Isıl işlem, metalin istenen yapıyı ve özellikleri elde etmek amacıyla katı haldeyken ısıtılması, bu süre zarfında tutulması ve soğutulması yoluyla gerçekleştirilen bir metal termal işlemidir.
I. Isıl İşlem
1. Normalleştirme: Çelik veya çelik parçalar, AC3 veya ACM'nin kritik noktasının üzerindeki uygun sıcaklıkta belirli bir süre ısıtıldıktan sonra havada soğutularak, perlitik tipte bir yapı elde edilene kadar ısıl işlemden geçirilir.
2. Tavlama: Ötektik çelik iş parçası 20-40 derecenin üzerinde AC3'e ısıtılır, bir süre bekletildikten sonra fırın içinde yavaşça soğutulur (veya kum veya kireçle soğutmak için içine gömülür) ve hava ile soğutma işleminde 500 derecenin altına düşürülür.
3. Katı çözelti ısıl işlemi: Alaşım, fazla fazın tamamen katı çözeltiye dönüşmesi için sabit sıcaklıkta yüksek sıcaklıkta tek fazlı bir bölgeye ısıtılır ve ardından aşırı doymuş katı çözelti ısıl işlemi elde etmek için hızla soğutulur.
4. Yaşlanma: Alaşımın katı çözelti ısıl işleminden veya soğuk plastik deformasyonundan sonra, oda sıcaklığında veya oda sıcaklığından biraz daha yüksek bir sıcaklıkta tutulduğunda, özelliklerinin zamanla değişmesi olgusu.
5. Katı çözelti işlemi: Alaşımın çeşitli fazlarda tamamen çözünmesi, katı çözeltinin güçlendirilmesi, tokluğun ve korozyon direncinin artırılması, gerilim ve yumuşamanın giderilmesi ve böylece kalıplama işlemine devam edilebilmesi sağlanır.
6. Yaşlandırma işlemi: Takviye edici fazın çökelme sıcaklığında ısıtılıp bekletilmesi, böylece takviye edici fazın çökelmesi, sertleşmesi ve mukavemetin artması sağlanır.
7. Su verme: Çeliğin uygun bir soğutma hızıyla soğutulduktan sonra östenitleştirilmesi işlemidir; bu işlemde iş parçasının kesitinde, martensit dönüşümü gibi kararsız yapısal yapılar ya tamamen ya da belirli bir aralıkta bulunur.
8. Tavlama: Isıl işlem görmüş iş parçası, uygun sıcaklığın altında AC1 kritik noktasına kadar belirli bir süre ısıtılır ve ardından yöntemin gerekliliklerine uygun olarak soğutulur; böylece ısıl işlem sürecinin istenen yapısı ve özellikleri elde edilir.
9. Çelik Karbonitrürleme: Karbonitrürleme, çeliğin yüzey tabakasına aynı anda karbon ve azotun nüfuz ettirilmesi işlemidir. Geleneksel karbonitrürleme, siyanür karbonitrürleme olarak da bilinir; orta sıcaklık gaz karbonitrürleme ve düşük sıcaklık gaz karbonitrürleme (yani gaz nitrokarbürleme) daha yaygın olarak kullanılır. Orta sıcaklık gaz karbonitrürlemenin temel amacı, çeliğin sertliğini, aşınma direncini ve yorulma dayanımını iyileştirmektir. Düşük sıcaklık gaz karbonitrürleme ise nitrürlemeye dayalıdır ve temel amacı çeliğin aşınma direncini ve darbe dayanımını iyileştirmektir.
10. Tavlama işlemi (sertleştirme ve temperleme): Genel uygulama, ısıl işlemle birlikte yüksek sıcaklıklarda sertleştirme ve temperleme işlemidir; bu işleme temperleme işlemi denir. Tavlama işlemi, özellikle bağlantı çubukları, cıvatalar, dişliler ve miller gibi alternatif yükler altında çalışan çeşitli önemli yapısal parçalarda yaygın olarak kullanılır. Tavlama işleminden sonra elde edilen temperlenmiş sohnit yapısı, aynı sertlikteki normalleştirilmiş sohnit yapısına göre daha iyi mekanik özelliklere sahiptir. Sertliği, yüksek sıcaklık temperleme sıcaklığına, çeliğin temperleme kararlılığına ve iş parçasının kesit boyutuna bağlıdır ve genellikle HB200-350 arasındadır.
11. Lehimleme: Lehimleme malzemesi ile iki iş parçası ısıtılıp eritilerek birbirine bağlanır.
II.Tsürecin özellikleri
Metal ısıl işlem, mekanik imalatta önemli süreçlerden biridir. Diğer işleme süreçleriyle karşılaştırıldığında, ısıl işlem genellikle iş parçasının şeklini ve genel kimyasal bileşimini değiştirmez, ancak iş parçasının iç mikroyapısını veya yüzeyinin kimyasal bileşimini değiştirerek, iş parçasının kullanım özelliklerini iyileştirir veya ona yeni özellikler kazandırır. Bu, genellikle çıplak gözle görülemeyen, iş parçasının içsel kalitesinde bir iyileşme ile karakterize edilir. Metal iş parçasının gerekli mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması için, malzeme seçimi ve çeşitli kalıplama işlemlerinin yanı sıra, ısıl işlem süreci de genellikle şarttır. Çelik, mekanik endüstrisinde en yaygın kullanılan malzemedir; çeliğin mikroyapısı karmaşıktır ve ısıl işlemle kontrol edilebilir, bu nedenle çeliğin ısıl işlemi metal ısıl işleminin ana içeriğini oluşturur. Ayrıca, alüminyum, bakır, magnezyum, titanyum ve diğer alaşımlar da farklı performans elde etmek için mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek üzere ısıl işleme tabi tutulabilir.
III.Tsüreç
Isıl işlem süreci genellikle ısıtma, bekletme ve soğutma olmak üzere üç aşamadan oluşur, bazen ise sadece ısıtma ve soğutma aşamaları da olabilir. Bu aşamalar birbirine bağlıdır ve kesintiye uğratılamaz.
Isıtma, ısıl işlemin önemli süreçlerinden biridir. Metal ısıl işleminde birçok ısıtma yöntemi mevcuttur; en eski yöntemlerden biri ısı kaynağı olarak odun kömürü ve kömür kullanımıdır, son zamanlarda ise sıvı ve gaz yakıtlar kullanılmaya başlanmıştır. Elektriğin kullanımı, ısıtmayı kontrol etmeyi kolaylaştırır ve çevre kirliliğine yol açmaz. Bu ısı kaynakları doğrudan ısıtma için kullanılabileceği gibi, erimiş tuz veya metalin yüzen parçacıkları aracılığıyla dolaylı ısıtma için de kullanılabilir.
Metal ısıtma işleminde, iş parçası havaya maruz kalır, oksidasyon ve dekarbürizasyon (yani çelik parçaların yüzeyindeki karbon içeriğinin azalması) sıklıkla meydana gelir; bu da ısıl işlem görmüş parçaların yüzey özelliklerini çok olumsuz etkiler. Bu nedenle, metal genellikle kontrollü atmosferde veya koruyucu atmosferde, erimiş tuz ve vakumlu ısıtma yöntemleriyle ısıtılmalı, ayrıca koruyucu ısıtma için kaplama veya ambalajlama yöntemleri de kullanılmalıdır.
Isıl işlem sürecinin önemli parametrelerinden biri ısıtma sıcaklığıdır; ısıtma sıcaklığının seçimi ve kontrolü, ısıl işlemin kalitesini sağlamanın temel konularından biridir. Isıtma sıcaklığı, işlenen metal malzemeye ve ısıl işlemin amacına göre değişir, ancak genellikle yüksek sıcaklıkta şekillendirme elde etmek için faz geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtılır. Ayrıca, dönüşüm belirli bir süre gerektirir; bu nedenle, metal iş parçasının yüzeyi gerekli ısıtma sıcaklığına ulaştığında, iç ve dış sıcaklıkların tutarlı olması ve mikroyapı dönüşümünün tamamlanması için bu sıcaklıkta belirli bir süre de tutulması gerekir; bu süreye bekleme süresi denir. Yüksek enerji yoğunluklu ısıtma ve yüzey ısıl işleminde ısıtma hızı son derece hızlıdır ve genellikle bekleme süresi yoktur, oysa kimyasal ısıl işlemde bekleme süresi genellikle daha uzundur.
Soğutma, ısıl işlem sürecinde vazgeçilmez bir adımdır ve farklı yöntemlere bağlı olarak soğutma hızının kontrolü esastır. Genel olarak, tavlamada soğutma hızı en yavaştır, normalleştirmede soğutma hızı daha hızlıdır, su vermede ise daha hızlıdır. Ancak farklı çelik türlerinin farklı gereksinimleri de vardır; örneğin, hava ile sertleştirilmiş çelik, normalleştirme ile aynı soğutma hızında su verilebilir.
IV.Psüreç sınıflandırması
Metal ısıl işlem süreçleri kabaca üç kategoriye ayrılabilir: tam ısıl işlem, yüzey ısıl işlem ve kimyasal ısıl işlem. Isıtma ortamı, ısıtma sıcaklığı ve soğutma yöntemine göre her kategori farklı ısıl işlem süreçlerine ayrılabilir. Aynı metal, farklı ısıl işlem süreçleri kullanılarak farklı yapılar elde edebilir ve dolayısıyla farklı özelliklere sahip olabilir. Demir ve çelik, endüstride en yaygın kullanılan metallerdir ve çeliğin mikro yapısı da en karmaşık olanıdır, bu nedenle çeşitli çelik ısıl işlem süreçleri mevcuttur.
Genel ısıl işlem, metalin genel mekanik özelliklerini değiştirmek amacıyla, gerekli metalurjik yapıyı elde etmek için iş parçasının genel olarak ısıtılması ve ardından uygun bir hızda soğutulmasıdır. Çeliğin genel ısıl işlemi kabaca tavlama, normalleştirme, su verme ve temperleme olmak üzere dört temel işlemden oluşur.
Süreç şu anlama gelir:
Tavlama, iş parçasının malzeme ve boyutuna göre farklı bekleme süreleri kullanılarak uygun sıcaklığa ısıtılması ve ardından yavaşça soğutulmasıdır. Amaç, metalin iç yapısının denge durumuna ulaşmasını veya yaklaşmasını sağlamak, iyi işlem performansı ve verimlilik elde etmek veya daha sonraki su verme işlemi için yapıyı hazırlamaktır.
Normalleştirme, iş parçasının havada soğutulduktan sonra uygun sıcaklığa kadar ısıtılması işlemidir; normalleştirmenin etkisi tavlamaya benzer, ancak daha ince bir yapı elde edilir. Genellikle malzemenin kesme performansını iyileştirmek için kullanılır, ancak bazen daha az zorlu parçalar için son ısıl işlem olarak da kullanılır.
Sertleştirme, iş parçasının ısıtılıp yalıtılması ve hızlı soğutma için su, yağ veya diğer inorganik tuzlar, organik sulu çözeltiler ve diğer sertleştirme ortamlarında bekletilmesidir. Sertleştirme işleminden sonra çelik parçalar sertleşir, ancak aynı zamanda kırılgan hale gelir; kırılganlığı zamanında gidermek için genellikle zamanında temperleme işlemi gereklidir.
Çelik parçaların kırılganlığını azaltmak için, çelik parçalar oda sıcaklığından yüksek ve 650 ℃'den düşük uygun bir sıcaklıkta uzun süre yalıtılır ve ardından soğutulur; bu işleme temperleme denir. Tavlama, normalleştirme, su verme ve temperleme, "dört aşamalı" ısıl işlemin tamamını oluşturur; bunlardan su verme ve temperleme yakından ilişkilidir, genellikle birlikte kullanılır, biri vazgeçilmezdir. Farklı ısıtma sıcaklıkları ve soğutma yöntemleriyle "dört aşamalı" ısıl işlem, farklı ısıl işlem süreçleri geliştirmiştir. Belirli bir mukavemet ve tokluk derecesi elde etmek için, yüksek sıcaklıklarda su verme ve temperlemenin birleştirilmesi işlemine temperleme denir. Bazı alaşımlar, aşırı doymuş katı çözelti oluşturmak için su verildikten sonra, alaşımın sertliğini, mukavemetini veya elektriksel manyetizmasını iyileştirmek için daha uzun süre oda sıcaklığında veya biraz daha yüksek uygun bir sıcaklıkta tutulur. Bu tür bir ısıl işlem sürecine yaşlandırma işlemi denir.
Basınçlı işleme deformasyonu ve ısıl işlemin etkili ve yakın bir şekilde birleştirilmesiyle, iş parçasına çok iyi bir mukavemet ve tokluk kazandıran deformasyon ısıl işlemi; negatif basınçlı atmosferde veya vakumda yapılan ısıl işlem ise vakum ısıl işlemi olarak bilinir ve iş parçasının oksitlenmesini ve karbon kaybını önler, iş parçasının yüzeyini işlem sonrası korur ve performansını artırır; ayrıca ozmotik ajan yoluyla kimyasal ısıl işlem de sağlar.
Yüzey ısıl işlemi, metal ısıl işlem sürecinde iş parçasının sadece yüzey tabakasını ısıtarak yüzey tabakasının mekanik özelliklerini değiştirmeyi amaçlayan bir işlemdir. İş parçasının içine aşırı ısı transferi olmadan sadece yüzey tabakasını ısıtmak için, kullanılan ısı kaynağının yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması, yani iş parçasının birim alanında daha büyük bir ısı enerjisi vermesi gerekir; böylece iş parçasının yüzey tabakası veya lokalize bir bölge kısa sürede veya anlık olarak yüksek sıcaklıklara ulaşabilir. Yüzey ısıl işleminin ana yöntemleri alevle söndürme ve indüksiyonla ısıtmadır; yaygın olarak kullanılan ısı kaynakları arasında oksiasetilen veya oksipropan alevi, indüksiyon akımı, lazer ve elektron ışını bulunur.
Kimyasal ısıl işlem, iş parçasının yüzey tabakasının kimyasal bileşimini, yapısını ve özelliklerini değiştirerek yapılan bir metal ısıl işlem sürecidir. Kimyasal ısıl işlem, iş parçasının yüzey tabakasının kimyasal bileşimini değiştirmesi bakımından yüzey ısıl işleminden farklıdır. Kimyasal ısıl işlemde, karbon, tuz ortamı veya diğer alaşım elementleri içeren bir ortam (gaz, sıvı, katı) içine iş parçası yerleştirilir ve uzun süre ısıtılıp yalıtılır, böylece iş parçasının yüzey tabakasına karbon, azot, bor ve krom gibi elementler nüfuz eder. Elementlerin nüfuz etmesinden sonra, bazen su verme ve temperleme gibi diğer ısıl işlem süreçleri de uygulanır. Kimyasal ısıl işlemin başlıca yöntemleri karbürleme, nitrürleme ve metal penetrasyonudur.
Isıl işlem, mekanik parçaların ve kalıpların üretim sürecinde önemli işlemlerden biridir. Genel olarak, aşınma direnci, korozyon direnci gibi iş parçasının çeşitli özelliklerini güvence altına alabilir ve iyileştirebilir. Ayrıca, çeşitli soğuk ve sıcak işlemleri kolaylaştırmak için iş parçasının yapısını ve gerilme durumunu da iyileştirebilir.
Örneğin: uzun süreli tavlama işleminden sonra beyaz dökme demir, dövülebilir dökme demir haline getirilebilir ve plastisitesi artırılabilir; doğru ısıl işlem süreciyle dişlilerin kullanım ömrü, ısıl işlem görmemiş dişlilere göre kat kat daha uzun olabilir; ayrıca, ucuz karbon çeliği, belirli alaşım elementlerinin infiltrasyonu yoluyla bazı pahalı alaşımlı çeliklerin performansına sahip olabilir ve bazı ısıya dayanıklı çeliklerin ve paslanmaz çeliklerin yerini alabilir; kalıplar ve pres kalıplarının neredeyse tamamı ısıl işlemden geçirilmelidir ve ancak ısıl işlemden sonra kullanılabilirler.
Ek araçlar
I. Tavlama Çeşitleri
Tavlama, iş parçasının uygun bir sıcaklığa ısıtıldığı, belirli bir süre bu sıcaklıkta tutulduğu ve ardından yavaşça soğutulduğu bir ısıl işlem sürecidir.
Çelik tavlama işlemleri birçok çeşitte olup, ısıtma sıcaklığına göre iki kategoriye ayrılabilir: Birincisi, kritik sıcaklığın (Ac1 veya Ac3) üzerindeki tavlama olup, faz değişimli yeniden kristalleşme tavlaması olarak da bilinir ve tam tavlama, eksik tavlama, küresel tavlama ve difüzyon tavlaması (homojenizasyon tavlaması) gibi yöntemleri içerir; ikincisi ise kritik sıcaklığın altındaki tavlama olup, yeniden kristalleşme tavlaması ve gerilim giderme tavlaması gibi yöntemleri içerir. Soğutma yöntemine göre ise tavlama, izotermal tavlama ve sürekli soğutma tavlaması olarak ikiye ayrılabilir.
1. Tam tavlama ve izotermal tavlama
Tam tavlama, diğer adıyla yeniden kristalleşme tavlaması, genellikle tavlama olarak adlandırılır; çeliğin veya alaşımlı çeliğin 20-30 ℃'nin üzerinde Ac3'e ısıtılması, yeterince uzun süre yalıtılması ve ardından yavaş soğutularak neredeyse denge durumuna getirilmesi işlemidir. Bu tavlama esas olarak çeşitli karbon ve alaşımlı çelik dökümlerin, dövmelerin ve sıcak haddelenmiş profillerin ötektik altı bileşimi için kullanılır ve bazen kaynaklı yapılar için de kullanılır. Genellikle çok sayıda ağır olmayan iş parçasının son ısıl işlemi veya bazı iş parçalarının ön ısıl işlemi olarak uygulanır.
2, bilyalı tavlama
Küresel tavlama, esas olarak ötektik üstü karbon çeliği ve alaşımlı takım çeliği (çelikten üretilen kesici takımlar, ölçü aletleri, kalıplar ve pres kalıpları gibi) için kullanılır. Başlıca amacı sertliği azaltmak, işlenebilirliği iyileştirmek ve gelecekteki su verme işlemine hazırlık yapmaktır.
3. Gerilim giderme tavlaması
Düşük sıcaklıkta tavlama (veya yüksek sıcaklıkta temperleme) olarak da bilinen gerilim giderme tavlaması, esas olarak döküm, dövme, kaynaklı, sıcak haddelenmiş, soğuk çekilmiş parçalar ve diğer artık gerilimleri gidermek için kullanılır. Bu gerilimler giderilmezse, çelik belirli bir süre sonra veya sonraki kesme işleminde deformasyona veya çatlaklara neden olur.
4. Eksik tavlama, ısı koruma ve yavaş soğutma arasında çeliği Ac1 ~ Ac3 (ötektik altı çelik) veya Ac1 ~ ACcm (ötektik üstü çelik) sıcaklığına kadar ısıtarak ısıl işlem sürecinin neredeyse dengeli bir şekilde organize edilmesini sağlamaktır.
II.Söndürme işleminde en yaygın kullanılan soğutma ortamı tuzlu su, su ve yağdır.
İş parçasının tuzlu suda soğutulması, yüksek sertlik ve pürüzsüz yüzey elde etmeyi kolaylaştırır, sert olmayan veya yumuşak noktaların oluşmasını zorlaştırır, ancak iş parçasında ciddi deformasyona ve hatta çatlamaya neden olma olasılığı yüksektir. Yağın soğutma ortamı olarak kullanılması, yalnızca bazı alaşımlı çeliklerde veya küçük boyutlu karbon çeliği iş parçalarının soğutulmasında, aşırı soğutulmuş östenit stabilitesinin nispeten yüksek olduğu durumlarda uygundur.
III.Çelik temperlemenin amacı
1. Kırılganlığı azaltmak, iç gerilimi ortadan kaldırmak veya azaltmak: Çelik sertleştirme işleminde çok fazla iç gerilim ve kırılganlık oluşur; örneğin, zamanında temperleme yapılmaması çeliğin deformasyonuna hatta çatlamasına neden olabilir.
2. İş parçasının istenen mekanik özelliklerini elde etmek için, su verme işleminden sonra iş parçası yüksek sertliğe ve kırılganlığa sahip olur; çeşitli iş parçalarının farklı özellik gereksinimlerini karşılamak için, uygun temperleme yoluyla sertliği ayarlayarak, istenen tokluk ve plastisitenin kırılganlığını azaltabilirsiniz.
3. İş parçasının boyutunu sabitleyin.
4. Tavlama işleminde bazı alaşımlı çeliklerin yumuşaması zordur; bu nedenle, çelik karbürlerin uygun şekilde bir araya gelmesi ve sertliğin azaltılması için genellikle yüksek sıcaklıkta temperleme (veya normalleştirme) işleminden sonra su verme işlemi kullanılır; bu da kesme ve işleme işlemlerini kolaylaştırır.
Ek kavramlar
1. Tavlama: Metal malzemelerin uygun bir sıcaklığa ısıtılması, belirli bir süre bu sıcaklıkta tutulması ve ardından yavaşça soğutulması işlemidir. Yaygın tavlama işlemleri şunlardır: yeniden kristalleşme tavlaması, gerilim giderme tavlaması, küresel tavlama, tam tavlama vb. Tavlamanın amacı: esas olarak metal malzemelerin sertliğini azaltmak, plastisitesini iyileştirmek, kesme veya basınçlı işlemeyi kolaylaştırmak, artık gerilimleri azaltmak, homojenizasyonun organizasyonunu ve bileşimini iyileştirmek veya daha sonraki ısıl işlem için organizasyonu hazırlamaktır.
2. Normalleştirme: Çeliğin veya çeliğin 30-50 ℃'nin üzerinde (kritik sıcaklık noktasında) ısıtılması, uygun süre boyunca bu sıcaklıkta tutulması ve ardından durgun havada soğutulması işlemidir. Normalleştirmenin amacı: esas olarak düşük karbonlu çeliğin mekanik özelliklerini iyileştirmek, kesme ve işlenebilirliği artırmak, tane inceltmek, yapısal kusurları gidermek ve sonraki ısıl işlem için yapıyı hazırlamaktır.
3. Sertleştirme: Çeliğin belirli bir sıcaklığın üzerinde (kritik sıcaklık noktasının altındaki çelik) Ac3 veya Ac1'e kadar ısıtılması, belirli bir süre bu sıcaklıkta tutulması ve ardından uygun bir soğutma hızıyla martensit (veya beynit) yapısının elde edilmesi işlemidir. Yaygın sertleştirme işlemleri arasında tek ortamlı sertleştirme, çift ortamlı sertleştirme, martensit sertleştirme, beynit izotermal sertleştirme, yüzey sertleştirme ve lokal sertleştirme bulunur. Sertleştirmenin amacı: Çelik parçaların gerekli martensitik yapıyı elde etmesini, iş parçasının sertliğini, mukavemetini ve aşınma direncini artırmasını ve sonraki ısıl işlem için iyi bir hazırlık yapmasını sağlamaktır.
4. Tavlama: Çeliğin sertleştirilmesi, ardından Ac1 sıcaklığının altına ısıtılması, belirli bir süre bekletilmesi ve daha sonra oda sıcaklığına soğutulması işlemidir. Yaygın tavlama işlemleri şunlardır: düşük sıcaklıkta tavlama, orta sıcaklıkta tavlama, yüksek sıcaklıkta tavlama ve çoklu tavlama.
Tavlama işleminin amacı: esas olarak çeliğin sertleştirme sırasında oluşan gerilimi ortadan kaldırmak, böylece çeliğin yüksek sertliğe ve aşınma direncine sahip olmasını ve gerekli plastisite ve tokluğa kavuşmasını sağlamaktır.
5. Tavlama: Çeliğin veya çelik alaşımlarının sertleştirilmesi ve yüksek sıcaklıkta tavlanması işlemlerini ifade eder. Tavlama işleminden geçirilmiş çeliğe tavlanmış çelik denir. Genellikle orta karbonlu yapısal çelik ve orta karbonlu alaşımlı yapısal çelik için kullanılır.
6. Karbürleme: Karbürleme, karbon atomlarının çeliğin yüzey katmanına nüfuz etmesini sağlayan bir işlemdir. Ayrıca, düşük karbonlu çelik iş parçasının yüksek karbonlu çelik yüzey katmanına sahip olmasını ve ardından su verme ve düşük sıcaklıkta temperleme işleminden sonra, iş parçasının yüzey katmanının yüksek sertliğe ve aşınma direncine sahip olmasını sağlarken, iş parçasının orta kısmının düşük karbonlu çeliğin tokluğunu ve plastisitesini korumasını sağlar.
Vakum yöntemi
Metal iş parçalarının ısıtma ve soğutma işlemleri, tamamlanması için bir düzine hatta onlarca adım gerektirir. Bu işlemler vakumlu ısıl işlem fırını içinde gerçekleştirilir ve operatör yaklaşamaz; bu nedenle vakumlu ısıl işlem fırınının otomasyon derecesinin yüksek olması gerekir. Aynı zamanda, metal iş parçasının soğutma işleminin sonundaki ısıtma ve bekletme gibi bazı işlemler altı, yedi adımdan oluşmalı ve 15 saniye içinde tamamlanmalıdır. Bu kadar hızlı bir şekilde birçok işlemin tamamlanması, operatörün sinirlenmesine ve hatalı işlemlere yol açabilir. Bu nedenle, yalnızca yüksek otomasyon derecesi, programa uygun olarak doğru ve zamanında koordinasyon sağlayabilir.
Metal parçaların vakumlu ısıl işlemi, kapalı bir vakum fırınında gerçekleştirilir ve sıkı vakum sızdırmazlığı iyi bilinmektedir. Bu nedenle, fırının orijinal hava sızıntı oranını elde etmek ve buna uymak, vakum fırınının çalışma vakumunu sağlamak ve parçaların vakumlu ısıl işlem kalitesini güvence altına almak çok büyük önem taşır. Dolayısıyla, vakumlu ısıl işlem fırınının en önemli konularından biri güvenilir bir vakum sızdırmazlık yapısına sahip olmaktır. Vakum fırınının vakum performansını sağlamak için, vakumlu ısıl işlem fırını yapısının tasarımında temel bir prensibe uyulmalıdır; yani, fırın gövdesi gaz geçirmez kaynakla birleştirilmeli, fırın gövdesinde mümkün olduğunca az veya hiç delik olmamalı, dinamik sızdırmazlık yapısı kullanımından kaçınılmalı, böylece vakum sızıntısı olasılığı en aza indirilmelidir. Vakum fırını gövdesine monte edilen bileşenler, su soğutmalı elektrotlar, termokupl çıkış cihazı gibi aksesuarlar da sızdırmazlık yapısına sahip olacak şekilde tasarlanmalıdır.
Isıtma ve yalıtım malzemelerinin çoğu yalnızca vakum altında kullanılabilir. Vakumlu ısıl işlem fırınlarının ısıtma ve ısı yalıtım astarları vakum ve yüksek sıcaklıkta çalıştığı için, bu malzemeler yüksek sıcaklık dayanımı, radyasyon performansı, ısı iletkenliği ve diğer gereksinimleri karşılamaktadır. Oksidasyon direnci gereksinimleri yüksek değildir. Bu nedenle, vakumlu ısıl işlem fırınlarında ısıtma ve ısı yalıtım malzemesi olarak yaygın olarak tantal, tungsten, molibden ve grafit kullanılmaktadır. Bu malzemeler atmosferik ortamda çok kolay oksitlenir, bu nedenle sıradan ısıl işlem fırınlarında bu ısıtma ve yalıtım malzemeleri kullanılamaz.
Su soğutmalı cihaz: Vakumlu ısıl işlem fırını gövdesi, fırın kapağı, elektrikli ısıtma elemanları, su soğutmalı elektrotlar, ara vakumlu ısı yalıtım kapısı ve diğer bileşenler vakum altında, ısıl işlem durumunda çalışır. Bu son derece elverişsiz koşullar altında çalışırken, her bir bileşenin yapısının deforme olmaması veya hasar görmemesi ve vakum contasının aşırı ısınmaması veya yanmaması sağlanmalıdır. Bu nedenle, vakumlu ısıl işlem fırınının normal şekilde çalışabilmesi ve yeterli kullanım ömrüne sahip olması için her bir bileşen için farklı koşullara göre su soğutma cihazları kurulmalıdır.
Düşük voltajlı yüksek akım kullanımı: Vakum kabı, vakum derecesi birkaç torr ile 1 torr arasında olduğunda, enerjili iletkenin daha yüksek voltajda olması durumunda, parıldama deşarjı fenomeni meydana gelir. Vakumlu ısıl işlem fırınında, ciddi ark deşarjı elektrikli ısıtma elemanını ve yalıtım tabakasını yakarak büyük kazalara ve kayıplara neden olur. Bu nedenle, vakumlu ısıl işlem fırınının elektrikli ısıtma elemanının çalışma voltajı genellikle 80 ila 100 voltu geçmez. Aynı zamanda, parıldama deşarjı veya ark deşarjının oluşmasını önlemek için elektrikli ısıtma elemanı yapısı tasarımında etkili önlemler alınmalıdır; örneğin, uç kısımların bulunmasından kaçınılmalı ve elektrotlar arasındaki mesafe çok küçük olmamalıdır.
Temperleme
İş parçasının farklı performans gereksinimlerine ve farklı temperleme sıcaklıklarına göre temperleme aşağıdaki tiplere ayrılabilir:
(a) düşük sıcaklıkta tavlama (150-250 derece)
Elde edilen yapının düşük sıcaklıkta temperlenmesiyle elde edilen martensit, sertleştirilmiş çeliğin yüksek sertliğini ve yüksek aşınma direncini korurken, sertleştirme iç gerilimini ve kırılganlığını azaltarak kullanım sırasında kırılma veya erken hasarı önlemeyi amaçlar. Başlıca yüksek karbonlu kesici takımlar, ölçü aletleri, soğuk çekme kalıpları, rulmanlar ve karbonlanmış parçalar vb. için kullanılır; temperleme sonrası sertlik genellikle HRC58-64 arasındadır.
(ii) orta sıcaklıkta temperleme (250-500 derece)
Orta sıcaklıkta temperleme işlemi, temperlenmiş kuvars gövdeler için bir yöntemdir. Amacı, yüksek akma dayanımı, elastik limit ve yüksek tokluk elde etmektir. Bu nedenle, çeşitli yaylar ve sıcak işleme kalıplarının işlenmesinde yaygın olarak kullanılır ve temperleme sertliği genellikle HRC35-50 arasındadır.
(C) yüksek sıcaklıkta temperleme (500-650 derece)
Yüksek sıcaklıkta temperleme, temperlenmiş Sohnit için kullanılan bir yöntemdir. Geleneksel su verme ve yüksek sıcaklıkta temperlemenin birleştirilmesiyle elde edilen ısıl işlem, temperleme olarak bilinir ve amacı, mukavemet, sertlik, plastisite ve tokluk gibi genel mekanik özellikleri iyileştirmektir. Bu nedenle, otomobillerde, traktörlerde, takım tezgahlarında ve bağlantı çubukları, cıvatalar, dişliler ve miller gibi diğer önemli yapısal parçalarda yaygın olarak kullanılır. Temperleme sonrası sertlik genellikle HB200-330 arasındadır.
Deformasyon önleme
Hassas ve karmaşık kalıpların deformasyon nedenleri genellikle karmaşıktır, ancak deformasyon yasasını kavrayıp nedenlerini analiz ederek ve farklı yöntemler kullanarak kalıp deformasyonunu önleyebilir ve azaltabilir, hatta kontrol altına alabiliriz. Genel olarak, hassas ve karmaşık kalıpların deformasyonunu önlemek için ısıl işlemde aşağıdaki yöntemler kullanılabilir.
(1) Makul malzeme seçimi. Hassas karmaşık kalıplar için iyi mikro deformasyon kalıp çeliği (örneğin hava ile sertleştirilmiş çelik) seçilmelidir; ciddi karbür ayrışması olan kalıp çeliği makul bir dövme ve temperleme ısıl işlemine tabi tutulmalıdır; daha büyük ve dövülemeyen kalıp çeliği ise katı çözelti çift inceltme ısıl işlemine tabi tutulabilir.
(2) Kalıp yapısı tasarımı makul olmalı, kalınlıklar çok farklı olmamalı, şekil simetrik olmalı, daha büyük kalıpların deformasyonu için deformasyon yasasına hakim olunmalı, işleme payı bırakılmalı, büyük, hassas ve karmaşık kalıplar için yapıların birleştirilmesi kullanılabilir.
(3) Hassas ve karmaşık kalıplar, işleme sürecinde oluşan artık gerilimi ortadan kaldırmak için önceden ısı işlemine tabi tutulmalıdır.
(4) Isıtma sıcaklığının makul bir şekilde seçilmesi, ısıtma hızının kontrol edilmesi; hassas karmaşık kalıplar için yavaş ısıtma, ön ısıtma ve diğer dengeli ısıtma yöntemleri kullanılarak kalıp ısıl işlem deformasyonunun azaltılması sağlanabilir.
(5) Kalıbın sertliğinin sağlanması şartıyla, ön soğutma, kademeli soğutmalı su verme veya sıcaklıkta su verme işlemlerini kullanmaya çalışın.
(6) Hassas ve karmaşık kalıplar için, koşullar izin veriyorsa, vakumlu ısıtma ile söndürme ve söndürmeden sonra derin soğutma işlemi kullanmayı deneyin.
(7) Bazı hassas ve karmaşık kalıplar için, kalıbın doğruluğunu kontrol etmek amacıyla ön ısıl işlem, yaşlandırma ısıl işlemi, temperleme nitrürleme ısıl işlemi kullanılabilir.
(8) Kalıp kum deliklerinin, gözenekliliğin, aşınmanın ve diğer kusurların onarımında, onarım sürecinde deformasyonu önlemek için soğuk kaynak makinesi ve diğer termal darbe onarım ekipmanlarının kullanılması.
Ek olarak, hassas ve karmaşık kalıpların deformasyonunu azaltmak için doğru ısıl işlem uygulaması (örneğin, deliklerin tıkanması, deliklerin bağlanması, mekanik sabitleme, uygun ısıtma yöntemleri, kalıbın soğutma yönünün ve soğutma ortamındaki hareket yönünün doğru seçimi vb.) ve makul temperleme ısıl işlem süreci de etkili önlemlerdir.
Yüzey sertleştirme ve temperleme ısıl işlemi genellikle indüksiyon ısıtma veya alevle ısıtma ile gerçekleştirilir. Başlıca teknik parametreler yüzey sertliği, yerel sertlik ve etkili sertleştirme tabakası derinliğidir. Sertlik testi için Vickers sertlik ölçer, Rockwell veya yüzey Rockwell sertlik ölçer kullanılabilir. Test kuvvetinin (ölçeğin) seçimi, etkili sertleştirme tabakasının derinliği ve iş parçasının yüzey sertliği ile ilgilidir. Burada üç çeşit sertlik ölçer ele alınmaktadır.
Öncelikle, Vickers sertlik ölçer, ısıl işlem görmüş iş parçalarının yüzey sertliğini test etmek için önemli bir araçtır; 0,5 ila 100 kg arasında test kuvveti seçilebilir, 0,05 mm kadar ince yüzey sertleştirme tabakasını test edebilir ve en yüksek doğruluğa sahiptir; ısıl işlem görmüş iş parçalarının yüzey sertliğindeki küçük farklılıkları ayırt edebilir. Ayrıca, etkili sertleştirilmiş tabakanın derinliği de Vickers sertlik ölçer ile tespit edilmelidir, bu nedenle yüzey ısıl işlem uygulamaları veya çok sayıda yüzey ısıl işlem görmüş iş parçası kullanan işletmeler için Vickers sertlik ölçer gereklidir.
İkinci olarak, yüzey Rockwell sertlik ölçer, yüzey sertleştirilmiş iş parçalarının sertliğini test etmek için de oldukça uygundur. Yüzey Rockwell sertlik ölçer, üç farklı ölçekten seçim yapma olanağı sunar. Çeşitli yüzey sertleştirilmiş iş parçalarının 0,1 mm'den fazla etkili sertleştirme derinliğini test edebilir. Yüzey Rockwell sertlik ölçerin hassasiyeti Vickers sertlik ölçer kadar yüksek olmasa da, ısıl işlem tesislerinde kalite yönetimi ve nitelikli denetim için bir tespit aracı olarak gereksinimleri karşılayabilmektedir. Ayrıca, basit çalışma prensibi, kolay kullanım, düşük fiyat, hızlı ölçüm gibi özelliklere sahiptir; sertlik değerini ve diğer özellikleri doğrudan okuyabilir. Yüzey Rockwell sertlik ölçerin kullanımı, bir parti yüzey ısıl işlem görmüş iş parçasının hızlı ve tahribatsız parça parça test edilmesini sağlar. Bu, metal işleme ve makine imalat tesisleri için önemlidir.
Üçüncüsü, yüzey ısıl işlemle sertleştirilmiş tabaka daha kalın olduğunda, Rockwell sertlik ölçer de kullanılabilir. Isıl işlemle sertleştirilmiş tabaka kalınlığı 0,4 ~ 0,8 mm olduğunda HRA ölçeği, 0,8 mm'den fazla olduğunda ise HRC ölçeği kullanılabilir.
Vickers, Rockwell ve yüzey Rockwell olmak üzere üç farklı sertlik değeri birbirine kolayca dönüştürülebilir ve standartlara, çizimlere veya kullanıcının ihtiyaç duyduğu sertlik değerine çevrilebilir. İlgili dönüşüm tabloları uluslararası standart ISO, Amerikan standardı ASTM ve Çin standardı GB/T'de verilmiştir.
Yerel sertleşme
Yerel sertlik gereksinimleri daha yüksek olan parçalar için, indüksiyonla ısıtma ve diğer yerel sertleştirme ısıl işlem yöntemleri uygulanabilir; bu tür parçaların çizimlerinde genellikle yerel sertleştirme ısıl işleminin yeri ve yerel sertlik değeri belirtilmelidir. Parçaların sertlik testi, belirlenmiş alanda yapılmalıdır. Sertlik test cihazları olarak Rockwell sertlik ölçer kullanılabilir ve HRC sertlik değeri ölçülebilir; örneğin, ısıl işlemle sertleştirilmiş tabaka sığ ise, yüzey Rockwell sertlik ölçer kullanılabilir ve HRN sertlik değeri ölçülebilir.
Kimyasal ısı işlemi
Kimyasal ısıl işlem, iş parçasının yüzeyine bir veya birkaç kimyasal elementin atomlarının nüfuz ettirilmesiyle, iş parçasının yüzeyinin kimyasal bileşimini, yapısını ve performansını değiştirmektir. Su verme ve düşük sıcaklıkta temperleme işleminden sonra, iş parçasının yüzeyi yüksek sertliğe, aşınma direncine ve temas yorulma dayanımına sahip olurken, iş parçasının çekirdeği yüksek tokluğa sahip olur.
Yukarıda belirtilenlere göre, ısıl işlem sürecinde sıcaklığın tespiti ve kaydedilmesi çok önemlidir ve yetersiz sıcaklık kontrolü ürün üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, sıcaklığın tespiti çok önemlidir, tüm süreçteki sıcaklık eğilimi de çok önemlidir; sonuç olarak, ısıl işlem sürecinde sıcaklık değişiminin kaydedilmesi, gelecekteki veri analizini kolaylaştıracak ve sıcaklığın gereksinimleri karşılamadığı zamanı görmeyi sağlayacaktır. Bu, gelecekte ısıl işlemin iyileştirilmesinde çok büyük bir rol oynayacaktır.
İşletme prosedürleri
1. Çalışma alanını temizleyin, güç kaynağının, ölçüm cihazlarının ve çeşitli anahtarların normal çalışıp çalışmadığını ve su kaynağının sorunsuz olup olmadığını kontrol edin.
2. Operatörler iyi bir iş güvenliği ekipmanı giymelidir, aksi takdirde tehlikeli olur.
3. Kontrol gücü evrensel transfer anahtarını açın; ekipmanın kademeli bölümlerinin teknik gereksinimlerine göre sıcaklık artış ve azalışını ayarlayın, böylece ekipmanın ömrünü uzatın ve ekipmanın sağlam kalmasını sağlayın.
4. Isıl işlem fırını sıcaklığına ve ağ bant hızının ayarlanmasına dikkat edilmeli, farklı malzemeler için gerekli sıcaklık standartları sağlanmalı, iş parçasının sertliği, yüzey düzgünlüğü ve oksidasyon tabakası korunarak güvenlik konusunda ciddi bir iş çıkarılmalıdır.
5. Tavlama fırınının sıcaklığına ve tel örgü bant hızına dikkat edilmeli, egzoz havası açık bırakılmalı, böylece tavlama işleminden sonra iş parçası kalite gereksinimlerini karşılamalıdır.
6. Çalışma sırasında verilen göreve bağlı kalınmalıdır.
7. Gerekli yangın söndürme ekipmanlarını yapılandırmak ve bunların kullanım ve bakım yöntemlerine aşina olmak.
8. Makineyi durdururken, tüm kontrol anahtarlarının kapalı konumda olduğundan emin olmalı ve ardından üniversal transfer anahtarını kapatmalıyız.
Aşırı ısınma
Rulman parçalarının pürüzlü ağzından, su verme işleminden sonra oluşan aşırı ısınma mikroyapısı gözlemlenebilir. Ancak aşırı ısınmanın kesin derecesini belirlemek için mikroyapının incelenmesi gerekir. GCr15 çeliğinde su verme işleminde kaba iğne martensit oluşumu görülürse, bu su verme aşırı ısınması sonucu oluşmuştur. Oluşumun nedeni, su verme sıcaklığının çok yüksek olması veya ısıtma ve bekleme süresinin çok uzun olması nedeniyle tam aralıkta aşırı ısınma olabilir; ayrıca, orijinal yapıda bant karbürün fazla olması nedeniyle, iki bant arasındaki düşük karbonlu bölgede lokalize martensit iğnesi kalınlaşması sonucu lokalize aşırı ısınma da meydana gelebilir. Aşırı ısınmış yapıda artık östenit artar ve boyutsal kararlılık azalır. Su verme yapısının aşırı ısınması nedeniyle, çelik kristali kaba hale gelir, bu da parçaların tokluğunun azalmasına, darbe dayanımının düşmesine ve rulman ömrünün kısalmasına yol açar. Şiddetli aşırı ısınma, su verme çatlaklarına bile neden olabilir.
Yetersiz ısıtma
Su verme sıcaklığının düşük olması veya yetersiz soğutma, mikroyapıda standarttan daha fazla Torrhenit oluşumuna yol açar; bu durum aşırı ısınma sonucu oluşan yapı olarak bilinir ve sertliğin düşmesine, aşınma direncinin önemli ölçüde azalmasına ve rulman parçalarının ömrünün etkilenmesine neden olur.
Sönme çatlakları
Rulman parçalarında, su verme ve soğutma işlemi sırasında iç gerilimler nedeniyle su verme çatlakları adı verilen çatlaklar oluşur. Bu tür çatlakların nedenleri şunlardır: su verme ısıtma sıcaklığının çok yüksek veya soğutmanın çok hızlı olması, termal gerilim ve metal kütle hacmi değişiminin oluşturduğu gerilimin çeliğin kırılma dayanımından daha büyük olması; su verme sırasında iş yüzeyindeki orijinal kusurların (yüzey çatlakları veya çizikler gibi) veya çelikteki iç kusurların (cüruf, ciddi metalik olmayan kalıntılar, beyaz lekeler, büzülme kalıntısı vb.) gerilim yoğunlaşmasına neden olması; şiddetli yüzey dekarbürizasyonu ve karbür ayrışması; parçaların yetersiz veya zamanında yapılmamış temperleme işleminden sonra su verilmesi; önceki işlemden kaynaklanan soğuk presleme geriliminin çok büyük olması, dövme katlamaları, derin tornalama kesikleri, yağ oluklarının keskin kenarları vb. Kısacası, su verme çatlaklarının nedeni yukarıdaki faktörlerden bir veya daha fazlası olabilir, iç gerilimin varlığı su verme çatlaklarının oluşmasının ana nedenidir. Sertleştirme çatlakları derin ve incedir, düz bir kırılma gösterir ve kırık yüzeyde oksitlenmiş renk bulunmaz. Genellikle yatak bileziğinde uzunlamasına düz bir çatlak veya halka şeklinde bir çatlak; yatak çeliği bilyesinde ise S, T veya halka şeklinde bir şekil alır. Sertleştirme çatlaklarının yapısal özellikleri arasında çatlağın her iki tarafında da dekarbürizasyon fenomeni olmaması yer alır ve bu durum dövme çatlaklarından ve malzeme çatlaklarından açıkça ayırt edilebilir.
Isıl işlem deformasyonu
NACHI rulman parçaları ısıl işlemde termal gerilim ve organizasyonel gerilime maruz kalır. Bu iç gerilimler birbirinin üzerine binebilir veya kısmen birbirini dengeleyebilir; karmaşık ve değişkendir, çünkü ısıtma sıcaklığı, ısıtma hızı, soğutma modu, soğutma hızı, parçaların şekli ve boyutuyla değişebilir, bu nedenle ısıl işlem deformasyonu kaçınılmazdır. Kuralları tanımak ve uygulamak, rulman parçalarının deformasyonunu (örneğin bileziğin ovalleşmesi, boyut artışı vb.) kontrol edilebilir bir aralıkta tutmaya ve üretime katkıda bulunmaya yardımcı olabilir. Elbette, ısıl işlem sürecinde mekanik çarpışmalar da parçalarda deformasyona neden olur, ancak bu deformasyon, azaltılarak ve önlenerek operasyonun iyileştirilmesi için kullanılabilir.
Yüzey dekarbürizasyonu
Isıl işlem sürecinde, rulmanlı aksesuarlarda kullanılan parçalar oksitleyici bir ortamda ısıtılırsa, yüzey oksitlenir ve parçaların yüzey karbon kütle oranı azalır, bu da yüzey dekarbürizasyonuna yol açar. Yüzey dekarbürizasyon tabakasının derinliği, son işlemede kalan miktardan fazla ise, parçalar hurdaya ayrılır. Yüzey dekarbürizasyon tabakasının derinliğinin belirlenmesi için mevcut metalografik yöntem ve mikrosertlik yöntemi kullanılabilir. Yüzey tabakasının mikrosertlik dağılım eğrisi ölçüm yöntemine dayanır ve bir değerlendirme kriteri olarak kullanılabilir.
Yumuşak nokta
Yetersiz ısıtma, yetersiz soğutma ve rulman parçalarının yüzey sertliğinin yetersiz olması nedeniyle oluşan sertleştirme işlemi, "sertleştirme yumuşak noktası" olarak bilinen bir olgudur. Bu durum, yüzey dekarbürizasyonuna benzer ve yüzey aşınma direncinde ve yorulma dayanımında ciddi bir düşüşe neden olabilir.
Yayın tarihi: 05-12-2023