BARTIN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MALZEME LABORATUARI I DERSİ ISIL İŞLEM (NORMALİZASYON, SU VERME, MENEVİŞLEME) DENEY FÖYÜ
DENEYİN ADI: Isıl İşlem(Normalizasyon, Su Verme, Menevleşme) AMACI: Çeliklerde ısıl islem yoluyla mikroyapı ve mekanik özelliklerin degisiminin ögretilmesi. TEORİK BİLGİ: Metal ve alasımlarının, faz diyagramlarına baglı olarak ergime sıcaklıgının altındaki sıcaklıklarda uygulanan farklı islemlerle istenilen mekanik özellik ve iç yapıların elde edilmesine ısıl islem denir. Isıl islem, üç ana safhadan olusur. Bunlar ısıtma, ısıtılan sıcaklıkta bekletme ve sogutma safhalarıdır. Bütün ısıl islem yöntemlerinde bu üç ana safha geçerlidir. Fakat uygulanan ısıl islem türüne göre, ısıl islem sıcaklıgı, bekletme süresi, ısıtma ve tutma hızı gibi parametreler degistirilir. Isıtma, bekletme ve sogutma safhalarına ısıl çevrim denir. Uygulanan ısıl islem türüne göre islem ya bir çevrim yapılarak bitirilir ya da birbirini izleyen birkaç ısıl çevrim yapılarak ısıl islem tamamlanır. Isıtma islemin herhangi bir anında, ısıtılan parçanın merkezi ve yüzeyi arasındaki sıcaklık degerleri farklıdır. Parça yüzeyi belirli bir sıcaklıga ulastıgında parçanın merkezi, parçanın boyutuna ve ısı iletme kabiliyetine baglı olarak daha geç ısınacagından sıcaklıgı daha düsük olur. Parçanın yüzeyi ile merkezi arasındaki sıcaklık farkı, ısıl gerilmeler olusturur ve bu ısıl gerilmeler sonucu parça çatlayabilir. Bu sıcaklık farkının, dolayısıyla ısıl gerilmelerin önlenmesi için, parçaya ısıtma sıcaklıgının altındaki bir ya da iki sıcaklıkta ara ısıtma uygulanabilir. Ön ısıtma adı verilen bu islemle, parçalarda daha düzenli ve homojen ısıtma saglanır. Aynı zamanda tutma süresi de kısalır. Ayrıca ısıtma hızı azaltılarak da yüzey ve merkez arasındaki sıcaklık farkı azaltılabilir. Çeliklerin Isıl İslemi: Çelikler, diger metal ve alasımlarına nazaran sanayide daha çok kullanıldıkları için çeliklerin ısıl islemi ayrı bir öneme sahiptir. Çeliklerin ısıl islemlerini anlayabilmek için Demir-Karbon denge diyagramının bilinmesi gerekir (Sekil 1). Demir-Karbon denge diyagramının % 2 C bilesimine kadar olan kısmı çelik kısmıdır. Belirli bir karbon bilesimine sahip bir çelikte elde edilmesi istenen yapı, dolayısıyla çeligin kazanacagı özellik, farklı ısıl islemler için çeligi Demir-Karbon diyagramının çelik
kısmındaki farklı sıcaklık bölgelerine çıkarmak, belirli bir süre bekletmek ve uygun sogutma ortamında sogutmak suretiyle elde edilir. Sekil 1. Fe-C diyagramının çelik bölgesi ve uygulanan ısıl islemlerin sıcaklık bölgeleri. Martensitik Dönüsüm Kullanım sartlarında çeliklerin belirli bir sertlik degerine sahip olmaları istenir. Çeliklerin sertlestirilmesi için uygulanan ısıl islem ise su verme ısıl islemi olarak bilinir. Genel olarak bir çeligin su verme ısıl islemi ile sertlestirilmesi üç safha içerir. Bunlar; ostenitleme, ostenitleme
sıcaklıgında bekletme, su verme. Ostenitleme, çeligin g-fe (ostenit) faz bölgesine ısıtılması islemidir. Bu islemle çeligin bünyesindeki sementitin parçalanarak, karbonun YMK ostenit yapı içerisinde tamamen çözülmesi islemidir. Çeliklerde ostenitleme sıcaklıgı çeligin ötektoid altı, ötektoid veya ötektoid üstü olmasına göre degismektedir. Ostenitleme sıcaklıgında bekletme, çelik yapısının tamamen ostenit olması yani sementitin parçalanarak karbonun yapı içerisinde tamamen çözünmesi için gereken süredir. Bu süre genel olarak 1 inç (25,4 mm) kalınlık için 1 saat olarak kabul edilir. Uygulamada çelik üreticisinin verecegi süreye uyulmalıdır. Su verme, ostenitleme bölgesinde belirli bir süre bekletilerek yapısı tamamen ostenitlestirilmis bir çeligin sogutulması olayıdır. Su verme sözü her ne kadar çeligin su içerisine daldırılarak sogutulması gibi bir anlam içeriyorsa da, çeligin sogutulmasını ifade eden genel bir terimdir. Buna göre çelik ostenitlestirme sıcaklıgında tutulduktan sonra, su içerisine daldırılarak, yag banyosu içerisine daldırılarak, havada bırakılarak sertlestirilebilir (Sekil 2). Çelikler ister suda, ister yagda veya havada sertlestirilsin, sertlesmeyi saglayan mekanizma, ostenitleme sıcaklıgında beklemeyle olusan ostenitin soguma sonrası hacim merkezli tetragonal (HMT) kristal kafes yapısına sahip martensite dönüsmesidir. Martensit Fe-C denge diyagramında olmayan bir fazdır. Çeligin hızlı soguması sonucunda olusan martensitik dönüsüm TTT (Zaman-Sıcaklık-Dönüsüm) diyagramı ile gösterilebilir (Sekil 3). Sekil 2. Çeliklerin sertleştirilmesi sonunda C içerigi ve soğutma banyosu türüne göre erişilebilecek maksimum sertlik.
Bu diyagramda burun noktası denilen bir nokta vardır. Herhangi bir çeligin su verilerek sertlestirilmesi için gerekli soguma hızı, o çelige ait TTT diyagramında burun noktasını kesmeyecek sekilde seçilecek bir soguma hızıdır. Bu soguma hızı o çeligin sertlestirilebilmesi için gerekli minimum soguma hızıdır ve kritik soguma hızı olarak bilinir. Temperleme (Menevisleme) Çeliklerde su verme sonrası olusan martensit yapısı oldukça sert ve gevrektir. Dolayısıyla çalısma kosullarında kolayca çatlayabilir ve hasara yol açar. Bu yüzden çeliklere su verme sonrası temperleme adı verilen bir ısıl islemle çeligin toklugu ve sünekligi arttırılabilir. Bu sırada sertlikte de bir miktar düşme meydana gelir. Temperleme sıcaklığı çeligin türü ve parçanın kullanılacağı yere bağlı olarak 150-600 C arasında değişir. Tutma süresi parça kalınlığına baglı olarak 1 2,5 saat arasında degisir. Genellikle 1 inç kalınlığında bir parça için 1 saatlik bir temperleme süresi uygulanır. Bu sürenin sonunda parça fırından çıkarılarak havada sogumaya bırakılır. Temperleme bir difüzyon olayıdır, dolayısıyla temperleme sıcaklıgı ve tutma süresi temperleme sonucunu etkiler. NORMALİZASYON ISIL İŞLEMİ: Normalizasyon tane küçültme, homojen bir mikroyapı elde etme ve çoğunlukla mekanik özellikleri geliştirme amaçlarıyla, çeliği üst dönüşüm sıcaklığı üstündeki sıcaklıkta ısıtma ve durgun havada soğutma işlemidir.
Yapıdaki homojensizlikler giderilir ve daha ince taneli yapıya ulaşır. Bu tavlama daha çok talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek, malzemenin ısıl işlemdeki performansını arttırmak için yarı mamüllere veya çelik döküm malzemelere uygulanır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta dövülmüş, haddelenmiş ya da kaynak dikişi gibi çevresel veya bölgesel farklı ısı etkisi altında kalmış parçalarda, kaba taneli yapının ince taneli hale getirilmesi için normalizasyon tavlaması yapılması faydalı olur. Normalizasyon işlemi uygun bir çeliğin tipik olarak 830-950 C aralığında ısıtılması, (sertleşebilen çeliklerin setleştirme sıcaklığı veya üzeri, sementasyon çelikleri için sementasyon sıcaklığı üzeri) ve sonra havada soğutulmasından meydana gelir. Isıtma da genellikle açık atmosferde yapılır, bu nedenle tufal veya dekarbürüzasyon tabakalarını kaldırmak için daha sonra talaşlı işlem veya yüzey tamamlama işlemleri gereklidir. Havada sertleşen çelikler (bazı otomotiv dişli çelikleri) çoğu kez normalizasyon sonrası yapıyı yumuşatmak ve/veya işlenebilirliği arttırmak için menevişlenir (kritik sıcaklık altı tavlama). Birçok uçak sanayi standardı bu işlem kombinasyonunu öngörür. Normalizasyon tavlamasında sıcaklık-zaman çevrimi
KAYNAKLAR 1. http://www.istanbul.edu.tr/eng/metalurji/duy/lab/cii.pdf 2. http://www.metalurjist.org/metalurji/normalizasyon-nedir#more-187 3. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Kocaeli Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Tavlama İşlemleri: Normalizasyon Tavlaması Yumuşatma Tavlaması