MMT440

Çeliklerin Isıl İşlemi

2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2011-2012 Bahar Yarıyılı

Genel Bakış

2

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

40NiCrMo6 çeliğinde

300 ºC temper gevrekliği

3

Kaynak: Bleck, 2008

20

15

10

5

0300 400 500 600

10

0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2001000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

Deh

nun

g A

un

d E

insc

hn

üru

ng

Z i

n %

Rm

Z

Rp0,2

A

AV

Temperatur in °C

Ker

bsc

hla

gzä

hig

kei

t A

in

Jv

25

Sıcaklık, ºC

Akm

a s

ınır

ı R

p0.2 v

e ç

ekm

e m

ukavem

eti R

m,

MP

a

Darb

e t

oklu

ğu A

v, J

Uzam

a A

ve k

esitdara

lması

Z,

%

500ºC-temper gevrekliğinin engellenmesi

4

Kaynak: Bleck, 2008

AC1’in hemen üzerinde uzun süreli tavlama ve hızlı soğuma. Tavlama sırasında

segregasyon meydana gelir. Ancak 500 ºC hızla geçildiği için segregasyon

meydana gelemez. Ancak bu işlem sadece yeterli temper dayanımına sahip

çeliklerde uygulanabilir.

Tane incelteme: Tane sınırı alanı artacağından birim alandaki segregasyon

miktarını azaltır.

İstenmeyen elementlerin azaltılması,

Tane sınırı P segregasyonunu engelleyen elementler ilave etmek (örn: B) ve

İstenmeyen elementlerin bileşikler ile bağlanması (örn: TiS ya da Ti2C2S4).

Genel Bakış

5

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

Hä

rte

in

HV

30

Anlasstemperatur in °C100 200 300 400 500 6000

HS 6-5-2

80 CrV 2

C 80 W 1

X 40 CrMoV 5 1

400

300

500

600

700

800

900

Temper dayanımı- İkincil sertlik

6

Kaynak: Bleck, 2008

Temperleme sıcaklığı, ºC

Yüksek hız çeliği

HS 6-5-2

Sıcak iş takım çeliği

X40CrMoV5 1

Soğuk iş takım çelikleri

80CrV2

C80 W 1 S

ert

lik, H

V30

10

20

30

40

50

60

680

Temperleme öncesi sertlik

Temperleme sıcaklığı °C:

Sertleştirme sıcaklığı 920°

Sertleştirme sıcaklığı 810°

580 620 640

H ä r t

e i n H

R C

580 620

640

680

Su verilmiş numunede alın uzaklığı, mm

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10

20

30

40

50

60

70

51CrV4 çeliğinde temper dayanımı

7

Kaynak: Bleck, 2008

Sert

lik, H

RC

Genel Bakış

8

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77

20

30

40

50

60

Su verilen uç

Us verilen uçtan uzaklık, mm

a)

13 mm açıklık

Su sıcaklığı=24 °C 13 mm

100 mm

25

mm

Jominy çubuğu

25 mm

Jominy çubuğu

Sertlik deneyleri

Se

rtlik

, H

RC

Jominy testi

9

Kaynak: Bleck, 2008

Jominy test numuneleri

10

Kaynak: Merkblatt 452

Sertlik ölçümü

Uzunlamasına kesit

Enine kesit

Su verilen

alın yüzeyi

Sertlik ölçümü

Jominy testinden elde edilen sonuçlar

11

Kaynak: Bleck, 2008

51 CrV 4

C 35

0 10 20 30 40 50 60

Abstand von der Stirnfläche in mm

Här

te i

n H

RC

10

20

30

40

50

60

70

C 60

Alın yüzeyinden uzaklık, mm

Sert

lik, H

RC

0 10 20 30 40 50 60 70

Alın yüzeyinden uzaklık, mm

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

H ä

r t e

i n H

R C

A u

s t e

n i t i s

i e r t

e m

p e r a

t u r

i n °

C

770

800

830

860

890

Östenitleme sıcaklığının Jominy deney sonuçlarına etkisi;

% 0,9 C ve % 1,4 Cr içeren çelik

12

Kaynak: Bleck, 2008

Sert

lik, H

RC

Öste

nitle

me s

ıcaklığı, º

C

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Abstand von der abgeschreckten Stirnfläche in mm

20

25

30

35

40

45

50

55

60H

ärt

e in H

RC

34 CrMo 4

Sertlik dağılım bandı, 34 CrMo 4 çeliği

DIN EN 10083

13

Kaynak: Bleck, 2008

Alın yüzeyinden uzaklık, mm

Sert

lik, H

RC

Genel Bakış

14

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

Sertleşebilirliğin hesaplanması

15

Kaynak: Bleck, 2008

Jx = b0 + bC * (%C) + bSi * (%Si) + bMn * (% Mn) + ...

Jx: Alından x mesafesinde HRC sertliği,

x: Alından uzaklık (maks. 9 mm),

b0: sabit,

b: Alaşım elementine ait regresyon katsayısı

Aşağıdaki aralıkta kimyasal bileşime sahip

Cr alaşımlı çelikler için katsayı tablosu (SEP 1664)

Jx b0 bC bSi bMn bS bCr bAl bCu bN

1,5 29,96 57,91 2,29 3,77 - - - -2,65 83,33

3 26,75 58,66 3,76 2,16 - 2,86 - -2,59 59,87

5 15,24 64,04 10,86 - -41,85 12,29 - - -115,6

7 -7,82 81,10 19,27 4,87 -73,79 21,02 - 4,56 -176,8

9 -27,29 94,70 22,01 10,24 -37,76 24,82 38,31 8,58 -144,1

C Si Mn S Cr Mo Al Cu N

Min. 0,22 0,02 0,59 0,003 0,80 0,01 0,012 0,02 0,060

Max. 0,47 0,36 0,59 0,005 1,24 0,09 0,062 0,32 0,015

Genel Bakış

16

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

Sementasyon ve karbonitrürleme

17

Kaynak: TS 1112 EN 10052

TS 1112 EN 10052 (2002)’ye göre SEMENTASYON (KARBÜRLEME);

Östenit içinde katı çözelti halinde karbonca zengin bir yüzey elde etmek amacıyla östenitik durumdaki

demir esaslı ürüne uygulanan TERMOKİMYASAL İŞLEM.

Karbürlenmiş demir esaslı ürün SUVERME SERTLEŞMESİne uğrar (hemen veya daha sonra).

Not - KARBÜRLEME işleminin yapıldığı ORTAM belirtilmelidir; örneğin, gaz, toz ya da plazma.

TS 1112 EN 10052 (2002)’ye göre KARBONİTRÜRLEME;

Ac1 sıcaklığının üzerinde bir sıcaklığa ısıtılmış demir esaslı bir ürüne, ostenit fazında katı çözelti

halinde karbon ve azotça zengin bir yüzey elde etmek amacıyla uygulanan TERMOKİMYASAL İŞLEM.

Genellikle, bu İŞLEMin ardından SUVERME SERTLEŞMESİ işlemi uygulanır.

Not 1 - KARBONİTRÜRLEMEnin cereyan ettiği ORTAM belirtilmelidir; örneğin, gaz, tuz banyosu, vb.

Not 2 - İçerisinde ergimiş siyanür tuzları bulunan bir banyoda uygulanan KARBONİTRÜRLEME

İşlemine SİYANÜRLEME denir.

Sementasyon işlemi adımları

18

Kaynak: Bleck, 2008

Genelde >900 ºC’de uygulanır.

Alaşımsız çelik 900 ºC’de % 1,2 C çözebilir.

1050 ºC’de % 1,7 C çözebilir.

Alaşımlı çelik Karbon çözünürlüğü değişkendir.

• Karbon veren bir ortam ile parça yüzeyinin teması (Bu ortamdan miktar olarak

yeterince olmalıdır).

• Karbon veren ortamın ayrışması ve parça yüzeyine absorbsiyonu

• Parçanın yüzeyinden merkezine doğru karbon atomu difüzyonu

Sementasyon ortamı

19

Kaynak: Bleck, 2008

Katı Gaz Sıvı

Toz

(odun

kömürü)

Granül

(odun

kömürü)

CH gazları

Metan, Metanol,

Doğalgaz, Propan,

Bütan

Tuz ergiyikleri Sodyum siyanür – Karbon verici

+

Alkaliklorür – Aktivatör

Alkalikarbonat

CH gazları + Amonyak Tuz ergiyikleri Yüksek siyanürlü

Karbonitrürleme ->

Sementasyon derinliği ve süresi

20

Kaynak: Merkblatt 452

Bleck, 2008

Sementasyon süresi ve derinliği;

2. Fick kanuna göre belirlenir

1,6 mm kalınlık için;

900 ºC’de 20 saat

950 ºC’de 13 saat

1000 ºC’de 9 saat

1050 ºC’de 7 saat

900 ºC -> 1050 ºC sürede 2/3 kadar azalma

Se

me

nta

syo

n s

üre

si,

sa

at

Sementasyon derinliği, mm

C15 çeliği

Sertleştirme

21

Kaynak: Merkblatt 452

Doğrudan sertleştirme

Tek evreli sertleştirme

Eş ısıl

bekleme sonrası

sertleştirme

Çift su verme ile

sertleştirme

Sementasyon

Sertleştirme

Temperleme

Sementasyon

Sertleştirme

Temperleme

Sementasyon

Sertleştirme

Temperleme Faz dönüşümü

Sementasyon

Sertleştirme

Temperleme

Merkez

Yüzey

Semente edilmiş parçaların mikroyapısı

22

Kaynak: Merkblatt 452

Aşırı semente olmuş

yüzeyde karbürler Aşırı semente olmuş yüzeyde kalıntı

östenit ve karbürler

Semente edilmiş bir parçanın makro

görüntüsü Semente edilmiş bir parçanın

mikroyapısı (yavaş soğuma)

Semente edilmiş bir parçanın

mikroyapısı (su verme)

Genel Bakış

23

2. Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

2.1. Tanımlar

2.2. Su verme ve temperleme

2.2.1. Östenitleme

2.2.2. Su verme

2.2.3. Östemperleme (Beynitleme)

2.2.4. Temperleme

2.2.5. Temper gevrekliği

2.2.6. İkincil sertlik etkisi

2.3. Sertleşebilirlik testi

2.4. Sertleşebilirlik hesaplanması

2.5 Sementasyon

2.6 Sertleştirilmiş çeliklerin özellikleri

2.6.1. Mukavemet sertlik

2.2.2. Kalıntı gerilmeler

Z u

g f e

s t i g

k e

i t R

u

n d

R

i n

M P

a

m

P 0 , 2

S t r

e c k g

r e n

z e

Akma mukavemeti

20 25 30 35 40 45

Härte in HRC

600

800

1000

1200

1400

Çekme mukavemeti

DIN EN ISO 18265’e göre sertleştirilmiş

çeliklerde mukavemet-sertlik ilişkisi

24

Kaynak: Bleck, 2008

Sertlik, HRC

Çekm

e m

ukavem

eti R

m v

e A

km

a m

ukavem

eti R

p0.2,

MP

a

Çekme mukavemeti (MPa)

Akma muk.

(MPa)

Sertlik(HRC)

Uzama(%)

Kesit daralması(%)

70

60

50

40

30

20

10

0 100 200 300 400 500 600 700

H ä

r t e

i n

H R

C

B r u

c h

e i n

s c

h n

ü r u

n g

Z ,

B r u

c h

d e

h n

u n

g A

i n

%

2400

2200

2000

1600

1200

800

400

0

Z u

g f e

s t i

g k

e i t

R ,

S t r

e c

k g

r e n

z e

R

i n M

P a

m

e

C45 çeliğinin ısıl işlem ve temperleme

sonrası mekanik özellikleri

25

Kaynak: Bleck, 2008

Temperleme sıcaklığı, ºC

Çekm

e m

ukavem

eti R

m v

e A

km

a m

ukavem

eti R

e,

MP

a

Kesit d

ara

lması

Z v

e K

opm

a u

zam

ası A

, %

Sert

lik , H

RC

Te

mp

era

tur

in °

C

Zeit in s

1000

750

500

250

0

10 10101010 1010 10-2 -1 0 1 2 3 4 5

Ms

Rand

Kern

Su verme gerilmeleri

51CrV4 çeliğinden 35 mm bir çubukta soğuma

26

Kaynak: Bleck, 2008

Süre, sn

Sıc

aklık,

ºC

Merkez

Yüzey

Su verme gerilmeleri

% 0.8 C içeren bir çelikteki fazların özgül hacimleri

27

Kaynak: Bleck, 2008

östenit

tetragonal martenzit

Kübik martensit (temp. 200°C/6,5h)

Perlit (tavlanmış)

0 0,120 0,125 0,130

Özgül hacim cm/g 3

Martenzit-perlit

hacim farkı %1,

ancak uzunluk olarak

fark % 3,3!

Düşük C’lu çeliklerde

gerilme daha az