Isıl işlem nedir?
Isıl işlem, beklenen organizasyon ve özellikleri elde etmek için malzemenin katı halde ısıtıldığı, yalıtıldığı ve soğutulduğu bir metal ısıl işlem sürecini ifade eder. Metal ısıl işlem süreci kabaca entegre ısıl işlem, yüzey ısıl işlem ve kimyasal ısıl işlem olmak üzere üç kategoriye ayrılabilir. Farklı ısıl işlem süreçleri kullanılarak aynı metal, farklı yapılar elde edebilir ve böylece farklı özelliklere sahip olabilir.
Süreç özellikleri
Metal ısıl işlem, mekanik imalatta önemli işlemlerden biridir, diğer işleme işlemleriyle karşılaştırıldığında, ısıl işlem genellikle iş parçasının şeklini ve genel kimyasal bileşimi değiştirmez, ancak iş parçası yüzeyinin kimyasal bileşimini değiştirir, iş parçasının performansını iyileştirir. Genellikle çıplak gözle görülemeyen iş parçasının içsel kalitesinin iyileştirilmesi ile karakterize edilir.
Metal iş parçasının gerekli mekanik özelliklere, fiziksel özelliklere ve kimyasal özelliklere sahip olmasını sağlamak için, makul malzeme seçimine ve çeşitli şekillendirme işlemlerine ek olarak, ısıl işlem işlemi genellikle gereklidir. Çelik, makine endüstrisinde en yaygın kullanılan malzemedir, çeliğin mikro yapısı karmaşıktır, ısıl işlemle kontrol edilebilir, bu nedenle çeliğin ısıl işlemi, metal ısıl işlemin ana içeriğidir.
Ayrıca alüminyum, bakır, magnezyum, titanyum ve bunların alaşımları da farklı performanslar elde etmek için ısıl işlem yoluyla mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirebilir.
Süreç adımları
- Normalleştirme: Normalleştirme, havada soğuduktan sonra uygun sıcaklığa ısıtılan iş parçasıdır, normalleştirme etkisi tavlamaya benzer, ancak elde edilen organizasyon daha incedir, genellikle malzemenin kesme performansını iyileştirmek için kullanılır ve bazen son ısıl işlem olarak düşük gereksinimleri olan bazı parçalar için kullanılır.
- Söndürme: söndürme, iş parçasını su, yağ veya diğer inorganik tuzlar, organik su çözeltisi ve diğer su verme ortamı hızlı soğutmada ısıtmak ve tutmaktır. Su verme işleminden sonra çelik sertleşir, ancak aynı zamanda kırılgan hale gelir, zamanla kırılganlığı gidermek için genellikle zamanla temperlemek gerekir.
- Temperleme: Çeliğin kırılganlığını azaltmak için su verilebilir çelik, oda sıcaklığının üzerinde ve 650 °C'nin altında uygun bir sıcaklıkta uzun süre sıcak tutulur ve daha sonra soğutulur, bu işleme temperleme denir.
- Temperleme: çelik veya çelik parçaların su verme ve temperleme kompozit ısıl işlem sürecini ifade eder. Temperleme için kullanılan çeliklere meneviş çelikleri denilmektedir. Genellikle orta karbonlu yapısal çelik ve orta karbon alaşımlı yapısal çeliği ifade eder.
- Kimyasal ısıl işlem: aktif ortam ısı korumasının belirli bir sıcaklığına yerleştirilen metal veya alaşımlı iş parçasını ifade eder, böylece bir veya birkaç elementin kimyasal bileşimini, organizasyonunu ve ısıl işlem işleminin performansını değiştirmek için yüzeyine girer.
- Yaygın kimyasal ısıl işlem işlemleri şunlardır: karbonlama, nitrürleme, karbonitrasyon, alüminizasyon, borlama vb. Kimyasal ısıl işlemin amacı, çelik yüzeyin sertliğini, aşınma direncini, korozyon direncini, yorulma mukavemetini ve oksidasyon direncini iyileştirmektir.
- Katı çözelti muamelesi: sabit bir sıcaklığı korumak için alaşımın yüksek sıcaklıktaki tek fazlı bir alana ısıtılması için ısıl işlem sürecini ifade eder, böylece fazla faz katı çözelti içinde tamamen çözülür ve daha sonra aşırı doymuş katı çözeltiyi elde etmek için hızlı bir şekilde soğutulur. Çözelti işleminin amacı, esas olarak çelik ve alaşımın plastisitesini ve tokluğunu iyileştirmek ve çökeltme sertleştirme işlemine hazırlanmaktır.
- Çökelme sertleşmesi (çökelme güçlendirme): aşırı doymuş katı çözelti içindeki metali ifade eder çözünen atomik ayrışma bölgesi ve (veya) matris içinde dağılmış parçacıkların çözünmesi ve sertleşmeye yol açan bir ısıl işlem sürecidir. Çökeltme sertleştirme işlemi için 400 ~ 500 ° C veya 700 ~ 800 ° C'de çözelti işleminden sonra veya soğuk işlemden sonra östenitik çökeltme paslanmaz çelik gibi, yüksek bir mukavemet elde edilebilir.
- Yaşlanma tedavisi: çözelti muamelesi, soğuk plastik deformasyon veya döküm, dövme, daha yüksek bir sıcaklıkta veya oda sıcaklığında bakıma yerleştirildikten sonra alaşım iş parçasını, performansını, şeklini, zaman ısıl işlem işlemi ile boyut değişimini ifade eder.
- İş parçası daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılırsa ve eskitme işlemi daha uzun süre kullanılırsa buna yapay yaşlandırma işlemi denir. İş parçası oda sıcaklığında veya uzun süre doğal koşullar altında yerleştirilirse, yaşlanma olgusuna doğal yaşlanma tedavisi denir. Yaşlandırma işleminin amacı, iş parçasının iç gerilimini ortadan kaldırmak, yapıyı ve boyutu stabilize etmek ve mekanik özellikleri iyileştirmektir.
- Kritik çap (kritik penetrasyon çapı): Kritik çap, kalbin tamamı martensitik veya %50 martensitik yapıya kavuştuğunda, belirli bir ortamda su verme işleminden sonra çeliğin maksimum çapını ifade eder ve bazı çeliğin kritik çapı genellikle yağ veya suda sertleşebilirlik testi ile elde edilebilir.
- İkincil sertleştirme: Bazı demir-karbon alaşımları (yüksek hız çeliği gibi) sertliklerini daha da iyileştirmeden önce birkaç kez temperlenmelidir. İkincil sertleşme olarak adlandırılan bu sertleşme olgusu, özel karbürlerin çökelmesinden ve/veya östenitin martensit veya beynite dönüşümüne katılımdan kaynaklanmaktadır.
- Temperleme kırılganlığı: belirli sıcaklık aralıklarında temperlenmiş veya temperleme sıcaklığından sıcaklık aralığı boyunca yavaşça soğutulmuş sertleştirilmiş çeliğin gevrekleşme fenomenini ifade eder. Öfke kırılganlığı, birinci tip öfke kırılganlığı ve ikinci tip öfke kırılganlığı olarak ikiye ayrılabilir. Birinci tip tavlama kırılganlığı aynı zamanda geri dönüşü olmayan tavlama kırılganlığı olarak da bilinir, esas olarak tavlama sıcaklığı 250 ~ 400 °C olduğunda, yeniden ısıtma kırılganlığı ortadan kalktıktan sonra meydana gelir, bu aralıkta tekrarlanan tavlama, artık kırılganlık oluşmaz, ikinci tip tavlama kırılganlığı aynı zamanda tersinir tavlama kırılganlığı olarak da bilinir, Sıcaklık 400 ~ 650 °C'dir, yeniden ısıtmadan sonra kırılganlık kaybolduğunda, hızlı bir şekilde soğutulmalıdır ve uzun süre 400 ~ 650 ° C aralığında kalamaz veya yavaş soğutma yapamaz, aksi takdirde katalitik fenomen tekrar ortaya çıkar. Temper kırılganlığının oluşumu, manganez, krom, silikon gibi çelikte bulunan alaşım elementleri ile ilgilidir, nikel temper kırılganlık eğilimi üretecek ve molibden, tungsten temper kırılganlık eğilimini zayıflatacaktır.
Teknolojik süreç
Isıl işlem prosesi genel olarak ısıtma, yalıtım, soğutma olmak üzere üç işlemi, bazen de sadece ısıtma ve soğutma olmak üzere iki işlemi içerir. Bu süreçler birbirine bağlı ve kesintisizdir.
Isıtma, ısıl işlemin önemli işlerinden biridir. Metal ısıl işlem için birçok ısıtma yöntemi vardır, en eskisi ısı kaynağı olarak odun kömürü ve kömürün kullanılması ve son zamanlarda sıvı ve gaz yakıtın uygulanmasıdır. Elektrik uygulaması, ısıtmanın kontrolünü kolaylaştırır ve çevre kirliliği olmaz. Bu ısı kaynakları, doğrudan ısıtma veya erimiş tuzlar veya metaller ve hatta yüzen parçacıklar yoluyla dolaylı ısıtma için kullanılabilir. Metal ısıtıldığında, iş parçası havaya maruz kalır ve sıklıkla oksidasyon ve karbondan arındırma meydana gelir (yani, çelik parçaların yüzey karbon içeriği azalır), bu da ısıl işlemden sonra parçaların yüzey özellikleri üzerinde çok olumsuz bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, metal genellikle kontrollü bir atmosferde veya koruyucu atmosferde, erimiş tuz ve vakumda ısıtılmalıdır ve ayrıca kaplama veya paketleme yöntemleriyle de korunabilir. Isıtma sıcaklığı, ısıl işlem sürecinin önemli parametrelerinden biridir ve ısıtma sıcaklığının seçimi ve kontrolü, ısıl işlemin kalitesini sağlamak için ana sorundur. Isıtma sıcaklığı, işlenmekte olan metal malzemeye ve ısıl işlemin amacına göre değişir, ancak yüksek sıcaklıkta doku elde etmek için genellikle faz değişim sıcaklığının üzerinde ısıtılır. Ek olarak, dönüşüm belirli bir zaman alır, bu nedenle metal iş parçasının yüzeyi gerekli ısıtma sıcaklığına ulaştığında, iç ve dış sıcaklığın tutarlı olması için belirli bir süre bu sıcaklıkta da tutulması gerekir, böylece mikro yapı tamamen dönüştürülür, bu süreye tutma süresi denir. Yüksek enerji yoğunluklu ısıtma ve yüzey ısıl işlemi kullanıldığında, ısıtma hızı son derece hızlıdır ve genellikle tutma süresi yoktur ve kimyasal ısıl işlemin tutma süresi genellikle daha uzundur.
Soğutma da ısıl işlem sürecinde vazgeçilmez bir adımdır ve soğutma yöntemi, esas olarak soğutma hızını kontrol etmek için işleme göre değişir. Genel olarak, tavlamanın soğutma hızı en yavaştır, normalleştirmenin soğutma hızı daha hızlıdır ve yangının soğuma hızı daha hızlıdır. Bununla birlikte, farklı çelik türleri nedeniyle farklı gereksinimler vardır, örneğin, hava sertliğinde çelik, normalleştirme ile aynı soğutma hızıyla sertleştirilebilir
Süreç sınıflandırması
Metal ısıl işlem süreci kabaca entegre ısıl işlem, yüzey ısıl işlem ve kimyasal ısıl işlem olmak üzere üç kategoriye ayrılabilir. Isıtma ortamının ısıtma sıcaklığına ve farklı soğutma yöntemlerine göre, her kategori birkaç farklı ısıl işlem işlemine ayrılabilir. Farklı ısıl işlem süreçleri kullanılarak aynı metal, farklı yapılar elde edebilir ve böylece farklı özelliklere sahip olabilir. Çelik, endüstride en yaygın kullanılan metaldir ve çeliğin mikro yapısı da en karmaşık olanıdır, bu nedenle birçok çelik ısıl işlem türü vardır, genel ısıl işlem, iş parçasının genel olarak ısıtılması ve daha sonra metal ısıl işlem işleminin genel mekanik özelliklerini değiştirmek için gerekli metalografik yapıyı elde etmek için uygun hızda soğutulmasıdır. Çeliğin genel ısıl işleminin dört temel işlemi vardır: tavlama, normalleştirme, yangın ve temperleme.
Tavlama türleri
Tavlama, iş parçasının uygun bir sıcaklığa ısıtıldığı, belirli bir süre tutulduğu ve daha sonra yavaşça soğutulduğu bir ısıl işlemdir
Çelik için ısıtma sıcaklığına göre iki kategoriye ayrılabilen birçok tavlama işlemi türü vardır: biri, tam tavlama, eksik tavlama, küreselleştirme tavlaması ve difüzyon tavlaması (homojenleştirme tavlaması) dahil olmak üzere faz değişimli yeniden kristalleştirme tavlaması olarak da bilinen kritik sıcaklığın (Ac1 veya Ac3) üzerindeki tavlamadır; Diğeri, yeniden kristalleştirme tavlaması ve gerilim giderme tavlaması dahil olmak üzere kritik sıcaklığın altındaki tavlamadır. Soğutma yöntemine göre tavlama, izotermal tavlama ve sürekli soğutma tavlaması olarak ikiye ayrılabilir.
• Komple tavlama ve izotermal tavlama
Genel olarak tavlama olarak adlandırılan tam tavlama ve tartım kristalizasyon tavlaması, yeterince uzun bir süre boyunca 20 ~ 30 ° C'nin üzerinde Ac3'e ısıtılan çelik veya çeliktir, böylece organizasyon yavaş soğutmadan sonra tamamen östenitlenir, kuruluşun dengesine yakın bir ısıl işlem süreci elde etmek için. Bu tavlama esas olarak çeşitli karbon çeliklerinin ve hipotektoid bileşimli alaşımlı çeliklerin, dövme parçaların ve sıcak haddelenmiş profillerin dökümü ve bazen de bağlantı yapıları için kullanılır. Genellikle bazı ağır olmayan parçaların son ısıl işlemi olarak veya bazı iş parçalarının ön ısıl işlemi olarak kullanılır.
Küreselleştirme tavlaması esas olarak aşırı ötektoid karbon çeliği ve alaşımlı takım çeliği (kesici aletler, ölçüm aletleri ve kalıpların imalatında kullanılan çelik gibi) için kullanılır. Temel amacı, sertliği azaltmak, işlenebilirliği geliştirmek ve daha sonraki su vermeye hazırlanmaktır.
• Küreselleştirme tavı
Su verirken en yaygın kullanılan soğutma ortamı tuzlu su, su ve yağdır.
Tuzlu su verme iş parçası, yüksek sertlik ve pürüzsüz yüzey elde etmek kolaydır, sert olmayan yumuşak noktalar üretmek kolay değildir, ancak iş parçasının ciddi deformasyonuna ve hatta çatlamaya neden olmak kolaydır. Bir su verme ortamı olarak yağ, yalnızca aşırı soğutulmuş östenit nispeten büyük stabiliteye sahip bazı alaşımlı çeliklerin veya küçük boyutlu karbon çeliği iş parçalarının söndürülmesi için uygundur.
Çelik temperlemenin amacı
- kırılganlığı azaltmak, iç gerilimi ortadan kaldırmak veya azaltmak, çok fazla iç gerilim ve kırılganlık olduktan sonra çelik söndürme, zamanında tavlama gibi genellikle çelik deformasyonuna ve hatta çatlamaya neden olur.
- İş parçasının gerekli mekanik özelliklerini elde etmek için, su verme sertliğinden sonra iş parçası yüksek ve kırılgandır, çeşitli iş parçalarının farklı performans gereksinimlerini karşılamak için, uygun tavlama koordinasyonu ile sertliği ayarlayabilir, kırılganlığı azaltabilir, gerekli tokluğu, plastisiteyi elde edebilirsiniz.
- Kararlı iş parçası boyutu
- Tavlamayı yumuşatması zor olan bazı alaşımlı çelikler için, yüksek sıcaklıkta tavlama genellikle su verme (veya normalleştirme) işleminden sonra kullanılır, böylece çelikteki karbürler düzgün bir şekilde toplanır ve kesmeyi kolaylaştırmak için sertlik azaltılır.
Deformasyon önleme
- Makul malzeme seçimi. Sofistike ve karmaşık kalıplar için, iyi malzemeye sahip mikro deforme olmuş kalıp çeliği (havayla söndürülmüş çelik gibi) seçilmeli, ciddi karbür ayrışmasına sahip kalıp çeliği makul bir şekilde dövülmeli ve temperlenmiş ısıl işlem uygulanmalı ve büyük ve dövülemez kalıp çeliği için katı çözelti çift rafine ısıl işlem gerçekleştirilebilir.
- Kalıp yapısı tasarımı makul olmalı, kalınlık çok geniş olmamalı, şekil simetrik olmalı, büyük deformasyon kalıbı için deformasyon yasasına hakim olmalı, işleme ödeneği ayrılmalı ve kombinasyon yapısı büyük, hassas ve karmaşık kalıp için kullanılabilir.
- Hassas karmaşık kalıp ilçeleri, işleme sırasında oluşan artık gerilimi ortadan kaldırmak için ön ısıl işleme tabi tutulmalıdır.
- Makul ısıtma sıcaklığı seçimi, ısıtma hızının kontrolü, yavaş ısıtma, ön ısıtma ve diğer dengeli ısıtma yöntemleri, kalıp ısıl işlem deformasyonunu azaltmak için hassas ve karmaşık kalıplar için benimsenebilir.
- Kalıbın sertliğini sağlama öncülüğünde, ön soğutma, fraksiyonel soğutma su verme veya ılık su verme işlemini kullanmaya çalışın
- Hassas ve karmaşık kalıplar için, koşullar izin veriyorsa, vakumlu ısıtmalı su verme ve su verme işleminden sonra kriyojenik işlem kullanmayı deneyin.
- Bazı hassas ve karmaşık kalıplar için, kalıbın doğruluğunu kontrol etmek için ön ısıl işlem, yaşlandırma ısıl işlemi, tavlama ve amonyaklama ısıl işlemi kullanılabilir.
