isıl işlem 1. Tavlama: Çeliğin katılaşma eğrisinin altındaki sıcaklığa kadar ısıtılıp, orada bekletilmesi ve soğutulması işlemidir. Yani malzeme daima katı haldedir. Normalizasyon: Tane küçültmek, homojen bir yapı elde etmek, mekanik özellikleri iyileştirmek ve ötektik üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak için yapılır. Ötektoid altı çelikler Ac 3, ötektoid üstü çeliklerde Ac m eğrisinin yaklaşık 40-50 C üstünde sıcaklığa kadar ısıtılıp, fırın dışında sakin havada soğutma işlemidir. Normalizasyon işlemi sonrası dövülmüş, haddelenmiş, iri taneli ve eş yönlenmiş yapılar düzelir ve malzeme her zaman kazanabileceği özelliklere (çekme mukavemeti, süneklik gibi) geri döner. 28
Isıl işlem 29
Isıl işlem Gerilme giderme: Dökülmüş, sıcak dövülmüş, kaynak edilmiş parçalar ve soğuk çekilmiş malzemelere uygulanır. Yani üretim esnasında malzemede oluşacak iç gerilmeleri azaltma amacıyla uygulanır. Gerilme giderme tavlaması 550-650 C sıcaklığa kadar yavaş ısıtılıp, burada yaklaşık olarak 4 saat bekletilip ve yavaş soğutularak yapılır. Tavlama işlemi hiçbir zaman 723 C nin üzerine çıkmaz. 30
Isıl işlem Yumuşatma tavlaması: Çeliğin sertliğini azaltmak, talaş kaldırmayı iyileştirmek veya döküm ve dövme parçaların iç gerilmelerin azaltmak amacıyla yapılır. Ötektoid altı çelikler Ac 3, ötektoid üstü çeliklerde Ac 1 eğrisinin üstünde belirli sıcaklığa kadar ısıtılıp, iç yapı ostenite dönüştükten sonra fırın içinde soğutma işlemidir. Ötektoid altı çelikler, Ac 3 çizgisinin en az 10 C üzerinde tavlanır ve yapıda ötektoid dışı ferrit ile kaba lamelli perlitten oluşan bir yapı oluşur. Ötektoid altı çelikler ise Ac 1 sıcaklığının en az 10 C üzerine tavlanır ve yapı kaba lamelli perlit alanı ile bunu çevreleyen ötektoid dışı sementitten oluşur. Yapıda sementitin bulunması talaş kaldırma işlemini zorlaştırır. Bu nedenle ötektoid üstü çeliklerde son işlem olarak yumuşatma tavlaması uygulanmaz. Tavlama süresi uzun olup, 5 saatin altında uygulanmaz. 31
Isıl işlem İri tane tavlaması: Çoğunlukla az C lu çeliklere talaş kaldırma özelliğini iyileştirmek için uygulanır. Malzeme birkaç saat süre ile Ac 3 sıcaklığının 150 C sıcaklığına kadar tavlanır ve yavaş olarak soğumaya bırakılır. Difüzyon tavlaması: Çözünebilir bileşenlerin iç yapıda düzenli bir şekilde dağılması amacıyla yapılır. Parça içerdiği C miktarına göre 1000-1300 C arasına kadar ısıtılır. Gerekli tedbirler alınmazsa tane büyümesi, dekarbürizasyon ve oksidasyon meydana gelebilir. 32
Yüzey sertleştirme Sünek yapıya sahip çeliklerden imal edilmiş makine parçalarında sert ve aşınmaya dayanıklı bir yüzey istenir. Örneğin yatak muylusu, kavrama tırnağı ve diğer temas bölgelerinde sünek çelikler düşük karbonlu çelikler düşük karbonlu olduklarından yeterli derece sertleştirilemezler. Bu nedenle malzemeden istenen özellikler zıt karakterlidir. Dış yüzeylerde yüksek sertlik ve iç kısımlarda ise en yüksek süneklik gibi. Yüzey sertleştirme işlemeleri, malzemenin şekline, boyutuna, adetine ve çeşidine göre değişir. Yüzey sertleştirmenin uygulandığı tipik parçalar; krank milleri, kam milleri, kamalı miller, dişli çarklar, saplamalar, kavrama parçaları, zincir parçaları gibi makine elemanlarıdır. Yüzey sertleştirme işlemleri: Mikroyapısal işlemler Termokimyasal işlemler Mekanik işlemler olmak üzere üç ana başlığa ayrılır. 33
Yüzey sertleştirme Mikroyapısal işlemlerde, demir esaslı malzemenin kafes yapısı değişecek şekilde ısıtma işlemi yapılır. 723 C nin üzerinde malzemenin kafes yapısı değişerek, hacim merkezli yapıdan yüzey merkezli kübik yapıya dönüşür. Daha sonra hızlı soğutma yapılarak, martenzit (hacim merkezli tetragonal) veya yavaş soğutma ile ferrit-perlit ten oluşan yapı elde edilir. Mikroyapısal işlemler, temel olarak termal ve mekanik olmak üzere iki yöntemle gerçekleştirilir. 34
Yüzey sertleştirme 1. Termal İşlemler 1.1. İndüksiyon ile Yüzey Sertleştirme Yüksek frekanslı indüktif akımdan faydalanarak parça yüzeyinde çok ince tabaka ani olarak kritik sıcaklık üzerine çıkarılıp, hızlı soğutma ile yüzey sertleştirilir. En büyük avantajı, yüzeyde sertleşen bölge derinliğinin çok iyi bir şekilde kontrol edilmesidir. Ayrıca, çabuk, temiz, seri imalata uygundur. Uygulana frekansa göre ısınma derinliği değişmektedir. İndüksiyonla sertleştirmede malzemenin mikroyapısının iyi seçilmesi gerekir. Bu yöntemde, süre çok az olduğu için karbürlerin veya grafitin ostenit içerisinde yeterince çözünerek sertleşme için gerekli karbürün çözünmesi gerekir. En kolay sertleşen çelikler, karbürlerin çelik içerisinde küçük tanecikler halinde dağılmış yapılardır. Alaşımsız çeliklerde % 0.4-0.5 C içeren ve tane boyutu pek büyük olmayan ferritik yapıya sahip çelikler de sertleştirilebilir. Şematik olarak indüksiyonla sertleştirme işlemi Şekilde verilmiştir. 35
Yüzey sertleştirme_indüksiyon Avantajları ve dezavantajları: Sınırlandırılmış bölgesel sertleştirme Kısa ısıtma süreleri En az yüzey dekarbürizasyonu ve oksidasyonu Hafif deformasyon Yorulma mukavemetinde artış Üretim hattı ile birleştirilebilme Düşük işlem maliyeti Çevreye gaz yayılmaz İlk yatırım maliyeti yüksektir İndüksiyonla sertleştirme işlemi, orta karbonlu çeliklere, Cr-Mo çeliklere, gri dökme demirler ve nodüler dökme demirlere uygulanır. Tam olarak tavlanmış çelikler indüksiyonla sertleştirme işlemi için uygun değildir. Çünkü karbürlerin çözünmesi için gerekli süre ısıtma zamanından daha uzundur. İndüksiyon sertleştirme yöntemleri; tek su darbesiyle sertleştirme ve kademeli sertleştirme olarak ikiye ayrılır. 36
Yüzey sertleştirme 1.2. Alevle Yüzey Sertleştirme Alevle yüzey sertleştirme yönteminin ilk yatırım maliyeti indüksiyonla sertleştirmeye göre düşüktür, fakat işlem maliyeti daha yüksektir. Bu yöntemde sertleştirme, oksiasetilenle malzeme üfleç yardımıyla ısıtılıp ani olarak su veya yağ verilerek soğutulması sonucunda elde edilir. Bu yöntem için özel sertleştirme otomatlarına ihtiyaç vardır. Üfleç alevi sertleştirilmesi gereken yüzeyi kaplar veya salının yaparak bütün yüzey üzerinde gezer. Silindirik yüzeyler, üfleç alevinin önünde döndürülür. Bütün yüzey su verme sıcaklığına ulaştığı zaman üfleç çekilir ve su püskürten duş yüzeye tutulur. İndüksiyonla sertleştirme yöntemi için önerilen çelikler bu yöntemler içinde uygundur. Bu çelikler Ck35, Ck45 gibi alaşımsız ıslah çelikleridir. Ayrıca Cf35, Cf53, Cf70 gibi alevle sertleştirmeye uygun çeliklerde üretilmiştir. Şematik olarak alevle sertleştirme yöntemi Şekil 3 de verilmiştir. Alevle sertleştirme yöntemleri; el ile uygulanan alevle sertleştirme, spin sertleştirme ve kademeli sertleştirme olarak alt bölümlere ayrılır. Gaz Su Duş Üfleç Martenzit Çekirdek bölgesi değişmez Ostenit 37
Yüzey sertleştirme 2. Termokimyasal İşlemler 2.1. Karbürleme %0.2 den az karbon içeren çeliklere uygulanır. Bu işlemde temel amaç çelik yüzeyine C difüze ederek, yüzeyin C miktarını yeterli düzeye çıkarıp ardından su vermektir. Düşük karbonlu çeliklere uygulanır, ve işlem ostenitik sıcaklıkta gerçekleştirilir. Fe-Fe3C diyagramına bakıldığı zaman ferrit fazı içerisinde maksimum %0.02 C çözünürken, ostenit içerisinde %2 çözünür. Bu nedenle malzeme ostenitik sıcaklıkta (825-925 ), C verici ortamda bekletilir. Karbon verici ortamlar katı, sıvı,gaz ve plazma olabilir. Katı ortam olarak: Odun kömürü ile baryum karbonat karışımı Sıvı ortam olarak: Erimiş siyanür banyosu Gaz ortam olarak: Hidrojen veya azot ile karıştırılmış karbon monoksit, metan, propan gibi gazlar. Plazma atmosferi: CO2 + H2, CH4 gibi gaz karışımları İstenen sertleştirme kalınlığı için işlem sıcaklığı, süresi ve gaz miktarını ayarlamak gerekir. Bilinen en eski ve en yaygın yüzey sertleştirme yöntemidir. İşlem sonucu yüzey sertliği, aşınma direnci ve yorulma dayanımı artar. 38
Yüzey sertleştirme_karbürleme Sıvı ortam ısı iletim katsayısının yüksek olması ve parçaların hızla banyo sıcaklığına ulaşabilmesi bakımından katı ortama göre daha avantajlıdır. Çok sayıda küçük parça tel sepetler yardımıyla sementasyon ortamında tutulabilir ve ardından kolayca su verilebilir. Bu nedenle ekonomiktir. Yöntemin dezavantajı yatırım masraflarının yüksek ve siyanürün zehirli olmasıdır. Gazın bileşimine göre karbürleme etkisi değişir. Karbürleme kalınlığı çok iyi ayarlanabilir. Sertleştirilen parçaların yüzey kalitesi hemen hemen karbürleme öncesi ile aynı kalır. Dezavantajı yatırım masrafları çok yüksektir. Parçalarda semente edilmesi istenmeyen yerler sementasyon öncesi ya kille ya da bakırla kaplanır. Semente edilecek yüzeylerin pas, tufal, yağdan vb. temizlenmesi gereklidir. 39
Yüzey sertleştirme_karbürleme 2.2. Nitrürasyon Nitrür oluşumuna eğilimli alaşım elementleri içeren (Cr, N, Ti, Mn Mo, Al) çeliklere uygulanır. İşlem söz konusu çeliğin 550-590 C arasındaki sıcaklıklarda azot verici ortamda tutularak yüzeye azotun difüzyonunu içerir. Gaz, tuz, toz ve plazma ortamında gerçekleştirilir. Kimyasal reaksiyon; 2NH3 2N2 + 3H2 0.9 mm ye kadar sertleşme derinliği elde edilebilir. İşlem süresi uzundur. Yüzeyde beyaz tabaka (FeN) ve onun altında difüzyon tabakası (CrN gibi) oluşur. İstenen sertleştirme kalınlığı için işlem sıcaklığı, süresi ve gaz miktarını ayarlamak gerekir. İşlem sonucu yüzey sertliği, aşınma direnci ve yorulma dayanımı artar. İşlem sonrası malzemede çarpılma görülmez. 40
Yüzey sertleştirme_nitrürleme 41
Yüzey sertleştirme 2.3. Borlama Çelik yüzeyine Bor verilmesi işlemidir. Her türlü karbon oranına sahip çeliklere uygulanabilir. Kullanılan bor (gaz olmalı) Borakstan elde edilir. Bu yöntemin uygulanması esnasında yüksek sıcaklıklara çıkılması gerekir (950 C gibi) Borlama işlemi esnasında iki tür demir borür oluşur. Fe2B çelik yüzeyinde bası gerilmesi oluşturduğu için istenir. FeB yüzeyde çeki gerilmesi oluşturduğu için istenmez. 42
Yüzey sertleştirme 3. Mekanik İşlemler 3.1. Soğuk İşlem Sünek bir malzemeyi rekristalizasyon sıcaklığının altında soğuk çekme ile plastik deformasyona uğratılırsa deformasyon derecesi ile orantılı olarak dislokasyon yoğunluğu artar. Birbiri ile kilitlenen dislokasyonlar, dislokasyon hareketini engeller. Bu engellemeden dolayı malzemenin de mukavemeti artar. Bu olaya soğuk sertleşme denir. Dislokasyonlar çok ince olarak dağıldığından sertleşme daha çok olacaktır. Böylece akma mukavemeti ve sertlik artacak, aynı anda tokluk ve süneklilik azalacaktır. Isıtma ve soğuk işlem sıcaklığı aralığı 100-300 C arasındadır. Dislokasyon hareketini engelleyen karbürler ve nitrürlerdir. Bu işlem yüksek karbonlu martenzitik çeliklere, karbürizasyon çeliklerine ve takım çeliklerine uygulanır. 43
Yüzey sertleştirme 3. Mekanik İşlemler 3.2. Metal Şekillendirme Metal şekillendirme işleminde sıcaklık ve şekil değişimine bağlı olarak, metalin büyük plastik deformasyona uğramasıdır. Bu işlem son plastik şekil verme olarak adlandırılabilir. Metal şekil değişimi yüksek sıcaklıkta olursa sıcak şekil verme, oda sıcaklığında yapılırsa soğuk şekil verme adını alır. Soğuk tel çekme, ekstrüzyon, dövme, şekillendirme gibi çeşitli şekil değiştirme yöntemleri vardır. Aluminyum ve alaşımları, düşük ve orta karbonlu çelikler, paslanmaz çelikler bu yöntemle sertleştirilebilir. 44
Yüzey sertleştirme 3. Mekanik İşlemler 3.3. Bilye Püskürtme Soğuk şekillendirme yöntemlerinden biridir. Yüksek hızda parçacık bombardımanı sonucu, bası artık gerilmeleri yüzeyde oluşturulur. Yüzeyde oluşan bası gerilmelerinin, çeki gerilmelerimden fazla olması yorulma mukavemetini artırır. Sertleştirme işlemi, püskürtmenin şiddetine, hızına, bilyenin büyüklüğüne ve ağırlığına bağlıdır. Bu yöntem genellikle yorulma mukavemetini yükseltmek için kullanılır. Isıl işlem sıcaklığı 1000 C den düşüktür. 45