Sertleştirme Yaparken Malzemenin Önemi ve Seçimi

Sertleştirme Yaparken Malzemenin Önemi ve Seçimi

Endüstride kullanılan metallerin ve metal alaşımlarının çeşitleri çok fazladır. Bunların her biri belirli amaçlar için üretilmektedir. Endüstride kullanılan metallerin çoğunluğunu (yaklaşık % 90’ı) demir esaslı metaller oluşturmaktadır. Metaller çok değişik türde üstün özellikleri nedeni ile endüstride çok geniş uygulama alanına sahiptir. Metaller saf hâlde yumuşak ve düşük mukavemetli olmalarına karşılık alaşımlama, soğuk şekil verme ve ısıl işlemlerle sertlik ve mukavemetleri birkaç kat artırılabilir. Ayrıca üretim sırasında döküme, plastik şekil vermeye, keserek ve talaş kaldırarak işlemeye, kaynak, perçin ve vida ile birleştirmeye elverişlidir. Bütün bunlara karşılık genellikle korozyona karşı dirençleri düşüktür. Malzeme seçimi sırasında yukarıdaki özellikleri de dikkate alarak malzemenin kullanım esnasında çalışacağı ortama (dayanıklılık çalışma süresi vb.) üretim sonrası kullanılacağı yerdeki çalışma şartlarına göre ısıl işlem ile (sertleştirilmesi, yumuşatılması, normalleştirilmesi ya da gerginliğinin giderilebilmesi gibi işlemlerle) özelliklerinin ayarlanabilir olması da malzeme seçiminde önemli bir unsurdur.

Malzemelerin İç Yapı Özellikleri

Malzemelerin özellikleri iç yapılarına bağlıdır. Malzemelerin iç yapıları ise atomların dizilişine, türüne ve birbirlerine bağlanış şekillerine göre değişmektedir. Atomların dizilişleri birim hücreler yardımıyla olmaktadır. Çok fazla sayıda birim hücre bir araya gelerek malzemelerin tanelerini oluşturmaktadır. Bütün maddeler atomlardan meydana gelen kimyasal elementlerden oluşmaktadır. Atomlar bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasıdır. Bundan dolayı elementlerin karakteristik özellikleri, elementi oluşturan atomların yapısına bağlıdır. Bir elementin atomu üç parçadan oluşmaktadır.
Bunlar;

  • Elektronlar,
  • Protonlar,
  • Nötronlardır.

Atomlar Arası Bağ

Atomları bir arada tutan 4 farklı bağ vardır. Bunlar; metalik, iyonik, kovalent ve wander waals bağlarıdır. Metalik, iyonik ve kovalent bağlar kuvvetli olup vander waals bağı ise oldukça zayıf bir bağdır.

Kristal Kafesler

Kristalleşen malzemeler, kristal kafes adı verilen üç boyutlu belli bir düzene göre dizilmiş bir hacim kafesten oluşur. Metalik malzemelerde atomların dizilişi büyük önem taşır. Dört önemli kristal kafes yapısı vardır.

Bunlar;

  • Basit kübik (BK),
  • Hacim merkezli kübik (HMK),
  • Yüzey merkezli kübik (YMK)
  • Hegzagonal sıkı paket (HSP) yapıdır.

Allotropi

Bir metalin farklı sıcaklıklarda farklı kristal kafes yapısına sahip olması özelliğine allotropi denir. Demir, kalay, kobalt ve mangan gibi metaller allotropik metallerdir. Allotropik metallere ısıl işlemlerle farklı özellikler kazandırılabilir.

Demirin alotropisi: Saf demirin soğuma diyagramında üç ayrı allotropik durumu (polimorf) vardır.

Yukarıda görüldüğü gibi ergimiş demir sıvı hâlden katılaşırken ilk olarak hacim merkezli kübik (HMK) kafes yapılı δ demir oluşur, 1400 ºC’de bu yapı yüzey merkezli kübik (YMK) kafes yapılı γ demirine, 910 ºC’de de hacim merkezli kübik (HMK) kafes yapılı α demirine dönüşür. HMK kristal kafese sahip demire ferrit, YMK kristal kafese sahip demire ise ostenit denir.

Ferit (α) : Karbonun α demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı çözeltiye ferrit denir. C ferrit içinde 723 ºC’de en fazla % 0,03 kadar eriyebilir.

Östenit (γ): Karbon atomunun YMK yapıdaki γ demiri içerisinde çözünmesi sonucunda oluşan katı çözeltidir.

δ katı çözeltisi: Karbonun δ demiri içinde erimesi sonucu elde edilir. C bu eriyik içinde 1493 ºC en fazla % 0.08 oranında eriyebilir.
Daire Testereler

Demir Karbon Denge Diyagramı

Çeliğin metalürjik yapısı hem sıcaklık hem de karbon oranı ile değiştirilebilir. Aşağıdaki şekilde demir-karbon denge diyagramı görülmektedir. Demir-karbon denge diyagramında % 2 karbon oranına kadar olan bölge çelik, % 2 ile % 6,67 arasındaki bölge ise dökme demir bölgesidir.

Demir-karbon denge diyagramından görüldüğü gibi saf demir yaklaşık olarak 1535ºC tamamen sıvı hâldedir. 1535ºC ile 1400ºC sıcaklık aralığında δ katı çözeltisi hâlinde olup HMK kafes yapıya sahiptir. 1400ºC ile 910ºC sıcaklık aralığında γ katı çözeltisi hâlinde olup YMK kafes yapıya sahiptir. 910ºC’den itibaren α katı çözeltisi hâlinde olup HMK kafes yapıya sahiptir. Demir içerisinde karbon miktarı arttıkça bu dönüşüm sıcaklıkları değişmektedir. Karbon miktarı %0.8’e kadar olan çelikler ötektoid altı çelik, % 0.8 ile % 2 arasında olan çelikler ise ötektoid üstü çelik olarak adlandırılır.

Demir-karbon denge diyagramında kullanılan terimler
Sementit (Fe3C): Sert ve kırılgan demir-karbür (Fe3C) bileşiğidir.
Ötektik (S ↔ γ+ Fe3C): Bir sıvıdan farklı iki katı oluşumudur. % 4,3 C içeren Fe-C alaşımında 1140 ºC’de oluşur.
Ötektoid (γ ↔ α+ Fe3C): Bir katı eriyik yapıdan farklı iki katı yapı oluşumudur. % 0,8 C içeren çelikler de 723 ºC oluşur.
Perlit (α+ Fe3C): Mikroskop altında parlak parmak izi şeklinde görülen ferrit ve sementitin birleşiminden oluşan ötektik yapıdır.

Yumuşatma tavı nedir?” başlıklı blog yazımıza gidebilir ya da Kesici Takımlar Blogumuza geri dönebilirsiniz.