ISIL İŞLEMLERISIL İŞLEMLER• Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına

belirli özellikler kazandırmak amacıyla birveya daha çok sayıda, yerine göre birbiripeşine uygulanan ısıtma ve soğutmaişlemleridir.

• İşlem esnasında ortamın etkisiyle, çeliğin kimyasal bileşimi değişebilir. Örneğin, sementasyon, nitrürasyon, oksitlenme ve dekarbürizasyon işlemlerinde olduğu gibi.

• Bunu sağlamak için, ısıl işlem özel ortamlarda gerçekleştirilebilir. Örneğin, tuzbanyoları, koruyucu gaz veya vakum ortamlarında ısıl işlem yapılabilir.

Isıl işlemlerin uygulanma amaçlarıIsıl işlemlerin uygulanma amaçları

• Talaşlı işlenebilme özelliği iyileştirilir (yumuşatma, tane irileştirme),

• Dayanım (mukavemet) arttırılıp azaltılabilir(sertleştirme, normalleştirme, yumuşatma),

• Soğuk şekil vermenin etkisi yok edilebilir(yeniden kristalleştirme, normalleştirme),

Isıl işlemin uygulanma amaçlarıIsıl işlemin uygulanma amaçları (devam)(devam)

• Mikro segragasyon ortadan kaldırılabilir (homojenleştirme),

• Tane büyüklüğü değiştirilebilir (yeniden kristalleştirme, tane irileştirme, normalleştirme),

• İç gerilmeler azaltılabilir (gerilim giderme),

• Belirli iç yapılar elde edilebilir(normalleştirme, yumuşatma, sertleştirme).

Isıl işlemler genel olarak iki grupta Isıl işlemler genel olarak iki grupta toplanabilir:toplanabilir:- Tavlama,- Sertleştirme.

Tavlama ile iç yapının kararlı, dengedurumuna yaklaşması sağlanır (soğumayavaş yapılır).

Sertleştirmede ise, ostenit hızlı soğutularak yarı kararlı bir içyapı (martenzit) oluşturulur.

Tavlama işleminin şematik gösterimi

Her ısıl işlem en az;- Belirli bir sıcaklığa ısıtma,- Bu sıcaklıkta tutma (bekletme) ve- Bu sıcaklıktan soğutma

aşamalarından oluşur.

Süre

Tutma

IsıtmaSıcaklık

Soğutma

Tavlama ısıl işlemi türleriTavlama ısıl işlemi türleri

Tavlamaişlemi

çeşitleri

Tavlama: Malzemeyi belirli bir süre tavlama sıcaklığına ısıttıktan sonra, yavaş soğutmaktır

Normalleştirme:

Tane yapısı bozulmuş iri taneli çeliği,küçük taneli yapmak için ostenit bölgesine ısıttıktan sonra havada soğutmaktır

Tam tavlama (yumuşatma tavı)

Şekillendirilebilme özelliğiniİyileştirmekde, kaba perlit yapısı elde etmek için çeliği ostenit bölgesine ısıtıpfırında soğutmaktır

İşlem tavı (yeniden kristalleşme tavı)Soğuk deformasyonun etkisini kendine gelme/

Yeniden kristalleşme ile ortadan kaldırmak

Gerilme giderme tavı:Plastik deformasyonun,üniform olmayan soğutmanın, faz dönüşümlerinin nedenolduğu gerilmeleri gidermektir

Küreleştirme tavı: İyi işlenebilirlik için çeliği ötektoit sıcaklığın hemen altında 15-25 saat bekleterek iyice yumuşatmaktır.

Metal alaşımlarının ısıl işlemleri

Normalleştirme: Tane inceltme ve üniform boyut dağılımı

NormalleştirmeTam tavlama:Fırında soğutma,kaba perlit, daha iyi süneklik

Yavaş soğuma

Küreleştirme: Fe3C’in birleşerek küresel parçacıkları oluşturması

Kaba, ince ve küreleşmiş Kaba, ince ve küreleşmiş perlit mikroyapılarıperlit mikroyapıları

Kaba perlit İnce perlit Küreleşmiş perlit

Tam tavlamaTam tavlama

• Tam tavlama: Plastik deformasyona uğrayacak veya talaşlı imalatla işlenecek düşük ve orta karbonlu çeliklere uygulanır. Çeliği yumuşatır, sünekliği ve talaşlı işlenebilirliğ artırır. Küçükve üniform tane yapılı kaba perlit elde edilir.

• A1 or A3 sıcaklığının 15 ile 40 oC üzerine ısıtılır• Ostenit bölgesinde bekletilir• Ötektoit öncesi faza ek olarak kaba perlit elde etmek için

fırında soğutulur

A3 & Acmüst kritik sıcaklıklar

A1 alt kritik sıcaklık

Normalleştirme

Tam tavlama

Küreleştirme

Sıcaklık

oC

Bileşim (% ağırlık)

Sıcaklık

oF

Çeliklerde yumuşatma tavının(tam tavlamanın) yapıldığı ısıl işlem bölgesi

(siyah renkli bölge)

KüreleştirmeKüreleştirme

• Küreleştirme: Plastik deformasyon veya talaşlı imalatlaşekillendirme için çok sert olan orta veya yüksek karbonluçeliklerde uygulanır. Sert çelik, küreleşmiş perlitik yapıylayumuşatılır.

• A1 sıcaklığının biraz altına ısıtılır• Küreleşmiş mikroyapı (Fe3C küreleri) elde edilinceye

kadar bekletilir (~15 ile 25 saat)• Havada soğutulur

A3 & Acmüst kritik sıcaklıklar

A1 alt kritik sıcaklık

Normalleştirme (normalizasyon)Normalleştirme (normalizasyon)

• Normalleştirme: Plastik şekil değiştirmiş çeliklerde ve tane dağılımı üniform olmayan çeliklerde uygulanır. Isıl işlem, tane boyutu dağılımını azaltmak ve küçük taneli ve mekanik özellikleri iyileştirilmiş yapılar elde etmek için uygulanı.

• Üst kritik sıcaklığın 55 ile 85 oC üzerine ısıtılır• Ostenit bölgesinde bekletilir• Havada soğutma yapılır

A3 & Acm üst kritiksıcaklıklar

A1 alt kritik sıcaklık

Yeniden kristalleşme ısıl işlemiYeniden kristalleşme ısıl işlemi• Plastik şekil değiştirme sonucu kristal ve tane

yapısı bozulmuş, iç gerilmeler oluşmuş bir metal malzemede, yeni tanelerin oluşmasınıve bu arada gerilme giderilmesini de sağlayan ısıl işlemdir.

• Bu şekilde parça hem, şekil değişimi öncesiözelliklerini kazanırken, hem de ince tanelibir yapı elde edilir.

• Çelikler için bu sıcaklık, 450-700 oC arasıdır.• Yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapılan

şekillendirme işlemleri sıcak, altında yapılan işlemler soğuk şekil verme olarak adlandırılır.

Yeniden kristalleşme ısıl işlemiYeniden kristalleşme ısıl işlemimekanik özelliklermekanik özellikler--mikroyapı ilişkilerimikroyapı ilişkileriÇekm

e m

ukavem

eti (M

Pa)

Süneklik (%

uzam

a)

Tane boyutu (m

m

)

Tavlama sıcaklığı oC

Çekme mukavemeti

Süneklik

Yeni taneler

Tane büyümesiYeniden kristalleşme Kendinegelme

Soğuk deforme olmuşVe toparlanmış taneler

Gerilim giderme ısıl işlemiGerilim giderme ısıl işlemi• Bir iş parçasında kaynak, döküm, tel çekme,

haddeleme, sertleştirme vb işlemler sonucu iç gerilmeler oluşur.

• Oluşan bu iç gerilmeler parçada, elastik şekil değiştirmeye neden olurlar.

• İç gerilmeleri gidermek, bunları plastik şekil değişimine dönüştürmekle olur. Bunun için, sıcaklığın artışı ile akma dayanımının düşmesinden yararlanılır.

• Bu işlem 550-650 oC sıcaklığa çelik parçaları ısıtıp, yavaş soğutarak yapılır.

Çelikler için yeniden kristalleşme ve gerilim Çelikler için yeniden kristalleşme ve gerilim giderme ısıl işlem sıcaklık bölgelerigiderme ısıl işlem sıcaklık bölgeleri

Gerilim giderme 550-650 oC

Yeniden kristalleşme 450-700 oC

Homojenleştirme ısıl işlemi (difüzyon):Katılaşma sırasında tanelerin içerisinde oluşan kimyasal bileşim farklılıklarınıdifüzyon (yayınma) yoluyla gidermek için,katılaşma sıcaklığınınaltında yapılanuzun süreli tavlamadır.Çeliklerde 1050-1300oC sıcaklıklar arasındauygulanır. Arkasındannormalleştirme ısılişleminin yapılmasıgerekir.

Sertleştirme (su verme)Sertleştirme (su verme)Sertleştirme: Ötektoit altı çelikler A3, ötektoit

üstü çelikler A1 sıcaklığının 30-50 oC üzerine ısıtıldıktan sonra hızla soğutularak, yapıda bulunan ostenitin, perlit yerine martenzitedönüştürülmesiyle su verme gerçekleştirilir.

Amaç, su vermeyle martenzitik yapı elde etmektir.Martenzit iğneli bir yapıya sahip olup, çok sert ve kırılgandır. Pratik olarak % 0.2’den az C içeren çeliklere su verilemez.

Martenzit oluşumu üç faktöre bağlıdır:1. Alaşımın bileşimi, 2. Su verme ortamının türü, 3. Numunenin şekli ve boyutu.

Sertleştirme (su verme) ve temperleme ısıl işlem sıcaklık bölgeleriSertleştirme (su verme) ve temperleme ısıl işlem sıcaklık bölgeleriTemperleme:Temperleme: Parçaya su verdikten hemen sonra, Parçaya su verdikten hemen sonra,

100100--650 650 ooC sıcaklıklar arasında yapılmalıdır. İşlem C sıcaklıklar arasında yapılmalıdır. İşlem şartlarına bağlı olarak, temperleme sonucunda sertlik şartlarına bağlı olarak, temperleme sonucunda sertlik

ve mukavemet azalırken, süneklik ve tokluk ve mukavemet azalırken, süneklik ve tokluk artmaktadır.artmaktadır.

Temperleme (menevişleme) 100-650 oC

Sertleştirme

Sertleştirme ve Temperleme Isıl İşlemleriSertleştirme ve Temperleme Isıl İşlemleri

Sıcaklık

Süre (log) Martenzit

Dönüşüm

Temperlenmiş martenzit

Temperleme sıcaklığı

A1

Merkez

Yüzey

Levha martenzit; iğne şekilli tanelermartenzit fazıdır. Beyaz bölgeler

kalıntı ostenittir.

Martenzitik çelikte, hacim merkezli tetragonal

(HMT) kafes yapısı,

Temperlenmişmartenzitinmikro-yapısı

veözellikleri

594 oC sıcaklıktatemperlenmişmartenzitin

elektronmikro-fotografı.

Küçük parçacıklarsementit fazıdır,anayapı ferrittir.

Yağda su verilmiş4340 çeliğinin temperlemesıcaklığına göre mekaniközelliklerinin değişimi

Karbon bileşimine göre, sade karbonlu martenzitik temperlenmiş martenzitikve perlitik çeliklerin sertlikleri

Ötektoit Ötektoit ççeliğin mikroyapı ve mekanik özelliklerieliğin mikroyapı ve mekanik özellikleri

Ön işlem Sertlik Dayanım SüneklikHv (MPa) (%uzama)

_________________________________1. Yavaş soğuma

(normalize) 250 930 152. 1030 K ’densertleştirme(suda) 800 - 0

3. 1030 K ’densertleştirme,temperleme

820 K 350 1160 254. 1030 K ‘den

sertleştirme,temperleme970 K 170 570 40

Matls. Princ. & Practice, fig. 5.2