Çelikte Dört Çeşit Isıl İşlem Nedir?

Dört temel türleri ısıl işlem çeliğe uygulanan yöntemler tavlama, normalleştirme, sertleştirme (su verme) ve temperlemedir. Bu kontrollü termal işlemler, kimyasal bileşimi değiştirmeden sertlik, süneklik, çekme mukavemeti ve darbe direnci gibi belirli mekanik özellikleri elde etmek için metalin iç kristal yapısını değiştirir. ASM Uluslararası Isıl İşlem Topluluğu'na göre ısıl işlem, otomotiv dişlileri ve cerrahi aletlerden yapısal I-kirişlere kadar neredeyse her dayanıklı metal ürünün arkasında yer alan temel olanak sağlayan teknolojidir. Bu dördünün tam olarak ne olduğunu anlamak türleri heat treatment Bunlar ve nasıl çalıştıkları, mühendislerin gevrek kırılmayı önlemek, işlenebilirliği geliştirmek veya belirli bir uygulama için aşınma direncini en üst düzeye çıkarmak için doğru döngüyü seçmelerine olanak tanır.

1. Tavlama: Metalin Yumuşatılması ve İç Stresin Giderilmesi

Tavlama, çeliği yumuşatan, sünekliğini artıran ve metali belirli bir yüksek sıcaklığa ısıtarak, faz dönüşümlerinin gerçekleşmesi için yeterince uzun süre orada tutarak ve ardından genellikle fırının içinde son derece yavaş bir şekilde soğutarak iç gerilimleri hafifleten bir ısıl işlem işlemidir. Tavlamanın temel amacı çeliği mümkün olan en yumuşak duruma getirerek işlenmesini veya soğuk şekillendirilmesini kolaylaştırmaktır. Sade karbonlu çelikler için tavlama sıcaklığı tipik olarak Üst kritik sıcaklığın (A3) 30°C ila 50°C (50°F ila 90°F) üzerinde ötektoid çelik için yaklaşık 723°C ile düşük karbonlu çelik için 910°C'nin üzerinde değişir. Çelik, genellikle kesitin inç başına bir ila iki saat boyunca bu sıcaklıkta tutulur ve karbonun ostenit fazında eşit şekilde çözünmesine izin verilir. Bunu takip eden soğutma, tavlamanın belirleyici özelliğidir: karbonun demir kafesten dışarı yayılmasına ve perlit olarak bilinen kaba, geniş aralıklı ferrit ve sementit katmanları oluşturmasına izin verecek kadar yavaş olmalıdır. Soğutma oranları tipik olarak Saatte 10°C ila 50°C genellikle parçaları fırında bırakıp saatlerce hatta günlerce birlikte soğumaya bırakarak elde edilir. Ortaya çıkan mikro yapı, geniş yumuşak ferrit alanlarına sahip kaba bir perlittir; bu, Brinell sertliği kadar düşük bir değer sergiler. 120 - 150 HB AISI 1045 gibi orta karbonlu çeliklerde. ASM El Kitabı Cilt 4: Isıl İşlem Tavlama sadece sertliği azaltmakla kalmaz, aynı zamanda önceki soğuk işlem veya kaynaktan kaynaklanan artık gerilimleri de ortadan kaldırır; bu, daha sonraki işleme veya servis sırasında çarpıklığın önlenmesi için kritik öneme sahiptir. Tam tavlamaya ek olarak, özel varyantlar da mevcuttur: küreselleştirme tavlaması, yüksek karbonlu takım çeliklerinde maksimum şekillendirilebilirlik için küresel karbür parçacıklarından oluşan bir yapı üretirken, proses tavlaması, çekme veya haddeleme geçişleri arasındaki sünekliği yeniden sağlamak için soğuk çalışma sıraları sırasında düşük karbonlu çeliklere uygulanan daha düşük sıcaklıkta bir işlemdir. Spesifik yöntem ne olursa olsun, aşırı işlenebilirlik veya gerilim giderme gerektiğinde tavlama her zaman başlangıç noktasıdır ve en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. türleri heat treatment ağır imalat endüstrilerinde.

2. Normalleştirme: Tekdüzelik ve Mukavemet için Tane Yapısının İyileştirilmesi

Normalleştirme, metali kritik aralığının üzerinde ısıtarak ve ardından fırın yerine durgun havada soğutarak, tavlanmış çeliğe kıyasla daha iyi mukavemet ve tokluğa sahip, düzgün, ince taneli bir mikro yapı üreten bir ısıl işlem işlemidir. Normalleştirme için ısıtma sıcaklığı tipik olarak Üst kritik sıcaklığın 30°C ila 50°C üstü Tavlamaya benzer, ancak en önemli ayrım soğutma aşamasında yatmaktadır. Yeterli bir ıslatma işleminden sonra çelik fırından çıkarılır ve ortamdaki durgun havada soğumaya bırakılır. Bu hava soğutması, fırın soğutmasından önemli ölçüde daha hızlıdır ve daha küçük taneciklere sahip daha ince bir perlit yapısıyla sonuçlanır. İnce tane boyutu önemlidir çünkü hem akma mukavemetini hem de tokluğu aynı anda arttırır, oysa güçlendirme mekanizmalarının çoğu birbirinin yerine geçer. Normalleştirilmiş bir AISI 1045 çeliği için çekme mukavemeti tipik olarak yaklaşık 620 MPa (90.000 psi) Bu, tamamen tavlanmış durumda aynı çeliğin tipik 500 MPa'sından önemli ölçüde daha yüksektir. tarafından yayınlanan araştırmaya göre Malzeme Mühendisliği ve Performans Dergisi normalleştirme aynı zamanda katılaşma sırasında eşit olmayan bir soğumaya maruz kalmış olabilecek döküm veya dövme bileşenlerdeki mikro yapıyı da homojenleştirir, böylece parça boyunca tutarlı mekanik özellikler sağlanır. Normalleştirme genellikle su verilmiş ve temperlenmiş bir durumun aşırı sertliğini gerektirmeyen yapısal çelikler için son ısıl işlem olarak ve aynı zamanda sertleşmeden önceki bir hazırlık adımı olarak belirtilir, çünkü tekdüze bir tane yapısı daha sonraki su verme işlemine daha öngörülebilir bir şekilde yanıt verir. Dört kişi arasında türleri heat treatment Normalleştirme, tavlamayla üretilen yumuşak, sünek durum ile su vermeyle üretilen sert, kırılgan durum arasında orta noktayı işgal eder ve bu da onu demiryolu tekerlekleri, şaftlar ve basınçlı kap plakaları gibi güç ve tokluk dengesine ihtiyaç duyan bileşenler için mükemmel bir seçim haline getirir.

3. Sertleştirme (Su Verme): Maksimum Sertlik ve Aşınma Direncine Ulaşmak

Sertleştirme, aynı zamanda su verme olarak da adlandırılır, çeliğin sertliğini ve mukavemetini östenitik aralığa kadar ısıtarak ve daha sonra su, tuzlu su, yağ veya basınçlı havada hızla soğutarak kristal yapıyı martensit adı verilen aşırı doymuş, son derece sert bir faza dönüştürerek önemli ölçüde artıran bir ısıl işlemdir. Çelik yaklaşık olarak bir sıcaklığa kadar ısıtılır. 760°C ila 870°C (1.400°F ila 1.600°F) , karbon içeriğine bağlı olarak ve yapıyı tamamen ostenitleştirecek kadar uzun süre tutulur. Hızlı soğutma – çoğu zaman aşan Saniyede 200°C suda söndürme - karbon atomlarının demir kafesten difüzyonunu bastırır. Karbon, ferrit ve sementitin denge fazlarını oluşturmak yerine, martensit olarak bilinen cisim merkezli bir tetragonal kristal yapı içinde tutulur. Bu yapı, muazzam bir iç gerilim ve ulaşabilen bir sertlik ile karakterize edilir. 62 ila 67 HRC AISI 1095 gibi yüksek karbonlu takım çeliklerinde Rockwell C ölçeğinde. Su verme ortamının seçimi kritik bir mühendislik kararıdır. Su ve tuzlu su en şiddetli söndürmeyi sağlar, maksimum sertlik sağlar, ancak aynı zamanda en yüksek distorsiyon ve su verme çatlaması riskini de sağlar. Yağla söndürme daha yavaş ve daha düzgün olduğundan termal şoku azaltır ve alaşımlı çelikler ve karmaşık şekiller için tercih edilen ortam haline gelir. Havayla söndürme veya gazla söndürme, nispeten yavaş soğutma hızlarında bile martensit oluşturan yüksek alaşımlı havayla sertleşen çelikler için kullanılır. Bununla birlikte, söndürülmüş martensitik yapı son derece sert olmasına rağmen aynı zamanda oldukça kırılgandır. tarafından derlenen verilere göre ASM Arıza Analizi El Kitabı Temperlenmemiş martenzit, yüksek düzeyde artık gerilim içerir ve küçük yüzey kusurlarından veya taşlama sırasında kendiliğinden çatlayabilir. Bu kırılganlık, sertleşmenin neredeyse hiçbir zaman termal döngüdeki son adım olmamasının nedenidir. Bunun yerine, tokluğu yeniden sağlamak için sertleştirmenin hemen ardından temperleme yapılmalıdır. Bu sınırlamaya rağmen sertleştirme, kesici takımlar, rulman yatakları, kalıplar ve aşınmaya dayanıklı plakalar için gereken yüksek yüzey sertliğini elde etmenin en doğrudan yoludur ve türleri heat treatment Aşınmaya ve girintiye karşı dayanıklı olması gereken bileşenler için.

4. Temperleme: Söndürmeden Sonra Sertlik ve Tokluğun Dengelenmesi

Temperleme, sertleşmeyi takip eden zorunlu bir ısıl işlemdir; martensitik yapının kırılganlığını azaltır ve çeliği alt kritik noktanın altındaki bir sıcaklığa kadar yeniden ısıtarak, tutarak ve ardından havada soğutarak söndürme gerilimlerini azaltır. Temperleme sıcaklığı, sertlik ve tokluğun nihai dengesini kontrol eden birincil değişkendir. kadar düşük bir aralıkta değişir. 150°C (300°F) tıraş bıçakları ve metal kesme aletleri gibi maksimum aşınma direnci gerektiren uygulamalar için 650°C (1.200°F) Otomotiv aksları ve krank milleri gibi darbe enerjisini absorbe etmesi gereken bileşenler için. Temperleme sıcaklığı arttıkça, sıkışan karbon atomları ince karbür parçacıkları halinde martensit kafesinden çökelir ve kristal yapı yavaş yavaş cisim merkezli tetragonalden dağılmış karbürlerle daha kararlı cisim merkezli kübik düzenlemeye dönüşür. Bu temperlenmiş martensit yapısı, zaman ve sıcaklığın kontrol edilmesiyle hassas bir şekilde tasarlanabilir. Örneğin, 64 HRC'ye söndürülmüş bir sade karbon çeliği, sertliğini korumak için 200°C'de temperlenebilir. 60 ila 62 HRC bir kesici kenar için veya 550°C'de temperlenerek sertlik elde edilir 30 ila 35 HRC ve biyel koluna uygun yüksek derecede sağlamlık. Belirli alaşımlı çelikler 450°C ila 600°C aralığına kadar yavaş yavaş soğutulursa temper kırılganlığı olarak bilinen özel bir olay meydana gelebilir; bu risk, az miktarda molibden ilave edilerek veya temperleme sıcaklığından hızla soğutularak hafifletilir. göre Metaller El Kitabı Masa Sürümü Temperleme sadece sertleştirme için sonradan düşünülen düzeltici bir işlem değildir; çeliğin mekanik tepkisini uygulamanın kesin ihtiyaçlarına göre ayarlayan bilinçli bir tasarım aracıdır. Dört kişi arasında türleri heat treatment Temperleme, kırılgan, içten gerilimli bir parçayı güvenilir bir mühendislik bileşenine dönüştüren işlemdir.

Üretimde Dört Isıl İşlem Türü Birlikte Nasıl Çalışır?

Endüstriyel uygulamada, dört tür ısıl işlem nadiren ayrı ayrı kullanılır; ham stoğu hassas bir şekilde kontrol edilen özelliklere sahip bitmiş bileşenlere dönüştüren bir dizi halinde birleştirilirler. Sertleştirilmiş bir dişli için tipik bir üretim rotası, işleme için yumuşatmak ve artık döküm veya dövme gerilimlerini ortadan kaldırmak için dövülmüş ham parçanın normalleştirilmesi veya tavlanmasıyla başlar. İşlenmemiş parça daha sonra en yumuşak, en işlenebilir durumundayken net şekle yakın bir şekilde işlenir. İşleme sonrasında bileşen östenitleştirme sıcaklığına kadar ısıtılır ve martenzit oluşturmak üzere söndürülür, böylece aşınma direnci için gereken yüksek yüzey sertliği elde edilir. Söndürmeden hemen sonra parça gerekli tokluğa temperlenir, böylece iç su verme gerilimleri hafifletilir ve gecikmiş çatlamalar önlenir. Bu yumuşatma, şekillendirme, sertleştirme ve temperleme sırası, otomotiv şanzıman dişlilerinden cerrahi aletlere kadar milyonlarca kritik bileşenin üretimi için temeldir. Her adımın spesifik parametreleri çelik kalitesine ve arzu edilen nihai sertliğe ve tokluğa bağlıdır. Örneğin, AISI 8620 düşük karbonlu alaşımlı çelikten yapılmış bir dişli, karbonlama adı verilen farklı bir sertleştirme yoluna tabi tutulabilir; bu yöntem, söndürmeden önce yüzey katmanına karbon verir, ancak çekirdek işlem dizisi yine de tane incelmesi için normalleştirmeyi, martensitik bir kasa oluşturmak için söndürmeyi ve kasa kırılganlığını azaltmak için temperlemeyi içerir. Bu dördünün nasıl olduğunu anlamak türleri heat treatment etkileşim, süreç mühendislerinin performansı en üst düzeye çıkarırken distorsiyon ve hurdayı en aza indiren bir termal döngü tasarlamasına olanak tanır.

Isıl İşlem Çeşitleri Hakkında Sıkça Sorulan Sorular

Tavlama ve normalleştirme arasındaki fark nedir?

Her ikisi de türleri heat treatment çeliği yumuşatır ve yapısını iyileştirir, ancak soğuma hızları farklıdır. Tavlama, çok yavaş bir fırın soğutması kullanarak, maksimum süneklik ve en iri tane yapısı ile mümkün olan en yumuşak durumu üretir. Normalleştirmede hava soğutması kullanılır ve bu da daha yüksek mukavemete ve daha iyi tekdüzeliğe sahip, orta derecede sert, ince taneli bir yapı elde edilmesini sağlar. Mukavemet ve tokluk arasında bir dengeye ihtiyaç duyulduğunda normalleştirme tercih edilirken, sonraki soğuk işlem için aşırı yumuşaklık ve şekillendirilebilirlik gerektiğinde tavlama seçilir.

Tüm çelikler su verme yoluyla sertleştirilebilir mi?

Hayır. Sertleşme sırasında martenzit oluşturma yeteneği, karbon içeriğine ve alaşım bileşimine bağlıdır. Yaklaşık olarak daha az olan çelikler %0,30 karbon genellikle doğrudan su verme yoluyla martensitik bir yapıya sertleştirilemezler çünkü sert, çarpık bir kafes oluşturmak için yeterli karbondan yoksundurlar. AISI 1018 gibi düşük karbonlu çelikler genellikle karbürleme yoluyla sertleştirilir; bu, söndürmeden önce yüzeye karbon ekleyerek sert bir çekirdek üzerinde sert bir kasa oluşturur. Orta ve yüksek karbonlu çelikler ve çoğu alaşımlı çelikler sertleştirme sürecine kolaylıkla yanıt verir.

Neden temperleme sertleşmeden hemen sonra yapılmalıdır?

Söndürme sırasında oluşan martenzit çok büyük iç gerilimler içerir. Bu gerilimler temperleme yoluyla giderilmezse, gecikmeli çatlama olarak bilinen bir olguyla parçanın kendiliğinden, bazen su verme işleminden saatler veya günler sonra çatlamasına neden olabilir. Parça yaklaşık olarak ulaştığında temperleme yapılmalıdır. 50°C ila 65°C (120°F ila 150°F) söndürdükten sonra. Bu adımın geciktirilmesi parça arızası riskini taşır ve tüm ısıl işlem atölyelerinde ciddi bir proses hatası olarak kabul edilir.

Düşük karbonlu bir çelik için tavlama ve normalleştirme arasında nasıl seçim yapabilirim?

Kapsamlı soğuk şekillendirme veya derin çekme işlemine tabi tutulacak düşük karbonlu çelikler için tavlama tercih edilir ısıl işlem çünkü en yumuşak, en sünek durumu üretir. Bileşenin bir miktar mukavemetin gerekli olduğu yapısal kullanım için tasarlanması durumunda normalleştirme daha iyi bir seçimdir çünkü daha uzun fırın soğutma maliyeti olmadan daha ince tane boyutu ve gelişmiş mekanik özellikler sağlar. Karar aynı zamanda sonraki üretim adımlarına da bağlıdır: Tavlama stokun ön işlemesi için idealdir, normalleştirme ise genellikle sıcak haddelenmiş profiller için son işlem olarak hizmet eder.

Dört türleri heat treatment Tavlama, normalleştirme, sertleştirme ve temperleme çeliğin mekanik özelliklerini değiştirmek için eksiksiz bir araç seti oluşturur. Her süreç farklı bir mühendislik ihtiyacını karşılar: Tavlama, şekillendirme için yumuşak, stressiz bir temel oluşturur; normalleştirme, güvenilirlik için yapıyı iyileştirir ve homojenleştirir; sertleşme çeliği mümkün olan maksimum sertliğine iter; ve temperleme, kırılgan sertliği, güç ve tokluğun güvenli, kullanışlı bir kombinasyonuna dönüştürür. Bu süreçler bir arada, yumuşak, bükülebilir metal levhalardan ultra sert kesici kenarlara kadar çeşitli bileşenlerin üretimini mümkün kılıyor ve bunlar, bir yüzyıl önce olduğu gibi modern üretim için de vazgeçilmez olmaya devam ediyor.