İçeriğe atla

Sertleştirme (metalürji)

Sertleştirme, metallerin sertliğini artırmak için kullanılan bir metal işlemi türüdür. Bir metalin sertliği, metalin maruz kaldığı gerinim konumundaki tek eksenli akma stresiyle doğru orantılıdır. Sert bir metalin plastik deformasyona karşı direnci daha az sert bir metale göre daha yüksek olacaktır.

İşlemler

Beş sertleştirme işlemi ve açıklamaları aşağıdaki gibidir:

  • Hall – Petch yöntemi veya tane sınırı güçlendirmesi, daha küçük taneler elde ederek sertliği arttırmayı hedefleyen bir yöntemdir. Daha küçük taneler, dislokasyonların tane sınırlarına daha kısa mesafede rast gelme olasılığını arttırır. Tane sınırları dislokasyonları durdurmada çok etkilidir. Genel olarak, daha küçük tane büyüklüğü malzemeyi sertleştirecektir ancak bazı malzemelerde tane büyüklüğü mikron altı boyutlara yaklaştığında, malzeme daha yumuşak hale gelebilir. Bu, daha kolay hale gelen başka bir deformasyon mekanizmasının, yani tane sınırı kaymasının bir etkisidir. Bu noktada, dislokasyon ile ilgili tüm sertleştirme mekanizmaları önemsiz hale gelir.
  • İşleme sertleştirmesinde (gerinim sertleştirmesi olarak da adlandırılır) malzeme akma sınırının ötesine gerilir. Düktil metal, fiziksel olarak deforme edilirken sertleşir ve güçlenir. Plastik germe yeni dislokasyonlar oluşturur. Dislokasyon yoğunluğu arttıkça, daha fazla dislokasyon hareketi zor hale gelir, çünkü dislokasyonlar birbirlerini engeller, bu da malzeme sertliğini arttırır.
  • Katı çözelti kuvvetlendirmesinde, güçlendirilmek istenen malzemeye çözünür bir alaşım elementi eklenir ve iki malzeme birbirleriyle bir "katı çözelti" oluştururlar. Çözünmüş alaşım elementinin iyonunun metalinkine kıyasla boyutuna bağlı olarak, ya yer değişimli (kristal içindeki bir atomun yerine geçen büyük alaşım elementi) ya da interstisyel (kristaldeki atomlar arasında yer alan küçük alaşım elementi) çözünme olur. Her iki durumda da, yabancı elemanların boyut farkı, kaymaya çalışan dislokasyonlara direnç göstermesine neden olarak malzemenin daha yüksek mukavemete sahip olmasına neden olur. Çözelti sertleştirmesinde, alaşım elementi çözeltiden çökelmez.
  • Çökelme sertleşmesi, (yaşlanma sertleşmesi olarak da adlandırılır) matris metaliyle katı çözeltide başlayan ikinci bir fazın, su verdikçe metal ile çözeltiden çökeltildiği ve kayma dislokasyonlarına direnç göstermesi için bu fazın parçacıklarının metal içinde dağıldığı bir işlemdir. Bu işlem ilk olarak, parçacıkları oluşturan elemanların metal içinde çözünür olduğu bir sıcaklığa ısıtılması, daha sonra katı bir çözelti içinde tutulması için su verilmesi ile başlar. Daha sonra malzemeyi yaşlandırmak için uygun bir sıcaklıkta ikinci bir ısıl işlem gereklidir. Yüksek sıcaklık, çözünmüş elemanların çok daha hızlı yayılmasına ve istenen çökeltilmiş parçacıkları oluşturmasına izin verir. Söndürmenin gerekliliği, aksi halde malzemenin yavaş soğutma sırasında çökelmeye başlamasındandır. Bu tip çökeltme, genel olarak arzu edilen küçük çökeltilerin bolluğu yerine birkaç büyük partikül ile sonuçlanır. Çökelme sertleştirmesi, metal alaşımlarının sertleştirilmesinde en yaygın kullanılan tekniklerden biridir.
  • Daha yaygın olarak suverme ve temperleme olarak bilinen martensitik dönüşüm, çeliğe özgü bir sertleştirme mekanizmasıdır. Çelik, demir fazının ferritten östenite dönüştüğü, yani kristal yapının HMK'den (hacim merkezli kübik) YMK'ye (yüzey merkezli kübik) değiştirildiği bir sıcaklığa ısıtılmalıdır. Östenitik formda, çelik çok daha fazla karbonu çözebilir. Karbon çözündükten sonra malzemeye suverilir. Karbonun karbür çökeltileri oluşturmak için zamana sahip olmaması için yüksek bir soğutma hızıyla söndürmek önemlidir. Sıcaklık yeterince düşük olduğunda, çelik düşük sıcaklıktaki kristal yapı HMK'ye geri dönmeye çalışır. Bu değişiklik çok hızlıdır çünkü difüzyona gerek yoktur, buna martensitik dönüşüm denir. Katı çözelti karbonunun aşırı doygunluğu nedeniyle, kristal kafes HMD (Hacim merkezli dörtgen ) haline gelir. Bu faz martensit olarak adlandırılır veher iki mekanizması da kayma çıkığına direnen çarpık kristal yapının ve katı çözelti güçlendirmesinin birleşik etkisi nedeniyle son derece serttir.

Tüm sertleştirme mekanizmaları, dislokasyon kaymalarına engel olmak için malzemenin kristal kafesinde kusurlar ortaya çıkarır.

Uygulamalar

Birçok uygulama için malzeme sertleştirmesi gereklidir:

  • Makine kesici takımların (matkap uçları, kılavuzlar, torna takımları) etkili olabilmeleri için üzerinde çalıştıkları malzemeden çok daha sert olmaları gerekir.
  • Bıçak ağzı - yüksek sertlikte bir ağız keskin bir kenar sağlar.
  • Rulmanlar - sürekli strese dayanacak çok sert bir yüzeye sahip olmaları gerekir.
  • Zırh kaplama - Yüksek mukavemet, hem kurşun geçirmez yelekler hem de madencilik ve inşaat için ağır hizmet kapları için son derece önemlidir.
  • Yorgunluk önleyici - Martensitik kasa sertleştirmesi, akslar ve çarklar gibi tekrarlanan yükleme/boşaltmaya mağruz kalan mekanik bileşenlerin servis ömrünü önemli ölçüde artırabilir.

Kaynakça

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Seramik</span> ısı etkisiyle hazırlanan inorganik, metalik olmayan katı

Seramik iyonik veya kovalent bağlara sahip metal ve metal olmayan inorganik bileşik içeren katı bir malzemedir. Yaygın kullanım örnekleri çanak-çömlek, porselen ve tuğladır.

<span class="mw-page-title-main">Alaşımlı çelik</span> Alaşımlı celik

Alaşımlı çelik, mekanik özelliklerini geliştirmek için ağırlıkça % 1.0 ila % 50 arasında toplam miktarlarda çeşitli elementlerle alaşımlanan çeliktir.

<span class="mw-page-title-main">Isıl işlem</span>

Isıl işlem metallerin mekanik özelliklerini geliştirmek amaçlı uygulanan işlemlerin genel adıdır. Metalurjik bir işlem türüdür.

<span class="mw-page-title-main">Çelik</span>

Çelik, demir elementi ile genellikle %0,02 ila %2,1 oranlarında değişen karbon miktarının bileşiminden meydana gelen bir alaşımdır. Çelik alaşımındaki karbon miktarları çeliğin sınıflandırılmasında etkin rol oynar. Karbon genel olarak demir'in alaşımlayıcı maddesi olsa da demir elementini alaşımlamada magnezyum, krom, vanadyum ve tungsten gibi farklı elementler de kullanılabilir. Karbon ve diğer elementler demir atomundaki kristal kafeslerin kayarak birbirini geçmesini engelleyerek sertleşme aracı rolü üstlenirler. Alaşımlayıcı elementlerin, çelik içerisindeki, değişen miktarları ve mevcut bulundukları formlar oluşan çelikte sertlik, süneklilik ve gerilme noktası gibi özellikleri kontrol eder. Karbon miktarı yüksek olan çelikler demirden daha sert ve güçlü olmasına rağmen daha az sünektirler.

<span class="mw-page-title-main">Malzeme bilimi</span> yeni malzemelerin keşfi ve tasarımı ile ilgilenen disiplinlerarası alan; öncelikli olarak katıların fiziksel ve kimyasal özellikleriyle ilgilidir

Malzeme bilimi, malzemelerin yapı ve özelliklerini inceleyen, yeni malzemelerin üretilmesini veya sentezlenmesini de içine alan disiplinlerarası bir bilim dalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Çözünürlük (kimya)</span> katı, sıvı veya gaz halindeki bir maddenin bir çözücü içinde çözülme kapasitesi

Çözünürlük, belli bir miktar çözünenin, belirli şartlar altında, spesifik bir çözücü içinde çözünmesidir. Çözücü akışkan solvent olarak adlandırılır ve birlikte çözeltiyi oluştururlar. Çözümlendirme işlemi solvasyon olarak adlandırılır.

Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element ile birleşmesiyle oluşan homojen karışımıdır. Elde edilen malzeme yine metal karakterli malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Sementasyon</span>

Sementasyon veya Karbürizasyon en eski yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olup; karbon içeriği düşük olan çelik malzemelerin yüzeyine katı, sıvı veya gaz ortam içerisinde çeliğin yüzeyine karbon emdirilmesi (difüzyon) esasına dayanır.

Sıfır altı işlem ya da kriyojenik işlem, yüksek aşınmaya maruz kalan takımlarda aşınma direncini artırma amaçlı uygulanan modifiye edilmiş bir soğutma işlemidir. Takım çeliklerine uygulanan geleneksel sertleştirme yöntemlerinde çelik östenitleme işleminin ardından çelik cinsine bağlı olarak çeşitli soğutma ortamlarında minimum mümkün sıcaklık olan oda sıcaklığına kadar soğutulur ve martenzitik yapı elde edilir. Yüksek alaşımlı çeliklerde ise sertleşmeyi sağlayan martenzitik dönüşüm belirli bir sıcaklıkta (150-3000 C) başlar ve oda sıcaklığında sona ermez.

<span class="mw-page-title-main">Dislokasyon</span>

Dislokasyon ve diğer adıyla çizgisel kusur; malzeme biliminde, kristal yapıların atomsal dizilişlerinde bir çizgi boyunca görülen kusurlardır. Denge konumundan ayrılan atomlar sonucunda çizgi çevresinde artık gerilimler meydana gelir ve şekil değiştirme enerjisi depo edilir. Dislokasyonlar genellikle malzemelerin katılaşma sürecinde oluşmakla birlikte, plastik şekil değiştirme sırasında sayıları artar. Öte yandan boş köşelerin yığılması ve katı eriyiklerde görülen atomsal uyumsuzluk da bu kusurların oluşmasına sebep olabilir. Kenar dislokasyonu ve vida dislokasyonu olmak üzere iki ana dislokasyon türü vardır. Gerçekte ise bu iki dislokasyonun özellikleri bir arada görülür. Bu tür dislokasyonlara ise karışık dislokasyonlar adı verilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Paslanmaz çelik</span>

Paslanmaz çelik, bileşiminde minimum %10,5 ve üzeri krom ve %1,2'den az karbon içeren ve korozyona karşı dayanıklılığı ile bilinen bir çelik alaşımıdır.

<span class="mw-page-title-main">Yığın hataları</span>

Yığın hataları belirli kristal yapılarda gözlenen bir 2-boyutlu Kafes hatalarıdır. Örneğin yüz merkezli kübik kristal yapıda (YMK), kristal düzlemleri ABCABC... sırası ile yığılmış olarak gözlemlenir. Eğer bu düzenlilik bozulursa, orada bir yığın hatası oluşmuştur. Genellikle burada bir lokal hegzagonal kafes yapısı ile yığılma ABAB... oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Radyasyon hasarı</span>

Radyasyon hasarı, iyonlaştırıcı radyasyonun fiziksel nesneler üzerindeki etkisidir. Radyobiyoloji, iyonlaştırıcı radyasyonun ve radyasyonun insan sağlığına etkileri de dahil olmak üzere canlılar üzerindeki etkisini araştıran bilim dalıdır.

Yumuşatma tavlaması, malzemelerin istenilen yapısal, mekanik ve fiziksel özelllikleri elde etmek, talaşlı imalat veya plastik şekil vermeyi kolaylaştırmak için belirli sıcaklıklara kadar ısıtılıp bu sıcaklıklarda bekletilip sonradan yavaşça soğutulması işlemine yumuşatma tavı denilmektedir.

Normalleştirme ısıl işlemi, demirli malzemelere uygulanan bir işlemdir. Normalleştirme ısıl işleminin amacı, mikroyapı' yı rafine ederek malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmektir. Bu işlemde malzeme dönüşüm aralığının üzerinde östenit fazına ısıtılmaktadır ve ardından oda sıcaklığında durgun havada soğutulmaktadır. Normalleştirici ısıl işlem, yapısal düzensizlikleri dengelemektedir ve malzemeyi daha fazla çalışma için yumuşak hale getirmektedir. Dövme, bükme, çekiçleme gibi soğuk işleme işlemleri malzemeleri sertleştirmektedir ve daha az sünek hale getirmektedir. Aynı durum kaynaklı kısmın yakınındaki ısıdan etkilenen bölge (ITAB) için de geçerlidir. Normalize edici ısıl işlem, bu malzemenin sünekliğini ve yumuşaklığını yeniden kazandırmaktadır. Bu işlem aynı zamanda, istenen sertleşmeye tepkiyi iyileştirmek için herhangi bir sonraki yüzey sertleştirmeden önceki gibi kullanılmaktadır.

Metalurji biliminde faz terimi, fazın belirli bir kimyasal bileşime, farklı bir atomik bağ ve element düzenine sahip olduğu fiziksel olarak homojen bir madde durumunu belirtmek için kullanılmaktadır. Bir alaşım içinde aynı anda iki veya daha fazla farklı faz mevcut olabilmektedir. Bir alaşım içindeki her fazın kendine özgü fiziksel, mekanik, elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri vardır. Bir alaşımda bulunan fazlar, alaşım bileşimine ve alaşımın maruz kaldığı ısıl işleme bağlıdır. Faz diyagramları, belirli bir sıcaklıkta tutulan belirli bir alaşımda bulunan fazların grafiksel temsilleridir. Faz diyagramları, belirli bir ısıl işleme tabi tutulmuş bir alaşımda meydana gelen faz değişikliklerini tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Bu önemlidir çünkü bir metal bileşenin özellikleri metalde bulunan fazlara bağlıdır. Faz diyagramları, belirli bir bileşime sahip alaşımların seçimi ve belirli özellikler üretecek ısıl işlem prosedürlerinin tasarımı ve kontrolü için metalurji uzmanları tarafından kullanılmaktadır. Ayrıca kalite sorunlarını gidermek için kullanılırlar.

<span class="mw-page-title-main">Martenzit</span>

Martenzit, çelik kristal yapının çok sert bir şeklidir. Adını Alman metalurji uzmanı Adolf Martens' ten almıştır. Benzetme yoluyla bu terim, difüzyonsuz dönüşümle oluşturulan herhangi bir kristal yapıya da atıfta bulunabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Süneklik</span> mühendislik

Süneklik, genellikle bir malzemenin çekme yatkınlığı olarak tanımlanan mekanik bir özelliktir. Malzeme biliminde süneklik, bir malzemenin kopmadan önce çekme gerilimi altında plastik deformasyonu sürdürebilme derecesi ile tanımlanmaktadır. Süneklik, bir malzemenin belirli üretim işlemlerine uygunluğunu ve mekanik aşırı yükü emme kapasitesini tanımlayan mühendislik ve imalatta önemli bir husustur. Genellikle sünek olarak tanımlanan malzemeler arasında altın ve bakır bulunmaktadır. Benzer bir mekanik özellik olan dövülebilirlik, bir malzemenin basınç stresi altında bozulmadan plastik olarak deforme olma yeteneği ile karakterize edilmektedir. Tarihsel olarak, çekiçleme veya haddeleme yoluyla şekillendirmeye uygun olan malzemeler dövülebilir olarak kabul edilmiştir. Kurşun, nispeten dövülebilir ancak sünek olmayan bir malzeme örneğidir.

<span class="mw-page-title-main">Deformasyon mekanizması</span>

Deformasyon mekanizması, geoteknik mühendisliğinde, bir malzemenin iç yapısındaki, şeklindeki ve hacmindeki değişikliklerden sorumlu olan mikroskobik ölçekte meydana gelen bir süreçtir. Süreç düzlemsel süreksizliği ve/veya atomların kristal kafes yapısı içindeki orijinal konumlarından yer değiştirmesini içermektedir. Bu küçük değişiklikler, kayalar, metaller ve plastikler gibi malzemelerin çeşitli mikro yapılarında korunmaktadır ve optik veya dijital mikroskop kullanılarak derinlemesine incelenebilmektedir.

Borlama olarak adlandırılan, bor emdirme de denilen işlem, çok çeşitli demir, demir dışı, sermet malzemelere ve alaşımlara uygulanabilen termo-kimyasal bir yüzey sertleştirme işlemidir. İşlem, iyi temizlenmiş malzemenin 700 ila 1000 °C aralığında, tercihen 1 ila 12 saat süreyle, borlu bir katı toz, macun, sıvı veya gaz ile temas halinde ısıtılmasını içerir. Termokimyasal borlamadaki diğer gelişmeler, plazma borlama ve akışkan yataklı borlama gibi gaz borlama tekniklerini içerir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.