Transcript not için tıklayın

Karbürizasyon
Martensitik Dönüşüm
Kullanım şartlarında çeliklerin belirli bir sertlik değerine sahip olmaları istenir.
Genel olarak bir çeliğin ısıl işlem sonrası su verme işlemi ile sertleştirilmesi üç
aşamayı içerir. Bunlar;
• Östenitleme,
• Östenitleme sıcaklığında bekletme,
• Su verme.
Östenitleme, çeliğin γ-Fe (östenit) faz bölgesine ısıtılması işlemidir. Bu işlemle
çeliğin bünyesindeki sementitin parçalanarak, karbonun YMK östenit yapı
içerisinde tamamen çözülmesi işlemidir. Çeliklerde östenitleme sıcaklığı
çeliğin ötektoid altı, ötektoid veya ötektoid üstü olmasına göre değişmektedir.
Östenitleme sıcaklığında bekletme, çelik yapısının tamamen östenit olması yani
sementitin parçalanarak karbonun yapı içerisinde tamamen çözünmesi için
gereken süredir.
Su verme, östenitleme bölgesinde belirli bir süre bekletilerek yapısı tamamen
östenitleştirilmiş bir çeliğin soğutulması olayıdır. Buna göre çelik
östenitleştirme sıcaklığında tutulduktan sonra, su içerisine daldırılarak, yağ
banyosu içerisine daldırılarak, havada bırakılarak sertleştirilebilir.
Çelikler ister suda, ister yağda veya havada sertleştirilsin, sertleşmeyi sağlayan
mekanizma, östenitleme sıcaklığında beklemeyle oluşan ostenitin soğuma sonrası
hacim merkezli tetragonal (HMT) kristal kafes yapısına sahip martensite
dönüşmesidir. HMT yapının oluşması, karbon atomlarının YMK yapısındaki
östenitin ara yer pozisyonlarına girerek yapıyı deforme etmesiyle açıklanabilir.
Aşağıda farklı karbon bileşimlerine bağlı olarak oluşan martensit mikroyapılarını
göstermektedir.
Borlama
Demir ve demir dışı birçok alaşım malzemelerine uygulanabilen termo kimyasal
bir yüzey sertleştirme işlemidir. Bu işlemde borlanacak malzemeler, özelliklerine
göre 700–1000 oC sıcaklık aralığında, yaklaşık 1-12 saat süre ile genellikle katı
olmak üzere sıvı veya gaz fazındaki bor verici ortamlarda bekletmek suretiyle
yapılır.
Demirli malzemelerin borlanmasın da, malzeme yüzeyinde FeB ve Fe2B ile bu
bileşiklerin karışımından oluşan tek veya çift fazlı borür tabakaları elde edilir.
Alaşımlı çeliklerde ve diğer malzemelerde kendi alaşım elementlerinin borürleri
oluşur. Tablo 1’de çeşitli malzemelerde borlama ile elde edilen borürler ve
mikrosertlik değerleri verilmiştir. Özellikle demir ve çelik türü malzemelerde,
borlama işlemi sonucunda ana yapının dışında borür tabakası ve geçiş
bölgesinden oluşan iki farklı yapı ortaya çıkmaktadır.
Tablo 1. Çeşitli metallerde elde edilen borür fazları ve mikro sertlikleri
Borür Tabakası
Bu tabaka malzemenin en dış yüzeyi ile yüzeyin altındaki parmaksı (dişli) kısım
arasına verilen addır. Bu bölgeye difüzyon bölgesi de denmektedir. Bu tabaka da
FeB veya Fe2B oluşur. Borür tabakasının kalınlığı malzemenin kimyasal
bileşiminin yanı sıra işlem sıcaklığı, işlem yöntemi ve süresine bağlıdır.
Genellikle, bor tabakasında testere dişi şeklinde tek bir Fe2B fazının oluşumu
istenir. Bu FeB ve Fe2B çift fazlı tabakanın oluşmasından daha fazla istenir. Bu
FeB ve Fe2B fazları birbirlerine çekme ve basma gerilmeleri uygulamakta ve
fazlar arasında yüzeye paralel ve dik çatlaklar oluşturmaktadır. Dolayısıyla borür
tabakasında mümkün olduğunca çok az oranda FeB fazının oluşturulmasına
çalışılmalıdır.
Geçiş Bölgesi
Bu bölge, borür tabakası ile ana yapı (matris) arasında kalan bölgeye verilen
isimdir. Borlama işlemi esnasında, çelik bileşiminde bulunan elementler bu
bölgede yeniden dağılarak şekillenirler. Bu bölgede bulunan bor, borür
oluşturamayacak miktardadır. Bunun neticesiyle de bu geçiş bölgesinin meydana
geldiği bilinmektedir. Bu bölgenin kalınlığı, borür tabakasının kalınlığının 10-15
katı kadardır. Bor tane irileşmesine sebep olduğundan geçiş bölgesinde
malzemenin taneleri irileşmekte ve sertliği de artmaktadır.
Deneysel Yöntem
Bu çalışmada kullanılan düşük karbonlu çelik malzemenin kompozisyonu Tablo 1
de verilmiştir.
Bor tozları ile dolu potalara yerleştirilen numuneler kül fırınlara konularak 1123
K sıcaklık ve 2, 4, 6 ve 8 saatlik süreler için termokimyasal olarak borlama
işlemine tabi tutulmuşlar ve süreler sonunda numuneler soğumaya terk
edilmişlerdir. Daha sonra bu numuneler, fazların durumunu ve yüzeylerden
sertlik deneylerinin yapılabilmesi için bakalit kalıplara alınmıştır. Bakalite alınan
numuneler zımpara ile parlatılmış ve %10 nital solüsyonu kullanılarak
dağlanmıştır.
Borlanan ve yüzeyleri parlatılıp dağlanan numunelerin yüzeylerinden Taramalı
Elektron Mikroskobu (SEM) ile fazların dağılımı, borür ve geçiş tabakasının
kalınlığı tespit edilmiştir.
Parlatılan ve dağlanan numunelerin mikro sertlikleri Vickers sertlik testi ile
ölçülmüştür.
Matrisin yani bor atomlarından etkilenmeyen bölgenin sertlik değeri yaklaşık 150
HV iken borlama işlemi ile yüzey iyileştirmesi yapılan bu malzemenin yüzey
sertliği yaklaşık 1300 HV’lere ulaşmıştır. Bu sertlik artışına yüzeydeki bor
tabakasında oluşan FeB ve Fe2B şeklindeki fazların neden olduğu düşünülebilir.
Diğer taraftan, borür tabakası ile ana matris arasındaki geçiş bölgesinde de sertlik
artışı meydana gelmektedir. Bunun nedeni, bor elementinin metalde alaşım elementi
etkisi yaparak tane irileşmesine sebep olduğundan geçiş bölgesinde malzemenin
taneleri irileşmekte ve sertliğinin de artması sağlanmaktadır.
Borlama süresi
Bor tabaka kalınlığı
Sertlik