YÜZEY SERTLEŞTİRME METODLARI     

Yüzeyin Kimyasal Yapısını Değiştirerek Sertleştirme

Bazı uygulamalarda kullanılan çelik parçaların hem aşınma dirençlerinin, hem de darbe dayanımlarının yüksek olması istenir. Bunun için parçaların yüzeylerinin sert, iç veya merkez bölgelerinin nispeten yumuşak olması gerekir. Bu durumu sağlamak için parçalara yüzey sertleştirme işlemi uygulanır. Çelik parçaların yüzeyleri sementasyon (karbürleme), nitrürasyon (nitrürleme), alevle ve endüksiyonla sertleştirme olmak üzere dört ana yöntemle sertleştirilir. En uygun yöntem, parçanın kimyasal bileşimine ve boyutlarına göre seçilir

Yüzey sertleştirmenin uygulandığı tipik parçalar : krank milleri, kam milleri, kamalı miller, dişli çarklar, saplamalar, kavrama parçaları, zincir parçaları, tırtıllı tahrik parçaları ... gibi parçalardır.

Yüzey sertleştirme usullerinin bir çoğunda ortaya çıkan diğer bir avantajlı durum ise parçanın yüksek yorulma mukavemetine erişmesidir

Bu işlemler kimyasal termik yüzey işlemleri olarak ta bilinir.


4. 1 Sementasyon (Karbürleme)

Bu tür “termokimyasal işlem” olarak bilinen sementasyon işlemi, % 0,20 den daha az karbon içeren çeliklere uygulanır. Bu işlemin esası, düşük karbonlu çeliklerin yüzeyine karbon vererek yüzeyin karbon verici bir ortamda ve Ac3 çizgisinin üzerindeki bir sıcaklıkta uygun bir süre tutulması ile gerçekleştirilir; demir- karbon denge diyagramı incelendiğinde; ferrit içerisinde en fazla % 0,025 oranında karbon çözülürken, östenit içerisinde %2,0 oranına kadar karbon çözündüğü görünür. Bu nedenle semente edilecek çelik parçalar östenit bölgesinde 900 ile 950 oC arasındaki bir sıcaklıkta, karbon verici bir ortamda yeterli bir süre tavlanırlar. Karbon verici ortamlar katı, sıvı veya gaz olabilir. Katı ortam olarak odun kömürü ile baryum karbonat karışımı, sıvı ortam olarak erimiş siyanür banyosu ve gaz ortamı olarak da hidrojen yada azotla karıştırılan karbonmonoksit, metan ve propan gibi gazlar kullanılabilir. Semente edilecek parçalar işlem süresince bu ortamlarda tutulur

Semantasyon işlemi için yapılan uzun süreli tavlama nedeniyle parçanın iç kısmı iri taneli olur ve uygun sertleştirme sıcaklığı aşıldığı için de kabukta iri taneli martensit oluşur.

Semantasyon tabakasını kalınlığı küçük parçalarda 0,2 mm den az, taşıt araçlarında kullanılan orta büyüklükteki parçalarda 0,5-1,5mm ve ağır makinalarda kullanılan büyük parçalarda ise  2-3mm arasında olabilir


4. 1. 1 Karbürizasyon

Karbürleme, karbonca zenginleştirilmiş bir ortam yaratarak partikül yüzeylerine karbon atomları difüze edilerek yapılan bir işlemdir. Tabaka derinliği, üst sıcaklığa, zamana ve karbon potansiyeline bağlıdır. Karbürizasyon için çelik ostenitten meydana gelecek şekilde yüksek bir sıcaklığa yani Ac3 sıcaklığının üstünde (yaklaşık olarak 900 oC) ısıtılmaktadır. Bu sıcaklıkta ostenit % 1 ‘den fazla karbon çözündürebilir. Karbon miktarına bağlı olarak, karbon atomları yüzey yapısına ve daha içlere doğru girer. Sıcaklık ne kadar yükselirse bu difüzyon olayı da o kadar çabuk vuku bulur

Karbonun yapıya nüfuz etme derinliğini tavlama süresi ve sıcaklık etkiler, yapıdaki karbon miktarını ise karbürleyici madde etkiler

Karbürleme metotları ;

 * gaz ile karbürleme,
 * vakumla karbürleme,
 * plazma (iyon) karbürleme,
 * tuz banyosunda karbürleme,
 * kutu (pack) karbürlme,
 * akışkan yatakta karbürleme.


A.B.D. ve Kanada’da yapılan araştırmada 800 ticari kuruluş sanayide şu karbürleme yöntemlerini kullanılıyor

 % 48  gaz atmosferinde karbürleme
 % 19  kutu karbürleme
 % 12  tuz banyosunda karbürleme
 %   5  akışkan yatakta karbürleme
 %   2  vakumla karbürleme
 %   1  iyon (plazma) karbürleme


Niçin Karbürizasyon ?

 * dayanıklılığı artırmak,
 * mukavemeti artırmak,
 * sertliğini artırmak,
 * artan gerilmeler karşısında istenilen özellikleri kazandırmak


4. 1. 2 Toz ile Karbürizasyon 

Parçalar karbürleyici toz ile karıştırıldıktan sonra hava geçirmeyen kapalı sementasyon kutularında yaklaşık 900 oC ‘da tavlanır.

Karbürleyici tozun bileşimi: Odun kömürü, kok veya kemik kömürü ile alkali bileşiklerin 3...6 mm ‘lik taneler halindeki karışımı şeklindedir. Yüksek sıcaklıkta CO ve CO2 den meydana gelen bir gaz karışımı oluşur. Alkali bileşikleri aktivasyon maddeleri olarak tesir ederler; yani karbürizasyon süresini kısaltırlar. En tesirlileri baryum oksit ve baryum karbonattır.

Avantajları : Bu usul sadece bölgesel olarak karbürlenecek büyük parçalar için daha ekonomiktir.

Dezavantajları : Parçaların toz ile kaplanması ve temizlenmesi için harcanacak iş gücü fazladır. Karbürizasyon tozu kötü bir ısı iletici olduğundan, sementasyon sıcaklığına varılana kadar daha uzun bir ısıtma süresi gerekmektedir.


4. 1. 3 Tuz Banyosunda Karbürizasyon.

Parçalar bir ön tavlamaya (ısıtmaya) tabi tutulduktan sonra sudan arındırılmış bir tuz eriyiği içerisine asılırlar. Sıcaklık 850... 930 oC civarındadır.

Kullanılan tuzlar ticari anlamda kolay bulunabilen tuzlardır ve karbon taşıyıcı olarak sodyum siyanür (NaCN) ihtiva ederler.

Yüksek sıcaklıkta siyanür parçalanarak karbon ve bir miktar azot verir. Azot karbürizasyonu kolaylaştırır.

Avantajları: Tuz eriyikleri ısıyı çabuk ve doğrudan doğruya parçaya verirler. Bu nedenle ısıtma süreleri kısadır. Karbürizasyondan sonra tuz banyoları içerinde direkt (doğrudan doğruya) sertleştirme mümkündür. Yani enerjiden tasarruf edilir.

Dezavantajları : Tuz eriyikleri kuvvetli mide zehirleridir. Banyo boş halde iken bile ayrışmaya devam ederler. Bu sebepten ötürü üzerlerinin grafit örtülmesi gerekir.


4. 1. 4 Gaz Atmosferinde Karbürizasyon

Gaz ile karbürizasyon prensip olarak toz ile karbürizasyona benzer. Kullanılan karbürleyici toz, karbürleyici bir gaz karışımının teşekkül etmesine sebep olur. Bu amaçla fırın sıcaklığı 900-950 oC ‘ye çıkartılır

Genel olarak nötr taşıyıcı bir gaz üretilerek ısıtma ve soğutma sırasında fırına verilir. Bu gaz içerisindeki zararlı maddeleri ( SO2, CO2, H2O ) alınmış olan şehir gazı veya jeneratör gazından elde edilebilir. Karbürizasyon için taşıyıcı gaza belirli oranda hidrokarbon (karbonlu hidrojen) ilave edilir. Bu amaç için en uygun gaz, tüplerde sıvı gaz olarak satılan propan ( C3H8 ) dır. Daha sonra parçalar fırına yerleştirilerek karbon kaynağı olarak kullanılmak istenen (metan, bütan, propan vs.) fırına verilir ve C ‘un parça içerisine difüze olmasını sağlamak amacıyla bu sıcaklıkta istenen sertleştirme tabakası kalınlığına göre belirli bir süre bekletilir. Yüzeyde istenen sertliğe ulaşılabilmesi için, işlem sonrası su verme uygulanır. Böylece dışı sert ve göbek yapısı tok olan bir malzeme elde edilmiş olur  (8,12).

Avantajları : Doğrudan doğruya ısı iletimi neticesinde, daha kısa işlem süresi, parçanın büyüklüğü ve karbürleme derinliği sebebi ile uygulama alanı sınırlanmaz. Temiz ve zehirsiz bir usul olduğundan, sürekli çalışmaya mümkün kılar

Dezavantajı :  Gazın üretilmesi ve ayarlanması için gerekli tesisler pahalıdır.


4. 2 Nitrürasyon (Nitrürleme) İşlemi

Nitrürleme, çoğunlukla düşük karbonlu ve nitrür oluşturma özelliğine sahip alaşım elementleri içeren çeliklere uygulanır. Alüminyum, krom, vanadyum ve molibden gibi alaşım elementleri nitrür oluşturan elementlerdir. Nitrürasyon çeliklerinde bulunan bu elementler kayma olayını engelleyerek sertliğini artırırlar. Çelikler ferritik (HMK) şartlarda iken yüzeye atomik yapıda azot (N) ilave edilerek yapılabilen bir yüzey sertleştirme işlemine tabi tutulur. İşlem sıcaklığı genellikle işlem gören çelik tipine ve arzu edilen derinliğe bağımlı olarak 1- 100 saat süreyle  495-595 oC ’ler  (925-1100oF) arasındadır
Bu işlemde, Azot verici ortam olarak genelde sodyum siyanür (NaCN) ve potasyum siyanür (KCN) içeren banyolar kullanılır.  Banyo 550 o C sıcaklıkta en az 12 saatlik bir süre bekletilir. Nitrürasyon işlemi sırasında meydana gelen sodyum veya potasyum karbonat oranı % 25 değerini aşmamalıdır. Zehirleyici etkilerden dolayı siyanür banyolarının büyük bir dikkatle kullanılmaları gerekir

Nitrürleme işleminde, atom halindeki azotun çeliğe yayınmasıyla meydana gelen çok ince ve dağınık haldeki krom, alüminyum veya molibden nitrürler parça yüzeyinde çok kuvvetli sert bir tabakanın oluşmasını sağlarlar. Bunlar yüksek sıcaklıkta difüzyon yolu ile azotun çeliğe girmesi ile oluşur. Sertlik, parça daha yüksek sıcaklıktayken mevcut olduğundan su vermeye gerek yoktur.


Çeliklerin yüzeyinin nitrürlenmesi için prensip nedenler :

1. Yüksek bir yüzey sertliği sağlamak,
2. Aşınma direncini ve sürtünme özelliklerini iyileştirmek,
3. Yorulma ömrünü uzatmak,
4. Nitrürleme sıcaklığına kadar yüzeye ısı direnci sağlamak.
5. Çeliklerin korozyona karşı direncini artırmak


Nitrürleme, işlemi çeliği östenitik sıcaklıklara ısıtmayı ve ardından martensit oluşturmak için su vermeyi gerektirmediği ve nispeten düşük sıcaklıklarda yapabildiği için iş parçasında karbürleme ve geleneksel su verme ve temperleme işlemlerinden daha az çarpılma deformasyonu oluşur. Bu nedenle nitrürleme esnasında hacim değişiklikleri nispeten küçüktür. Çünkü östenitten ferrite dönüşüm yoktur

4. 2. 1 Gaz ile Nitrürasyon

Tipik bir gaz nitrürleme düzenlenmesinde amonyak gazı kullanılır. Parçalar gaz sızdırmayan fırınlarda 500oC ‘da amonyak (NH3) akımının etkisi altında bırakılır. Bu gaz parçalanır, atom halinde ayrılan azot, yüzeyde nitrürleri oluşturur. Çeliğin ostenitik yapıya geçmemesi için sıcaklığın daha yüksek olmasına izin verilmez

Amonyak gazı aşağıdaki reaksiyona göre çelik yüzeyine ayrışır

 NH3  <----------->     N  +  3H


Üretilen atomik azot sıcaklık ve azot konsantrasyonuna bağımlı olarak çelik yüzeyine emilir, çelik yüzeyinin altında çok sayıda farklı demir nitrürler oluşur. Başarılı nitrürleme için çelik yüzeyinde devamlı taze amonyak gazı sağlayan gaz akışı varlığının kontrolü gereklidir. Aşırı azot sağlanması çelik yüzeyinde kalın demir nitrürler katmanının (Beyaz katman) oluşumuna neden olabilir. Bu katman çok kalın olursa taşlama ile uzaklaştırmak zorunda kalınabilir

Nitrürlenmiş katmanlar karbürleme ile üretilen katmanlardan daha serttir ve nitrürleme sıcaklılıklarına kadar dengelidir. Nitrürlenmiş çelikler mükemmel aşınma, sarma ve sürtünme ısınması direncine sahiptir ve özellikle temas halinde hareket eden parçalar arasında sürtünme ile oluşan ısıya karşı direnç için tasarlanırlar. Nitrürleme ile yüzeyi sertleştirilmiş parçalar, ham millerini dişlileri delme parçalarını, iğleri, dişli çarkları ve buhar valflerini içerirler

Avantajları : Martenzitten çok daha sert olan ( HV = 900 kp/mm2 ) bir tabaka meydana gelir. Bu tabaka kaygan sürtünmeler sonucu aşınmaz. Su vermeye gerek olmadığı için iç yapı dönüşümleri de vuku bulmaz. Bu nedenle parçada ölçü değişmeleri ortaya çıkmadığı için hazırlanmış parçalar ( bitmiş parçalar) işlenebilir
Dezavantajları :[/b][/i] Bu proses çok uzun zaman gerektirir ve bu da maliyeti artırır. Yüzey üzerinde meydana gelen gevrek beyaz tabaka pul pul dökülebilir ve yüzey davranışlarına zarar verebilir. Özel çelikler nitrürlenmelidir ve bu da ürün fiyatını artırır. Nitrürlenmiş çelikler yüksek miktarda yüklemeler için kullanılmayabilir. Gaz nitrürleme gereken derinliğe ulaşmak için tuz banyosu nitrasyonuna ve iyon nitrürlemeye göre daha çok zaman alır

4. 2. 2 Banyoda Nitrürasyon
Parçalar 550...570 o C deki tuz eriyiklerine batırırlar. Bu eriyikler siyanür ve siyanattan meydana gelen bir karışımdan oluşmuşlardır. Gerçekleşen reaksiyonlar neticesinde siyanat parçalanır ve azot malzeme tarafından yapıya alınır. Karbon bu sıcaklıkta α-Fe tarafından hemen hemen hiç çözündürülmez.

Nütrürlenmiş takımlar yaklaşık olarak üç misli daha uzun ömürlü olurlar. Mesela freze bıçakları, raybalar ve matkap uçları gibi. Nitrürasyon işlemi keskinleştirici bir işlemden sonra tekrarlanmalıdır.

Banyo nitrürasyonu daha çok değişken ( periyodik ) yüklemenin mevcut olduğu ve çok yüksek olmayan yüzey basınçlarının sürtünme ile aşındıracak şekilde etki ettiği taşıt ve motor yapımında uygulanır. Örnek: krank ve kam milleri, aks mafsalları, vites kutuları, su ve yağ pompaları için dişli çarklar, direksiyon takımları, silindir yuvaları, silindir başları, hidrolik direksiyon parçaları gibi. Bahsi geçen bu parçalar için banyoda yapılacak nitrürasyon işlemi sementasyon işleminden kısmen daha ucuzdur; zira düşük  kendini çekme nedeni ile şekil verme ve taşlama işlemlerine gerek kalmaz.


4. 2. 3 Plazma Nitrürleme

Plazma nütrürleme bir kimyasal reaksiyon işlemidir. Bu işlemde çeşitli çelikler üzerinde aşınma dirençli sertleştirilmiş bir yüzey oluşturmak için azot iyonları iş parçası yüzeyinde diğer gazlarla birlikte veya yalnız reaksiyona girer

Plazma nitrürleme ( iyon nitrürleme ) çok çeşitli çeliklere özellikle de alaşımlı ve paslanmaz çeliklere iyi aşınma ve yorulma direnci sağlamak için uygulanır. Plazma nitrürlemenin ana avantajı bir elektriksel alan davranışı altında çelik yüzeyine yüksek enerjili azot iyonlarının kütle transferini artırmasıdır. Çelik hacmine doğru azot iyonlarının kinetikleri katı durum difüzyonu ve nitrür çökelmesi ile kontrol edilir. Plazma nitrürleme, azaltılmış nitrürleme çevrimi gaz tüketimi ve iş parçası çarpılması, beyaz demir nitrür katmanının iyi kontrolü ve temiz çevre operasyonu avantajlarına sahiptir.


4. 3 Karbonitrürasyon ( Karbo-Nitrürleme) İşlemi

Karbonitrürleme, zenginleştirilmiş bir ortamda partikül yüzeylerine karbon ve azot atomları difüze ederek yapılan bir işlemdir. Tabaka derinliği üst sıcaklığa, zamana ve karbon potansiyeline bağlıdır. Bu usul, karbürizasyon ve nitrürasyon işlemlerini birleştirilmesi (karışımı) şeklinde olup, azotun karbonla birlikte çelik yüzeyine difüzyonu için karbürleme gazına amonyak  ( NH3 ) ilavesiyle yapılabilir. Amonyak kutunun sertliğini artırmak için kullanılır. Bu özellikle düşük sertliğe sahip çelikler için faydalıdır. Karbonitrürleme genellikle karbürlemeden daha kısa bir sürede ( genellikle 90 dakikayı geçmez ) ve düşük sıcaklıkta yapıldığı için yüzeye karbürizasyona göre daha fazla azot ve daha az karbon emdirilir. Bu nedenle, yüzeyde karbürlemeden daha ince bir sertleştirme katmanı oluşturur
Karbonitrürleme, normal olarak 0,075 – 0,75 mm kalınlığında aşınma dirençli sert yüzey oluşturmak için uygulanır. Azot karbonun çözeltiye geçmesini kolaylaştırır, kritik soğuma hızını düşürür, dayanıklılığı artırır, çeliğin mukavemetini ve sertliğini artırır, bu nedenle karbonitrürlenmiş sertleşme katmanı aynı çeliğin sertleştirme katmanından daha yüksek bir sertliğe sahiptir

Karbon içeriği yaklaşık % 0,35 - 0,5  aralığında olan 1000, 1100, 1200, 1300, 4000, 4100, 4600, 5100, 6100, 8600 ve 8700 serilerini içeren çeliklere karbonitrürleme yapılabilir. Pek çok çelik için derin olmayan 0,3 mm ’ye kadar sertleşmiş yüzeyler ve istenilen tokluğa sahip malzemeler karbonitrürleme ile elde edilebilir

Karbonitrürleme düşük sıcaklıklar ve kısa zamanlar gerektirdiği için ince sertleştirme yüzeyleri karbürlemeden daha az maliyetle üretilebilir. Daha düşük sertleştirme sıcaklığında daha hafif etki eden su verme ortamları kullanılabildiği için gerilmeler daha azdır. Karbonitrürleme ile elde edilen sert ve ince yüzey tabakalı ( sertliği 900 Vickers biriminin üzerinde ) parçaların yoğunluğu ve mukavemeti daha iyidir.  Azot ihtiva eden bütün yüzeylerde olduğu gibi, soğuk kaynak edilme kabiliyeti az, aşınma mukavemeti yüksektir. Karbonitrürlenmiş yüzeylerin temperleme sırasındaki yumuşama dirençleri karbürlenmiş sertleştirme yüzeylerinden daha yüksektir. Karbonitrürlemenin ana dezavantajı sertleştirme yüzey derinliğinin yaklaşık 0,75 mm veya daha az olmasıdır.

Uygulama Alanı : Darbe şeklinde olmayan düşük yüzey basınç kuvvetlerinin aşınma tesiri altında olan parçalara uygulanır; mesela, dikiş makinaları için delme veya otomat parçaları, büro makinaları, tekstil veya paketleme makinaları.


4. 4 Isı Birikimi İle Yüzeyin İyileştirilmesi

Bu işlemde yüzey bileşimi değişmeden iyileştirme yapılır. Karbon miktarı 0,35...0,6 % arasında olan yapı çeliklerinin, merkez kısmı değişime uğratılmadan ince bir yüzey tabakasının sertleştirilmesi, ısı birikimi ile yapılır. Kuvvetli ısı kaynakları vasıtası ile çeliğin yüzeyine ısı verilirse bu ısı aynı ölçüde merkez kısımlarına akmaz. Isı yüzeyde birikir ve kısa zamanda bu kısmı sertleştirme sıcaklığına yükseltir. Su verme sıcaklığına varıldığında derhal su veya yağ püskürtülerek su verilir. Martenzit bu şekilde sadece daha önce ostenitik yapıya dönüştürülmüş kısımlarda oluşur.

Parçalar genellikle ıslah edilmiş haldeyken işlenir. Islah edilmiş merkez kısmı ile su verilmiş yüzey arasında yumuşak tavlanmış malzemeden meydana gelen ince bir tabaka yer alır. Bu tabaka ısıl gerilmeleri taşıyabilir.

Avantajları : Yüksek mukavemetli ıslah çeliklerine ait parçaların işlenmesi mümkündür. Büyük ve yer kaplayan parçalarda, parçanın tümünün ısıtılmasına ve tamamına su vermeye gerek kalmaz.


4. 4. 1 Alevle Yüzey Sertleştirme

Bir çelik parçanın alevle sertleştirme prensibi yüzeyin ostenitik sıcaklığına hızla ısıtılması ve daha sonra iş parçası yüzey katmanı üzerinde martensitik bir yapı oluşturmak için parçanın hızla soğutulmasını gerektirir. Alevle sertleştirmede çeliğin yüzeyi, örneğin oksi-asetilen veya oksi-hidrojen üfleci kullanılarak, direkt olarak yüksek sıcaklık alevinin vurmasıyla hızlı bir şekilde ısıtılır. Yüzeyi gerekli sıcaklığa kadar ısıtılan parçaya aniden su verilir. Bu işlem, genelde parçaya su püskürtülerek gerçekleştirilir. Bazı durumlarda ise parçaya yağda su verilebilir. Su verme işleminden sonra parça 180–205 oC arasındaki bir sıcaklığa kadar ısıtılıp; havada soğutulmak suretiyle gerilim giderme işlemine tabi tutulur. Alevle sertleştirme çeşitli metotlarla uygulanabilir. Prensip olarak bunlardan bazıları nokta veya sabit, ilerleyen, dönen veya ilerleyen ve dönen düzeneğin birleştirildiği uygulamalardır. Isıtmadan sonra hızlı soğutma işlemi sertleştirilecek yüzeyi soğuk bir metalle kapatma ve dış hızlı soğutma malzemesiyle  ısı uzaklaştırılarak yapılır

Alevle sertleştirme işlemi sırasında, çeliğin kimyasal bileşiminde herhangi bir değişme meydana gelmez. Çelik parçanın istenilen bölgesi uygun sıcaklığa kadar ısıtılıp, ostenitleştirildikten sonra su verilerek sertleştirilir. Bu nedenle söz konusu işlem, sertleşmeye elverişli ve genelde % 0,3 ile % 0,6 oranları arasında karbon içeren çeliklere uygulanır.
 

Orta karbonlu çeliklere uygulanan bu işlemde, parçanın yalnız yüzeyi alevle ısıtılıp ostenitleştirildikten sonra su verilerek sertleştirilir. Ancak bu işlem sırasında parçanın iç kısmında önemli bir sıcaklık artışı ve dolayısıyla yapısal değişmeye meydan vermemek gerekir. Yoğun ısıtma, oksijen – yanıcı gaz (asetilen, propan vb.) alevi yardımıyla sağlanır. Bu işlemde, su verme sıcaklığı normal su verme sertleştirmesi için gerekli tavlama sıcaklığından daha yüksektir 

Alevle sertleştirme çok geniş bir aralıktaki farklı demir asıllı iş parçalarına uygulanır. Bunlar çok büyük dişliler, kalıplar ve mil parçalarının fırında geleneksel şekilde ısıtılmalarının pratik olmadığı durumlardaki valf sapmalarının uçları, itme çubukları, kamaların aşınması yüzeyleri, manivelalar gibi parçalar ve yüzey sertleştirme gerektiren küçük kesitlerdir

Bu yöntemin avantajları : Çevreye ve koşullara uyarlanabilir. İşyerine taşınarak sertleştirilmek istenen parçalara uygulanabilir. Fırınlara sığmayacak kadar büyük olan parçaların yüzeyleri oksi-asetilen alevi ile sertleştirilebilir. Bu işlem sırasında parça yüzeyinde tufal oluşmadığı gibi, karbon kaybı ve çarpılma sorunlarıyla karşılaşılmaz.

Bu yöntemin dezavantajları: Aşırı ısıtma sonucunda parçanın hasara uğrama olasılığı vardır. Sertleşme derinliği 1,5 mm ’nin altına indirmek oldukça zordur.


4. 4. 2 İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme

İndüksiyonla yüzey sertleştirmenin prensibi, iş parçasının yüzeyini hızlı bir şekilde ostenitik şartlara ısıtma ve sert martensitik katman dönüşmesi için hızla su vermedir. İş parçasının kompozisyonunda değişim olmadığı için çelik, sert yüzey katmanı ve iç kısım özellikleri için seçilmelidir. Bu nedenle indüksiyonla yüzey sertleştirme çelikleri genellikle %0,4-0,75 karbon içermelidir ve iç kısım özellikleri indüksiyonla yüzey sertleştirmeden önce ısıl işlemle oluşturulmalıdır

İndüksiyonla sertleştirmede; çelik parçaların indüksiyonla ısıtılması, sertleştirilecek parçaların yüksek frekanslı alternatif akımın geçtiği su soğutmalı bakır indüksiyon bobini içerisine yerleştirilmesi ile yapılır. İndüksiyon yolu ile parçanın yüzeyinde bir elektrik akımı meydana gelir ve yüzey çok çabuk sertleştirme sıcaklığına ulaşır. Bobinde üretilen hızlı alternatif manyetik alan çeliğin yüzeyinde devamlı akıma neden olur. Çelikte elektrik akımı  i  ile ısı = i2R ilişkisine göre ısı üretilir. Burada R çeliğin elektrik direncidir.

İndüksiyon ısıtma ile yüzey sertleştirmenin avantajı yükseltilmiş aşınma direnci ve iyileştirilmiş yorulma dayanımıdır. İndüksiyonla sertleştirilen yüzey tabakası, alevle sertleştirilen yüzey tabakasına benzer. Ancak, indüksiyon yöntemiyle daha düşük sertleşme derinlikleri elde edilebilir. İndüksiyon yöntemi, alevle sertleşme yönteminde olduğu gibi, orta düzeyde karbon içeren alaşımsız çeliklerin yüzeylerinin sertleştirilmesi için uygulanabilir. Ama genelde çok sayıda simetrik şekilli parçaların yüzeyini sertleştirmek için kullanılan bir usuldür. İndüksiyonla ısıtılarak yüzey sertleştirmeye örnek olarak piston kolu, pompa milleri, alın dişlileri, krank milleri, kam milleri, aks milleri, dişliler, kamlar ve valfler  genelde indüksiyonla sertleştirilir

Avantajları : İndüksiyon yöntemiyle sertleştirilen parçalarda çarpılma riski yoktur. Bu usul etrafa gaz yaymaz ve her yerde kurulabilecek küçük tesislere ihtiyaç gösterir. Sürekli bir üretim için kullanılmaya elverişlidir. Üretim hattında uygulanabilir. İndüksiyonla sertleştirme işleminde otomatik cihazlar kullanıldığından kişisel beceriye fazla gereksinim duyulmaz.

Dezavantajları : Cihazın oldukça pahalı olması, elektrik üretimi ve bakım masrafının oldukça yüksek olması, karmaşık şekilli veya az sayıdaki parçaların sertleştirilmesi için ekonomik olmaması  bu yöntemin dezavantajları olarak sayılabilir

4. 4. 3 Daldırma ile Yüzey Sertleştirme

Daldırma sertleştirmesinde ısı kaynağı olarak 1000... 1300 o C deki tuz veya metal banyolarından faydalanılır. İnce parçalar için bekletme süresi saniye mertebesindedir. Su verme işlemi ısıtmadan sonra aralık vermeden derhal yapılmalıdır, zira her türlü bekletme sıcaklığının merkeze doğru akmasına sebep olur. Yani sertleşen tabakanın kalınlığı artar.

Avantajı : Basit tesislerde uygulanır. Özel üfleç veya bobinlere gerek yoktur. Enerji masrafları düşüktür. Her çeşit değişik şekilli yüzeylerin tek bir işlemle ısı alması mümkündür.

Dezavantajı : Sertleşen kısmın derinliği diğer usullere oranla daha büyüktür. Parçaların üzerindeki küçük ve sınırlanmış bölgelerin sertleştirilmesi bu usulle mümkün değildir. Basitliğine rağmen bu usul az kullanılır


4. 4. 4 Lazerle Sertleştirme

Lazerle sertleştirmede çelik, iş parçası yüzeyinin kompozisyonunda bir değişiklik olmaksızın ostenitik bölgeye ısıtılır. Isı kaynağı yoğun bölgesel bir ısı üreten lazerdir. İş parçasının kendisi soğutucu olarak davranır ve dışarıdan soğutma malzemesi gerekmez. Lazerle ısıtma genellikle çelik iş parçası üzerinde ince martensit katmanı üretmek için kullanılır. Genellikle kontrollü bir hızda hareket eden lazer ışını yüzeyi sertleştirir. Sertleştirilmiş yüzey katman derinliği genellikle indüksiyon ve alevle sertleştirilenden daha incedir. Lazerle sertleştirmenin avantajı karmaşık şekillerdeki nispeten küçük bölgelerde örneğin küçük delikleri sertleştirme yeteneğidir. İşlemin dezavantajı ise lazer maliyetinin yüksek olmasıdır


4. 5 CVD Yöntemi

CVD Yöntemi ( Chemical – Vapour – Deposition ), gaz formundaki bir kimyasal bileşiğinin, katı formda reaksiyon ürünü olarak çöktürülmesi ya da bir başka madde üzerinde ayrıştırılması nedeniyle, oldukça fazla öneme sahip bir prosestir

Termokimyasal yöntemlerde yüzey tabakasının oluşumunda metal ya da metal olmayan atomlar altlık malzeme içerisine nüfuz ettirilirken, CVD yönteminde yalnızca tabaka / altlık sınır yüzeyinde bir difüzyon prosesi görülür ya da örneğin titan içerine karbonun titankarbür olarak çöktürülmesi gibi, çöktürülen metal içerisine altlık malzeme nüfuz ettirilir. Sert madde kaplamalar için altlık malzeme olarak, çelikler, sert metal, seramik malzemeler ve demir olmayan metaller söz konusudur. Çöktürülen tabaka kalınlığı, genellikle 10 – 30 mm arasındadır. Kaplama sıcaklığı, yapılan kaplamanın türüne bağlıdır ve genellikle 900 – 1100 oC arasındadır. İşlem süresi ise tabaka kalınlığına bağlı olarak , çoğu zaman 2 ile 4 saat arasındadır

Bu uygulama daha çok, şekillendirme takımlarında, vida taraklarında ve tekstil makinalarının mekik yürütme elemanlarında ve özellikle titanyumkarbür  ya da krom karbür ile titankarbürden oluşan çift katlı kaplamalarda yapılır. Ancak, ana kullanım alanı, döndürmeli sert metal kesme plakalarıdır


4. 6 Uygulanan Diğer Usuller

Sert ve aşınmaya dayanıklı yüzey tabakalarının üretilmesinde aşağıdaki yöntemlerde uygulanmaktadır.


4. 6. 1 Borlama

Nitrürasyonda olduğu gibi borlamada borür ve borkarbürlerin teşekkülü ile sert tabakalar oluşur. İşlem sırasında meydana gelen boyut değişmelerine hakim olunamadığından bu usul yaygınlaşmamıştır. Alaşımlı çeliklerde yapılan borlamada 1800 VSD mikro sertlik değerine ulaşılır. Alaşımlı çeliklerde ise bu değer 2500 VSD kadardır. Sertlik değerleri yüksek olduğu için sertleştirilmeden sonra herhangi bir işlemin yapılması güçtür

Borlama için, bugüne kadar pratikte sıvı ve katı borlama maddeleri kullanılmıştır. Sıvı borlama maddesi olarak ergimiş borax yada ilaveler içeren diğer tuzlar kullanılmaktadır.

Borlama sıcaklığı 900 – 1000 oC ve borlama süresi 1 ila 6 saattir. 1 saat borlama süresinde, yaklaşık olarak 0,1 mm tabaka derinliğine ulaşılır. Borlama işlemi, alaşımsız ve alaşımlı çeliklere yapılabildiği gibi, dökme demir, sinter demir, sert metal ve demir olmayan metaller de yapılabilir


4. 6. 2 Sert Kromlama

Bu usul aşınan yatakların tamirinde, kumpasların, pres ve püskürtme kalıplarının , segmanların aşınmaya karşı korunmasında kullanılır. Metallerin çoğunluğu bu usulle işlenebilir


4. 6. 3 Doldurma Kaynağı

Elektrik ark veya oksi-asetilen usulü ile yapılan en çok kullanılan usuller arasındadır. Yüzey çeşitli bileşimlerdeki sert alaşımlarla doldurulur (kaplanır). Darbe şeklindeki yüklemenin çeşidine göre çok sert veya sünek ısınınca sertliğini kaybetmeyen tipler, ticari olarak satılmaktadır ( Akrit, Celsit, Miramant )
Uygulama Alanları : Vagon tekerleklerinin dış yüzeylerinin tamirinde, tren raylarında, toprak işleme aletlerinin aşınan köşelerinin doldurulmasında, taş ve cevher ufalama makinalarında, dövme kalıplarının işlenmesi .. gibi yerlerde uygulanır



 

paylaşımın için çok sağol Ayşe +P

SAGOL

çok teşekkür ettİM...

saolun