Isıl işlem, istenen özellikleri elde etmek için önceden belirlenmiş belirli yöntemler kullanılarak metallerin ısıtılması ve soğutulması işlemidir. Hem demirli hem de demirsiz metaller, kullanılmadan önce ısıl işleme tabi tutulur.
Zamanla, birçok farklı yöntem geliştirilmiştir. Bugün bile metalürji uzmanları, bu süreçlerin sonuçlarını ve maliyet verimliliğini iyileştirmek için sürekli olarak çalışıyorlar.
Bunun için çeşitli dereceler üretmek için yeni programlar veya döngüler geliştirirler. Her program, metali farklı bir ısıtma, tutma ve soğutma oranını ifade eder.
Önerilen makale: epoksi zemin kaplama firmaları ve zemin uygulamaları hakkında bilgi almak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.
Bu yöntemler titizlikle takip edildiğinde, oldukça spesifik fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip farklı standartlarda metaller üretebilir.
Yararlar
Isıl işlem yapmanın çeşitli nedenleri vardır. Bazı prosedürler metali yumuşatır, bazıları ise sertliği arttırır. Ayrıca bu malzemelerin elektrik ve ısı iletkenliğini de etkileyebilirler.
Bazı ısıl işlem yöntemleri, daha önceki soğuk işleme süreçlerinde indüklenen gerilimleri giderir. Diğerleri metaller için arzu edilen kimyasal özellikler geliştirir. Mükemmel yöntemi seçmek gerçekten metalin türüne ve gerekli özelliklere bağlıdır.
Bazı durumlarda, bir metal parça birkaç ısıl işlem prosedüründen geçebilir. Örneğin, uçak imalat endüstrisinde kullanılan bazı süper alaşımlar, uygulama için optimize edilmek üzere altı farklı ısıl işlem adımına tabi tutulabilir.
Isıl İşlem Proses Adımları
Basit bir ifadeyle ısıl işlem, metalin ısıtılması, o sıcaklıkta tutulması ve ardından tekrar soğutulması işlemidir. İşlem sırasında metal parça mekanik özelliklerinde değişikliklere uğrayacaktır. Bunun nedeni, yüksek sıcaklığın metalin mikro yapısını değiştirmesidir. Ve mikro yapı, bir malzemenin mekanik özelliklerinde önemli bir rol oynar.
Nihai sonuç birçok farklı faktöre bağlıdır. Bunlara ısıtma süresi, metal parçanın belirli bir sıcaklıkta tutulma süresi, soğutma hızı, çevre koşulları vb. dahildir. Parametreler ısıl işlem yöntemine, metal tipine ve parça boyutuna bağlıdır.
Bu süreç boyunca metalin özellikleri değişecektir. Bu özellikler arasında elektrik direnci, manyetizma, sertlik, tokluk, süneklik, kırılganlık ve korozyon direnci sayılabilir.
Isıtma
Daha önce tartıştığımız gibi, ısıl işlem sırasında alaşımların mikro yapısı değişecektir. Isıtma, öngörülen bir termal profil doğrultusunda gerçekleştirilir.
Bir alaşım ısıtıldığında üç farklı durumdan birinde bulunabilir. Mekanik bir karışım, katı bir çözelti veya her ikisinin bir kombinasyonu olabilir.
Mekanik bir karışım, çimentonun kum ve çakılı birbirine bağladığı beton karışımına benzer. Kum ve çakıl hala ayrı parçacıklar olarak görülebilir. Metal alaşımlarında, mekanik karışım ana metal tarafından bir arada tutulur.
Öte yandan, katı bir çözeltide tüm bileşenler homojen bir şekilde karıştırılır. Bu, mikroskop altında bile tek tek tanımlanamayacakları anlamına gelir.
Her devlet farklı nitelikleri beraberinde getirir. Faz diyagramına göre ısıtma yoluyla durumu değiştirmek mümkündür. Soğutma, yine de, nihai sonucu belirler. Alaşımın, yalnızca yönteme bağlı olarak, üç durumdan birinde sonuçlanması mümkündür.
Tutma
Bekletme veya ıslatma aşaması sırasında metal elde edilen sıcaklıkta tutulur. Bunun süresi gereksinimlere bağlıdır.
Örneğin, yüzey sertleştirme, yüzey sertliğini artırmak için yalnızca metal yüzeyinde yapısal değişiklikler gerektirir. Aynı zamanda, diğer yöntemler tek tip özelliklere ihtiyaç duyar. Bu durumda elde tutma süresi daha uzundur.
Islatma süresi ayrıca malzeme tipine ve parça boyutuna da bağlıdır. Tek tip özellikler amaçlandığında daha büyük parçalar daha fazla zamana ihtiyaç duyar. Sadece büyük bir parçanın çekirdeğinin gerekli sıcaklığa ulaşması daha uzun sürer.
Soğutma
Islatma aşaması tamamlandıktan sonra metal öngörülen şekilde soğutulmalıdır. Bu aşamada da yapısal değişiklikler meydana gelir. Soğuyan katı bir çözelti, çeşitli faktörlere bağlı olarak aynı kalabilir, tamamen veya kısmen mekanik bir karışım haline gelebilir.
Tuzlu su, su, yağ veya basınçlı hava gibi farklı ortamlar soğutma hızını kontrol eder. Yukarıda adı geçen soğutma ortamı dizisi, etkin soğutma hızına göre azalan sıradadır. Tuzlu su ısıyı en hızlı emer, hava ise en yavaştır.
Soğutma işleminde fırın kullanmak da mümkündür. Kontrollü ortam, yavaş soğutma gerektiğinde yüksek hassasiyet sağlar.
Faz Diyagramları
Her metal alaşımının kendi faz diyagramı vardır. Daha önce de belirtildiği gibi ısıl işlem bu diyagramlara göre yapılır. Farklı sıcaklıklarda ve farklı kimyasal bileşimlerde meydana gelen yapısal değişiklikleri gösterirler.
Örnek olarak demir-karbon faz diyagramını kullanalım, çünkü bu en çok bilinen ve üniversitelerde yaygın olarak öğretilen diyagramdır.
Demir-karbon faz diyagramı, ısıl işleme tabi tutulduğunda farklı karbon çeliklerinin davranışlarını öğrenirken önemli bir araçtır. X ekseni alaşımdaki karbon içeriğini ve y ekseni sıcaklığı gösterir.
Çeliğin dökme demir haline geldiği sınır karbonun %2.14'ü olduğuna dikkat edin,
Diyagram, metalin ostenit, sementit, perlit gibi farklı mikro hallerde bulunduğu çeşitli bölgeleri gösterir. Bu bölgeler A1, A2, A3 ve Acm sınırları ile işaretlenmiştir. Bu arayüzlerde, sıcaklık veya karbon içeriği değeri bunlardan geçtiğinde faz değişiklikleri meydana gelir.
A1: Sementit/ferrit fazının üst sınırı.
A2: Demirin manyetizmasını kaybettiği sınır. Bir metalin manyetizmasını kaybettiği sıcaklığa Curie sıcaklığı da denir.
A3: Ostenit + Ferrit fazını γ (Gama) ostenit fazından ayıran arayüz.
Acm: γ Ostenit'i Ostenit + Sementit alanından ayıran arayüz.
Faz diyagramı, ısıl işlemin faydalı olup olmayacağını değerlendirmek için önemli bir araçtır. Her yapı nihai ürüne belirli özellikleri getirir ve buna göre ısıl işlem seçimi yapılır.
Yaygın Isıl İşlem Yöntemleri
Aralarından seçim yapabileceğiniz birkaç ısıl işlem tekniği vardır. Her biri belirli özellikleri beraberinde getiriyor.
En yaygın ısıl işlem yöntemleri şunları içerir:
Tavlama
Normalleştirme
Sertleştirme
Yaşlanma
Stress giderici
Temperleme
Karbürizasyon
Tavlama
Tavlamada, metal üst kritik sıcaklığın ötesinde ısıtılır ve daha sonra yavaş bir hızda soğutulur.
Metali yumuşatmak için tavlama yapılır. Metali soğuk işleme ve şekillendirmeye daha uygun hale getirir. Ayrıca metalin işlenebilirliğini, sünekliğini ve tokluğunu artırır.
Tavlama, önceki soğuk işleme işlemlerinden kaynaklanan parçadaki gerilimlerin giderilmesinde de faydalıdır. Metal sıcaklığı üst kritik sıcaklığı geçtiğinde, yeniden kristalleşme sırasında mevcut plastik deformasyonlar giderilir.
Metaller, yeniden kristalleştirme tavlaması, tam tavlama, kısmi tavlama ve son tavlama gibi çok sayıda tavlama tekniğine tabi tutulabilir.
Normalleştirme
Normalleştirme, kaynak, döküm veya su verme gibi işlemlerden kaynaklanan iç gerilimleri gidermek için kullanılan bir ısıl işlemdir.
Bu işlemde metal, üst kritik sıcaklığının 40°C üzerinde bir sıcaklığa ısıtılır.
Bu sıcaklık, sertleştirme veya tavlama için kullanılandan daha yüksektir. Belirli bir süre bu sıcaklıkta tutulduktan sonra havada soğutulur. Normalleştirme, parça boyunca tek tip bir tane boyutu ve kompozisyon oluşturur.
Normalleştirilmiş çelikler, tavlanmış çelikten daha sert ve daha güçlüdür. Aslında, normalleştirilmiş haliyle çelik, diğer tüm koşullardan daha toktur. Bu nedenle, darbe dayanımı gerektiren veya büyük dış yükleri desteklemesi gereken parçalar neredeyse her zaman normalize edilecektir.
Sertleştirme
Hepsinin en yaygın ısıl işlem süreci olan sertleştirme, bir metalin sertliğini arttırmak için kullanılır. Bazı durumlarda sadece yüzey sertleştirilebilir.
Bir iş parçası, belirtilen sıcaklığa ısıtılarak sertleştirilir, ardından bir soğutma ortamına daldırılarak hızla soğutulur. Yağ, tuzlu su veya su kullanılabilir. Ortaya çıkan parçanın sertliği ve mukavemeti artacaktır, ancak kırılganlık da aynı anda artar.
Vaka sertleştirme, iş parçasının sadece dış tabakasının sertleştirildiği bir tür sertleştirme işlemidir. Kullanılan işlem aynıdır ancak ince bir dış tabaka işleme tabi tutulduğundan, elde edilen iş parçasının sert bir dış tabakası ancak daha yumuşak bir çekirdeği vardır.
Bu, şaftlar için yaygındır. Sert bir dış katman, onu malzeme aşınmasından korur. Bir rulmanı bir mile monte ederken, aksi takdirde yüzeye zarar verebilir ve aşınma sürecini hızlandıran bazı parçacıkları yerinden çıkarabilir. Sertleştirilmiş bir yüzey bundan koruma sağlar ve çekirdek, yorulma streslerinin üstesinden gelmek için gerekli özelliklere hala sahiptir.
Yaşlanma
Yaşlandırma veya çökeltme sertleştirme, çoğunlukla dövülebilir metallerin akma mukavemetini artırmak için kullanılan bir ısıl işlem yöntemidir. İşlem, bir metalin tane yapısı içinde, özelliklerde değişikliklere neden olan homojen olarak dağılmış parçacıklar üretir.
Yağış sertleşmesi genellikle daha yüksek sıcaklıklara ulaşan başka bir ısıl işlem işleminden sonra gelir. Ancak yaşlanma, sıcaklığı yalnızca orta seviyelere yükseltir ve tekrar hızla düşürür.
Bazı malzemeler doğal olarak (oda sıcaklığında) yaşlanırken, diğerleri yalnızca yapay olarak, yani yüksek sıcaklıklarda yaşlanabilir. Doğal olarak yaşlanan malzemeler için bunları daha düşük sıcaklıklarda saklamak uygun olabilir.
Stress giderici
Gerilim giderme özellikle kazan parçaları, hava şişeleri, akümülatörler vb. için yaygındır. Bu yöntem metali alt kritik sınırının hemen altındaki bir sıcaklığa getirir. Soğutma işlemi yavaştır ve bu nedenle homojendir.
Bu, şekillendirme, işleme, haddeleme veya doğrultma gibi daha önceki işlemler nedeniyle parçalarda oluşan gerilimleri azaltmak için yapılır.
Temperleme
Temperleme, sertleştirme işlemi sırasında indüklenen aşırı sertliği ve dolayısıyla kırılganlığı azaltma işlemidir. İç stresler de giderilir. Bu işlemden geçmek, bu tür özelliklere ihtiyaç duyan birçok uygulama için bir metali uygun hale getirebilir.
Sıcaklıklar genellikle sertleşme sıcaklıklarından çok daha düşüktür. Kullanılan sıcaklık ne kadar yüksek olursa, nihai iş parçası o kadar yumuşak olur. Soğutma hızı, temperleme sırasında metal yapıyı etkilemez ve genellikle metal durgun havada soğur.
Karbürizasyon
Bu ısıl işlem prosesinde metal, bozunma üzerine karbon salan başka bir materyalin varlığında ısıtılır.
Serbest kalan karbon metalin yüzeyine emilir. Yüzeyin karbon içeriği artar, bu da onu iç çekirdekten daha sert hale getirir.
Hangi Metaller Isıl İşleme Uygundur?
Isıl işlem görmüş malzemelerin çoğunluğunu demirli metaller oluşturmasına rağmen, bakır, magnezyum, alüminyum, nikel, pirinç ve titanyum alaşımları da ısıl işlem görebilir.
Isıl işlem görmüş metallerin yaklaşık %80'i farklı çelik kaliteleridir. Isıl işlem görebilen demirli metaller arasında dökme demir, çelik ve çeşitli derecelerde takım çeliği bulunur.
Sertleştirme, tavlama, normalleştirme, gerilim giderme, yüzey sertleştirme, nitrürleme ve menevişleme gibi işlemler genellikle demirli metaller üzerinde yapılır.
Bakır ve bakır alaşımları tavlama, yaşlandırma ve su verme gibi ısıl işlemlere tabi tutulur.
Alüminyum, tavlama, çözelti ısıl işlemi, doğal ve yapay yaşlandırma gibi ısıl işlem yöntemleri için uygundur. Alüminyum için ısıl işlem hassas bir işlemdir. Proses kapsamı oluşturulmalı ve istenilen özellikler için her aşamada dikkatle kontrol edilmelidir.
Açıkçası, tüm malzemeler ısıl işlem biçimleri için uygun değildir. Benzer şekilde, tek bir materyal her yöntemden mutlaka faydalanmayacaktır. Bu nedenle istenilen sonuca ulaşmak için her malzeme ayrı ayrı incelenmelidir. Başlangıç noktası, yukarıda bahsedilen yöntemlerin etkisi hakkında faz diyagramları ve mevcut bilgilerdir.
Etiketler : ısıl işlem