157

ÇELİKTEKİ ALAŞIM ELEMENTLERİNİN SERTLEŞEBİLİRLİĞE VE SERTLEŞME DERİNLİĞİNE ETKİSİ

Sare ÇELİK1, Naci OTMANBÖLÜK1, Levent FİDAN2 1Balikesir Üniversitesi, Müh. Mim. Fak., Makine Bölümü, BALİKESİR

scelik@balikesir.edu.tr 2Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BALİKESİR

leventfidan54@hotmail.com

Özet Kaliteli imalat, ancak uygun malzeme seçimine bağlıdır. Çünkü üretim, öncelikle

kullanılacak malzeme seçimi ile başlamaktadır. Makine imalat ve yapı sanayiinde en çok kullanılan malzeme çelik olduğuna göre çelik seçimi son derece önemlidir. Sertleşebilirliğin önemi ise farklı çeliklerin hangi sertlik düzeylerine erişebileceğini belirlemede ortaya çıkar.

Bu çalışmada da, çok kullanılan Ç1040 ve Ç1050 karbon çelikleri ile Ç8620 ve Ç4140

alaşım çelikleri seçerek ostenize sıcaklıkları belirlenmiş ve su verilerek sertleştirme işlemi (jominy deneyi ) yapılmıştır. Deneylerden sonra numunelerin HRC sertlik ölçümleri yapılmış ve bu veriler ışığı altında sertleştirilmiş alın yüzeyden itibaren sertleşme derinlikleri tespit edilmiştir. Elde edilen bu sonuç ve çizilen grafiklere göre sertleşebilirlilik ve sertleşme derinlikleri irdelenerek alaşım elementlerinin etkisi incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler : Jominy deneyi, Sertleşebilirlilik

Abstract:

High – Quality production depends just on the choice of proper metarial. Because, producting begins first by the choice of metarials that will be used. Considering that stell is the metarial mostly used in the machine production and construction industry, the choice of steel is extremely important. The importance of hardenability appears in determining the level of hardness to which the differents steels can reach.

Also in this work, the austenite heat has been determined by choosing the mostly used Ç1040 – Ç1050 carbon steels and Ç8620 – Ç4140 alloys steels with carbon and by giving water the hardening process (Jominy experiment) has been done. After the experiments, the HRc hardness measuring of the samples has been done and upon these datums, beginning from hardened brow surface, hardening depth has been determined. According to this acquired result and the drawn graphics, hardenability and the effects of alloy elements has been examined. Key Keywords : Jominy experiment, Hardenability

TİMAK-Tasarım İmalat Analiz Kongresi 26-28 Nisan 2006 - BALIKESİR

158

1. GİRİŞ

Günümüz endüstrisinde, başarının yakalanabilmesi için malzeme seçimi çok önemlidir. Zira üretim öncelikle kullanılacak malzeme seçimi ile başlamaktadır. Seçimin amaca uygunluğu büyük önem taşımaktadır. Makine imalat ve yapı sanayinde en çok kullanılan malzeme çelik olduğuna göre çelik seçimi son derece önemlidir.

Sertleşebilirlilik, çeliğin su verme işlemiyle martenzite dönüşümü sonucu sertleşme kabiliyetidir. Sertleşebilirlilik su verme ile elde edilen sertliğin derinliğini saptar. Bu derinlik yüzeyden itibaren % 50 martenzit ve beynitin mevcut olduğu mesafe olarak belirlenir. Yüksek sertleşebilirliliğe sahip bir çeliğin, büyük bir sertleşme derinliği göstermesi anlamına gelir. Sertleşme derinliği, takım ve yapı çelikleri için çok önemlidir. Sertleşebilirlilik genellikle sertlik değişimi cinsinden tarif edildiğinden, çelik cinsine C (karbon) başta olmak üzere alaşım oranlarına bağlı olarak sertlik değişimidir. Aynı zamanda mikro yapı değişimi olarak da görülebilir. Genel olarak, alaşım elementleri perlit, beynit dönüşümleri geciktirerek sertleşebilirliliği arttırır [1]. Ana alaşım elementi olan karbon, çelik özelliklerine en fazla etkili elementtir. Krom dayanımı ve sertleşebilme özelliğini arttırır. Karbonla birleşerek çok sert olan krom karbürü oluşturur. Krom ile birlikte kullanılan nikel, sertliğin derinliğe inmesini sağlar. Cr ve Ni ile beraber kullanılan molibden ise, az miktarda katılması rağmen sertlik ve dayanımı arttırır. Ancak gevreklik oluşumunu ortadan kaldırır [2].

Çeliğin sertleşme sonrası kazanacağı sertlik, tercih faktörlerinden en başta gelenidir. Bu sebepten çeliğin sertleşebilirliliğini belirlemek için ostenize edilmiş çeliğe bir uçtan su verilerek Sertleşebilirlilik Deneyi, diğer yaygın adıyla Jominy Deneyi uygulanır. Bu deney, uluslar arası düzeyde standartlaştırılmıştır. Detayları Türk Standartları 1381’de verilmiştir [3]. 2. MATERYAL VE METOD

Jominy deneyi basit bir prensiple çalışan yüzeyden soğutarak malzemelerin sertleşebilirliliklerinin incelenmesi yöntemidir. Standartlara bağlı kalınarak jominy deney düzeneği hazırlanmıştır. Buna göre dikey su besleme borusunun çapı, su püskürtme yüksekliği, deney parçası ile su borusu ucu arasındaki uzaklık belirlidir. Standartlara bağlı kalınarak hazırlanan deney parçaları 25mm çapında 100mm uzunlukta işlenmiş silindirik çubuklardır.

Deney numunesi olarak yüksek mukavemet istemeyen makine parçaları, akslar, milleri

ve saplama imalatında kullanılan Ç1040, krank ve akslar , pres ve kalıp parçaları, dişliler, piston kolları, dişli çubukları imalatında kullanılan Ç1050, Orta dayanımlı parçalar, dişliler, miller, kamalı miller, piston pimleri imalatında kullanılan Ç8620 ve Yüksek dayanımlı makine parçaları, krank milleri, şaft, biyel kolları, dişliler, cıvata imalatında kullanılan Ç4140 çelikleri alınmıştır [4]. Çeliklerin kimyasal bileşimleri Çizelge 1’de verilmiştir.

Deney parçaları, malzemelerin özelliklerine uygun ve homojen olarak A3 eğrisinin

üzerine bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Fırın ve malzeme arasında rejim sıcaklığı yakalanır ve bu sıcaklıkta 30 dakika tutulur. Deneyde kullanılan çeliklere göre rejim sıcaklıkları; Ç1040 çeliği için 870°C, Ç1050 çeliği için 840°C, Ç8620 çeliği için 915°C, Ç4140 çeliği için 830°C ‘dır. Deney parçası fırından çıkartılıp 5 saniye içinde deney düzeneğine bağlanarak üzerine su püskürtülmüştür. Su püskürtme zamanı en 10 dakika dır [3,5]. Deney düzeneği ve numune yerleştirildikten sonraki su püskürtme esnasındaki görüntü Şekil 1’de verilmiştir.

159

Çizelge 1: Deneylerde kullanılan çeliklerin kimyasal bileşimleri [4,6]

Çeliğin Cinsi C Si Mn P S Cr Mo Ni

Ç8620 SEMENTASYON ÇELİĞİ DIN NORMU 21NiCrMo2

0,17-0,23

0,15-0,40

0,60-0,90

0,035 0,035 0,35-0,65

0,15-0,25

0,40-0,70

Ç4140 ISLAH ÇELİĞİ DIN NORMU 42CrMo4

0,38-0,45

0,15-0,40

0,50-0,80

0,035 0,035 0,90-1,20

0,15-0,30

---

Ç1050 ISLAH ÇELİĞİ DIN NORMU C45

0,42-0,50

0,15-0,35

0,50-0,80

0,035 0,035 --- --- ---

Ç1040 ISLAH ÇELİĞİ DIN NORMU C35

0,32-0,39

0,15-0,35

0,50-0,80

0,035 0,035 --- --- ---

Şekil :1 Jominy deney düzeneği ve deneyin uygulanışı

3. DENEYSEL BULGULAR Sertleştirmeden sonra ölçüm yapmak için hazırlanan yüzeyler zımparalanarak yine

standartlarda belirtildiği gibi uçtan başlayarak belirli aralıklarla 19 noktadan toplam 52mm boyunca Rockwell C sertlik ölçümleri yapılmıştır. (Şekil2).

160

Şekil 2 : Sertleştirmenin ölçülmesi için deney parçasının hazırlanması ve sertlik ölçme noktaları [6]

Jominy deneyleri yapılan Ç1040, Ç1050, Ç8620 ve Ç4140 çeliklerinin uç kısımdan itibaren ölçülen sertlik değerleri Çizelge 2’de verilmiştir. Ölçülen sertlik değerleri ile çizilerek elde edilen mesafeye bağlı sertlik değişim grafikleri de Şekil 3 – 6 ‘da gösterilmektedir. Çizelge 2 : Sertleşebilirlilik deneyleri sonucu çelik numunelerden alınan sertlik değişimleri

161

Ç1040

0

10

20

30

40

50

60

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

SERTLEŞTİRİLMİŞ UÇTAN MESAFE (mm)

ÖLÇÜLEN SERTLİK DEĞERİ (HRc)

Ç1050

0

10

20

30

40

50

60

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

SERTLEŞTİRİLMİŞ UÇTAN MESAFE (mm)

ÖLÇÜLEN SERTLİK DEĞERİ (HRc)

Şekil 3: 1040 Çeliğinin mesafeye bağlı sertlik Şekil 4: 1050 Çeliğinin mesafeye bağlı sertlik

Değişimi değişimi

Ç4140

0

10

20

30

40

50

60

70

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

SERTLEŞTİRİLMİŞ UÇTAN MESAFE (mm)

ÖLÇÜLEN SERTLİK

DEĞERİ (HRc)

Şekil 5: 4140 Çeliğinin mesafeye bağlı Şekil 6: 8620 Çeliğinin mesafeye bağlı sertlik

değişimi sertlik değişimi

Sertlik değerlerinin mesafeye bağlı olarak değişimlerini aynı grafik üzerinde gösterirsek

çelik cinsine bağlı olarak sertleşebilirlilik ve sertlik derinliği değişimlerini görebiliriz. (Şekil 7). Buna göre karbonlu çeliklerde yüzeydeki sertlik yüksek olmasına rağmen sertleşme derinliği daha azdır. Alaşımlı çeliklerde ise sertleşme derinliği artmıştır. 4. SONUÇLAR

Elde edilen sertlik değerleri göz önünde bulundurularak, sertleştirilmiş alın yüzeyden itibaren sertlik değişim grafikleri oluşturulmuştur. Su verilen çeliğin yüzeyindeki elde edilen sertlik, çeliklerin sertleşebilme özelliklerini verir. En çok etkileyen faktörde çeliğin kimyasal bileşimidir. Çelik üzerinde en çok etkili olan alaşım elementi karbonun sertleşme üzerindeki etkisi açıktır. Karbon oranı kullanılan diğer çeliklere göre daha az olan Ç 8620 çeliğinin uç kısımdan itibaren sertliğin düşüklüğü görülmektedir. Karbon oranları birbirine yakın olan Ç 1040, Ç 1050 ve Ç 4140 çeliğinin uç kısımdaki sertlik değerleri de birbirine yakındır. Ancak karbonun dışında diğer alaşım elementlerinin bulunduğu Ç 8620 ve Ç 4140 çeliklerinde bulunan krom, nikel ve molibdenin özellikle sertleşme derinliğinin artması üzerine etkisi açıktır.

Ç8620

0

10

20

30

40

1,5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

SERTLEŞTİRİLMİŞ UÇTAN MESAFE (mm)

ÖLÇÜLEN SERTLİK

DEĞERİ (HRc)

162

Şekil 7: Deneylerde kullanılan çeliklerin birlikte mesafeye bağlı sertlik değişimi

Bu bilgiler dikkate alındığında şöyle bir sonuca varabiliriz. Karbon çelikleri ( Ç0140 – Ç1050 ) , içindeki karbon miktarı arttıkça sertleşebilirliliği artan ve sertleşme derinliği az olan çeliklerdir. Alaşımlı çelikleri ( Ç8620 – Ç 4140 ) ise içindeki alaşım elementlerinin katkısıyla ısıl iletkenlikleri yüksek olduğundan, sertleşebilirlikleri yüksek ve sertleşme derinliği fazla olan çeliklerdir. İçindeki alaşım miktarı arttıkça, sertleşebilirlikleri ve sertlik derinliklerinin arttığı sonucuna varılmıştır. 5. KAYNAKÇA [1] A. , Tekin, Çelik ve Isıl İşlemi ( Bofors El Kitabı , Hakan Ofset, İstanbul, 1984 [2] Mesleki ve Teknik Öğretim Okulları İçin Malzeme Bilgisi , MEB,2001 [3] TS 1381, ‘’ Çeliğin Ucuna Su Vererek Sertleşebilme Deneyi ( Jominy Deneyi ), Haziran, 1974 [4] M. Ali Topbaş, Çelik ve Isıl İşlem El Kitabı, İstanbul, 1998, Ekip Ofset [5] W., Weissbach Çevirenler: Prof Selahaddin Anık – E. Sabri Anık, Malzeme Bilgisi ve Muayenesi, İstanbul, 1998, Birsen Yayınevi [6] Islah Çelikleri Asil Çelik Teknik Yayınları, 1990, 5.Baskı [7] W. F., Smith, Principles of Metarials Science and Engineering, 2th Edition, 1990 [8] Bitirme Çalışması, Levent Fidan, Balıkesir Üniversitesi, 2003