Çelik Özelliklerini Etkileyen İşlemler

Çelik, çeşitli endüstrilerde kullanılan çok yönlü bir malzemedir ve mekanik özellikleri, çeşitli ısıl işleme ve yüzey modifikasyon işlemleriyle önemli ölçüde değiştirilebilir. Bu işlemler, çeliğin dayanıklılık, sertlik, süneklik ve işlenebilirlik gibi özelliklerini geliştirir, böylece çeliği çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir. Aşağıda, çeliğin özelliklerini etkileyen ana işlemleri keşfedeceğiz.

1. Tavlama

Tavlama, çeliğin kimyasal bileşimine bağlı olarak belirli bir sıcaklığa ısıtıldığı ve ardından kontrollü bir ortamda soğutulduğu bir ısıl işleme işlemidir. Bu işlem, çeliğin mikro yapısal değişiklikler geçirmesini sağlar, böylece çelik daha kolay işlenebilir veya şekillendirilebilir. Tavlama, tipik olarak sünekliği artırmak, sertliği azaltmak ve iç gerilmeleri gidermek için kullanılır.

Tavlamanın Türleri:

• 1.1 Difüzyon Tavlaması:
  Bu yöntem, çeliğin bileşenleri arasında homojen bir dağılım sağlamak için ısıtarak segrege olmayı ortadan kaldırır ve mekanik özellikleri iyileştirir.
  Uygulamalar: Havacılık ve otomotiv endüstrilerinde yüksek performanslı alaşımlar.

• 1.2 Normalleştirme:
  Normalleştirme, düşük alaşımlı çeliklere uygulanan, çeliği kritik noktasının üzerine ısıtıp havada soğutma işlemdir. Bu işlem, taneleri inceleştirir ve ferritik-perlitik bir mikro yapı oluşumunu sağlar, böylece dayanıklılık ve sertlik artar.
  Uygulamalar: Köprüler, makineler ve yüksek stresli uygulamalarda kullanılan yapı çelikleri.

• 1.3 Yumuşatma Tavlaması:
  Bu işlem, çeliğin sertliğini azaltarak işlenebilirliğini artırmak için çeliği kritik sıcaklıklarının biraz altına ısıtıp yavaşça soğutma işlemidir.
  Uygulamalar: Dişliler ve otomotiv parçaları gibi karmaşık işleme gereksinimlerini karşılayan bileşenler.

• 1.4 Kaba Kristal Tavlaması:
  Yumuşatma tavlaması istenilen sertliği elde etmediğinde, çeliğin kristal boyutunu artırarak malzemenin sünekliğini ve tokluğunu artırır.
  Uygulamalar: Endüstriyel makinelerde kullanılan büyük, ağır bileşenler.

• 1.5 Rekristalizasyon Tavlaması:
  Bu işlem, soğuk işlenmiş çeliğin formunu geri kazanması için yaklaşık 600°C’ye ısıtılmasını sağlar ve böylece orijinal süneklik özelliklerini geri kazandırır.
  Uygulamalar: Otomotiv ve inşaat endüstrilerinde, yeniden şekillendirme gereken durumlar.

• 1.6 Gerilme Giderme Tavlaması:
  Gerilme giderme tavlaması, mekanik işleme, kaynak veya yanlış soğutma nedeniyle oluşan iç gerilmeleri azaltmak amacıyla çeliği daha düşük bir sıcaklığa ısıtıp yavaşça soğutma işlemidir.
  Uygulamalar: Kaynak yapılmış çelik bileşenler, yapı kirişleri ve makine parçaları.

• 1.7 Patent Tavlaması:
  Patent tavlaması, soğuk işleme tel ve şeritleri için uygulanan bir ısıl işlemdir ve daha fazla şekillendirme ve sertleşme sağlar.
  Uygulamalar: Elektrik, otomotiv ve inşaat endüstrilerinde tel ve şerit ürünleri.

2. Su Verme ve Temperleme

Su verme ve temperleme, çelikte sertlik ve tokluk arasındaki ideal dengeyi sağlamak için birlikte kullanılır. Su verme işleminde, çelik yüksek sıcaklığa ısıtılır ve su, yağ veya hava gibi bir ortamda hızla soğutulur. Su vermeden sonra, temperleme işlemi gerçekleştirilir; bu işlem, çeliği daha düşük bir sıcaklığa ısıtarak gerilmeleri giderir ve sertliği ile tokluğu ayarlamak için kullanılır.

• 2.1 Su Verme:
  Su verme, martensitik yapı oluşturur, bu da sert ancak kırılgandır. Hızlı soğutma oranı, çeliğin nihai sertliğini önemli ölçüde etkiler.
  Uygulamalar: Sertlik ve dayanıklılık gerektiren yüksek dayanıklı araçlar, kalıplar ve kesici takımlar.

• 2.2 Temperleme:
  Temperleme, sertliği ayarlamak ve kırılganlığı azaltmak için kullanılır. Su verildikten sonra, çelik kontrollü bir sıcaklığa ısıtılır ve yavaşça soğutulur, böylece çelik tokluk kazanırken sertlik korunur.
  Uygulamalar: Ağırsanayi makineleri, matkaplar ve aşınmaya dayanıklı bileşenlerde kullanılır.

3. Yüzey Sertleştirme

Yüzey sertleştirme, çeliğin yüzeyinin sertliğini ve aşınma direncini artırırken, çekirdek yapısının dayanıklılığını korur. Bu işlem, üstün yüzey özelliklerine ihtiyaç duyan, ancak malzemenin genel dayanımını etkilemek istemeyen bileşenler için kritik öneme sahiptir.

Yüzey Sertleştirme Yöntemleri:

• 3.1 Karbürleme:
  Karbürleme, düşük karbon çeliğinin yüzeyine karbon eklenmesi işlemidir ve ardından su verme işlemi yapılır.
  Uygulamalar: Dişliler, kam milleri ve rulmanlar gibi yüzey sertliğine ihtiyaç duyan bileşenler.

• 3.2 Nitrürleme:
  Nitrürleme, çeliğin yüzeyine azot ekleyerek yüzey sertliğini, aşınma direncini ve yorulma dayanımını artırır. Bu işlem genellikle düşük sıcaklıklarda yapılır.
  Uygulamalar: Otomotiv motor bileşenleri, örneğin krank milleri ve supaplar.

• 3.3 Alev Sertleştirme:
  Alev sertleştirme, çeliğin yüzeyini bir oksijen-asetilen alevi ile ısıtarak ardından hızla soğutulmasını sağlar. Genellikle lokalize sertleştirme için kullanılır.
  Uygulamalar: Endüstriyel makaralar, makine parçaları ve raylar gibi belirli alanlarda sertleşme gereksinimi olan bileşenler.

• 3.4 İndüksiyon Sertleştirme:
  İndüksiyon sertleştirme, çelik yüzeyini yüksek frekanslı elektrik akımı ile ısıtarak ardından hızlı soğutma yaparak yüzeyi sertleştirir, ancak çekirdek dayanıklılığını korur.
  Uygulamalar: Aşınmaya ve yorgunluğa dayanıklı olması gereken çelik bileşenler, örneğin miller ve dişliler.

4. Austanitizasyon

Austanitizasyon, çeliğin, martensit ve bainit gibi kararlı yapılar oluşturabilmesi için gerekli sıcaklıklara kadar ısıtılmasını içeren bir işlemdir. Bu işlem, çeliği sonraki işlemler için hazırlar, örneğin su verme ve temperleme, böylece istenilen mekanik özelliklere ulaşmasını sağlar.
Uygulamalar: Su verme ve temperleme işlemi için ilk adım olarak kullanılır ve bu, çeliği sertleştirilen bir malzeme yapmak için gereklidir.

5. Shot Peening (Mermi Peşleme)

Shot peening, çelik yüzeyini küçük küresel medya (shot) ile bombardıman yaparak kompresif gerilme kalıntıları oluşturma işlemidir. Bu işlem, yorulma dayanımını artırır ve çatlak oluşma riskini azaltır, bu da döngüsel yüklere maruz kalan bileşenler için idealdir.
Uygulamalar: Uçak bileşenleri, yaylar, dişliler ve yüksek stres veya yorgunluk altında çalışan diğer parçalar.

6. Krom Kaplama

Krom kaplama, çeliğin üzerine ince bir krom tabakası ekleme işlemidir. Bu, çeliğin yüzey sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini artırırken, çekirdek malzemenin özelliklerini etkilemez.
Uygulamalar: Otomotiv bileşenleri, kesici takımlar ve makine parçaları.

7. Buhar Yatak Kaplamaları (PVD ve CVD)

Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) ve Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD), çelik yüzeylerine ince, yüksek performanslı kaplamalar uygulamak için kullanılan yöntemlerdir. Bu kaplamalar, yüzey sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini artırır, böylece çelik bileşenlerin dayanıklılığını arttırır.
Uygulamalar: Aletler, kalıplar ve aşınmaya maruz ekipman.

8. Sıcak Haddeleme

Sıcak haddeleme, çeliğin yüksek sıcaklıklarda silindirik makaralar arasında geçirilerek levhalar, plakalar ve çubuklar gibi şekillerin üretildiği bir işlemdir. Bu işlem, çeliğin mikro yapısını iyileştirerek dayanıklılık ve süneklik sağlar.
Uygulamalar: Köprüler, binalar ve ağır makineler gibi yapı çelikleri.

9. Soğuk Haddeleme

Soğuk haddeleme, çeliğin oda sıcaklığında kalınlığının azaltılması işlemidir ve bu işlem yüzey bitişini, boyutsal doğruluğu ve akma dayanımını artırır. Bu, sıcak haddelemenin ardından yüksek toleranslı boyutlar elde etmek için yapılır.
Uygulamalar: Otomotiv gövde panelleri, ev aletleri ve yüksek boyutsal doğruluk gerektiren diğer ürünler.

10. Dövme

Dövme, çeliği şekillendirmek için sıkıştırıcı kuvvetler kullanan bir işlemdir ve bu işlem çeliğin tane yapısını ve dayanıklılığını iyileştirir. Sıcak veya soğuk yapılabilir, malzeme ve uygulamaya bağlı olarak.
Uygulamalar: Ağır sanayi makine parçaları, havacılık bileşenleri ve aletler.

11. Ekstrüzyon

Ekstrüzyon, çeliği bir kalıptan geçirmek suretiyle sürekli şekiller (borular, çubuklar) ve karmaşık kesit profilleri oluşturma işlemidir.
Uygulamalar: İnşaat malzemeleri, boru ve yapısal şekiller.

12. Alaşımlama ve Karıştırma

Alaşımlama, çeliğin kimyasal bileşimini değiştirerek dayanıklılık, sertlik ve korozyon direncini artırır. Krom, nikel ve vanadyum gibi elementler, özel çeliklerin üretimi için eklenir.
Uygulamalar: Paslanmaz çelik, araç çelikleri ve çeşitli endüstriler için yüksek dayanıklı düşük alaşımlı çelikler.

13. Vakum Değazlama

Vakum degazlama, çelik sıvısındaki gazları uzaklaştırarak çeliğin saflığını artıran bir işlemdir, böylece malzeme saf kalır ve mekanik özellikleri iyileşir.
Uygulamalar: Havacılık, otomotiv ve enerji üretim endüstrilerinde malzeme saflığının kritik olduğu yerlerde kullanılır.

14. Lazer Sertleştirme

Lazer sertleştirme, çeliğin yüzeyini yüksek yoğunluklu lazer ışınları ile ısıtarak ardından anında soğutma yaparak yüzeyi sertleştirme işlemidir. Bu işlem, hedeflenen ve hassas bir şekilde yüzey sertliği sağlar.
Uygulamalar: Yüksek hassasiyetli makine parçaları, kalıplar ve aletler.

15. Kriojenik İşlem

Kriojenik işlem, çeliğin aşırı düşük sıcaklıklara soğutulması işlemidir. Bu işlem, martensiti elde etmek için kalan austiniti martensite dönüştürür ve sertliği ile aşınma direncini artırır. Ayrıca, malzemedeki gerilmeleri de giderir.
Uygulamalar: Alet çelikleri, otomotiv parçaları ve aşırı aşınma koşullarına maruz kalan bileşenler.