Isıl İşlem

Isıl işlem hemen her sektörün ihtiyaç duyduğu ve her sektörde kullanılan girdilere uygulanan bir işlemdir. Bununla birlikte ısıl işlem uygulama alanları itibariyle iki ana amaçla yapılmaktadır: Kullanım alanına göre ilk amacı ürünü şekillendirmeye yönelik olarak uygulanmasıdır. İkinci kullanım amacı ise parçanın uygun mekanik özelliklerini sağlamaya yöneliktir. Isıl işlemler büyük ölçüde metallere uygulanmaktadır. Demir, çelik, paslanmaz çelik, yapısal çelikler, alüminyum ve bakır gibi metaller ısıl işleme en çok konu olan metallerdir. Isıl işlemlerin yaklaşık yüzde 80’i çelik ürünlerinde gerçekleşmektedir.
Ürünü Şekillendirmeye Yönelik Isıl İşlemler
Ürünü şekillendirmeye yönelik ısıl işlemler bir önceki süreçten kalan (örneğin; soğuk şekillendirme) ve/veya metalürjik iyileştirmeden kalan stresleri kaldıran ve malzemeyi yumuşatan normalize (havada soğutma ve tavlama) işlemlerini kapsamaktadır.
Tavlama İşlemi: Metallerin katılaşma eğrisinin altındaki sıcaklığa kadar ısıtılıp, orada bekletilmesi ve soğutulması işlemidir. Yani malzeme daima katı halde bulunmaktadır.
Tavlama işlemleri;
a. Yumuşatma tavlaması: Çeliğin sertliğini azaltmak, talaş kaldırmayı iyileştirmek veya döküm ve dövme parçaların iç gerilmelerini azaltmak amacıyla yapılmaktadır.
b. İri tane tavlaması: Çoğunlukla az kromlu metallere/ çeliklere talaş kaldırma özelliğini iyileştirmek için uygulanmaktadır.
c. Difüzyon tavlaması: Çözünebilir bileşenlerin içyapıda düzenli bir şekilde dağılması amacıyla yapılmaktadır.
d. Normalizasyon: Tane küçültmek, homojen bir yapı elde etmek, mekanik özellikleri iyileştirmek ve ötektik üstü metallerde/çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmak için yapılmaktadır.
Normalizasyon işlemi sonrası dövülmüş, haddelenmiş, iri taneli ve eş yönlenmiş yapılar düzelir ve malzeme her zaman kazanabileceği özelliklere (çekme mukavemeti, süneklik gibi) geri dönebilmektedir.
e. Gerilme giderme: Dökülmüş, sıcak dövülmüş, kaynak edilmiş parçalar ve soğuk çekilmiş malzemelere uygulanmaktadır. Üretim esnasında malzemede oluşacak iç gerilmeleri azaltmak amacıyla uygulanmaktadır.
f. Yeniden kristalleştirme: Dövülmüş ve haddelenmiş malzemelerin kristal yapısını işlem öncesi şartlara getirmek amacı ile yapılmaktadır.
Metal Parçalara Uygun Kullanım Özellikleri Sağlamaya Yönelik Isıl İşlemler
Metal parçaların uygun kullanım özeliklerini sağlamaya yönelik ısıl işlemler ya bitmiş ya da bitmeye yakın metal parçalara çalışma şartlarındaki istenilen özelliği kazandırmak amacıyla yapılmaktadır. Kullanım özelliklerine göre uygulanan ısıl işlemler teknik metotlarına göre farklılıklar göstermektedir.
a. Sertleştirme: Mekanik özellikleri yükseltmek, sertliği yükseltmek, aşınma dayanımı arttırmaya yönelik uygulanan işlemdir.
b. Temperleme (Menevişleme): Yüksek gerilmenin ve kırılganlığın ortadan kaldırılıp, malzemeye tok bir yapı kazandırmaya yönelik uygulanan işlemdir.
c. Martemperleme: Sertleştirme (su verme) esnasında oluşabilecek çatlama ve boyut değiştirme riskini azaltmak amacı ile martenzit başlangıç noktasının biraz üzerinde yapılan kesintili sertleştirme işlemidir.
d. Östemperleme: Sünekliği arttırmak için mikro yapıda beynitik fazı elde etmek üzere martenzit başlangıç noktasının üzerine yapılan kesintili sertleştirme işlemidir.
e. Yüzey sertleştirme: Parçalarda aşınmaya dayanıklı sert bir yüzey ve darbelere karşı bir tokluk ihtiyacı duyulduğunda uygulanan, yüzeyden içeriye belirli bir bölgenin veya tabakanın sertleştirilmesi işlemidir. Bu amaçla bir çok farklı işlem uygulanmaktadır. Bu uygulamalar temel olarak iki gruba ayrılabilir;
e.1. Termokimyasal proses; Başta düşük karbonlu çelikler olmak üzere hemen hemen tüm çelik gruplarına uygulanmaktadır. Çelik 500-1000 oC arası bir sıcaklıkta azot, karbon ve/veya borun ara yer atomu olarak gönderilmesi ile yüzeyde farklı kimyasal bileşime ve mikro yapıya sahip olur. 
Bu proseslerin detayları aşağıda tanımlanmıştır;
e.1.1. Karbürleme (sementasyon): Ara yer atomu olarak karbonun gönderilmesi esasına dayanır. İşlem sonrası aşınmaya dayanıklı sert bir yüzey ve tok bir çekirdek elde edilir. İşlem800-1050 oC arasında yapılır.
e.1.2. Karbonitrürleme: Birincil ara yer atomu olarak karbon ile birlikte azotun gönderilmesi ile yapılır. İşlem 800-900 oC arasında yapılır.
e.1.3. Nitrürleme ve nitrokarbürleme: Birincil ara yer atomu olarak azot (nitrürleme) ile birlikte karbonun (nitrokarbürleme) gönderilmesi ile yapılır. İşlem 400-610 oC arasında yapılır.
e.1.4. Borlama: Yüzeye ara yer atomu olarak bor gönderilmesi esasına dayanır. İşlem 850-1000 oC arasında yapılır.
e.2. Termal prosesler: Isıl işlem sırasında malzemenin kimyasal bileşiminde bir değişiklik yapmadan sadece mikro yapının değiştirilmesi ile sertleşme sağlanır. En az %0,35 C içeren çeliklere uygulanır.
e.2.1. İndüksiyon ile yüzey sertleştirme: Metalik malzemenin elektrik manyetikalanın ortasına veya karşısına yerleştirilerek 800-900 oC arasına ısıtılmasını takiben ani yada kademeli soğutulması işlemidir. 
e.2.2. Alev ile yüzey sertleştirme: Metalik malzemenin alev ile 800-900 oC arasına ısıtılmasını takiben ani yada kademeli soğutulması işlemidir.
e.2.3. Lazer ile yüzey sertleştirme: Metalik malzemenin lazer ile 900-1400 oC arasına ısıtılmasını takiben ani ya da kademeli soğutulması işlemidir.
Isıl işlem sanayinde gerçekleştirilen ısıl işlemlerin uygulama sınırları bulunmaktadır;
a. Karbon veya düşük alaşımlı parçaların geriliminin giderilmesi için genellikle uygulanan son işlem ısıl işlemdir. Bu nedenle işlem gören malzemelerin mekanik özelliklerinin olumsuz etkilenmemesi gerekmektedir.
b. Talaşlı işlemler arası gerilim giderme işlemi ön işlem görmüş malzemelere uygulanabilmektedir. Gerilim giderme etkisi mekanik özelliklerin kaybını önlemek için bir miktar azaltılarak uygulanmaktadır.
c. Birçok östenitik paslanmaz çelikler yüksek sıcaklıkta gerilim giderme veya çözelti tavı sonrası hızlı soğumaya ihtiyaç göstermektedir. Bu durumlarda bir miktar çarpılma veya kalıcı gerilimlerin tekrar meydana gelmesi kaçınılmaz olmaktadır. Gerilim giderilecek, tavlanacak veya normalize edilebilecek parça boyutları ısıl işlem makinelerinin özelliklerine ve kapasitelerine bağlı olmaktadır. Büyük parçalar için uygun ölçüdeki makine-ekipman olanakları sağlanması önem taşımaktadır.
Isıl işlem sanayinde gerçekleştirilen ısıl işlemlerin uygulamalarında bazı ihtiyaçlar ile karşılaşılmaktadır;
a. Birçok gerilim giderme işlemi açık atmosferde uygulanmakla birlikte koruyucu ortamlar da mevcuttur.
Açık havada alaşımlar, alaşım cinsi ve kullanılan sıcaklığa bağlı olarak renk değişimi veya tufallaşmaya uğramaktadırlar. Bu nedenle işlem sonrası temizlik gerekmektedir.
b. Normalizasyon genel olarak yarı mamul çelik parçalara açık atmosferde uygulanmakta olup, daha sonra talaşlı işlemle temizlendiklerinden tufallaşma veya dekarbürizasyon sorun yaratmamaktadır. Bununla birlikte bazen koruyucu bir ortam gerekebilmektedir.
Örneğin son ölçüdeki parçalara kısmi yüzey sertleştirme öncesi normalizasyon uygulanması aşamasında.
c. Tavlama işlemleri açık havada veya eriyik tuz, kontrollü gaz atmosferi veya vakum gibi koruyucu ortalarda uygulanabilmektedir. Bazı tavlama işlemlerinde gereken uzun süreler koruyucu bir ortam seçimini gerekli kılmaktadır.
d. Hassas ince cidarlı kaplara veya büyük ağır parçalara yüksek sıcaklık işlemleri uygulandığında her zaman çarpılma /bükülme riski bulunmaktadır. Bu sorunu önlemek için ısıl işlem aşamasında özel destekler veya aparatlar kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır.   Kaynak: İstanbul Sanayi Odası

Tarih : 5.06.2018