Çeliklere Uygulanan Isıl İşlem: Tavlama

Isıl İşlem Nedir?

Isıl işlem, genelde katı haldeki metal ya da metal alaşımlarına istenilen belli özellikleri kazandırmak amacıyla bir ya da birden çok sayıda uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleridir.

Çeliğe uygulanan tüm ısıl işlemler Fe- Fe₃C denge diyagramında bulunan östenit fazın dönüşümü ile ilgilidir.

Isıl İşlem Neden Gereklidir?

• Talaş kaldırmayı kolaylaştırmak
• Tane büyüklüğünü değiştirmek
• Darbe direncini yükseltmek
• Kristal yapıyı değiştirmek
• Mikrosegregasyonu gidermek
• Aşınma direncini geliştirmek

Çeliğin ısıl işlemi östenitleştirme ile başlar. Östenitleştirme, çeliğin Ac₁ alt kritik sıcaklık çizgisinin üzerinde uygun sıcaklığa kadar yavaşça ısıtılıp yapı tamamen östenite dönüşünceye kadar tavlanmasıdır. Isıl işlemde ısıtma hızı, ısıl işlemi etkileyen diğer parametrelere göre daha az önemlidir. Fakat aşırı miktarda kalıntı gerilme içeren malzemeler, gerilme içermeyen malzemelere göre daha yavaş ısıtılmalıdır. Parçada kesit değişikliği var ise farklı kesitlerdeki ısınmadan kaynaklı sıcaklık artış hızları arasındaki farklar dikkate alınmalıdır. Sıcaklık etkisiyle çarpılmanın oluşmaması için parçanın ince kısımları kalın kısımlarına göre daha yavaş ısıtılmalıdır. Hasar ihtimalini düşürmek için çelik malzemeler genellikle yavaş ısıtılır.

Çelikler için dört temel ısıl işlem yaygın olarak kullanılır. Bunlar; gerilim giderme tavlaması, yumuşatma tavı, normalleştirme ve küreselleştirmedir.

Gerilme Giderme Tavı

Gerilme giderme tavı iş parçasında kaynak, döküm, haddeleme gibi işlemlerden kaynaklanan artık gerilmeleri azaltmak için uygulanır. Malzemeler dönüşüm sıcaklığının altında uygun bir sıcaklığa kadar ısıtılıp yeterli süre tavlandıktan sonra yavaş yavaş soğutulur. Bu işlem, kritik sıcaklık altı tavı veya dönüşüm sıcaklığı altı tavı isimleriyle de bilinir. Çelik malzemeler genellikle 550-650 °C arasında gerilme giderme tavına tabi tutulur.

Yumuşatma Tavı (Tam Tavlama)

Yumuşatma tavı çeliği yumuşatmak, sertliği azaltmak, talaş kaldırmayı kolaylaştırmak, artık gerilmeleri gidermek, özel içyapılar oluşturmak amacıyla çelikleri ısıtıp östenite dönüşümü sağladıktan sonra belli süre fırın içinde tutarak çok yavaş soğutma işlemine denir. Yumuşatma tavı, tane boyutunu küçültmek ve bazı çeliklerin manyetik ve elektrik özelliklerini geliştirmek için de yapılır. Ötektoid altı çelikler, Ac₃ üst kritik sıcaklık çizgisinden 40-60 °C fazla sıcaklığa kadar ısıtılır. Ötektoid üstü çelikler, Ac₁ ile çeliğe ait üst sıcaklık çizgisinin arasında sıcaklıkta östenitleştirilirler.

Normalizasyon (Normalleştirme) Tavı

Normalleştirme tavlaması genellikle tane küçültmek, homojen içyapı elde etmek, mekanik özellikleri iyileştirmek, yumuşatma tavına tabi tutulan çeliklerin sertlik ve mukavemetini artırmak amacıyla uygulanır. Normalizasyon tavlaması sonucunda küçük ve eş eksenli tanelerden oluşan perlitik-ferritik içyapı elde edilir. Ötektoid altı çelikler Ac₃ sıcaklığının, ötektoid üstü çelikler Ac_m dönüşüm sıcaklıklarının 40-60 °C üzerinde sıcaklığa ısıtılır,tavlanır ve daha sonra fırın dışında hava ortamında soğutulur. Havada soğutma dengesiz soğuma olduğu için Fe-Fe₃C denge diyagramı kullanılmaz. Havada soğutma, ötektoid altı çeliklerde ötektoid noktayı sola, ötektoid üstü çeliklerde ise sağa kaydırır.

Normalizasyon tavlaması, ötektoid üstü çeliklerde sementit ağını parçalar ve bazı durumlarda büyük oranda giderilmesini sağlar. Bu sebepten dolayı normalize edilen çeliklerin mukavemetinde artış görülür.

Küreselleştirme Tavı

Küreselleştirme tavlaması, çeliklerin Ac₁ çizgisi etrafında uzun bir süre tutulup bölgede tavlandıktan sonra yavaş soğutma ile karbürlerin küresel şekle dönüştürülmesidir.

Küreselleştirme, karbon yüzdesi %0.4’ten büyük olan çeliklerde talaşlı işlemeyi, %0.4’ten küçük olan çeliklerde soğuk şekillendirmeyi kolaylaştırmak için uygulanır. Bu tavlama işlemi, çeliklerin sertliğini azaltır ve sünekliğini artırır. Bu tavlama daha çok yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Çünkü düşük karbonlu çelikler küreselleştirme tavına tabi tutulduklarında çok fazla yumuşarlar. Tavlama süresinin dikkatli ayarlanması gerekir çünkü çelikler gereğinden fazla tavlanırsa sementit parçaları birleşerek uzar ve bu, çeliğin işlenme kabiliyetini düşürür.

Isıl işlem ile kimyasal yapı asla değişmez, kristal ya da kafes yapısında değişiklik yapılır.

Mühendislik kategorisindeki diğer makaleleri de okumanızı tavsiye ederiz!