MET 201
MALZEME BİLGİSİ
EĞİTİM NOTU
Yrd.Doç.Dr Ahmet Güral
2009
ANKARA
BÖLÜM 1
İhtiyaç duyulan her tür maddeler malzemedir. Bu anlamda malzeme türleri ve
biliminin kapsamı oldukça geniştir. Termal genleşme oranı düşük olan ve çok yüksek
sıcaklıklara dayanabilen Alümina seramik malzemelerinden, aydınlatmada kullanılan toryum
oksit takviyeli lamba flemanlarına kadar, petrol sondajında kullanılan delici ser-met uçlardan,
kalın sac plakaları kesen giyotin makas malzemelerine kadar çok farklı amaçlar için üretilen
malzemeler mevcuttur. Malzemelerin özellikleri içyapılarıyla doğrudan ilgilidir. Uygulanan
herhangi bir işlemler içyapıda meydana gelecek her tür değişim malzemenin özelliklerini
değiştirir.
Kristal Yapılarda Atomik Dizilim
Tüm maddelerin atom dizilişlerinden oluştuğu bilinen bir gerçektir. Bu madelerin
temel özelliklerine atomların cinsi, bağ yapısı, atomik çapı, dizilimleri etki eder. Bazı saf
metaller yumuşaktır ve kolay deforme edilirken bazıları kısmen daha sert ve daha zor deforme
edilirler. Bazıları da belli yönlerde kolay belli yönlerde zor deforme olurlar. Şu metal çiftlerini
sertlik bakımından kıyaslayın. Ni ve Cr, Cu ve Fe, Al ve V, Ag ve Fe, Pb ve Ti bu metal
çiftlerinden bildiğiniz hangi metaller diğerinden sertliği düşüktür? Neden daha düşük sertliğe
sahiple ve daha kolay deforme olurlar? Acaba ergime dereceleri ile mi alakalı? Atomik çapları
ile mi alakalı? Yoksa atomik dizilişleri ile mi alakalı? Aslında bu özellikleri tümüyle
alakalıdır. Tüm bu sayılan faktörler sadece malzemelerin sertlik özelliklerini değil, diğer
mekanik özellikleri, elektrik, ısı ve manyetik özelliklerini de etkiler.
Doğada maddelerin bir çoğunun atomik dizilimi düzenlidir. Bazılarının atomik
dizilimi düzenli değil karmaşık olup amorf yapılıdır. Atomik dizilimi düzenli olan maddelerin
ise 7 farklı tipte atomik dizilimleri vardır. Bunlar kübik, tetragonal, hegzagonal, monoklinik,
triklinik, rombohedral, ortorombik kristal sitemleridir. Bunlar içinde metalik malzemelerde
en çok bulunan kristal sistemleri kübik, tetragonal ve hegzagonal’dir. Şimdi sırasıyla bu
sitemleri kısaca özellikleri ile birlikte tanıyalım.
Kübik Kristal Sistemler
Bunlar kübik bir siteme sahip olup kendi aralarında atom dizilim konumlarına göre 3 farklı
sistemde bulunabilirler.
2
a. Basit Kübik
Özellikleri
Net Atom
Sayısı
Atomik Dolgu
Yoğunluğu
Koordinasyon
sayısı
Bulunan örnek
maddeler
1
-
6
-
Net Atom
Sayısı
Atomik Dolgu
Yoğunluğu
Koordinasyon
sayısı
Bulunan örnek
maddeler
2
0.68
8
Cr,Mo,W..
Net Atom
Sayısı
Atomik Dolgu
Yoğunluğu
Koordinalyon
sayısı
Bulunan örnek
maddeleri
4
0.74
12
Al,Cu,Sn..
b. Hacim Merkezli Kübik (HMK)
Özellikleri
c. Yüzey Merkezli Kübik (YMK)
Özellikleri
d. Hacim Merkezli Tetragonal (HMT)
e. Hegzagonal
Bazı Özellikleri
Net Atom
Sayısı
Atomik Dolgu
Yoğunluğu
Koordinalyon
sayısı
Bulunan örnek
maddeleri
6
0.74
12
Mg,Zn,Zr..
3
Malzeme Türleri
Metalik Malzemeler
Mühendislik uygulamalarında çok önemli bir yer tutan metal ve alaşımları çok kristal
yapılı inorganik malzemelerdir. Metaller homojen yapılı, düzenli atomik dizilime sahip
elektrik ve ısı iletkenliği yüksek, saf halleri oldukça esnek olan demir, bakır, alüminyum gibi
yapı malzemeleridir. Metalik malzemelerin atomları arası bağlar metalik başla bağlanırlar.
Metal atomlarının valans elektron sayısı en fazla 3 olabildiğinden bu elektronlarını rahatça
serbest bırakabilirler ve elektron veren atom + yükle yüklenirken çevresinde bulunan – yüklü
serbest elekron bulutu ile zıt kutuplu çekim kuvveti ile bir arada bulunurlar. Bu serbest
elektron bulutlarına elektrik akımı verildiğinde kolaylıkla elektron akımı sağlanır; ayrıca bu
özelliğinden dolayı saf metalik malzemelere esneklik verir. Metaller doğada çoğunlukla oksit,
kükürt ve karbonatlı cevherler halinde bulunur. Alaşımları saf metallerden daha iyi mekanik
özelliklere sahiptirler. Uygulamada çoğunlukla mekanik özelliklerinin düşüklüğü nedeniyle
saf metaller kullanılmaz. Alaşımlandırılarak, soğuk şekillendirmeyle, ısıl işlemlerle faz
dönüşümleri ile sertlik ve diğer mekanik özellikler geliştirilebilir. Koordinasyon sayısı
çoğunda 12 diğerlerinde 8 olup bu nedenle özgül ağırlıkları diğer malzeme türlerine göre daha
fazladır.
Seramikler
Genellikle Na, Fe, Al, Mg, Ti gibi metallerle Cl, O, C, N gibi metal olmayan
elementlerin oluşturduğu MgO, Si2O, SiC, Al2O3 gibi iyonsal bileşiklerdir. Bunlar teknolojik
seramikler grubuna girerler. Pek çoğu kristal yapılı olup amorf yapılı seramik türleri de
mevcuttur. Koordinasyon sayıları çoğunlukla 4 ya da 6 olabilmekte ve yoğunlukları metallerle
polimerlerin arasındadır. Seramikler düşük sıcaklıkta kolaylıkla şekil değiştiremezler, oldukça
yüksek sertlikte olup aynı zamanda gevrek ve kırılgandırlar. Ergime sıcaklıkları da çok
yüksek olup, elektrik ve ısı iletkenlikleri düşüktür. Yüksek sıcaklıklarda yalıtım malzemesi
olarak kullanılırlar. Geleneksel seramiklere örnek olarak tuğla, porselen, beton, kiremit
verilebilir. Seramiklerin atomlarının pek çoğu bir birleri ile iyonik bağla bağlıdırlar
4
Plastikler
C elementinin özellikle H ve Cl, F, O, N ya da S ile yapmış oldukları büyük moleküllü
ve kovalent bağlı organik bileşiklerdir. Bunlar büyük moleküllü dev zincir (lineer) şeklinde
dizilime sahiptirler. Zincir molekülleri arası zayıf bağa sahip olanlar polietilen,
polivinilklorür, politetrafloraetilen (teflon) gibi termoplastikler ve zincir molekülleri arası
çapraz kovalent bağa sahip bakalit, epoksiler, pliyester gibi termosetplastik grupları vardır.
Yoğunlukları oldukça düşük olan plastikler (polimerler) elektrik ve ısı iletkenlikleri de düşük
olup yalıtım malzemesi olarak kullanılmaya elverişlidir. Ayrıca, hafif olmaları nedeniyle
özellikle havacılıkta kompozit ana malzemesi olarak kullanımı yaygındır.
Kompozit Malzemeler
Özellikler birbirlerinden farklı iki veya daha fazla malzemenin oluşturduğu karma
malzeme gruplarıdır. Betonarme, cam fiber takviyeli plastikler, otomobil lastikleri metal
matrisli seramik takviyeli malzemeler kompozitlere örnek verilebilir. Kesici uçlarda
kullanılan TiC-Co (seramik-metal) gibi Sermetler de kompozitlere örnek gösterilebilir.
Kompozit malzemeler konusu oldukça geniş ve başlı başına ayrı bir bilim dalıdır.
Malzemede Yapı-İşlem-Özellik İlişkileri
Malzemelerin özelliklerini etkileyen temel faktörlerin başında malzemeyi oluşturan
atomik yapısı, dizilimi ve bağ yapıları gelmektedir. Ancak malzemenin özelliklerini etkileyen
daha pek çok faktör bulunmaktadır. Saf metal malzemelerin önemli özelliklerinden birisi
atomik dizilimin düzenli olmasıdır. Ancak bu düzen bozulursa malzemelerin mukavemet
özellikleri artırılabilir. Bu nedenle alaşımlar kristal yapı düzeni bozuk malzeme gruplarına
girmektedirler. Şüphesiz yapı denilince sadece akla atomik dizilim ya da kristal düzeni akla
gelmemelidir. Tıpkı kompozit malzemeler için geçerli olan düşünce gibi sertliği düşük olan
bir malzemenin dayanımını artırmak için başka bir sert malzeme ile takviye edilmesi gibi
metallerin güçlendirilmesinde de yapısında sert ve mukavemet artırıcı başka fazların ya da
yapıların üretilmesi gerekir. Düzenli dizilmiş atom gruplarının düzenin tamamen ya da
kısmen bozulması ve bu grupların başka gruplarla sınır oluşturması malzemenin temel
yapılarında bulunan bir durumdur. Tüm bu yapılara malzeme biliminde mikroyapı denir.
5
Tipik bir mikroyapıda yukarıda örnekleri verildiği gibi belli kristal yapılarının oluşturduğu
kristal tanelerin (ya da sadece “tane” de denir) ebatı, morfolojisi, kimyasal bileşimi, eriyen
atomların pozisyonu (arayer ya da yer alan olması), atom boşluğu ya da dislokayon içermesi
ve bunların oranları, üretim aşamasında ya da ısıl işlemlerle ya da faz dönüşümleri ile çökelti
(oksit, karbür, nitrür, metallerarası bileşik vs) içermesi komşu kristal taneleri arasındaki
atomik uyumu, birbirleri ile arasında açıları ve dahası bulunur. Tüm bunlar içsel bir özellik
olup malzemenin pek çok özelliğine etki eder. Malzemenin özelliklerine sıcaklık, atmosfer,
harici yük, radyasyon, basınç gibi çevresel faktörler de etki eder.
Şekil 1’deki gibi yapı-işlem-özellik arasında doğrudan ilişki vardır. Malzemenin yapısı
herhangi bir işlemle değiştirilebilir ve bu değişim malzemenin özelliklerine yansır.
YAPI
(Mikroyapı, ince
tane, iri tane,
karbür, nitrür ya da
oksit çökeltili…vs)
İŞLEM
ÖZELLİK
(Üretim yöntemi,
hızlı ya da yavaş
katılaşma, ısıl işlem,
deformasyon….vs)
(Sertlik, elektrik,
optik, manyetik,
mekanik,
işlenebilirlik,
aşınma….vs)
Şekil 1 Yapı-İşlem-Özellik İlişkisi
Daha öncede belirtildiği gibi malzemelerin mukavemeti kristal yapının yani atomik
dizilimin belli oranlarda bozulması ile artırılabilir. Ancak bu bozukluk daha makro boyutta ise
şüphesiz malzemenin özelliklerini olumsuz yönde etkiler. Malzeme mikro yapısını oluşturan
kristal yapı kusurlarını bilmekte yarar vardır.
6
Kristal Yapı kusurları
Şekil 2’de şematik olarak kusursuz atomik dizilimli kusursuz bir kristal yapı
gösterilmiştir. Ancak endüstriyel uygulamalarda bu şekilde kusursuz yapılı malzeme bulmak
hemen hemen imkansızdır. Kullandığımız bütün metalik malzemelerde mutlaka kristal yapı
kusuru vardır. Bunlar geometrik olarak noktasal, çizgisel ve yüzeysel olarak bulunur.
Şekil 2. Kusursuz bir atomik dizilim
a. Nokta Kusurları
Bunlar, atomik düzeydeki kusurlardır.

Atom boşluğu kusuru
Şekil 3. Atom boşluğu kusuru

Arayer ve Yeralan Atom kusuru
Bu kusurlar esasen alaşımların temelini teşkil eder. Saf metallere farklı özellikte olan
alaşım elementleri ilave dildiğinde atomları kısmen ya da tamamen saf metalin atomları
arasına ya da yerine girerler. Böylede malzemenin güçlenmesine neden olurlar.
Şekil 4. Arayer atom kusuru
7
Şekil 5. Yeralan atom kusurları

Schotky ve Frenkel kusurları
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Şekil 5. Schotky kusuru (atom boşluğu çifti kusuru)
Şekil 6. Frenkel kusuru (atom
boşluğu+arayer atom çifti kusuru)
b. Çizgisel Kusurlar (Dislokasyonlar)
Malzemelerin plastik deformasyonuyla ortaya çıkan çizgi görünümlü kusurlarıdır. Bunlar
malzemenin bir taraftan şekillendirilmesini kolaylaştırırken yoğunluklarının giderek artması
ile malzemenin sertliğinin artmasına neden olur. Buna deformasyon sertleşmesi denir.
Dislokayonlar;  veya T sembolü ile gösterilir.

Şekil 7. Çizgisel kenar dislokasyonun atomik düzeyde gösterimi ve çizgisel görünümü
8
d. Yüzey Kusurları (tane sınırları)
Metaller tipik kristal tanelerinden oluşur. Kristal tanelerinin birbirleri ile çakıştığı bölgede
atomik dizilim bozuk olup bu bölgelere tane sınırı denir ve bir yüzey kusurudur
Şekil 8. Tane sınırının şematik gösterimi
Metalik Malzemelerin Deformasyonu
Pek çok uygulamada metaller, alaşımlar, malzemeler deformasyona zorlanırlar.
Malzemenin dayanımının yüksek olması için bu deformasyona karşı direnç göstermesi
gerekir. Malzemelerde deformasyon iki aşamada gerçekleşir. Başlangıçta düşük yüklerde iken
atomların dizildiği düzlemler kaymaya zorlanır. Ancak kritik gerilmeyi geçtiği zaman yük
kaldırıldığında malzeme eski haline geri gelir. Bu şekildeki deformasyon elastik
deformayondur. Ancak atomik düzlemler kritik gerilmeyi geçtiğinde bir atom boyu kadar
ötelendiğinde malzemede kalıcı şekil değiştirme gerçekleşir. Buna plastik deformasyon denir.
Şekil 9’da gösterildiği gibi malzemeye uygulanan ve devamlı artan bir F yükü ile üzerinde
gerilme oluşturulur. Bu gerilme ile atom düzlemleri birbirleri üzerinde kaymaya zorlanır.
Malzeme kritik kayma gerilmesine ulaştığında malzemede kalıcı şekil değiştirme
gerçekleşmekte ve bu gerilmeye akma gerilmesi adı verilir. Bu gerilme değerinden sonra
malzemede dislokasyonlar oluşmaya başlar ve artan gerilme değerleri ile dislokasyon
yoğunlukları giderek artar ve malzemenin sertlik ve mukavemetini artırır. Ancak bu
mukavemet artışı sınırlıdır. Her malzemenin dayanabileceği maksimum bir gerilme değeri
vardır. Buna maksimum çekme gerilmesi denir. Bu gerilme değerinden sonra malzeme daha
fazla dislokasyon üretemez hale gelir ve koparak ya da kırılarak hasar meydana gelir.
9
Metalik malzemelerin plastik deformasyonu kayma, ikizlenme, tane sınırı kayması ve
sürünme mekanizmalarıyla gerçekleşir. Kayma ve ikizlenme düşük sıcaklık deformasyon
mekanizması iken diğerleri yüksek sıcaklıkta daha etkilidir. Kayma mekanizması düşük
deformasyon hızında etkili iken ikizlenme kaymanın zor olduğu durumlarda ve hızlı
deformasyonla devreye girer. İkizleme mekanizmasının plastik deformasyona katkısı oldukça
düşük olup Şekil 10’daki gibi atomlar yönlenirler.
F
F
Gerilme
F
Birim uzama veya % Uzama
Şekil 9. Malzemeye uygulanan gerilme ile malzmedeki elastik ve plastik deformasyon
aşamaları
İkizlenme sınırları
Şekil 10. İkizlenme meydana gelmiş atomların konumları
10
Deformasyona maruz bırakılan malzemede tespit edilebilen mekanik özelliklerden
bazıları şunlardır. Akma, Çekme ve Kopma gerilmesi, Rezilyans (elastik deformasyon için
harcanan toplam enerji), Tokluk (malzemeyi koparmak için harcanan toplam enerji), %
Uzama veya Birim uzama ve Elastik modül bunlar aşağıdaki gibi ifade edilirler (Şekil 11).
Gerilme 
a
k
tokluk    .d
0

e
0
p
Birim uzama veya % Uzama
t
Şekil 11. Çekme etkisi altında deformasyona maruz bırakılan bir malzemedeki mekanik
özelliklerin ifade eden bir çekme-uzama diyagramı
Gerilme;

F
A
Elastik Modül;
tg 

e
Rezilyans;
R
 a . e
2
% Uzama;
ls  lo
x100
% 
ls
(lo: malzmenin ilk boyu, ls: malzemenin herhangi bir deformasyon sonucu son boyu)
11
Soğuk Şekil Değiştirmenin Malzeme Özelliklerine Etkisi
Metalik malzemelere soğuk plastik deformasyon uygulandığında, malzemenin sertlik
ve dayanımı artarken, süneklik ve elektrik iletkenlikleri Şekil 12’deki gibi azalır. Bu
özellikleri yeniden orijinal haline getirmek için malzemeler yeniden kristalleşme sıcaklına
kadar ısıtılarak tavlanır. Bu tavlama aşamasında malzemenin bozulmuş kristal ve tane yapısı
yeniden düzene girer. Bu tavlama aşaması toparlanma, yeniden kristalleşme ve tane büyümesi
aşamasını kapsar. Toparlanma aşamasında dislokasyon yoğunluğunda özenli bir değişim
olmaz dislokasyonlar bir düzene girerler ve sadece elektrik iletkenliği artmaya başlarken diğer
özelliklerde önemli değişim beklenmez. Yeniden kristalleşme gerçekleştiğinde dislokayonlar
tamamen yok olurlar ve sertlik ve dayanım yeniden azalmaya, elektrik iletkenliği ve süneklik
artmaya başlar.
Sertlik
Malzeme Özellikleri
Dayanım
Elektik iletkenliği
Süneklik
Soğuk Şekil Değiştirme Oranı
Şekil 12. Soğuk plastik deformasyonun malzemenin bazı özelliklerine etkileri
12
Demir-Karbon Alaşımları
Demir –karbon alaşımları çeliklerin anlaşılmasında temel teşkil eder bu nedenle Fe-Fe3C
alaşımını ve Şekil 13’de verilen faz diyagramını bu bölümde anlamaya çalışalım.
Şekil 13. Fe-Fe3C alaşımın faz diyagramı
Demir karbon alaşımları iki sınıfa ayrılabilir; 1.Demir karbon alaşımlarında (alaşımsız
çelikler)sadece demir ve karbon bulunur. 2.Alaşımlı çeliklerde demir ve karbonun yanında
ayrıca Mn, Cr, Ni, Si, Mogibi diğer alaşım elemanları da bulunur.
13
Bu alaşımlarda temel eleman olan demir saf halde çok yumuşak ve düşük
mukavemetlidir. İçine katılan karbon oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar, ancak
süneklikve tokluk azalır. Çelik ve dökme demirler bu gruba girerler. Sertlik ve
mukavemetlerinin yanında elastik modülünün yüksek oluşu diğer metallere göre ayrı bir
üstünlük sağlar. Bu nedenle bu alaşımlar yapı ve makine malzemesi olarak kullanılmaya en
uygun metallerdir.
HMK demir (ferrit) yumuşak ve düşük mukavemetlidir. Ferit ile arayer katı eriyiği
oluşturan karbonun ferritte erime oranı oda sıcaklığında çok sınırlı olup en fazla %0,025 tir.
Demirde mevcut karbonun fazlası sementit(Fe3C) denen demir karbür bileşiğini
oluşturur. Demir karbon sistemi diyagramı dengeli veya yarı dengeli sistemlerde olabilir.
Dengeli sistem de karbon grafit olarak oluşurken, yarı dengeli sistemde ise karbon Fe3C
(sementit) bileşiği halindedir.
Alaşımın ihtiva ettiği bütün karbon miktarı, kimyasal olarak demir karbür şeklinde
bağlanmıştır ve sementit şeklinde yapıda yer alır. Bu içyapı hızlı soğutma ile oluşur ve
manganez oranı ile oluşumu kolaylaşır. Sementit kristali yüksek sıcaklıkta parçalanmış ferrit
ve
grafit
taneciklerine
(tempergrafiti)
dönüşebileceği
için
bu
tip
katılaşmaya
metastasbil(kararsız dengeli) sistem denir.
Demir karbon alaşımları bu sebepten ötürü birbirinden farklı eğrilere sahip iki ayrı
denge diyagramından oluşur. Aralarındaki fark çok düşük olduğundan, genellikle her ikisi de
aynı diyagram üzerinde gösterilir.
% 6,67 karbon içeren sementit ortorombik kristal yapıya sahiptir. Çok sert ve gevrek
olan bu faz çeliklerin yüksek mukavemetli oluşunda ana etkendir. 723 °C nin üzerinde var
olan östenitinYMK kafesinde karbonun erime oranı daha yüksek olup en fazla % 2 dir.
Karbonun fazlası östenitin yanında demir karbür yani sementit oluşturur.
Ferrit(demir): oda sıcaklığında HMK kafes yapılı α-kristaline “Ferrit”denir.
14
Sementit(Fe3C): kimyasal bileşiğidir. % 93,33 ferrit ve % 6,67 karbondan oluşan bir bileşiktir.
Özgül ağırlığı düşük, sert, kırılgan, 215 °C sıcaklıkta mıknatıslanma özelliğini kaybeder.
Biçimlendirilme özelliği olmayan, çeliğe dayanım ve sertlik veren bir yapıdır.
Perlit: %0,8 karbon içeren alaşım soğutulunca 723 °C de ostenit yapı ferrit ve sementite
dönüşür. Bu iki faz ince ve sık tabakalar (lamelli) halinde oluşur. Kırıldığı zaman inciyi
(pearl) andıran görünüşü sebebiyle perlit adını alır. %87 ferrit ve %13 sementitin yaptığı bir
ötektoiddir.
Ledeburit Sementit ile östenitin yapmış olduğu bir ötektir. Ötektiksıcaklık 1130°C olup, %4,3
karbon ile %95,7 ferritin yapmış olduğu bir ötektik yapıdır. Ötektik sıcaklık altında ostenit ve
sementitten meydana gelmiş olmakla beraber sıcaklık düştükçe östenit dönüşüme uğrayarak
sementit oluşturur ve 723°C altında ostenit bulunamayacağından yapı tamamen sementit ile
perlite dönüşür.
Östenit: YMK kafes yapılı γ kristal yapısına verilen bir isimdir. Sıcaklık yükselmesi ile
karbon eritebilirliği artarak % 1,7’ye kadar yükselir. Saf veya karbon eritmiş halde
mıknatıslanmaz. Nikel ve Manganez ile elde edilen ve düşük sıcaklıklarda da yapısı östenit
olan çelikler elde edilmektedir. Bu çelikler de östenitik olduğundan mıknatıslanmazlar. Özlü
olup biçimlendirilme özelliği çok yüksektir. Isı ve elektriği iyi iletmezler.
Ötektoidaltıçelikler: %0,8’den az karbon içeren alaşımlara ötektoid altı çelikler denir. Bu
alaşımlar soğurken önce östenit katı eriyiği oluşur. Daha sonra ostenitten ferrit fazı ayrışır,
723 °C’a gelince geriye kalan YMK östenit %0,8 karbon içerdiğinden yine sık tabakalar
halinde tane sınırlarında ferrit ve sementit içeren perlite dönüşür.
Ötektoidüstüçelikler: %0,8 den fazla karbon içeren alaşımlara ötektoid üstü çelikler denir. Bu
alaşımlarda, östenit katı eriyiği oluşumundan sonra soğutulursa şu dönüşümler meydana gelir.
Sıcaklık düşünce karbonca doymuş hale gelen ostenit tanelerinin çevresinde ağ şeklinde demir
karbür fazı çökelmeye başlar.
15
723 °C’a gelince geriye kalan östenit perlite dönüşür. Sonuçta perlit bölgeleri
sementityapılıbir kabukla çevrilmiş olur. Böylece malzeme gevrekleşerek kullanılamayacak
hale gelir. Bu kabuk şekilli sementit oluşumu ısıl işlemler ile önlenebilir.
16
BÖLÜM 2
ALAŞIMLI ÇELİKLER
Çok yüksek sertlik ve dayanım gerektirmeyen yerlerde az alaşımlı ya da sade karbonlu
çelikler kullanılabilir. Sertliği artırmak ya alaşım elementi ilavesi ile ya da su verme ısıl işlemi
ile sağlanabilir. Suverme ısıl işlemi sonrası çeliğin mikroyapısında bulunan sert ve gevrek
martensit fazının (yani çeliğin) temperlenmesi gerekmektedir. Böylece çeliğin darbe
dirençleri (toklukları) artırılmış olur. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda ya da uzun süreli
temperlendiğinde sertliği önemli ölçüde kaybedilecektir. Bu durumda istenilen yüksek
sertlikten vazgeçilmesi gerekir anlamına gelir. O zaman hem yüksek sertlik hem de darbeye
dirençli malzeme üretmek için alaşımlı çelik kullanılmasına ihtiyaç doğmaktadır.
Sade karbonlu (C’dan başka alaşım elementi içermeyen) çelikte sertlik artırmak için
martensit fazı üretimi için östenitleme bölgesinden perlit burnunu kesmeden çok hızlı bir
şekilde Ms sıcaklıklarının altına çok hızlı soğutulması gerekmektedir. Bu soğutma perlit
burnunu kesmemesi için çok hızlı olmalıdır. Aksı halde perlit burnunu keserse yapısında
martensitten daha yumuşak perlit yapısı martensitle birlikte oluşur ya da martensit hiçbir
zaman oluşamayabilir. İşte alaşımlı çelikte perlit burnu daha ileri zamanlara itelendiğinden
martensit fazı üretmek için nispeten daha geniş zamanda soğutmaya imkan sağlayacaktır.
Sade C’lu alaşımsız çeliklerde martensit fazı üretilse bile bu faz temperleme (200-500
°C) sıcaklıklarında hızlı bir şekilde yumuşar. Bazı makine parçalarının çalışma ortamı bu
sıcaklıkları geçebilir. Bu durumda sertliklerini hızlı bir şekilde kaybederler ve kullanılamaz
hale gelebilirler. Alaşımlı çekiklerde su verme ile elde edilen yüksek sertlik temperleme ile
hemen kaybolmaz, hatta sertlik dirençleri alaşım karbürlerinin oluşumuyla kararlı kalabilir
hemen yumuşamazlar ve o zamana yüksek sıcaklıklarda bile sertliğini kaybetmeden uzun süre
kullanılabilirler.
Sade C’lu çeliklerde su verme işlemi için çok hızlı soğutmadan dolayı çarpılmalar
olabilir hatta kılcal çatlamalar bile olabilir. Çünkü martensit fazı çok yüksek sıcaklıktaki
östenit fazından dönüştüğü sırada hacmen %2-4 genleşme yapmaktadır. Aynı zamanda kalın
kesitli sade C’lu çeliklerde su verme sonrası sertlik (martensitik dönüşüm) malzemenin
17
merkezine kadar artması her zaman mümkün olmayabilir. Çünkü merkezin soğuması yüzeye
göre daha yavaştır. Alaşımlı çeliklerde daha yavaş soğutma ile bile sertlik artırmak için
martensit fazı üretilebilir. Böylece kalın kesitli malzemelerde hem merkezine kadar martensit
fazı üretilebilir hem de daha yavaş soğutmadan dolayı çarpılma ve çatlaklık riski ortadan
kalkabilir.
Bilindiği gibi çelikteki ferrit yumuşak bir fazdır. Bu, çeliğin sertliğini düşürür. Ferritin
sertliği katı eriyik mukavemetlenmesi ile artırılabilir. Bunun için alaşım elementine ihtiyaç
duyulur. Pek çok alaşım elementi (Si, Ni, Mn, Cu gibi) ferrit fazında çözünebilir. Bu da
ferritin sertliğini artırır.
Çeliklere ilave edilen alaşım elementlerinin genel amaçlarını özetle şu şekilde
sıralayabiliriz;
1. Çeliğin sertliğini, dayanımını, tokluğunu, aşınma, korozyon direncini ve yorulma
ömürlerini artırırlar
2. Hem düşük sıcaklık hem de yüksek sıcaklık mekanik özellikleri geliştirirler.
3. Sertleşebilirlik (martensite dönüşebilme) yeteneğini artırırlar.
Alaşım elementleri tüm bu özellikleri temelde iki mekanizma ile geliştirmektedir. Bazı
alaşım elementleri ferritte çözünerek katı eriyik mukavemetlenmesi ile ferritin sertliğini
dolayısı ile çeliğin mukavemetini artırırlar. Bazıları ise C ile birleşerek alaşım karbürleri
(Metal Karbür) yaparak çeliğin sertlik ve mukavemetini artırırlar. Ancak üretilen her alaşım
karbür çeliğin mekanik özelliklerine faydalı olmayabilir. Tablo 1’de verilen bazı alaşım
elementlerinin çelikteki görevleri verilmiştir. Bazı alaşım elementleri ferritte katı eriyik
sağlarken, bazı alaşım elementleri ise C ile birleşerek karbür oluşturmaktadır. Bazı alaşım
elementleri ise her iki görevi de yerine getirmektedir.
Bu alaşım elementlerinin hemen hemen tamamı ferrite katı eriyik çözünerek sertliği ve
mukavemeti artırmaktadırlar. İlave edilen bu alaşım elementleri oranlarının yumuşak ferrit (
-demir) fazının sertliği ve çekme dayanımı üzerine etkilerini Şekil 1’den görebilirsiniz.
18
Tablo 1. Çeliğe ilave edilen bazı alaşım elementlerinin özellikleri
Alaşım Elementi
Ferrite çözünerek katı
Karbür oluşturma
Karbür
yaparsa,
eriyik yapabilme eğilimi
eğilimi
kimyasal formülü
Nikel

-
-
Silisyum

-
-
Alüminyum

-
-
Bakır

-
-
Mangan


(FeMn)3C
Krom


(FeCr)3C
karbürün
Cr7C3
Cr23C6
Tungsten


W2C
Molibden


Mo2C
Vanadyum


V4C3
Titanyum


TiC
Brinell Sertliği
P
Si
Mn
Ni
Mo
V
W
Cr
Çekme Dayanımı, (MPa)
 -demirde ağırlıkça alaşım
elementleri
Si
Mn
Ni
Mo
Cu
Cr
 -demirde ağırlıkça alaşım elementleri
Şekil 1. Alaşım elementlerinin ferrit fazının sertliği ve çekme dayanımı üzerine etkileri
19
Çeliğe ilave edilen ya da üretim aşamasında bulunan alaşım elementleri ve çeliğe
kazandırdıkları özellikler şunlardır;
Karbon (C): Çelikte en temel alaşım elementidir. C oranının artmasıyla çeliğin
sertliği, akma ve çekme dayanımı önemli ölçüde artar. Ancak C oranı % 0.8’i geçtiğinde
yapıda sementit miktarının daha da artmasıyla kırılganlık riski artar. Ayrıca, Çeliğin C oranı
artarken suverme sonrası kalıntı östenit oluşma ihtimali de artmaktadır. Bu nedenle, yüksek
C’lu çelikte suverme ile sertlik artışı kalıntı östenitlerin oluşumu nedeniyle daha da artmaz.
Ancak temperleme sırasında kalıntı östenitler martensite dönüşebilir. Sade C’lu çeliklerde
sertlik su verme sonrası en fazla 60-65 HRC civarına çıkabilir. Suverme çatlama riski de
yüksektir. Bu nedenle diğer alaşım elementlerine ihtiyaç vardır. Yüksek C’lu çeliklerin
kaynak yapılabilirliği de düşüktür.
Silisyum: Çeliğin üretim aşamasında oksit giderici olarak kullanılır. Ayrıca çeliğin
dökümünde akıcılığı kolaylaştırır. Çelikte bulunan Si ferrit fazında katı eriyik olarak
çözünerek yumuşak olan ferritin mukavemetini artırır. Böylece çeliğin süneklik ve tokluk
direncini düşürmeden çeliğin sertlik akma - çekme dayanımlarını ve elastik modülünü artırır.
Genel olarak işlenebilirliğe olum yönde etkisi varken yüzey kalitesini düşürebilir.
Mangan
(Mn):
elementlerindendir.
Çeliğin
Çeliğin
mekanik
sünekliğini
özelliklerini
düşür,
ancak
geliştiren
dayanımı,
temel
alaşım
dövülebilirliğini,
sertleşebilirliğini ve kaynak edilebilirliğini artırır. Ayrıca paslanmaya ve korozyona karşı da
direnç sağlar.
Kükürt (S): Çelikte bulunan S, FeS bileşiği şeklinde özellikle tane sınırlarında oluşur.
Bu durumda çeliği gevrekleştirir. Bu nedenle çelikteki S miktarının mümkün olduğunca
düşük olması istenir. Ancak bazı uygulamalarda (otomat çeliklerinde olduğu gibi), Mn ilavesi
ile birlikte çeliğin işlenebilirliğini artırmak için kullanılabilir. Kaynak kabiliyetini ve
sertleşebilirliği olumsuz yönde etkilemektedir.
Fosfor (P): Çelikte sertlik artırmasına rağmen, özellikle sünekliği ve tokluğu önemli
ölçüde düşürdüğünden zararlı bir elementtir. S ve P’un düşük miktarlarda olması çeliğin
kalitesini artırmaktadır.
20
Krom (Cr): Krom; çeliğin dayanım artırırken sünekliğini bir derece düşüren alaşım
elementidir. Krom, çeliğin özellikle yüksek sıcaklık dayanımını arttırır. Yüksek oranda Cr
çeliğin paslanmaya karşı direncini de arttırır. Kromlu paslanmaz çeliklerde Cr oranı artarken
kaynak edilebilme yeteneğini düşürür. Cr, sıcaklıkla bozulmayan dengeli karbürleri meydana
getirir.
Nikel (Ni): Ni, çeliğin dayanımını Si ve Mn’a kıyasla daha az arttırır. Çelikte nikel,
özellikle kromla birlikte bulunduğu zaman, sertleşebilirlik derinliklerini artırır. Ni, Cr ile
birlikte östenitik paslanmaz çeliklerde de kullanılır. Diğer taraftan Ni, özellikte düşük
sıcaklıklarda, makine imalat çeliklerinde çentik darbe direncini arttırır.
Molibden (Mo):
Mo, çeliğin akma ve çekme dayanımını ve yüksek sıcaklık
dayanımlarını, kaynak edilebilme özelliklerini arttırır. Yüksek miktarda molibden, çeliklerin
dövülebilmesini güçleştirir. Alaşımlı çeliklerde Mo, Cr ve Ni’le birlikte kullanıldığında, akma
ve çekme dayanımını daha etkili arttırır. Molibden kuvvetli karbür meydana getirdiğinden,
hava ve sıcak iş çeliklerinde, östenitik paslanmaz çeliklerde, sementasyon, makine imalat
çelikleriyle ısıya dirençli çeliklerde.
Vanadyum (V): V, çok düşük miktarda kullanıldığında bile çeliğin yüksek sıcaklık
dayanımlarını arttırır. Vanadyum, alaşımlı makine yapı çelikleri tane yapısının ince olmasını
ve fiziksel özelliklerinin gelişmesini sağlar. Aynı zamanda çelik kesici uçlarının, daha uzun
zaman kullanılmasını sağlar. Genellikle alaşımlı makine yapım çeliklerinde bulunan V miktarı
%0,03-0,25 arasında değişir. Karbür yapmaya karşı kuvvetli bir eğilimi vardır. Çeliğin çekme
ve akma dayanımını arttırır. Makine imalat ve sıcak iş çeliklerinde özellikle vanadyum krom,
hava ve makine yapım çeliklerinde W ile birlikte kullanılır.
Volfram
(Tungsten)
(W):
W,
çeliğin
dayanımını
arttıran
önemli
alaşım
elementlerindendir. Takım çeliklerinde sertliğin artmasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar.
Bu yönden hava çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak
yaygın bir şekilde kullanılır. Çelikte bulunan W belirli oranlara kadar kaynak edilebilme
özelliğine artırır. W’ın karbür oluşturmaya karşı kuvvetli bir eğilimi olup, yüksek çalışma
21
sıcaklığında, çeliğin temperlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, yüksek sıcaklığa
dirençli çeliklerin üretiminde tercih edilir.
Karbürlerin pek çoğu oda sıcaklığında çeliklerin mukavemetini benzer şekilde
etkilerken yüksek sıcaklıkta farklı davranabilirler. Örneğin çeliğin östenitlenme sıcaklığını,
temperleme sıcaklığını, tane büyümesini etkiler. Bazı karbürler düşük sıcaklıkta bile kolayca
çözünürken bazıları çok yüksek sıcaklıkta bile çözünmeden kararlı (dengeli) kalabilir. Yüksek
sıcaklık takım çeliklerinde olduğu gibi yüksek sıcaklıkta kararlı olan (Çözünmeyen) karbürler,
yüksek sıcaklıkta bu çeliklerin mukavemetini korur. Karbürlerin tamamı çok yüksek sertlikte
olup gevrek ve kırılgandırlar. Çelikte az oranlarda karbürlerin bulunması mukavemet için
yeterli olabilir. Alaşımsız Çelikler (Sade Karbonlu Çelikler) % 0.1-1 arasında C ve C’dan
başka düşük miktarlarda Si, Mn, P ve S içerirler. Bu çelikler su verildikten sonra 100-500 °C
sıcaklıklarda temperlenirler. Bu sıcaklıkların üzerinde sertliklerini önemli ölçüde yitirirler.
Tablo 2’de bazı az alaşımlı Karbonlu Çeliklerin özellikleri ve kullanıldığı yerler verilmiştir.
Alaşım elementleri östenitleme sıcaklıklarının yanı sıra denge diyagramlarını da etkili
şekilde değiştirirler. Bazı alaşım elementleri demir-sementit denge diyagramındaki A1
sıcaklılarını daha üst sıcaklıklara çıkararak östenit () alanını küçültür ve hatta tamamen yok
eder. Bazıları da tam tersi etki yapar. Şekil 2’de alaşım elementlerinin östenitleme sıcaklığına
(A1 sıcaklığına), Şekil 3’de de ötektoid C bileşimine etkileri gösterilmiştir. Mn ve Ni alaşım
elementi östenit alanını genişletirken (A1 sıcaklığını düşürürken) diğerleri A1 sıcaklığını
artırmaktadır. C’dan başka alaşım elementi içermeyen sade karbonlu çeliğin ötektoid C oranı
% 0.8 ve ötektoid dönüşüm sıcaklığının 723 °C olduğunu hatırlayınız. İşte bu alaşım
elementleri bu oranı ve sıcaklığı da etkilemektedir. Örneğin östenit alanını daraltan (ferrit
alanını artıran ya da ferrit kararlaştırıcı olan) Cr, Fe-C alaşımına ilave edildiğinde, Şekil
4a’daki gibi Fe-Cr-C alaşımın faz diyagramında A1 sıcaklığın artırdığını, östenit alanının
daralttığını (Fe-C alaşımına göre) görebilirsiniz. Şekil4b’de görüldüğü gibi Fe-C alaşımına
östenit kararlaştırıcı olan (östenit alanını genişleten) Ni ilave edildiğinde, A1 sıcaklığını
düşürdüğünü ve östenit alanını da ne kadar genişlettiğinizi görebilirsiniz.
22
Tablo 2. Az alaşımlı karbonlu çeliklerinin özellikleri ve Kullanım yerleri
AISI veya
TSE
Kullanım yerleri
Gösterimi
Ç1010
Akma
Kopma
Dayanımı
Dayanımı
2
Cıvata, somun, konstrüksiyon için ıslah edilebilir makine
parçalarında
Ç1020
2
% Kopma
(Kg/mm )
(Kg/mm )
Uzaması
30-40
65-85
16
30
50-65
16
40
51-71
21
30-36
55-80
20-22
40
60-80
19
33-42
60-80
16-20
43
70-85
17
Cıvata ve somunların yapımında ısıl işlem uygulanabilir
Ç1025
Ç1030
Ç1035
Ç1040
Ç1045
Makineler, dingiller, gemi şaftları, cıvata vs yapımında
Civatalar, taşıyıcı dingil, uskur mili, dişli çarklar yapımında
İndüksiyon veya alevle sertleştirilebilir.
Transmisyon
milleri,
raylar,
dişliler,
vs
yapımında,
İndüksiyon veya alevle sertleştirilebilir.
Dişli çarklar, kancalar, çapa, kazma, kürek vs yapımında,
İndüksiyon veya alevle sertleştirilebilir.
Ç1050
Cer kancaları, dişliler, kazmalar, ferze mili yapımında
36-48
60-90
18-14
Ç1060
Miller, şaftlar, civatalar yapımında
44-57
70-105
15-12
40-45
75-90
6
90
115
7
30-35
37
27
30
42
27
30-35
50
27
46-40
52
20
40-45
60
25
40-45
70
-
Ç1070
Ç1090
St37
St42
St50
St52
St60
St70
Spiral ve yaprak yaylar, makaslar, kesici basit takımlar,
zımbalar, kesme kalıpları yapımında
Greyder bıçağı, kepçe dişleri gibi yüksek mukavemetli
makine parçaları ve eğe, keser, testere, zımba yapımında
Profil çubuk yapımında
Yüksek
mukavemetli
sıcak
çekilmiş
sanayi
profilleri
yapımında
Basmaya maruz kalan manivelalar, miller, hassas olmayan
dişliler, kalıp ve pres altlıkları yapımında
Mukavemet gerektiren genel parça imalatında
Dişli çarklar vs gibi mukavemet gerektiren makine parçaları
yapımında
Perçin, özel cıvata, kama ve mukavemet gerektiren diğer
makine parçalarında kullanılır
23
0,8
0,7
Ötektoid % C Oranı
0,6
0,5
0,4
Mn
0,3
Si
Cr
0,2
Mo
Ni
W
0,1 Ti
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
% (Ağırlıkça) Alaşım Elementi
Şekil 2. Alaşım elementlerinin ötektoid karbon bileşimi üzerine etkileri
1300
Ti
Ötektoid Dönüşüm Sıcaklığı (°C)
1200
Mo
1100
W
Si
1000
Cr
900
800
700
600
Ni
Mn
500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
% (Ağırlıkça) Alaşım Elementi
Şekil 3. Alaşım elementlerinin ötektoid dönüşüm (A1) sıcaklığı üzerine etkileri
24
Şekil 4. Çeliğe ilave edilen alaşım elementlerinin Fe-C denge diyagramına etkisini gösteren
örne gaz diyagramları ((a) Ferit kararlaştırıcı (östenit alanını azaltıcı) %17 Cr ilaveli Fe-C
denge diyagramı, (b) Östenit kararlaştırıcı (ferrit alanı daraltıcı) Ni ilaveli Fe-C denge
Sertlik
diyagramı)
Temperleme sıcaklığı
Şekil 5. Alaşımsız ve yüksek alaşımlı çeliklerin şematik temperleme sıcaklıklarına bağlı
sertlik değişim grafiği
25
Özellikle karbür oluşturma eğilimi fazla olan Cr, W, Mo V gibi elementler içeren
çeliklere su verme işlemi sonrası martensit fazı üretildiğinde ve bu çeliklerin sertliğini azaltıp
tokluğunu artırmak için temperlenirler. Temperleme esnasında alaşım karbürler oluşursa
çeliğin sertliğinin azalma hızı yavaşlar hatta kısmen artırabilirler. Örneğin Şekil 5’de her
hangi iki çeliğin temperleme sıcaklıklarına bağlı sertlik değişimleri verilmiştir. Şekil den
görüleceği gibi bunlardan birisi (
çizgi ile gösterilen ) artan temperleme sıcaklığı ile
sertlikleri devamlı olarak azalırken diğeri (
çizgi ile gösterilen )artan temperleme sıcaklığı
ile sertlikleri önce artmış ardından azalma eğilimine girmiştir.
Temperleme sıcaklığı artışı ile sertliğin artmasının iki temel nedeni olabilir. Bu
nedenlerden birisi çeliğin kimyasal bileşiminde (Tablo 1’de görüldüğü gibi) karbür yapıcı
elementler varsa, diğer neden ise su verme sırasında (martensitik dönüşüm sırasında) kalıntı
östenitler oluştuysa, bu kalıntı östenitlerin bu temperleme sıcaklıklarında martensit fazına
dönüşümünden dolayı sertliği artırabilir. Karbür oluşturucu elementlerin karbür oluşturma
sıcaklıkları farklıdır. Bu nedenle bu elementlerin bulunduğu çeliklerde temperleme ile
sertliklerinin artacağı sıcaklıklar da farklılık gösterecektir.
Alaşım elementleri çeliklere daha önce bahsedildiği gibi farklı amaçlarla katılırlar. İlave
edilen alaşım elementlerine göre aşağıdaki gibi paslanmaz çelikler, rulman çelikleri, takım
çelikleri gibi amaçlı alaşımlı çelikler mevcuttur.
Paslanmaz Çelikler
Bunlar yüksek alaşımlı çelikler grubuna girerler. Yüksek oranda Cr ve Ni elementi
içerirler. Paslanmaz çelikler oksidasyona, korozyona ve yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır.
Oksidasyona ve korozyona karşı yüksek dirençleri yüzeydeki ince krom oksit (Cr2O3)
katmanıyla
sağlanmaktadır.
Paslanmaz
çelikler,
içerdikleri
alaşım
elementi
ve
mikroyapılarına bağlı olarak östenitik, martensitik, ferritik paslanmaz çelikler olarak
bilinirler.
Östenitik Paslanmaz Çelik;
Bunlar, Cr, Ni ve Mn içerirler. Cr ve Ni elementinin toplamı en az % 23 düzeyindedir.
Mikroyapıları oda sıcaklığında bile östenitik olduğundan dolayı ısıl işlemle sertleştirilemezler.
26
Tipik bir östenitik paslanmaz çeliğin mikroyapısı Şekil 3’deki gibidir. YMK kristal
yapısından dolayı düşük ve yüksek sıcaklıkta tokluk özellikleri ve diğeri mekanik özellikleri
fazladır. Yüksek sıcaklıkta işlenebilirlikleri kolaydır. Paslanmazlıklarının yanı sıra asitlere
karşı da dayanıklı olduğundan gıda, kimya ve tıbbi cihazlar endüstrisinde sıklıkla kullanılırlar.
Martensitik Paslanmaz çelik;
Bunlar, % 12-18 oranında Cr içerirler. Su verme (suda ya da yağda) ile mikroyapıda
sert martensit fazı üretilir. Bu çeliklerde martensit fazı üretme için öncelikler östenitlenmesi
gerekir. Ancak bu çeliklerde östenitleme sıcaklığı oldukça yüksektir. Yaklaşık 1000-1100 °C
civarındadır (Hatırlanırsa sade C’lu çeliklerde östenitleme sıcaklıkları C oranına bağlı olarak
750-900 °C’lerde idi). Bu yüksek östenitleme sıcaklığı içerisindeki yüksek miktardaki Cr’dan
dolayıdır. Cr daha öncede belirtildiği gibi östenit alanını daraltan, A1 sıcaklığını artıran bir
elementtir. Yaklaşık 1000-1100 °C’de östenitlenmiş bu paslanmaz çelik suda ya da yağda su
verilerek sertleştirilir. Ardından 590 °C sıcaklıkların üzerinde temperlenirler. 400-500 °C
arasında temperlenirlerse bazı alaşım karbürlerin çökelmesinden dolayı darbe dirençleri ve
kısmen de korozyon dirençleri düşmektedir. Bu nedenle daha yüksek sıcaklıkta
temperlenmeleri gerekmektedir. Bu paslanmaz çelikler, özellikle yüksek sıcaklıklarda
zorlamalara karşı mekanik direnç sağlamaktadırlar. Özellikle buhar türbin kanatları, basınçlı
kapların imalatında tercih edilmektedir.
Ferritik Paslanmaz çelikler;
% 14-27
oranında Cr içerirler. C oranları martensitik paslanmaz çeliklerin C
oranından daha düşüktür. Bunlar da östenitik paslanmaz çelikler gibi ısıl işlemler
sertleştirilemezler. Ancak soğuk deformasyonla kısmen sertleştirilebilir. Aynı zamanda
manyetik özelliklere de sahiptirler. Paslanma direnci ve işlenebilme özellikleri, martensitik
paslanmaz çeliklerden daha üstündür. Cr oranı % 20’den fazla olduğunda 550-850 °C
arasında uzun süreli tavlama yapıldığında sigma fazı oluşabilir. Bu faz, paslanmaz çeliğin
gevrekleşmesine ve korozyon direncini azalmasına neden olur. Bu nedenle sigma fazının
oluşumu genellikle istenmez. Tablo 3’de paslanmaz çeliklerin kullanım alanları ve özellikleri
verilmiştir.
27
Tablo 3. Paslanmaz Çeliklerin özellikleri ve kullanım yerleri
Paslanmaz
Standart
Çelik Türü
Gösterimi
Kullanım yerleri
Akma
Çekme Dayanımı
Dayanımı
(MPa)
% Uzama
(MPa)
301
Genel amaçlı kullanılırlar, Yüksek süneklik
275
750
60
302
gerektiren yerlerde, süslemecilikte
275
620
50
(isimliklerde, anahtarlık), anten telleri, uçak
parçaları, otomobil jant kapakları, gıda,
buzdolabı ve kimya sanayisinde ve pişirme
ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLER
ekipmanları imalatında
304
Kimya ve gıda sektöründe, sac kaplama, gıda
230
500-700
45
304L
hazırlama mikserleri, buz dolaplarda
220
450-700
40-45
309
Yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren yerlerde,
309S
ısıtıcı ekipmanlarda, fırınlarda, ısı
310
kolektörlerinde, türbin kanallarında,
210
500-750
25
200-240
490-710
35-40
oksitlenme riski yüksek olan yerlerde, petrol
rafineri donanımlarında
316
Yüksek şekil değiştirme, yüksek korozyon
316L
direnci ve yüksek sıcaklıkta direnç gerektiren
316Ti
uygulamalarda kullanılır. Gıda hazırlama
317
sektöründe. Ayrıca kaynaklanabilirlikleri
317L
(kaynağa uygunlukları) yüksektir. Sülfürik
asit ve fosforik asitlerin kullanıldığı yerlerde,
suni gübre üretimi ve diğer kimya sanayisinde
321
Çok yüksek sıcaklık ve şiddetli korozyona
460-680
210
45
347
maruz kalan yerlerde kullanılır. Kaynak
500-750
200
35
ekipmanlarında, Jet motorların egzostlarında,
403
Türbin ekipmanları (jet motorlarında)
275
570
30
410
Derin sıvama işlemleri ve paslanmaz boru
275
570
30
650
830
18
350
650
25
480-1800
730-1900
15-30
üretiminde
414
ÇELİKLER
MARTENSİTİK PASLANMAZ
kaynatma kaplarında, ısıtcılarda kullanılır
Çatal, kaşık imalatında, medikal aletlerde,
meyve sebze blenderleri gibi aşınmaya direnç
gerektiren yerlerde
420
Valfler, makine parçaları, civatalar, makaslar
vs
422
Buhar türbin ekipmanları gibi yüksek
sıcaklığa direnç gerektiren yerlede
440
Çatal-Bıçak imalatında
28
405
Petrol rafineri donanımlarında, kaynak
275
450
25
330
520
20
370
530
22
370
530
22
310
550
20
350
550
20
FERRTİK PASLANMAZ ÇELİKLER
ekipmanlarında
430
Asansör ve otomabil parçalarında, levye ve
çatal-bıçak imalatında
434
Genel amaçlı kullanılabilir. Egzost
ekipmanları vs
436
Genel amaçlı korozyon ve ısı direnci
gerektiren yerlerde kullanılabilir
442
Yüksek oranda Cr içerdiğinden özellikler
yüksek sıcaklığa direnç gerektiren fırın
parçaları gibi yerlerde kullanılır
446
1100 °C’ye kadar sıcaklıkta kullanılması
gereken malzeme imalatında
Yüksek Alaşımlı Takım Çelikleri
Bu çelikler tornalarda, frezelerde, eğelerde, derin çekme aparatlarında, dövmehaddeleme malzemelerinde, zımbalarda kullanılan yüksek alaşımlı ve yüksek mukavemetli
malzeme gruplarıdır. Takım çelikleri içerdikleri alaşım elementleri ve kullanım yerlerine bağlı
olarak Tablo 4-7’de özellikleri verilmiş Rulman Çelikleri, Yüksek Hız Takım Çelikleri,
Soğuk İş takım Çelikleri ve Sıcak İş Takım Çelikleri olarak bilinirler.
Yüksek sıcaklıklarda (600 °C’de bile) sertlik ve mukavemetin korunması gereken
yerlerde yüksek alaşımlı çelikleri kullanılmalıdır. Bu alaşımlı çeliklerde önemli alaşım
elementleri Cr, V, W, Mo ve Co’dır. Bu çelikler, genellikle yağda veya havada soğutularak
sertleştirilirler. Genellikle temperleme sıcaklıkları 500-600 °C civarındadır. Özellikle yüksek
C ve Cr içeren takım çelikleri aşınmaya karşı direnç gösterirler.
Bu takım çeliklerinin yanı sıra Rulmanlı yatak üretiminde kullanılan Rulman çelikleri
de önemli yere sahiptir. Rulman çeliklerin en önemli özellikleri aşınmaya ve yüksek basınca
dayanıklı olmasıdır. Bu çelikler, yüksek Cr içeren ötektoid üstü çeliklerdir. Rulman çelikleri,
vakum ortamında ergitilir ve gaz giderme işlemiyle kalıntılar (inklüzyonlar) minimum
düzeyde tutulan yüksek kaliteli çelik gruplarıdır. Rulman yapımında kullanılan çeliğin sertliği
en az 58 HRc olması gerekmektedir. Tablo 4’de bazı Rulman çelikleri ve kullanım alanları
verilmiştir.
29
Tablo 4. Bazı Rulman Çelikleri, Özellikleri ve Kullanım yerleri
Akma Dayanımı
Standart
2
Gösterimi
Kullanım yerleri
DIN100Cr6
Rulman malzemesi olup özel makara ve ray
52100
tekeri imalatında
Kopma Dayanımı
2
Kopma %
Kg/mm
Kg/mm
Uzaması
35
70
-
Tablo 5. Bazı Yüksek Hız Takım Çelikleri, Özellikleri ve Kullanım yerleri
DIN
AISI
Gösterimi
Gösterimi
Kullanım yerleri
sonrası sertlikleri
T1
Torna, Planya Kalemi
64-66
T4
Torna, Planya Kalemi
64-66
M7
Kılavuz, Matkap, Freze, Rayba, Broş
64-66
M1
Kılavuz, Matkap, Freze, Rayba, Broş
64-66
M 42
Kılavuz, Matkap, Freze, Broş
67-69
M2
Matkap, Rayba, Freze, Broş
64-66
M 3 Cl.2
Kılavuz, Matkap, Freze, Rayba, Broş
64-66
1.3355
S 18-0-1
1.3255
S 18-1-2-5
1.3348
S 2-9-2
1.3346
S 2-9-1
1.3247
S 2-10-1-8
1.3343
S 6-5-2
1.3344
S 6-5-3
1.3333
S 3-3-2
1.3207
S 10-4-3-10
1.3243
S 6-5-2-5
Suverme+Temperleme
-
63-65
-
Torna kalemi
65-67
M 41
Freze, Torna kalemi
64-66
30
Tablo 6. Bazı Sıcak iş Takım Çelikleri, Özellikleri ve Kullanım yerleri
DIN Gösterimi
AISI
Gösterimi
1.2581
X30WCrV9 3
1.2344
X40CrMoV5 1
1.2365
X32WCrV3 3
Kullanım yerleri
H21
H13
Demir, çelik, bakır, bronzların sıcak
Suverme (Yağ, sıcak
Temperleme sonrası
banyo ya da havada)
sertlikleri (HRC)
sonrası sertlikleri
400
500
600
700
(HRC)
°C
°C
°C
°C
44-52
50
51
50
38
50-56
54
55
48
30
52-66
50
51
50
36
52-56
52
52
52
36
54-58
51
49
46
32
50-56
53
54
48
30
44-58
49
45
40
-
50
49
53
53
44
şekillendirilme (dövme, ekstrüzyon ve
H 10
enjeksiyon pres) malzemesi olarak
kullanılır
1.2385
X32CrMoCoV3
-
33
1.2323
48CMoV6 7
1.2343
X38CrMoV5 1
1.2714
56NiCrMoV7
-
H11
L6
1.2886
X15CrCoMo10
10 5
-
Al-Mg-Zn alaşımlarının sıcak
şekillendirilmesinde
Al-Mg-Zn alaşımlarının sıcak
şekillendirilmesinde
Demir-çelik dövme (özellikle
şahmerdanda) kalıplarında
Çalışma ortamı 700 °C civarında olan
kalıplarda
31
Tablo 7. Bazı Soğuk iş Takım Çelikleri, Özellikleri ve Kullanım yerleri
DIN Gösterimi
AISI
Gösterimi
1.2080
X210Cr 12
1.2601
X165CrMoV 12
1.2326
X210CrW 12
D3
-
D6
1.2379
X155CrVMoV12
D2
1
1.2345
X50CrVMoV5 1
1.2550
60WCrV7
1.2510
100MnCrW4
1.2063
145Cr6
-
Tüm kesme kalıplarında
Süneklik özelliği istenen her türlü kesme
ve bükme kalıplarında
İnce sacların kesiminde kullanılan
malzemeler
Süneklik özelliği istenen her türlü kesme
ve bükme kalıplarında
Kesme bıçakları
S1
Temperleme sonrası
banyo ya da
sertlikleri (HRC)
havada) sonrası
100
200
300
400
sertlikleri (HRC)
°C
°C
°C
°C
63-65
64
62
59
57
63-65
64
62
60
58
64-66
65
63
61
60
63-65
64
61
59
58
54-60
57
56
51
40
58-62
60
59
56
53
63-65
64
62
58
52
63-65
64
62
58
52
64-66
64
62
57
51
Kesici, zımba, matriks malzemesi
O1
-
Kesme Bıçakları
Cr-alaşımlı civa çeliği olarak çeşitli pim
1.2210
115CrV3
Kullanım yerleri
Suverme (Yağ, sıcak
-
imalatı ve matkap gibi kesici takım
imalatında
1.2721
50NiCr13
1.2770
85NiV4
1.2842
90MnCrV8
1.1740
C60W
1.1545
C105W1
-
Baskı kalıp malzemesi
54-59
59
56
52
48
-
Zımba malzemesi
63-66
65
62
56
-
63-65
64
62
57
50
58-
54-
48-
62
58
52
64
62
55
O2
-
W1
Kesici, zımba, matriks malzemesi
58-63
65
-
-
32
Dökme Demirler
Genel olarak dökme demirler ekonomik maliyetli olmaları nedeniyle mühendislik
uygulamalarında geniş yer bulmaktadır. Sahip oldukları sertlikler çoğunlukla yüksek olup
uygulanan bazı işlemlerle bu sertlikler kontrol altına alınıp işlenebilir duruma getirilebilir.
İlave edilen alaşım elementleri ile aşınmaya ve korozyona karşı mükemmel direnç
sağlayabilirler. Aynı zamanda yüksek basma direncine ve rijitliğe sahip olduklarından ve
özellikle grafit içeren gri dökme demirlerin sahip olduğu gibi titreşim enerjisini önemli oranda
emebildikleri için pek çok makine gövdelerinde, motor pistonlarında vs. kullanılabilirler.
Klasik dökme demirler, %(ağırlıkça) 2-4 C ve % (ağırlıkça) 1-3 Si içerirler. Pek çok
özelliklerini değiştirmek için diğer metal ya da metal olmayan elementler dökme demirlere
ilave edilebilirler. Dökme demirlerin karbon eşdeğerliği (KE) gri dökme demir ve beyaz
dökme demirin mikroyapı ve pek çok özelliğini etkileyen bir faktördür. Dökme demirdeki KE
aşağıdaki eşitlikle tanımlanmıştır.
% KE  C 
Si  P
3
Bunun yanı sıra dökme demirlerin katılaştırılma hızı, döküm yöntemi, daha sonraki
ısıl işlemler gibi bir çok faktör dökme demirlerin mikroyapısını ve mekanik özelliklerini
etkiler. Düşük KE ve daha hızlı soğutma oranı kullanılırsa yüksek oranda sementit içeren
beyaz dökme demirin üretimi sağlanırken daha yüksek KE ya da daha yavaş soğuma hızı
uygulandığında grafit içeren gri dökme demir üretimi sağlanır. KE eşdeğerliğinin artırmasına
neden olan Si elementi aynı zamanda dökme demirde grafit oluşumuna katkı sağlar. Bu
nedenle lamelli grafit içeren gri dökme demirlerde Si oranı, beyaz dökme demire oranla daha
fazladır. Beyaz dökme demir oldukça sert ve kırılgan olup aynı zamanda kolaylıkla
işlenemezler de.
Dökme demirler içerdikleri kimyasal bileşim ve mikroyapılarına bağlı olarak beyaz
dökme demir, gri dökme demir, Benekli dökme demir, küresel grafitli (sünek) dökme
demirler olarak çeşitlenmektedirler. Tablo 8’de dökme demirlerin kimyasal ve mekanik
özellikleri ile kullanım alanları verilmiştir.
33
Tablo 8 Dökme demirlerin kimyasal, mekanik özellikleri ve kullanım alanları
Nominal Kimyasal Bileşimi (%)
Dökme
Demir
Beyaz
(ASTM
A48)
Gri
C
Si
Mn
S
P
Ni
Mg
3,4
0,7
0,6
0,06
0,20
0,06
0,20
-
-
3,4
1,8
0,5
0,025
0,05
-0,1
-
Sünek
ya da
Küresel
Grafitli
(ASTM
A48)
3,4
1,82,8
3,4
1,82,8
0,4
0,4
0,02
0,02
0,1
0,1
1
1
Çekme
Dayanımı
(KSi)
50
mm’de %
uzama
Sertlik
(BSD)
(HB)
Genel
Kullanım
Yerleri
Yalnızca
Dökülmüş
-
25
0
450
Yatak
Yüzeyleri
Yalnızca
Dökülmüş
-
25
0,5
150
Dökülmüş
ve
tavlanmış
33
52
12
130
0,06
Yalnızca
Dökülmüş
53
70
18
170
0,06
Dökülmüş
ve
suverilmiş
+temperle
nmiş
108
135
5
310
-
Temper
(ASTM
A47)
Sünek
ya da
Küresel
Grafitli
Üretim
Şartları
Akma
Dayanımı
(%0,2
OffSet)
(KSi)
Motor
blokları,
hava
araçları,
Dişililer,
makine
takımları,
Fren diski,
kampana,
Yağ
pompalama
çubuğu,
Su pompası
pervanesi,
Denge
parçası,
Krank kepi,
Manifold,
Vantilatör
kasnağı, Su
pompası
gövdesi,
Volan
Dingil
yatakları,
kamyon
tekerleri,
otomotiv
krank
milleri
Valfler ,
silindir
gömleği ,
pompa
gövdesi ve
darbe
dayanıklı
parçalar
Dişliler ,
kamlar ,
yatak
gövdeleri ,
pistonlar ve
krank
milleri
kamalar ,
tekerlek
göbekleri ,
bilezikler ,
volanlar ,
egzost
manifoldlar
ı
34
Beyaz Dökme Demirler
Tablo 8’deki gibi uygun kimyasal bileşime sahip dökme demir, eriyik durumdan
yeterince hızlı soğuma hızıyla mikroyapılarında yüksek miktarda sementit oluşumu ile beyaz
dökme demir üretilir. Şekil 6’da bir beyaz dökme demirin mikro yapısı gösterilmiştir.
Bilindiği gibi sementit fazı oldukça sert ve bununla beraber gevrektir. Bu dökme demirlerin
işlenebilirlikleri oldukça zordur. İşlenebilirliklerini artırmak için küreselleştirilme ısıl işlemi
uygulanabilir. Bu ısıl işlemle sementit fazları küreselleştirilir. Beyaz dökme demirler, yüksek
basma dayanımına ve çok yüksek aşınma direncine sahiptirler. Mikroyapıda grafit
bulunmadığı için beyaz görünümdedirler. Aynı zamanda kopma yüzeyleri de diğer dökme
demirlere göre daha beyazdır.
X50
Şekil 6. Beyaz dökme demir mikroyapısı (beyaz alanlar sementit, koyu bölgeler perlittir).
Her ne kadar Şekil 7’de görüldüğü gibi demir-sementit ve demir-grafit denge
diyagramında sementit fazı en dengeli (kararlı) fazlardan gibi görülse de beyaz dökme
demirde olduğu gibi sementit faz tam dengeli (kararlı) değildir. Dökme demire ilave edilen Si
miktarı artırıldığında sementitten daha dengeli olan grafitin oluşumunu kolaylaştırır.
35
S (sıvı)
S+Grafit
S
Grafit
Şekil 7. Fe-Fe3C ve Fe-Grafit denge diyagramı
Gri Dökme Demirler
Şekil 8’de görüldüğü gibi, lamelli grafit içeren dökme demirler gri dökme demir
olarak bilinirler. Gri dökme demirlerdeki Si oranı beyaz dökme demirlere oranla daha
fazladır. Çünkü daha önce de bahsedildiği gibi dökme demire ilave edilen Si elementi önemli
bir grafit kararlaştırıcı elementtir. Normal döküm şartlarında oluşan bu grafitler hem lamelli
hem de birbirleri ile de Sekil 8’de görüldüğü gibi bağlantılıdırlar. Bu nedenle süneklikleri çok
fazla değildir. Aynı zamanda grafit oluşumunu sağlamak için ilave edilen Si elementi, sıvı
dökümün akışkanlığını da kolaylaştırdığından karmaşık ve ince kesitli parçaların dökümü
(üretimi) rahatlıkla yapılabilmektedir. Dökme demirlerde bulunan S’ün zararlı etkisini ortadan
kaldırmak için S’ün iki katından biraz fazla manganez ilave edilir.
Endüstride kullanılan dökme demirleri % 70-80’i gri dökme demirdir. Çünkü hem
üretim maliyeti düşük hem de mekanik performansları da yüksektir. Aynı zamanda gri dökme
demirlerde bulunan grafitlerin titreşimleri önemli ölçüde sönümleme yeteneği vardır ve bu
nedenle makine gövdeleri, motor ve silindir blokları gibi yerlerde geniş kullanıma sahiptirler.
36
Gri dökme demirlerin sertlikleri beyaz dökme demirler kadar olmasa da aşınma dirençleri ve
işlenebilirlik yetenekleri yüksektir. Çünkü grafitler hem talaş kırma özelliğine hem de kesici
takımı yağlayıcılık özelliğine sahiptirler. Grafitin yağlayıcılık etkisi gri dökme demirlerin
aşınmaya karşı direncini de artırmaktadır.
Şekil 8. Gri Dökme demirin mikro yapısı ve lamel grafitin şematik resmi
Şekil 7’de görüldüğü gibi Si ilavesi ile çeliğin ötektoid ve ötektik
C içeriğini
düşürürken ötektik sıcaklığı artırır. Bu diyagram hem Fe-Fe3C denge diyagramını (kesikli
çizgi), hem de Fe-C(Grafit) (kesiksiz çizgi) denge diyagramını göstermektedir. Hem bu
ötektik sıcaklık farkından hem de soğuma (katılaşma) hızına bağlı olarak beyaz ya da gri
dökme demirin üretimi sağlanır. Sekil 7’deki denge diyagramının ötektik dönüşüm sıcaklık
farkı daya ayrıntılı olarak Sekil 9’da gösterilmiştir. Buradan da görüldüğü gibi dökme demir
eriyik durumdan daha hızlı katılaştırıldığında katılaşması kesikli çizginin altında gerçekleşirse
beyaz dökme demir, katılaşması kesiksiz çizginin hemen altında gerçekleştirilirse gri dökme
demir üretimi gerçekleşir. Lamel grafitli (gri) dökme demirler DDL şeklinde sembolize
edilirler. Bunların ortalama özgül ağırlıkları 7.25 g.cm-3, ergime sıcaklığı 1250 °C, çekme
dayanımları da Tablo 8’de görüldüğü gibi 100-340 MPa dır
37
S+Grafit Ötektik sıcaklığı
Sıcaklık, °C
Gri Dökme
Demir
S+Fe3C Ötektik sıcaklığı
Beyaz Dökme
Demir
Zaman
Şekil 9. Beyaz dökme demir ve gri dökme demirlerin üzerimi için ergiyik (sıvı) durumdan
soğuma eğrileri
Dökme demirdeki Kükürt (S) lamel grafitin oluşumuna destek sağladığı bilinmektedir.
Çok
az
oranlarda
Kalsiyum
Karbür
kullanılmasıyla
sıvı
metalden
kükürt’ün
uzaklaştırılmasıyla küresel şekli grafitin çökelmesi sağlanır. Bu durum bir miktar magnezyum
ya da seryum (Ce) elementinin ilavesiyle daha da desteklenir. Kalsiyumlama işlemi
magnezyum ilavesinden önce gereklidir. Çünkü magnezyumun oksijen ve kükürde ilgisi
vardır. Diğer taraftan magnezyumun sementitin çökelmesine eğilimi de vardır. Bu nedenle
silisyum (ferrosilisyum olarak) grafit olarak karbonun çökeltilmesini sağlanmasından emin
olmak için ilave edilir.
Küresel Grafitli (Nodüler veya Sünek) Dökme Demirler
Küresel grafitli dökme demirde adından da anlaşıldığı üzere grafitler lamel değil
küreseldir Küresel grafitli dökme demir yüksek süneklik ve mükemmel tokluğa (darbelere
karşı dirence) sahip olduğundan krank millerinde olduğu gibi oldukça geniş bir alanda
kullanıma sahiptir. Küresel grafitli dökme demirlerin kimyasal bileşimleri gri dökme
demirlerinkine benzer ancak %0.05 magnezyum ve çok daha az S ve P içerirler. Bu alaşım
elementlerinin oranlarına, katılaştırma zamanına ve tavlama şartlarına bağlı olarak sünek ferrit
38
matriste küresel grafitlerle birlikte perlitik yapılar bulunabilir (Şekil 10a) ya da perlit
bulunmaya ferritik matriste sadece küresel grafitler bulunabilir (Şekil 10b).
a
b
Şekil 10. Küresel grafitli dökme demirlerin mikroyapıları
Küresel grafitli dökme demirler genellikle Şekil 10a’da görüldüğü gibi perlitik
matrislidirler. Bu dökme demirler tavlandığında perlitteki karbonların çözünerek daha fazla
grafit oluşumuna (çökelmesine) izin verilir. Böylece matris yapı Şekil 10b’de görüldüğü gibi
tamamen ferrite dönüşmüş olur. Böylece küresel grafitli dökme demire daha fazla oranda
süneklik kazandırılacağından darbelere karşı direnci (tokluk) artırılmış olur.
Son yıllarda en önemli atılım küresel grafitli dökme demirin matrisinde perlit yerine
beynit yapısının üretilmesidir. Beynit östenitin perlit oluşum sıcaklığının altında izotermal
dönüşümüyle elde edilmektedir. Bu işleme östemperleme denir. Şekil 11’de östemperlenmiş
bir küresel grafitli dökme demirin mikroyapısı verilmiştir.
Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler darbelere karşı üstün bir özellik
sağladığı gibi aynı zamanda yorulma ömürleri de oldukça yüksektir. Mikroyapısındaki
grafitler ayrıca titreşimleri sönümleme yeteneğine sahip olduklarından dolayı makine
parçaları olarak kullanıldığında gürültü seviyesini de düşürmektedir. Bu özellik de bu dökme
demirlerin ayrıca bir özelliğini ortaya koymaktadır. Bu nedenle küresel grafitli dökme
demirler otomotiv sanayisinde geniş kullanım alanına sahiptir. Küresel grafitli dökme
demirler dişli çarklar, krank milleri, pompa, sanjıman ve motor muhafazaları gibi parçaların
yapımında, yüksek dayanınım ve uzama göstermesi gereken yerlerde kullanılmaktadır.
39
Şekil 11. Östemperlenmiş küresel grafitin mikroyapısı
Temper Dökme Demirler
Temper dökme demirlerin mikroyapılarında Şekil 12’de görüldüğü gibi lamel ve
küresel olmayan düzensiz şekilli grafit vardır. Bu dökme demirler beyaz dökme demirlerin
900-950 °C’de uzun süreli tavlanmasıyla elde edilir. Bu sıcaklıkta sementtiten çözünen
karbonlar grafit oluşturmak için bir araya toplanırlar. Ancak bu grafitler ne lamelli ne de tam
bir küredir. Bunlar Şekil 12’de görüldüğü gibi grafitlerin morfolojisi ferritik matriste mısır
patlağına benzerdirler. Tüm bu işlemler sünekliği hemen hemen hiç olmayan beyaz ve gri
dökme demirlerin sünekliklerini artırmaktır. Tavlama sıcaklığına ve kimyasal bileşimlerine
bağlı olarak ferritik veya perlitik matrisli olabilirler.
40
Şeki1 12. Temper dökme demirin mikroyapısı
Tablo 8’de verilen kulanım alan dışında ferritik temper dökme demirler, petrol
endüstrisinde, el takımlarında, ızgara malzemesi olark, vites kutularında, fren pabuçlarında;
perlitik temper dökme demirler iselevyelerde, motor destekleme elmanlaırnda, pistonlar, aks
ve diferansiyel kutularında, ara dişliler, krank şaftları vb elemanlarda kullanılmaktadır.
Çift Fazlı Çelikler
Çift-fazlı çelikler yüksek dayanımlı düşük alaşımlı çeliklerin bir ürünüdür.
Mikroyapıları, yumuşak ferrit matris içerisinde sert martensit paçacıklarının dağılımından
oluşmaktadır. Mikroyapılarında çok az miktarda beynit, perlit ve kalıntı östenit bulunmasına
karşın, çift faz terimi, esas fazları oluşturan ferrit ve martenzit fazlarından ileri gelmektedir.
Çift fazlı çeliklerin üretim amaçlarından biri bu çeliklerin üstün şekillendirme özelliğine sahip
olmasıdır. Bu çelikler, diğer çeliklerden farklı olarak bazı özelliklere sahiptir. Bunlar genel
olarak sürekli akma davranışı, yüksek çekme dayanımı, yüksek deformasyon pekleşmesi ve
düzgün ve toplam uzama değerleridir.
Ayrıca çift fazlı çeliklerde mikroyapıda ikinci faz olan martensitin şekil ve boyutunun
kontrolüyle, çekme, darbe, yorulma, aşınma ve işlenebilirlik özelliklerinin geliştirilebileceği
görülmüştür. Aşağıda düşük alaşımlı ingot çeliklerden üretilen çift fazlı çeliklerin genel
üretim yöntemleri, mikroyapıları ve özellikleri hakkında genel bilgiler verilmiştir.
41
Çift Fazlı Çeliklerin Genel Üretim Yöntemleri
Tipik bir çift fazlı çelik, Şekil 13’de örnek olarak verilen bir denge diyagramında A1
ve A3 sıcaklıkları arasında kalan ve ara kritik tavlama (AKT) bölgesi olarak da adlandırılan
ferrit+östenit (+) alanında kısmen östenit fazlarının oluşumu için yeterli bir süre tavlanarak
ve ardından da östenitin martensite dönüşümünün gerçekleşebileceği yeterlilikteki bir hızda
oda sıcaklığına soğutma ile üretilmektedir. Çift fazlı yapının üretilebilmesi için çeliğin denge
diyagramında, yeterli bir büyüklükte + alanının olması gerekmektedir. Bu nedenle çeliğin
içerdiği alaşım elementleri bu alanın büyüklüğünde önemlidir.
Çift fazlı yapı üretilecek olan düşük alaşımlı bir çeliğin ferrit+östenit bölgesine
ısıtılmadan önceki mikroyapıları farklı olabilir (mikroyapı ferrit+perlit veya tamamen
östenitik bölgeden su verme ile oluşturulan martensitik yapı gibi). Bu farklılıktan dolayı ferrit
matriste farklı şekiller e sahip martensit parçacıklarının üretilmesi mümkün olmaktadır (AKT
öncesi mikroyapı ferrit+perlit ise kaba martensit parçacıkları veya AKT öncesi mikroyapı
martensit ise çelik AKT’den su verme ile ince martensit parçacıkları üretilebilir). Elde edilen
martensitin hacim oranını, farklı AKT sıcaklıkları belirlemektedir. Bu iki faz bölgesinde farklı
sıcaklıklarda oluşan östenitin toplam hacim oranı terazi kuralına göre belirlenir. Dolayısıyla
östenit hacim oranı, su verme sonrası elde edilen martensitin hacim oranına eşittir. Sonuçta
elde edilecek martensitin şekil, boyut ve toplam hacim oranı düşük C’lu çeliğin çekirdek
yapısına ve + bölgesindeki izotermal sıcaklıklara bağlı olarak kontrol edilebilmektedir.
42
Sıcaklık, °C
AKT bölgesi
Ağırlıkça % C
Şekil 13. Fe-C-Mn denge diyagramında ara kritik tavlama (AKT) sıcaklık bölgesi
Çift fazlı çelikler, ya sürekli tavlama ya da kutu tavlama teknikleri ile üretilebilir.
Sürekli tavlama tekniği ile üretilen çift fazlı çeliklerde daha az alaşım elementi kullanmak
mümkündür. Sürekli tavlama tekniği ile çelik plakalar AKT sıcaklıklarına çok kısa zamanda
ısıtılır (~2 dakika) ve ardından östenit fazının martensite dönüştürülebilmesi için hızla
(~10°C/s) soğutulur. Gerçek soğuma hızı tavlama hattı üzerinde çelik plakanın kalınlığına ve
su verme şartlarına bağlıdır. Sonuçta çeliğin kompozisyonu yeterli sertleşebilirliği sağlayacak
şekilde tasarlanmalıdır.
Çift fazlı çelikler, üretildikleri düşük alaşımlı yüksek dayanımlı (HSLA) çeliklere göre
genellikle daha iyi dayanım-süneklik ilişkisi sergilemektedir. Çift fazlı çelikler genellikle,
düşük akma dayanımı, yüksek çekme dayanımı ve pekleşme hızı, yüksek düzenli ve toplam
uzama değerlerine sahiptirler.
Çift fazlı çeliklerde deformasyon pekleşme mekanizması karmaşıktır. Ancak genel
olarak çeşitli gerinim aralıklarında pekleşme davranışları üç basamağa ayrılmaktadır. İlk
aşamada (% 0,1-0,5 gerinimde), kalıntı gerilmelerin elimine edilmesiyle hızla deformasyon
pekleşmesi gerçekleşir. Martensit ve ferrit fazları arasında plastik deformasyon farklılığından
dolayı ferritte yeniden gerilimler hızla oluşur. İkinci aşamada (%0,5-4 gerinimde), plastik
olarak akması sonrası ferrit deforme olamayan martensit kadar bir sertliğe sahip olabilir ve
43
deformasyon pekleşme hızı düşer. Aynı zamanda bu aşamada kalıntı östenitlerin de
martensite dönüşümü gerçekleşebilir. Kalıntı östenit, sünekliği ve gerinim esnasında
martensite dönüşümünden dolayı pekleşme hızını artırmaktadır. Son aşamada (%4-18
gerinim) dislokasyon duvarları oluşur. Ferrittin deformasyonu dinamik toparlanma ve çapraz
kayma ile kontrol edilir ve en sonunda martensit akmaya başlar.
Çift fazlı çeliklerin çekme dayanımı öncelikle martensitin miktarına doğrudan bağlı
olup, düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çeliklere benzerdir. Martensit ve C oranının artmasıyla
beraber, çekme dayanımı da artmaktadır. Şekil 14’de çekme dayanımının martensit miktarı ve
C oranına bağlı olarak değişimi gösterilmektedir.
Artan MHO çekme dayanımını genel olarak artırır. Ancak MHO artarken martensitin
karbon içeriği azaldığından bu artma eğilimi çok etkili değildir. Çift fazlı çeliklerin dayanım
ve sünekliğini ara kritik tavlama sıcaklıklarından soğutma hızı da etkilemektedir. Soğutma
hızının azalmasıyla birlikte martensitin yanı sıra ferrit ve perlit gibi diğer faz ya da yapıların
oluşma ihtimali artmaktadır. Bu nedenle, dayanım düşmekte süneklik ise artma
Akma dayanımı, (MPa)
göstermektedir.
Su verme sıcaklığı, °C
%C
Şekil 14. MHO’nın ve C içeriğinin fonksiyonu olarak çekme dayanımları
Çift fazlı çeliklerde sünekliği belirleyen en önemli faktörler, martensitin miktarı,
plastikliği, dağılımı, ferritin alaşımı ve karbon içeriği, temiz ferrit ve kalıntı östenit miktarı
sayılabilir.
44
Genel olarak çift fazlı çeliklerde martensit miktarının artmasıyla süneklik
azalmaktadır. Martensitin miktarı artarken C içeriği de azalmaktadır. Daha düşük C içeren
martensitin daha düşük sertliğe sahip olmasından dolayı martensit partiküllerinin çatlaması ya
da martensit/ferrit ara yüzeyinin ayrışması daha zordur. Böylece sünekliğin artmasına katkı
sağlar.
Çift fazlı çeliklerin sertliğini pek çok faktör belirlemektedir. Sabit bir bileşime sahip
çift fazlı yapılarda AKT sıcaklıkları artarken MHO da artmaktadır. Ancak martensitin C
içeriği düşmektedir. Bu nedenle AKT sıcaklığının artırılmasıyla elde edilen martensit fazının
mikro sertliği düşerken artan MHO ile çift fazlı çeliğin makro sertliğini dengeleyici bir rol
oynar. Çift fazlı yapılarda tane inceltmeyle birlikte sertlikte gözlenen azalma eğilimi, iki faz
bölgesinde ince taneli yapının su verme esnasında martensitik dönüşümden sonra ferrit
alanlarında serbest dislokasyonların artmasıyla ilişkilendirilmiştir.
AKT sıcaklıkları artırıldığında su verme sonrası elde edilen sertlik hafifçe artmaktadır.
Aynı zamanda AKT sıcaklığı arttırıldığında tane boyutu da artmaktadır. Sertliği artıran
martensitin toplam miktarının yanı sıra, ince taneli çift fazlı yapılarda ferrit-martensit ara
yüzeylerindeki hareketli dislokasyonların sayısının fazla olmasıdır. Bu iki faktör sertlikte bir
denge sağlamaktadır.
AKT ısıl işlemi ile üretilen çift fazlı çeliklerin bazı araştırmacılar tarafından aşınma
özellikleri araştırılmıştır. Genel olarak, çift fazlı çelikler düşük alaşımlı olmasına rağmen
yapısında bulunan sert martensit partiküllerinin aşınmaya karşı bir direnç göstermektedir.
Aynı zamanda martensitin C içeriği, oranı ve şekli de aşınma özelliklerini belirlemektedir. En
önemlisi martensitin C içeriği arttıkça sertliği artmakta ve aşınmaya karşı daha etkili bir
direnç göstermektedir. Bu sabit bileşime sahip düşük alaşımlı bir çelikte AKT sıcaklıklarının
düşürülmesiyle elde edilebilir. Çünkü AKT sıcaklığı düşerken östenitin dolayısıyla
martensitin C içeriği artmaktadır.
Çift fazlı çelikler, aynı zamanda mikroyapının kontrol edilmesiyle üstün yorulma
özellikleri göstermektedir. Yorulma sonunda sertliğin ve dislokasyonların daha fazla olduğu
ferrit/martensit ara yüzeylerine yakın ferritte kayma bantları ortaya çıkmaktadır. Kayma
bantları ve mikro çatlaklar ince taneli olan numunelerde daha erken zamanlarda
45
gerçekleşmektedir. Yorulma sonucunda mikro çatlaklar kayma bantları boyunca ve tane
sınırlarında gerçekleşmiştir.
Son zamanlarda AKT ısıl işlemleri, reaktörler için basınçlı çeliklerde de tokluk
özellikleri geliştirmek için kullanılmaktadır. Örneğin SA508e1.3 çeliği basınçlı kaplarda son
10-20 yıldır kullanılmaktadır. Bu çeliklere tokluk özelliklerini geliştirmek için daha önceleri
klasik su verme+temperleme ısıl işlemleri uygulanmış ancak ara kritik tavlama ısıl işlemleri
ile %20-60 oranında temperlenmiş martensit elde edildiğinde tokluk özellikleri daha da
geliştirilmiştir.
Kompozit Malzemeler
İstenen amaç doğrultusunda tek başlarına uygun olmayan farklı iki veya daha fazla
malzemeyi istenen özellikleri sağlayacak şekilde belli şartlar ve oranlarda fiziksel olarak,
makro yapıda bir araya getirilerek elde edilen malzemeye kompozit malzeme denir. Yapıları
çıplak gözle incelendiğinde (makroskobik muayene) yapı bileşenlerinin seçilip ayırt edilmesi
mümkün olabilir. Yapılarında birden fazla fazın yer aldığı klasik alaşımlar ise makro ölçüde
homojen olmalarına rağmen mikro ölçüde heterojen malzemelerdir. Kompozit malzemelerde
yapıyı oluşturan bileşenler birbiri içinde çözünmezler Ancak özellikle metalik sistemlerde
düşük oranlarda bir miktar çözünme bileşenler arasında kompozit özelliklerini geliştiren için
ara yüzey reaksiyonları görülebilir. Yapılarında sürekli bir matris yapı olarak ana faz
(çoğunlukla daha yumuşak) ile onun içinde dağılmış takviye fazı (çoğunlukla daha sert)
bulunur. Bu iki malzeme grubundan, fiber malzemeler takviye elemanı olarak kompozit
malzemenin mukavemet ve yük taşıma özelliğini, matris malzeme ise plastik deformasyona
geçişte oluşabilecek çatlak ilerlemelerini önleyici özelliğe sahip ve kompozit malzemenin
kopmasını geciktirici özellikte olmalıdır. Matris olarak kullanılan malzemenin bir amacı da
fiber malzemeleri yük altında bir arada tutabilmek ve yükü lifler arasında homojen olarak
dağıtmaktır. Böylece fiber malzemelerde plastik deformasyon gerçekleştiğinde ortaya çıkacak
çatlak ilerlemesi olayının önüne geçilmiş olur.
Kompozitler, masa, sandalye, televizyon kabinleri, bazı makine parçaları, saç kurutma
makinesi gibi çok kullanılan ev aletlerinden elektrik ve elektronik sanayine kadar elektriksel
izolasyon olmak üzere her tür elektrik ve elektronik malzemenin yapımında, havacılık
46
sanayinde planör gövdesi, uçak gövde ve iç dekorasyonu, helikopter parçaları ve uzay
araçlarından otomotiv sanayindeki otomobil kaportası parçaları, iç donanımı, bazı motor
parçalan, tamponlar ve oto lastiklerine kadar, inşaat sektöründe dış cephe korumaları,
prefabrik evleri, büfeler, otobüs durakları, soğuk hava depoları, inşaat kalıplarından tarım
sektöründe seralar, tahıl toplama siloları, su boruları ve sulama kanalları yapımına kadar çok
geniş kulanım alanına sahiptirler
Kompozit malzemeler takviye elemanı tipine göre parçacık takviyeli, sürekli veya
süreksiz lif takviyeli olarak bulunur. Kompozit malzemenin ana yapısına göre metal matrisli,
polimer matrisli ya da seramik matrisli olarak bulunur.
Metal Matrisli Kompozitler (MMC): Metalik bir ana fazın bazı takviye malzemeleri ile
eritme vakum emdirme, sıcak presleme ve difüzyon kaynağı gibi ileri teknikler uygulanarak
üretilirler. MMC’ler daha çok uzay ve havacılık alanlarında, örneğin uzay teleskobu, platform
taşıyıcı parçalar, uzay haberleşme cihazlarının reflektör ve destek parçaları vs. yerlerde
kullanılır. Metal matrisli kompozitlere başka bir örnek olarak, Tungsten karbür (WC) seramik
parçacıklarının Co metali ile yüksek sıcaklıkta basınç altında sinterlenmesi sonucu elde edilen
kompozit çok sert olup yüksek hızlı kesme takımı üretimine elverişlidir. Uygulamada bunlara
seramik metal karışımı olduğu için Ser-Met denir.
Polimer Matrisli Kompozitler: Fiberlerle takviye edilmiş polimer matrisli kompozitler
endüstride çok geniş kullanma alanına sahiptir. Takviye elemanı olarak cam, karbon kevlar ve
boron fiberleri kullanılır. Bazı takviye fiberlerin özellikleri Tablo 9’de verilmiştir.
Tablo 9. Bazı takviye fiberlerin özellikleri
Özgül ağırlık
Çekme mukavemeti
Elastisite modülü
Fiber Türü
gr / cm3
N / mm2
N / mm2
Cam
2,54
2410
70000
Karbon
1,75
3100
220000
Kevlar
1,46
3600
124000
Takviye fiberlerin miktarı arttıkça kompozitin mukavemeti yükselir. Polimer matrisli
kompozitlerin en önemli özellikleri yüksek özgül mukavemet(mukavemet/ özgül ağırlık) ve
47
özgül elastisite modülüdür. Dolayısıyla bu özelliklerden dolayı diğer malzemelere üstün
durumundadırlar. Diğer taraftan karbon liflerinin özgül elastisite modülü alüminyumunkinin 5
katı kadardır. Bu üstünlüklerinden dolayı polimer kompozitler uçak ve uzay endüstrisinde
alüminyum alaşımlarına tercih edilir. Tablo 10’da Fiber takviyeli kompozitlerin özellikleri
verilmiştir.
Tablo 10. Fiber Takviyeli Bazı Kompozitlerin Özellikleri
Özgül ağırlık
Çekme mukavemet
Elastik mukavemet
Takviye türü-Matris
gr/cm3
N/mm2
N/mm2
Cam fiber takviyeli
1,5 – 2,1
200 – 340
55000 – 130000
1,5 – 1,8
1860
145000
2,36
2240
76000
1,4
1240
176000
polyester
Karbon fiber
takviyeli epoksi
Kevlar fiber takviyeli
epoksi
Boron fiber takviyeli
epoksi
Uygulamada en önemli kompozitler fiber ya da lif takviyeli olanlardır. Fiberin çapları
yaklaşık 0,1mm civarında olup tek başına kullanılmazlar. Kalınlıkları arttığında kusur oluşma
olasılığı nedeniyle mukavemetleri çok azalır. Bu fiberler matris malzemeye uygulanan yükün
iletilmesiyle bu yükü taşıyabilecek özellikte olmalıdır.
Seramik Matrisli Kompozitler (CMC): Bunun için yapısal ve fonksiyonel nitelikli yüksek
teknoloji seramikleri kullanılmaktadır. Başlıcaları Al2O3, SİC, Si3N4, B4C, CbN, TiC, TİB,
TİN, AIN’ dir. Bu bileşikler değişik yapılarda olup amaca göre bir yada bir kaçı beraber
kullanılarak CMC’ler elde edilir. Sandviç zırhlar, çeşitli askeri amaçlı parçalar imali ile uzay
araçları bu ürünlerin başlıca kullanım yerleridir.
48
Fiber Takviyeli Kompozitlerin Mekaniği
Kompozitlerde fiberler uygulanan yönüne paralel veya dik yönde ya da rast gele dağılmış
durumda bulunurlar. Fiberler yönlü olduğunda kompozit malzemelerin mekanik özellikleri
önemli ölçüde anizotropik olur. Fiberler matris yapıya rast gele dağıtılmış ise mekanik ve pek
çok özellikleri izotropik olur.
Uygulanan yük Şekil 15a'daki gibi fiberlere paralel ise matris yapı fiberlerle aynı oranda şekil
değiştirebilir. Bu durum eş şekil değiştirme halidir. Matris malzemenin elastik modülü Em,
fiberlerin elastik modülü Ef ve fiberlerin toplam hacim oranı Vf ise kompozitin uygulanan
yükün fiberlere paralel olması durumunda elastik modülü;
Ek = Ef .Vf + Vf (I- Em)
dir.
F
(a)
F
(b)
F
F
Şekil 15. Fiber takviyeli kompozitte a) uygulanan yükün fiberlere paralel olması durumu, b)
uygulanan yükün fiberlere dik olması durumu
Kompozit malzemelerin çekme mukavemetleri fiberlerin kopmasıyla sona erer. En
uygun mekanik özellik kompozit fiberlere uygulanan yüke paralel olması durumunda
sağlanır. Ancak fiberlerin uygulanan yük yönüne dik olduğu durumlarda matris elamanın
gerilme değeri kadar fiberler aynı yükü taşır. Bu eş gerilme halinde kompozitin elastik
modülü;
49
Ek 
Em .E f
Em .V f  (1  V f ).E f
dir.
Kompozit malzemenin çekme mukavemeti fiberlerin kopması ile sona erer. En uygun
kompozit özelliği fiberler kuvvet doğrultusuna paralel olduğunda sağlanır. f; liflerin çekme
mukavemeti, m; fiberlerin koptuğu andaki şekil değiştirme için matristeki gerilme ve Vf;
fiberlerin hacim kesri olduğuna göre karışım kuralına göre kompozitin çekme mukavemeti.
k = f Vf + (1 – Vf) m
dir.
Kompozit Malzemelerin Endüstride Bazı Kullanım Alanları
Yaygın şekilde cam elyafı, cam, keçe ve cam dokuma ile polyester reçineden yapılan
çeşitli ürünler kullanılmaktadır. Cam elyaf oranı % 30– 40 arasıdır. Çay tepsisi, masa–
sandalye, depo, küvet, tekne, bot ve otomotiv sanayi bu kompozitlerin uygulama örnekleridir.
Ayrıca formika, baskılı devre plakası, elektrikçi fiberleri, spor malzemeleri ve atlama sırıkları,
kaynak takımı, tenis raketi, yarış kanoları değişik birleşik malzemelerden yapılan ürünlerdir.
Kompozit malzemelerin uzay ve havacılık sanayinde kullanımı başta hafiflik ve
sağlamlık nitelikleri sayesindedir. Amaç daha az yakıt harcamak, daha yüksek hıza ulaşmak
ve verimliliği sağlamaktır. Bu kullanımda sadece maddi kazanç düşünülmeyip stratejik
performanslarda dikkate alınmıştır. Özellikle titreşim, yorulma ve ısı dayanımı gibi nitelikler
uzay ve havacılık sanayinde kompozit malzemelerin önde gelen avantajlarıdır.
Kompozit malzemeler, değerli niteliklerden dolayı uzay ve havacılık araçlarında
gittikçe daha fazla kullanılmaktadır. Örneğin Şekil 16’da da görüldüğü gibi Boeing uçağında
ilk üretiminden itibaren kullanılan kompozit malzeme oranı günümüzde ne kadar çok
50
artmıştır. Bugün bir av bombardıman uçağında birleşik malzeme kullanımı toplam uçak
ağırlığının yarısına ulaşmış bulunmaktadır. Bu sayede bor karbür, silisyum karbür, alümina
karbon, cam ve kevlar elyafı değişik reçinelerle değişik kompozit malzemeler yapımında
kullanılmaktadır. Kompozit malzemelerin silah üretimi de kullanımı pek yaygın olmamakla
beraber 3000 bara kadar dayanabilen 60 ve 81 mm gibi küçük çaplı havanlar için bazı
çalışmalar olmuştur.
Şekil 16. Kompozit malzemelerin Boeing 747’nin ilk uçuşundan Boeing 777’lere kadar geçen
zamanda kullanım oranları
Roket üretiminde birleşik malzemelerin rolü oldukça büyüktür. Örnek olarak M72 de
motor lançeri cam elyafı ve epoksiden, Apilasta ve diğer tanksavar roketlerde gövde kısmen
kevlar ve epoksiden , M77 MLRS de lüle (nozzle) karbon birleşik malzemesinden
yapılmaktadır. Mühimmat üretiminde de birleşik malzemeler kısmen kullanılmaktadır. M19
A/T mayınında gövde ABS reçine ve cam elyaf parçacıklarından, bu mayına ait küçük ve
büyük belleville yayları cam doku ve fenolik reçineden yapılmışlardır. 155mm lik ICM
mühimmatı gövdelerinde cam elyafı epoksi sargı vardır. Miğfer konusunda kevlar ve değişik
reçineler kullanılmaktadır. Kurşun geçirmez yeleklerde günümüzde kevlardan, balistik testler
için zırh levhaları cam ve fenolik reçineler imal edilmektedir.
51
BÖLÜM 3
MEKANİK TESTLER
Sertlik Ölçümü
Sertlik ölçümü ya da deneyi, malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesinde
yaygın olarak kullanılır. Sertlik: bir malzemenin kendinden daha sert geometrik bir batıcı uca
karşı göstermiş olduğu dirençtir. Diğer bir anlamı malzemenin bu uçla oluşturulacak plastik
deformasyona karşı ya da dislokasyon oluşumuna ya da dislokasyon hareketine karşı
gösterdiği direnç olarak da bilinir. Sertlik ölçümünde bahsi edilen batıcı uçların geometrisi
bilye, piramit ya da konik olarak bulunur. Bu uçlar çoğunlukla sertleştirilmiş çelik, tungsten
karbür ya da elmas gibi çok sert malzemelerden imal edilir. Çünkü her zaman bu batıcı
uçların sertliği, sertlik ölçümü yapılacak olan malzemeninkinden çok daha fazla olmak
zorundadır. Aksi taktirde batıcı uçlar şekli değiştirerek kullanılamaz hale gelirler. Şekil 1’ de
bahsi edilen bu batıcı uçar ve standart bir sertlik ölçme cihazı gösterilmiş.
Değiştirilebilir batıcı uç
Sertlik ölçüm numunesi
Numuneyi hareket ettirebilir tabla
Şekil 1. Standart (Brinell, Vickers, Rockwell) Sertlik ölçümleri yapabilen sertlik ölçüm
cihazı ve batıcı uçları
Sertlik ölçümü yapılırken dikkate edilecek durumlar var. Bunlar;
52
a) Sertlik ölçümü yapılacak olan malzemenin yüzeyi düzgün ve yerleştirildiği tablaya
yüzeyi paralel olmalıdır.
b) Uygulanacak yüke bağlı olarak malzeme kalınlığına dikkat edilmelidir. Batıcı uca
fazla yük uygulandığında ince kesitli malzemeler delinebilir. Bu nedenle malzeme
kalınlığı iz çapı ya da köşegen uzunluğunun en az 10 katı olmalıdır.
c) Batıcı uç malzeme kenarlarına uygulanmamalı, batıcı uçların oluşturduğu izler
arasındaki mesafe iz çapı ya da köşegen uzunluğunun en az 3 katı mesafede olmalıdır.
Günümüzde yaygın olarak sertlik öçlüm metotları ve ayrıntıları şunlardır;
Brinell Sertlik Ölçüm Yöntemi (BSD)
Bu yöntemde kullanılan batıcı ucun geometrisi bilyedir. Malzemenin kalınlığı ve cinsine bağlı
olarak bilye çapı ve uygulanan yükler değişim göstermektedir. Şekil deki gibi şematik olarak
bir bilye ucun üzerine bir F yükü uygulandığında, malzeme üzerinde belli bir çapta iz
bırakması sağlanır. Uygulanan F yükü, bilye çapı (D) ve oluşan izi çapına (d) bağlı olarak
malzemenin Brinell sertliği aşağıdaki formülle bulunur. Olaşan izin çapı ne kadar az ise o
malzemenin o kadar sert olduğuna işaret eder.
Brinell Sertlik Değeri (BSD)=
2F
 .D.( D  D 2  d 2
F (Yük-kg)
D(Bilye çapı-mm)
Numune
d (iz çapı- mm)
53
Vickers Sertlik Ölçüm Yöntemi (HV)
Bu yöntemde kullanılan batıcı ucun geometrisi elmas piramittir. Malzemenin kalınlığı ve
cinsine uygulanan yükler değişim göstermektedir. Şekil deki gibi şematik olarak piramit ucun
üzerine bir F yükü uygulandığında, malzeme üzerinde belli bir çapta köşegenli iz bırakması
sağlanır. Uygulanan F yükü, oluşan ortalama köşegen izi uzunluğuna (d) bağlı olarak
malzemenin Vickers sertliği aşağıdaki formülle bulunur.
HV= 1,8544.
F
d2
F (Yük-kg)
Piramit uç
İz
Numune
Ön görünüş
d1
Numune
d2
Üst görünüş
Şekil 2. Malzeme üzerine Piramit uçla oluşturulan şematik iz şekli
Vickers sonuçları HV0.01, HV5, HV30 gibi gösterilir. HV nin yanındaki rakamlar Vickers
deneyinde uygulanan yükü göstermektedir. Bu yöntemde malzemenin mikro ve makro ölçekli
sertlikleri ölçülebilir. Şekil 3^deki gibi Mikroyapıdaki her bir taneciğin, fazın, bileşiklerin
sertlikleri ayrı ayrı çok düşük yükler uygulanarak ölçülebilir. Bu şekilde sertlik ölçümü mikro
54
sertlik tanımlamasına girer. Ancak malzemenin yapısal makro ölçekli sertliği ise
mikroyapıdaki sert, yumuşak tane ya da fazlar tarafından belirlenir. Genel sertlik ölçümü
yapılırsa (bu da daha fazla F yükü ile yapılır) makro sertlik tanımlamasına girer.
Sert tanecik
(10 g yükle Mikro-Sertlik izi)
Yumuşak tanecik
(10 g yükle Mikro-Sertlik izi)
Malzemenin genel sertliğini verir.
İz hem sert hem de yumuşak
taneciklere isabet emiş
(5 kg yükle Makro-Sertlik izi)
Şekil 3. Mikro ve makro sertlik ölçümü yapılmış Vickers sertlik izleri
Rockwell Sertlik Ölçüm Yöntemi (HR )
Elmas ucun koniklik açısı 120° dir ve uç kavis yarıçapı 0.2 mm olan yuvarlatılmıştır uçtur.
Rockwell sertlik değerleri daima sembol bir harfle birlikte anılır (HRA, HRB, HRC… gibi)
Bu batıcı ucun tipini, kullanılan yükün miktarını anlatır.Rockwell sertlik deneyinde batıcı uç
ya çelik bir bilyadır, ya da küresel konik elmastır. Önce 10 kg’lık ön yük uygulanarak
malzemeye ilk batma sağlanır. Böylece batıcı uç malzeme üzerine oturur. Kadran sıfıra
getirilir ve daha sonra kalan büyük yük uygulanır. Büyük yük uygulandıktan ve kaldırıldıktan
sonra, standart işleme göre, küçük yük hala uygulanır durumda iken kadranın gösterdiği değer
okunur.
Rockwell Sertlik Skalaları aşağıdaki Tabloda kullanım alanlarına göre verilmiştir. (En çok
kullanılan ve bilinenleri HRB, HRC ve HRA dır).
55
Rockwell Tipi
B
Batıcı Uç
1.588 mm (1/16 inç) bilya
Toplam
Yük
Tipik Kullanma Yerleri
Kg
100
Bakır alaşımları, yumuşak çelikler, alüminyum
alaşımları, temper döküm vs.
C
Elmas konik uç
150
Çelik, sert dökme demirler, perlitik temper
döküm, titan, derin olarak yüzeyi sertleştirilmiş
çelik ve Rockwell B değeri 100’den daha fazla
olan diğer malzeme
A
Elmas konik uç
60
Sert metaller, ince çelik ve yüzeyi ince tabaka
halinde sertleştirilmiş çelik
D
Elmas konik uç
100
İnce çelik ve orta kalınlıkta yüzeyi
sertleştirilmiş çelik ve temper döküm
E
3.175 mm (1/8 inç) bilya
100
Dökme demir, alüminyum ve magnezyum
alaşımları, yumuşak ince saç metaller
F
1.588 mm (1/16 inç) bilya
60
Tavlanmış bakır alaşımları, yumuşak ince sac
metaller
150
Fosforlu bronz berilliyumlu bakır temper
dökümler. Bilyanın yassılaşma ihtimalini
önlemek etmek için üst sınır G 92 Rockwell
sertlidir.
G
1.588 mm (1/16 inç) bilya
H
3.175 mm (1/8 inç) bilya
60
Yatak metalleri ve diğer çok yumuşak
K
3.175 mm (1/8 inç) bilya
150
veya ince malzeme. Altta bulunan
L
6.350 mm (1/4 inç) bilya
60
mesnedin etkisini minimum düzeye
M
6.350 mm (1/4 inç) bilya
100
indirmek için en küçük bilya ile en ağır
yük kullanılır.
P
6.350 mm (1/4 inç) bilya
150
R
12.700 mm (1/2 inç) bilya
60
S
12.700 mm (1/2 inç) bilya
100
V
12.700 mm (1/2 inç) bilya
150
56
Çekme Deneyi
Malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan deneylerden biridir. Bu
deney de malzemenin tahrip edilmesi ile gerçekleştirilir. Bunun için standartlara göre
hazırlanmış standart çekme deneyi numunesi kullanılır. Çekme deney numunelerinin kesit
geometrisi kare, yuvarlak, dik dörtgen(lama) şeklinde olabilir. Önemli olan Şekil 4’dekine
benzer standartlara göre hazırlanmış bir deney numunesi olmalıdır.
Tutma Başları
F (Çekme Yükü)
(G- Ölçü boyu, R- Kavis yarıçapı, B- Tutma boyu, L- Tam boy)
Şekil 4. Standart bir çekme test numunesinin şematik resmi
Hazırlanan numune, Şekil 5de’ki gibi bir standart çekme deney cihazına tutma başlarından
tutturularak bir tarafı sabit olacak şekilde diğer taraftan sabit çekme hızında sürekli artan
çekme kuvveti uygulanır. Bu kuvvet numune kopuncaya kadar devam ettirilir. Uygulanan her
çekme yükü sırasında çekme gerilmesi ve boyda meydana gelen uzama kaydedilir. Ayrıca bu
verilerle Gerilme-Birim uzama diyagramı çizilir. Bu verilerle malzemenin;
-
Akma Gerilmesi (a)
-
Maksimum Çekme Gerilmesi (ç)
-
Elastik Modülü (E)
-
Boyda % Uzama Oranı ()
-
Kopma uzaması ve Kopma Büzülme oranı
-
Rezilyans
-
Tokluk
Özellikleri belirlenir.
57
Hareketli numune tutucu çene
Çekme deney numunesi
Sabit numune tutucu çene
Şekil 5. Standart bir çekme deney cihazı
Akma Gerilmesi(a)
Gerilmenin anlamı malzemenin kesit alanına uygulanan kuvvettir. a ile gösterilir. Ve;
a=
F
A0
ile belirlenir. Birimi (
N
mm 2
)=MPa dır
F: Uygulanan yük (N), Ao:Malzemenin orijinal kesit alanı (mm2) dir.
58
Akma gerilmesi (a) malzemenin plastik deformasyonun ilk gerçekleştiği dayanım (gerilme)
olarak bilinir. Bu gerilme değerinin altında malzemede kalıcı şekil değişimi meydana gelmez.
Dislokasyon oluşmaz. Ancak akma gerilmesinde malzemede oda sıcaklığında kayma ve/veya
ikizlenme mekanizmalarıyla malzemedeki şekil değiştirme kalıcıdır. Düşük karbonlu
çeliklerde olduğu gibi sünek malzemelerde akma noktası, (Şekil 6’daki gibi) gerilme-uzama
diyagramı üzerinde belirgindir. Ancak sert ve gevrek malzemelerde olduğu gibi akma noktası
bazen belirgin olmayabilir. Bu durumda için Şekil 7’deki gibi % 0.2’lik uzama oranına
karşılık gelen gerilme değeri dikkate alınır.
800
800
ç
700
600
 a 0.2
500
500
600
Gerilme (MPa)
Gerilme (MPa)
700
a
400
400
300
300
200
200
100
100
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 )
0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya
0
0,000.2
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14)0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya
Şekil 6. Akma noktası belirgin olan bir malzemenin Şekil 7. Akma noktası belirli olmayan
Çekme-Uzama diyagramı
bir malzemenin Çekme-Uzama
diyagramı
Çekme Gerilmesi(ç)
Bir malzemenin dayanabildiği en yüksek gerilme değeridir. Bu gerilme pratik uygulamalarda
 çmüh =
(Birimi (
Fmaks
A0
N
mm 2
)=MPa dır)
şeklinde ifade edilir ve mühendislik gerilmesi olarak bilinir. Bu eşitlikte Ao malzemenin
orijinal ilk kesit alanıdır. Ancak malzeme maksimum çekme gerilme değerine kadar şiddetli
olarak deforme olmaktadır. Boyda önemli oranda uzama gerçekleşirken kesiti de bir o kadar
59
daralmakta ve kesit alana azalmaktadır. Bu durumda malzemenin gerçek (son) kesit alanına
(As) düşen gerilme gerçek çekme gerilmesi
 çger =
(Birimi (
Fmak
As
N
mm 2
)=MPa dır)
olarak ifade edilir.
Elastik Modül (E)
Malzemenin çekme –uzama diyagramında elastik deformasyon bölgesindeki lineer elastik
eğimin ölçüsü olarak ifade edilir. Şekil 8’deki gibi elde edilir.
800
700
600
Gerilme (MPa)
500
400
300
200

E=tg=


100
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya
Şekil 8. Elastik Modülün Gerilme-Uzama diyagramı üzerindeki ifadesi
Buradan da görüldüğü gibi Elastik Modül
E=
(Birimi (

e
N
mm 2
)=MPa dır)
60
ile bulunur. Elastik modülün yüksek olması o malzemenin daha rijit ve sert olduğuna işaret
.
eder. Malzemenin kimyasal bileşimi, sıcaklığı ve deformasyon hızı (  ) değişmeksizin
mikroyapıdaki değişimlerle etkilenmez.
% Uzama () veya Birim Uzama (e)
Malzeme üzerine uygulana her F kuvveti ile boyda bir uzama meydana gelir. Boyda
gerçekleşen % uzama veya Birim uzama F yükü altında iken ilk boy ile son boya arasındaki
farkın ilk boya olana oranıdır. Ve
%=
Ls  L0
Ls  L0
x100 veya e =
L0
L0
ile bulunur. Burada Ls ve L0 sırasıyla, malzemenin son ölçü boyu ve ilk ölçü boyudur. Ancak
bu eşitlikler yine malzemenin gerçek değerleri olmayıp mühendislik değerleridir. Gerçek
birim uzaması
eger=ln(
ls
Ao
)  ln( )
lo
As
olarak ifade edilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken bir durum, Şekil 9’da gösterildiği
gibi özellikle sünek malzemenin kesiti maksimum çekme gerilmesine ( çger )kadar lineer
daralırken, bu değerden kopmaya kadar gerilme şartlarında kesiti önemli ölçüde boyunlaşarak
daralır. Bu nedenle maksimum çekme gerilmesine kadar
eger=ln(
ls
)
lo
eşitliği kullanılırken, maksimum çekme gerilmesinden sonra
eger=  ln(
Ao
)
As
eşitliği kullanılmalıdır.
61
Lineer
Kesit daralması
Kesit daralmasında
Boyunlaşma var
800
600
Gerilme (MPa)
500
Pe
kl
eş
D
m
i
e
yo slo
ğu ka
nl sy
uğ on
u
ar
ta
r
700
400
300
200
100
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya
Elastik Deformasyon Plastik Deformasyon
Bölgesi
Bölgesi
Şekil 9. Malzemenin Gerilme-uzama diyagramı üzerinde bölgeler
Kopma Uzaması ve Kopma Büzülmesi
% uzamada olduğu gibi malzeme koparıldıktan sonraki boyda meydana gelen uzama oranıdır.
%k=
Lk  L0
Lk  L0
x100 veya ek =
L0
L0
ile bulunur. Burada Lk ve L0 sırasıyla, malzemenin kopma boyu ve ilk ölçü boyudur.
62
Kopma büzülmesi ise malzeme kesitinde meydana gelen daralma oranıdır. Bu da kopma
uzamasına benzer şekilde ifade edilir.
%K.B.=
A0  As
A0
x100
ile bulunur. Burada A0 ve As sırasıyla, malzemenin ilk kesit alanı ve son kesit alanıdır.
Rezilyans
Malzemenin elastik deformasyonu için harcanan enerjidir. Diğer bir ifade ile plastik
deformasyonun başlangıcına kadar malzemede depolanan enerjidir. Şekil 10’daki gibi lineer
elastik eğimin altında kalan alan olarak ifade edilir.
800
700
600
Gerilme (MPa)
500
400
300
200
Rezilyans=
100
 a . p
2
(dik üçgenin alanı)
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya)
Şekil 10. Gerilme- Uzama grafiğinde rezilyans ifadesi
63
Tokluk
Malzemenin koparılıncaya kadar harcanan enerjisidir. Yani malzemenin hem elastik hem de
plastik deformasyonu için malzemede depolanan enerjidir. Şekil 11’deki gibi ifade edilir.
Çekme eğrisinin altında kalan toplam alandır.
800
700
600
Gerilme (MPa)
500
400
300
k
Alan=Tokluk=   .d
0
200
100
0
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
Birim uzama, (e veya
Şekil 11. Tokluğu ifadesi
Tokluğu fazla olan malzemeler dinamik yüklere (darbelere) karşı direnci de fazladır. Bu
nedenle bir malzemenin çekme gerilmesinin yüksek olması o malzemenin tokluğunun yüksek
olacağı anlamına gelmez. Çekme eğrisin altında kalan alanın fazla olması tokluğun artışını
sağlar. Genellikle sünek (şekil değiştirme oranı) fazla olam malzemelerin tokluğu da fazla
olmaktadır.
64
Darbe Deneyi
Malzemenin dinamik yüklere karşı kırılma enerjisini belirlemek için yapılan bir
deneydir. Bu deneyin temel prensibi Şekil 12’de şematik olarak gösterildiği gibi, bir l
uzunluğundaki sarkacın ucundaki belli bir G ağırlığına sahip çekiç belli bir h1 yüksekliğinden
numuneyi kırması için serbest bırakılıyor. Serbest bırakılmadan önce çekicin potansiyel
enerjisi G.h1 iken numune kırıldıktan sonra belli bir h2 yüksekliğine çıkan çekicin potansiyel
enerjisi G.h2 olur. Bu durumda Kırılma Enerjisi (K.E.) =G.h1-G.h2 olarak ifade edilir. Buna
göre
K.E.=G(h1-h2)=G.l.(Cos-Cos) olarak ifade edilir. Burada l sarkaç boyudur. Buradan, 
salınım açısı ve h2 yüksekli ne kadar az gerçekleşirse kırılan o malzemenin ne kadar çok
darbe direnci ya da yüksek tokluk gösterdiğini anlarız.

l
Çekiç

h1
h2
Numune
Şekil 12. Bir darbe deneyinin şematik olarak gösterimi
Bir çekme deney numunesi standartlara göre hazırlanmalıdır. Genellikle Charpy ve Izod
olarak iki tipte darbe deney yöntemi vardır. Temel prensip aynıdır. Charpy deney numunesi
yatık olarak Izod deney numunesi dik olarak darbe deney cihazına yerleştirilir. Tipik bir
Charpy darbe deney numunesinin ölçü boyutu Şekil 13’de İzod deney numunesinin ölçü
boyutu Şekil 14’de verilmiştir. Bu numune üzerinde özellikle sünekliği fazla ve yüksek darbe
direnci gösteren numunelerde belli ölçülerde çentik açılmalıdır. Bu çentikler Şekil 14 de
gösterildiği gibi V-çentik, anahtar deliği ve U-çentik gibi çeşitlenebilir. Ancak Sert-kırılgan
(gevrek) malzemelerin darbe deney numunelerine çentik açılmaz. Açılan bu çentikler aslında
sünek malzemelerde kırılmayı kolaylaştırmak amacıyla yapılmaktadır.
65
10 mm
Çentik
55 mm
10 mm
2mm
45 ° 2mm
5 mm
2mm
V-Çentik
Anahtar deliği
U-Çentik
Şekil 13. Charpy Darbe deney numunesi şematik gösterimi
Genellikle bir malzemenin darbe direnci enerjisi (tokluğu) ile sünekliği arasında bir ilişki
vardır. Fazla süneklik göstermeyen malzemelerin (%1-2’in altında) darbe dirençleri de
düşüktür. Daha önce tokluk konusunda bahsedildiği gibi bir malzemenin çekme (gerilme)uzama eğrisi altıda kalan alan ne kadar fazla ise o malzeme o kadar çok darbeye karşı direnç
10 mm
gösterecektir.
Çentik
75 mm
10 mm
Şekil 14. Izod darbe deney numunesinin şematik gösterimi
Malzemelerin kırılma enerjileri sıcaklık karşısında da değişim göstermektedir. Malzemelerin
kırılma enerjisi sıcaklık düştükçe düşer. Kırılma enerjisinin farklı sıcaklılarda yapılmasıyla
malzemenin geçiş sıcaklığı belirlenir. Geçiş sıcaklığı malzemenin sünek kırılmadan gevrek
kırılmaya geçişin olduğu sıcaklıktır. Bu genellikle malzemede % 50 gevrek % 50 sünek
kırılmanın olduğu noktadaki sıcaklık olarak bilinir. Şekil 15’de sıcaklığa bağlı olarak bir
malzemenin geçiş sıcaklığı gösterilmiştir.
66
Kırılma Enerjisi
Sünek kırılma
Gevrek kırılma
Geçiş Sıcaklığı
Sıcaklık
Şekil 15. Geçiş sıcaklığının belirlenmesi için elde edilmiş Sıcaklık-Kırılma Enerjisi diyagramı
Bir malzemede geçiş sıcaklığının düşük olması istenir. Çünkü o malzemenin kullanıldığı
ortam sıcaklığı çok düşük olabilir. Bu durumda oda sıcaklığında normal bir darbe (kırılma)
direnci gösterse bile geçiş sıcaklığının altında kırılma riski önemli ölçüde artacaktır. Bu
nedenle tasarım mühendisleri bu durumu dikkate alarak geçiş sıcaklığı düşük olan malzeme
seçimi yapmak zorundadırlar.
Metalik malzemelerin geçiş sıcaklıkları ve darbe dirençleri kristal yapılarına göre de değişir.
Çoğunlukla YMK yapılı malzemelerin kırılma dirençleri daha fazladır. HMK yapılı
malzemelerde daha belirgin bir geçiş sıcaklığı tespit edilebilir. Malzemenin sertlik ve
dayanımı yüksek olması o malzemenin kırılma direncinin daha az olabileceğine işaret eder.
Kırılma enerjisi(veya direncini) artırılması için o malzemenin yüksek süneklik göstermesi
gerekir. Şekil 16’da farklı kristal yapılı malzemeler için genel kırılma enerjisi ilişkisi
verilmiştir.
67
YMK yapılı malzeme
Kırılma Enerjisi
HMK yapılı malzeme
Yüksek mukavemetli ve yüksek sertlikteki malzeme
Sıcaklık
Şekil 16. Farklı yapılı malzemelerin kırılma enerjisi ilişkisi
Malzemelerin geçiş sıcaklıkları kristal yapısına, mikroyapısına (ince, kaba taneli,
martensitik,ferritik vs), kimyasal bileşimine, uygulanan ısıl işleme ve yüzey kalitesine bağlı
olarak değişir. Mikroyapıdaki ikinci sert fazlar varsa bunların morfolojisi de darbe direçlerini
etkiler. Bu sert kırılgan fazlar keskin köşeli ve sivri uçlu ise darbe dirençlerini zayıflatır.
Örneğin Küresel grafitli dökme demir gri dökme demirden daha fazla darbe dayanımına
sahiptir. Gri dökme demirde sert kırılgan grafitler sivri, keskin köşeli ve birbirleri ile
bağlantılı olduğundan bu yapılar çentik etkisi yapmaktadır.
Gri Dökme Demir
Küresel grafitli Dökme demir
68
Yorulma Deneyi
Bir malzeme kullanıldığı yerde deforme olmadan çalışması istenir. Bu nedenle o
malzeme Akma gerilmesinin altıdan kullanılmak zorundadır. Ancak bazı makine parçalarında
olduğu gibi akma gerilmesinin altında bir gerilmede çalıştırılsa bile sürekli olarak tekrarlı
gerilmelere maruz kalabilir. Örneğin krank milleri, dikiş makinesi masura ve iğnesi ya da bir
uçağın kanadı sürekli bir tekrarlı gerilme atında çalışırlar. Genel anlamda tekrarlı gerilmeler
altında çalışan malzemelerde meydana gelen hasar o malzemenin yorulması sonucu ortaya
çıkar. Bu yorulma olayı belirtildiği gibi o malzemede her hangi bir plastik deformasyon
olmadan tamamen elastik deformasyon şartlarında meydana gerilir. Bu elastik deformasyon
sürekli olarak tekrarlandığında zamanla malzemenin atomları arası bağların zayıflamasına
neden olmaktadır. Bu durumda o malzeme belli bir süre sonra plastik deformasyon
olmaksızın hasara uğraması kaçınılmaz olmaktadır. Bu nedenle kritik malzemelerin laboratuar
şartlarında hızlandırılmış yorulma ömürleri ve yorulma dayanımları belirlenmeye çalışılır.
Yorulma deneyi için de yine diğer mekanik testlerde olduğu gibi standartlara göre hazırlanan
yorulma deney numuneleri kullanılır. Şekil 17’de yorulma deney numunesinin şematik resmi
verilmiştir.
Çekme
Basma
Dönüş yönü
F
Şekil 17. Yorulma deney numunesi geometrisi
Şekildeki gibi geometriye sahip numunenin bir ucu motora bağlanır. Diğer uçtan bir F
yükü uygulanır. Numunenin üstü çekme alt yüzeyi basma gerilmesi altıda kalır. Numune 90 °
döndürüldüğünde ise bu gerilmeler ye değiştirecektir. Ve numunenin ortasında sürekli çekme
basma gerilmesi olacaktır. Uygulanan F kuvvetine bağlı olarak numuneye etki eden gerilme
  10,18
F .l
d3
dir. Burada F, numuneye uygulanan kuvvet, l; numune boyu, d;numuneni çapı
Malzemenin yorulma ömrünü ve yorulma sınırını tespit etmek için birkaç seri numune
hazırlanmalıdır. Uygulanan gerilmeye bağlı olarak numune kopuncaya kadar geçen dönme
devir sayısı grafiği elde edilir ve Şekil 18’deki gibi bir grafik elde edilir.
69
560
540
Gerilme (MPa)
520
500
480
460
A
440
420
B
400
4
10
5
10
6
7
10
8
10
10
Devir Sayısı (N)
Şekil 18. Bir malzemenin yorulma eğrileri
Şekildeki herhangi iki malzemeye ait tipik bir yorulma eğrileri verilmiştir. Şekildeki A
malzemesinin yorulma sınırının ~445 MPa olduğunu görebilirsiniz. Bunun anlamı bu
malzeme bu gerilme ve bunun altındaki gerilme değerlerinde sonsuz süre yorulmadan
çalışabilir demektir. Ancak bazı malzemelerde (demirdışı malzemelerde)özellikle Al
alaşımlarında yorulma sınırının olmadığı görülür. Numune üzerine uygulanan gerilme ne
kadar azaltılırsa azaltılsın malzeme belli bir gerilme devrinden sonra hasara uğramaktadır.
Yorulma eğrisi B malzemesindeki gibi elde edilir. A malzemesine 500 MPa yorulma
gerilmesi uygulandığında bu malzemenin yorulma ömrü ~105 (100000) devirdir. 460 MPa
gerilme uygulanırsa yorulma ömrü 1000 000 devirdir. 450 MPa gerilme uygulanırsa yorulma
ömrü sonsuz devirdir. Yani bu malzeme kritik yerde kullanılacaksa 450 MPa gerilme
değerinin altında çalıştırılmalıdır.
Örnek: 3000 dev/dk hızda dönen A malzemesine 4000 N luk bir yük uygulanıyor.
Malzemenin çapı 28 mm ve 250 mm uzunluğunda olduğunda
a) Bu malzemeye etkiyecek gerilme değeri ve kopma zamanını hesaplayınız.
b) Bu malzemenin yorulma kopmasını önleyecek min çapını hesaplayınız.
Çözümü:
a) d: 20mm, l:250mm, F:4000N dir
70
yorulma gerilmesi   10,18
F .l
4000.250
,   10,18
=464 MPa bu gerilme değerinde A
3
d
28 3
malzemesi 1000 000 devir sonra kopacaktır. 3000 dev/dk lık bir dönüş hızında
1000000/3000 =333 dk lık bir yorulma ömrü ortaya çıkar.
b) Bu A malzemesi 450 MPa gerilme altında yorulma gerçekleşmemektedir. Buna göre
  10,18
F .l

d3
d 3  10,18
F .l

den d 3  10,18
4000.250
d=28,2 mm bulunur.
450
Bir malzemenin yorulma ömrünü mikroyapısı ve yüzey kalitesi önemli ölçüde etkiler.
Malzemenin yüzeyinde izler çentikler varsa malzemenin yorulma ömrünü kısaltır. Aynı
zamanda artan sıcaklık da yorulma ömrünü azaltır. Çünkü sıcaklığın artması malzemenin
dayanımını düşürmektedir. Yorulma oranı malzemenin .ekme dayanımına bağlıdır.
Yorulma oranı=
YorulmaSıoırı
=~0.5 dir
ÇekmeDayanımı
71
Sürünme Deneyi
Malzemeler yüksek sıcaklıkta sabit bir yük altında (hatta kendi ağırlıkları ile bile)
zamanla kalıcı plastik şekil değiştirmesine sürünme denir. Metalik malzemelerde sürünme
ergime sıcaklığının ~1/3’ünde seramik malzemelerde ergime sıcaklıklarının ~2/5
sıcaklıklarında gerçekleşir.
Bu deneyde de yine standartlara göre hazırlanmış sürünme test numuneleri kullanılır.
Sürünme test numunesi test cihazında tutma başlarından tutturularak yüksek sıcaklıkta
sabit yük uygulanır. Zamana bağlı olarak her zaman diliminde numunede meydana gelen
uzama oranı kaydedilerek Zaman-Uzama grafiği elde edilir. Tipik bir sürünme grafiği
Şekil 19 deki gibidir.
Sürünme Birim Uzaması %
Üçüncül aşama
Kopma
İkincil aşama
(Kararlı aşama)

t
Birincil aşama

Zaman (t)
Şekil 19. Tipik sürünme eğrisi
Şekilden de görüldüğü gibi sürünme gerçekleşen malzemede üç farklı sürünme
aşaması görülür. Sürünmede etkin olan iki mekanizma vardır. Birisi deformasyon
pekleşmesi diğeri toparlanmadır.
Birincil aşama: bu aşamada pekleşme hızı toparlanma hızından daha fazladır bu
nedenle sürünme hızı yavaşlar.
İkincil aşama: bu aşama karalı aşama olarak da bilinir. Bu aşamada deformayon
pekleşme hızı ve toparlanma hızı birbirine eşit olduğundan sürünme hızı da eşittir.
Sürünme hızı şekildeki gibi ikincil bölgenin eğimidir.
72
.
Sürünme hızı=  =tan=/t olarak ifade edilir.
Üçüncül aşama:Bu aşamada malzemenin kesitinde önemli bir daralma meydana gelir.
Boyunlaşma olur. Bu aşamada yumuşama hızı pekleşme hızından daha fazla olur ve
malzeme kopuncaya kadar sürünme hızı giderek artar.
Malzemenin Sürünme özelliklerine sıcaklık gerilme hızı ve mikroyapıları daha çok
etki eder. Şekil 20. da malzemenin sürünmesine sıcaklık ve gerilmenin etkisi
gösterilmiştir.
Orta sıcaklık veya
Orta gerilme
Orta sıcaklık veya
Düşük sıcaklık veya
Orta
gerilme
Düşük
gerilme
Sürünme Birim Uzaması %
Yüksek sıcaklık veya
Yüksek gerilme
Zaman
Şekil 20. Sürünme eğrisi üzerine sıcaklık ve gerilmenin etkisi

73
BÖLÜM 4
ÇELİKLERE UYGULANAN TEMEL ISIL İŞLEMLER
Isıl işlem kontrolümüz altındaki ısıtma-tavlama-soğutma sürecini kapsar. Yapı-İşlemÖzellik ilişkisine göre uygulanabilen herhangi bir ısıl işlemle çeliklerin mikroyapıları
değişebilir. Bu değişim özelliklerini de etkiler. Endüstriyel olarak temelde çeliğe uygulanan
ısıl işlemler; deformasyonla oluşan gerilimi gidermek, kısmen ya da daha çok sertleştirmek,
yumuşatmak ve sekilendirilebilirliği artırmak, darbelere karşı direnci ve işlenebilirliği
artırmaktır.
Bu ısıl işlemler, çeliğin kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre uygulanabilir ya da
uygulanamayabilir. Uygun ısıtma hızı, tavlama süresi ve soğutma hızının doğru seçimi
hedeflenen yapının üretilmesi ve hedeflenen özelliklerin kazandırılması için son derece
önemlidir. Bazen ısıl işlem sıcaklığındaki birkaç °C’lik fark kritik olup malzemenin
özelliklerini beklenmedik şekilde değiştirebilir. Bu nedenle malzemede istenilen değişimler
için ısıl işlem rotasını doğru bir şekilde tespit etmek gerekir. Bir malzemeye herhangi bir ısıl
işlem uygulanacaksa, o malzemenin kimyasal bileşimi, CCT ya da TTT eğrileri ve gerekirse
onların faz diyagramları tespit edilmesi gerekebilir.
Çeliklere uygulanan temel ısıl işlemler aşağıdakilerdir.
1. Gerilim giderme tavlaması
Çelik malzemeler bazen soğuk olarak deformasyona maruz kalabilirler. Bu durumda
yapısında dislokasyon yoğunlukları artabilir ve böylece deformasyon sertleşmesi (pekleşmesi)
gerçekleşir. Deformasyon pekleşmesi, malzemede çatlama ve kırılma riskini ortaya çıkarır.
Bu riski ortadan kaldırmak için çeliğin gerilim giderme tavlanmasına ihtiyaç doğar. Gerilim
giderme tavlamasının esası, çeliğin bozulmuş tane yapısını yeniden orijinal haline getirmek ve
artan dislokasyon yoğunluğunu da minimum düzeye indirmek hatta yok etmektir. Bu ısıl
işlem malzemede toparlanma ve yeniden kristalleşme sürecini kapsar.
74
2. Normalizasyon ısıl işlemi
Amaç: Bu ısıl işlemle,
a. daha ince tane ve daha homojen mikroyapı üreterek mekanik özellikleri geliştirmek
amacıyla yapılır. Sertlik ısıl işlem öncesine göre kısmen artar. Daha da sertleştirmek
için suverme ısıl işlemi uygulanır.
b. Ötektoid üstü kimyasal bileşime sahip çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür
ağlarını dağıtmak ve böylece çeliğin işlenmesini kısmen daha kolaylaştırmak,
kırılganlıklarını azaltmak (darbe dirençlerini geliştirmek) amacıyla bu ısıl işlem
uygulanır.
Uygulama: Ötektoid altı kimyasal bileşime sahip çelik A3 sıcaklığının, ötektoid kimyasal
bileşime sahip çelik A1 sıcaklığının üzerine ve ötektoid üstü kimyasal bileşime sahip çelikler
ise Acm sıcaklıklarının 50-60 °C üzerine ısıtılarak tamamen östenitlenmesi için tavlanırlar.
Ardından bu sıcaklıktan alınıp oda sıcaklığına kadar kendi halinde ya da hareketli hava ile
soğutulurlar. Isıl işlem çevrimin şematik özeti Şekil 1 de ve Fe-Fe3C denge diyagramında da
tavlama bölgesi gösterilmiştir.
Normalizasyon
Gerilim
giderme
Kürelleştirme
Tam tavlama
Normalizasyon
Ötektoid altı
Tam tavlama
Ötektoid üstü
Şekil 1 Gerilim giderme, normalizasyon, tam tavlama ve küreselleştirme ısıl işlemleri için
şematik ısıl işlem çevrimleri
Uyarı: Östenitik bölgeden hava ortamında oda sıcaklığına soğutma denge dışı soğuma sayılır.
Bu nedenle yapısında bulunan ferrit, sementit ve perlit oranlarını hesaplanması için Fe-Fe3C
denge diyagramı kullanılmaz. Normalizasyon ısıl işlemi ile ötektoid harici birincil ferrit ve
birincil sementit oranları tam dönüşümlerine izin vermediğinden daha çıkmasına neden
olacaktır. Aynı çeliğe bu ısıl işlemin tekrar tekrar uygulanması ile tane yapısı daha da
75
inceltilebilir. Ancak birkaç normalizasyon ısıl işlem çevriminden sonra tanelerin küçülme hızı
ve etkisi yavaşlamaktadır. Şekil de ısıl işlem uygulanmamış ve normalizasyon ısıl işlemi
uygulanmış aynı kimyasal bileşimli çeliğin mikroyapıları gösterilmiştir.
Şekil 2. Uygulanan temel ısıl işlemlerinin gerçekleştirildiği çeliğin Fe-Fe3C diyagramı
üzerindeki bölgeleri
76
Şekil 3. Normalizasyon ve tam tavlama ısıl işlemlerinin çeliğin C oranına bağlı olarak bazı
mekanik özelliklerine etkisi
Şekil 4. Normalizasyon ısıl işlemi uygulanmış çeliğin tipik bir mikroyapısı (SEM
büyütme:x300)
3. Tam tavlama (Yumuşatma) ısıl işlemi
Amaç: Genel olarak, çeliğin tane yapısını ve perlit lamelleri arası mesafeyi artırarak sertliğini
azaltmak, soğuk şekillendirmeyi, işlenebilmeyi artırmak amacıyla uygulanan bir ısıl işlemdir.
Ayrıca döküm ve dövme parçalardaki iç gerilmeleri de azalmak amacıyla da uygulanır. Aynı
zamanda tane ve kristal yapısı daha düzenli olacağından elektrik iletkenlikleri de artar.
Uygulama: Ötektoid altı kimyasal bileşime sahip çelikler A3 sıcaklığının üzerine, ötektoid ve
ötektoid üstü kimyasal bileşime sahip çelikler A1 sıcaklıklarının 30-40 °C üzerine ısıtılıp
mikroyapının östenite dönüşümü için belli bir süre tavlanıp çok yavaş soğuma hızında (fırının
içinde fırınla birlikte) oda sıcaklığına soğutmaktır. Isıl işlem çevrimi özeti Şekil 1’de ve Şekil
2’de Fe-Fe3C denge diyagramında tavlama bölgesi gösterilmiştir. Şekil 5’de tam tavlanmış
çeliğin mikroyapısı ısıl işlem uygulanmamış mikroyapısı ile birlikte verilmiştir. Şekil 3’de de
Çeliğin C oranına bağlı olarak normalizasyon ve tama tavlama ısıl işleminin bazı mekanik
özelliklere etkisi gösterilmiştir.
77
Şekil 5. Tam tavlama ısıl işlemi uygulanmış çeliğin tipik bir mikroyapısı(SEM
büyütme:x300)
4. Suverme ve temperleme ısıl işlemi
Amaç: Çeliğin sertliğini ve aşınma direncini artırmaktır. Bunun için çelik Şekil 2’deki gibi
Fe-Fe3C denge diyagramında gösterildiği gibi tamamen östenitlenir. Östenitlenmiş çeliğin
kristal yapısı YMK olacağından C atomlarını rahatlıkla ara yer boşluklarında çözer (buna
çözündürme de denir)ardından C atomlarının difüzyonuna izin verilmeyecek bir hızda (suda,
yağda, hareketli havada) Ms (martensitik dönüşüm) sıcaklıklarının altına soğutulması ile
mikroyapıda martensit fazının üretilmesi ile sağlanır. Su verilmiş bir çeliğin tipik bir
martensitik mikroyapısı Şekil 6’da verilmiştir. Şayet, hızlı soğutma durumunda YMK yapıdan
C difüzyonla uzaklaşırsa sementit ya da diğer alaşım karbürlerin oluşumu sağlayarak YMK
yapı C’ca fakirleşir ve HMT yapıya dönüşemez HMK yapılı ferrit fazına dönüşür. Bu
operasyonda YMK östenit fazı HMT martensit fazına dönüştürülür. Ms sıcaklıkları çeliğin
içerdiği kimyasal bileşime bağlı olup C oranı arttıkça Şekil 7’deki gibi düşer. Mf sıcaklığı
martensitik dönüşümün tamamlandığı sıcaklık olup çalışmalarla bu dönüşüm sıcaklığı tam net
olarak belirlenemediğinden kesikli çizgi ile gösterilmiştir.
78
Şekil 6. Isıl işlem uygulanmamış ve suverme ısıl işlemi uygulanmış çeliğin tipik bir
mikroyapısı (SEM büyütme:x300)
Şekil 7. Çeliğin C bileşimine bağlı olarak Ms ve Mf sıcaklıklarının değişimi
79
Ms sıcaklıklarının belirlenmesi için çeşitli formüller geliştirilmiş olup östenit fazında atomları
çözünebilme durumunda;
Ms (°C)= 561-(474*%C)-(33*%Mn)-(17*%Ni)-(17*%Cr)-(21*%Mo)
formülü ile,
Orta ve yüksek alaşımlı çelikler için
Ms (°C)= 550-(350*%C)-(40*%Mn)-(17*%Ni)-(20*%Cr)
-(10*%Mo)-(8*%W)-(35*%V)
formülü ile belirlenebilir.
HMT Martensit fazı kristal kafes yapısının önemli ölçüde çarpılmasından dolayı
oldukça serttir. Aynı zamanda östenitten martensite dönüşüm sırasında hacimce %2-4
oranında genleşme gerçekleşir. Bu genleşmeden dolayı kristal yapı çarpılabilir ya da
malzemede suverme çatlaklarına neden olabilir. Bu nedenle çeliğin mümkün olduğunca daha
yavaş soğutma hızlarında sertleştirilmesi gerekir.
Martensitik Dönüşümün Bazı Önemli Özellikleri
a. Martensit fazı östenit fazından difüzyonsuz olarak dönüşür.
b. Martensitik dönüşüm atermal soğuma ile meyadana gelir. Soğuma engellenirse
dönüşüm sona erer.
c. Dönüşüm Ms gibi kesin bir sıcaklıkta başlar ve Mf sıcaklığının altında dönüşümü
tamamlar. Sıcaklık sadece Ms nin altında tutulursa martensitik dönüşüm
tamamlanmaz.
d. Soğutma hızı Ms dönüşüm sıcaklığını etkilemez. Ms sıcaklığını yalnız çeliğin
kimyasal bileşimi etkiler.
e. Martensitik dönüşüm sırasında hacimce genişlemeden dolayı östenit fazının tamamı
martensit fazına dönüşmeyebilir. Dönüşemeyen östenitler, Mf sıcaklığının altında
kalıntı östenit olarak martensitin çıta yada iğneleri arasında sıkışır. Kalıntı östeniti
klasik metalografik yöntemiyle belirlemek oldukça zordur. Bunların belirlenmesinde
X-ray, EDS, TEM ya da Mössberr yöntemleri kullanılabilir.
f. Martensitik dönüşüm kararlı değildir. İmkan verildiğinde ferrit ve sementit gibi kararlı
olan fazlara ayrışır.
80
g. Martensit çelikte sementitten sonra gelen en sert fazdır. Yüksek sertlik olabilmesi için
yeterli C içermesi gerekir. Çeliğin içerdiği C oranı artarken martensitin sertliği de artar
martensitik dönüşüm için gerekli Ms sıcaklığı ve kritik soğutma hızı azalır. Kalıntı
östenit oluşma ihtimali artar.
Martensit bu yüksek sertliğinden dolayı çeliği gevrekleştirir. Yani darbelere karşı
direncini düşürür. Bu nedenle martensitin temperlenmesi gerekir. Temperleme sıcaklığı ve
süresi çeliğin kimyasal bileşimine göre değişebilir. Temperlemenin amacı HMT yapıda
sıkışmış C atomlarının kafesten uzaklaşmasını sağlamak ve HMT yapının c-eksenin
azaltılmasını sağlayarak sertliği kısmen düşürmektir. Temperleme sıcaklıklarına bağlı olarak
C’lu çeliğin mekanik özelliklere etkisi Şekil 8’de verilmiştir.
Şekil 8. Temperleme sıcaklığının sade ve orta C’lu çeliğin mekanik özelliklerine etkileri
5. Küreselleştirme ısıl işlemi
Amaç: Yüksek C’lu çeliğin işlenebilirliğini artırmak için uygulanır. Yüksek C’lu çelikte tane
sınırlarına sürekli çökelimiş sement ağ tabakasının bağlantılarını koparmak ve sementiti
küreselleştirmektir.
Uygulama: Çelik, Şekil 1 ve Şekil 2’de gösterildiği gibi A1 sıcaklığının hemen altında çok
uzun süre ile tavlanır. Çelik A1 sıcaklığının hemen altında ve hemen üzerinde salınımlı olarak
tavlanırsa sementitin küreselleştirilmesi daha etkili olur. Bunun için çelik öncelikle A1
81
sıcaklığının üzerine ısıtılır daha sonra fırınla birlikte A1 sıcaklığının altına çok yavaş
soğutulur ve fırında uzunca bir süre bekletilir. Ardından oda sıcaklığına yavaş soğutularak
gerçekleşir. Şekil 9’da küreselleştirme ısıl işlemi sonrası elde edilen bir mikroyapı
gösterilmiştir.
Küresel Sementitler
Ferrit
Şekil 9. Küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmış yüksek C’lu bir çeliğin mikroyapısı
6. Östemperleme ısıl işlemi
Bazı ısıl işlemler devamlı soğutma ile gerçekleşirken, bazıları da östemperleme gibi izotermal
dönüşümle gerçekleştirilir. Bunun için çeliklerin devamlı soğuma (CCT) ve izotermal
dönüşüm (TTT) diyagramlarından yararlanılır.
Amaç: Çelikte beynit üreterek darbe direncini artırmaktır.
Uygulama: Bunun için çelik öncelikle tamamen östenitlenir ve ardından Ms sıcaklıklarının
üzerinde izotermal tavlanarak beynit yapısı üretimi gerçekleştirilir. Şekil 10’daki gibi soğutma
ve izotermal tavlama uygulanır.
82
Şekil 10. Beynit üretmek için uygulanan östemperleme ısıl işlemi
7. Martemperleme (Marsuverme) ısıl işlemi
Martensit fazı üretmek için su verme sırasında özellikle kalın kesitli malzemelerin yüzeyinde
Şekil 11’de şematik olarak gösterildiği gibi, gerilmeden dolayı severme çatlakları oluşabilir.
Bu çatlaklar suverme sırasında oluştuğundan temperleme işleminin uygulanması bu
çatlakların önüne geçemez. Bu nedenle çelik Ms sıcaklıklarının üzerinde beynit yapısının
oluşumu gerçeklemeyecek kadar bir süre bekletilir ve sonra su verilir. Bu bekletme esnasında
çeliğin yüzeyi ve merkezi arasındaki sıcaklık farkı giderilir. Su verme sonrası yüzeyde
gerçekleşebilecek
su
verme
çatlaklık
riski
önlenmiş
olur.
Ardından
martensitin
temperlenmesine de ihtiyaç olmaz. Bunun için Şekil 12’de gösterildiği gibi bir ısıl işlem
çevrimi uygulanır.
Şekil 11. Suverme ısıl işlemi ile oluşabilen suverme çatlakları
83
Şekil 12. Martemperleme (marsuverme) ısıl işlemi
8. Arakritik tavlama ve suverme ısıl işlemi
Bu ısıl işlem ilk defa 1970’li yılların başında HSLA çeliklerin sünekliklerini ve
şekillendirilebilirlerini artırmak için uygulanmıştır. Günümüzde farklı kimyasal bileşime
sahip çeliklere farklı amaçlar için uygulanmaktadır. Bu ısıl işlem için çeliğin ötektoid altı bir
kimyasal bileşime sahip olması gerekir. Isıl işlem çeliğin A1 ve A3 sıcaklıkları arasında ferrit
ve kısmi östenit fazlarının oluşturulması için tavlanması ile başlar ve östenitin martensit
fazına dönüştürülmesi için hızla soğutulmasıyla tamamlanır. Böylece ferrit+martensit fazları
içiren mikroyapı üretilir. Bu fazların üretildiği çeliklere çift fazlı çelikler adı verilmektedir.
Bu ısıl işlemin avantajı, A1 ve A3 arasındaki sıcaklıkları değiştirerek çelikteki martensit
fazının oranları ve hatta martensitin morfolojileri kontrolümüz altında değiştirilek çeliğe
istenilen yönde özellikler kazandırılabilir. Bu özellikler süneklik, akma ve çekme dayanımı,
sertlik, tokluk, aşınma direnci, işlenebilirlik, şekillendirilebilirlik ve yorulma sayılabilir. Bu
ısıl işlemle üretilmiş tipik bir çift fazlı çelik mikroyapısı gösterilmiştir.
Ferrit
Martensit
Şekil 13. Ferit+martensit fazları içeren çift fazlı çeliklerin mikroyapısı (a) Optik mikroskop
(b) SEM görüntüsü
84
9. Yaşlandırma (Çökelti Sertleştirme) ısıl işlemi
Metalik bir malzemenin sertlik ve mukavemetini artırmak için üç temel yöntem vardır.
Bunlar soğuk şekil verme (plastik deformasyon), katı eriyik sertleşmesi ve çökelme dağılımı
ile sertleşmesidir.
Alaşım elementleri, ana metale özelliklerini değiştirmek ve arzu edilen karekteristikleri
kazandırmak için eklenir. Alaşım elementlerinin katı saf metale ilavesiyle, elektriksel
iletkenlik ve süneklikte azalma, sertlik ve mekanik dayanımda artışa neden olur ve bu katı
eriyik sertleşmesi veya alaşım sertleşmesi adını alır. Çökelme dağılımı serleştirme ısıl İşlemi
bazı alaşımlar için sertlik ve dayanımı arttırmak için geliştirilmiş temel sertleştirme
mekanizmasıdır. Alaşım elementlerinin belli yüksek sıcaklıkta solvüs eğrisi üzerinde
çözünebilme özelliğine bağlıdır. Bu metodun temel prensibi örnek olarak Al-%4 alaşımında
Sıcaklık, (K)
olduğu gibi Şekil 14’deki gibi bir faz diyagramına sahip olması gerekir.

1
Solvüs eğrisi
3
2
Şekil 14. Yaşlandırma ısıl işlemine uygun Al-Cu alaımının faz diyagramı
Bu faz diyagramından da görüldüğü gibi alaşımın azalan sıcaklıkla beraber azalan katı
eriyebilme sergilemesi gerekir yani bu gibi bir solvüs eğrisine sahip olması gerekir. Tipik bir
yaşlandırma ısıl işlemi uygun kimyasal bileşime sahip alaşımın (örneğin Al-%4 Cu alaşımı) 1.
sıcaklık noktasındaki gibi tek fazlı yapıya dönüştürülmeli yani örnekte olduğu gibi Al içince
Cu atomları çözündürülmelidir. Alaşım şayet 2. sıcaklık noktasına yavaşça soğutulursa Al ana
yapısında CuAl2 çökeltileri Şekil 15’deki gibi Al tane sınırlarına çökelir. Oysaki buna benzer
çökeltilerin ana yapı içerisine homojen bir şekilde dağıtılırsa sertlik ve mukavemet artırılır.
Bu da yaşlandırma ısıl işlemi ile sağlanabilir. Bu ısıl işlem özetle
85
1. Çözündürme ısıl işlemi (1. sıcaklık bölgesinde tavlama)
2. Hızlı soğutma (2. sıcaklık noktasına yani oda sıcaklığına hızla suverme ile 1. sıcaklık
noktasındaki yapı aynen korunur. Henüz CuAl2 çökeltilerinin oluşumuna izin verilmemiştir.
3. Çökeltme (yaşlandırma) işlemi (oda sıcaklığında ya da kısmen daha üst sıcaklıklarda 3.
sıcaklık noktasında ince ve homojen dağılımlı çökeltiler üretmek) Bu aşamada yaşlandırma
sıcaklık ve zamanına bağlı olarak Al Cu alaşımının sertliği ve mukavemeti artacaktır. Şekil
16’daki gibi yaşlandırma zamanının ilerleyen safhalarında sertlik artmış daha fazla
yaşlandırma zamanı uygulandığında alaşım aşırı yaşlanarak sertlik ve mukavemet
düşmektedir. Bu nedenle alaşımın ideal yaşlanma zamanının bilinmesi önemlidir.
 (Al-%4Cu)
çözeltisi
(1.Sıcaklık bölgesi)
ÇÖZÜNDÜRÜLMÜŞ
 (Al-%4Cu) çözeltisi
2.Sıcaklık bölgesine
çok yavaş soğutulursa
CuAl2
YAŞLANDIRILMAMIŞ
 (Al-%4Cu) çözeltisi
2.Sıcaklık bölgesine
çok hızlı soğutulursa
aşırı doğmuş katı
çözelti aynen kalır
SUVERİLMİŞ (Aşırı doymuş katı çözeltisi)
Al tane sınırlarında
CuAl2 çökeltileri
oluşur
YAŞLANDIRILMIŞ
Aşırı doğmuş katı çözeltisi 3.
sıcaklıkta (ya da oda sıcaklığında
uzunca süre) yaşlandırılırsa ara
form çökeltiler ana yapıya
dağıtılması ile yaşlandırma işlemi
tamamlanır
Şekil 15. Yaşlandırma ısıl işlemi için takip edilen uygulamadaki şematik mikroyapılar
86
Sertlik
T1T2T3
T3
T2
T1
Yaşlandırma zamanı
Şekil 15. Farklı yağlandırma sıcaklıklarına bağlı olarak alaşımın sertlik değişimleri
Sertleşebilirlik
Sertleşebilirlik kavramı sertlikten daha farklıdır. Sertlik bir malzemenin kendinden
daha sert cisme karşı gösterdiği dirençti oysaki sertleşebilirlik östenitin martensite
dönüşebilme yeteneğidir. Östenitlenmiş bir çelik malzeme ne kadar yavaş bir soğuma hızıyla
martensit fazı üretebiliyorlarsa o kadar yüksek serleşebilirliğe sahiptir demektir.
Bir çeliğin sertleşebilirliği Jominy ya da Grosmann metodu ile belirlenir. Her iki
deneyin amacı da çeliğin sertleşebilirliğini belirlemektir. Jominy deneyinde sonuca ulaşmak
daha kolaydır. Bu metotta, Şekil 16’daki gibi 25 mm çapında 100 mm boyunda bir numune
hazırlanır. Ardından östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılır. Östenitlenen çeliğin ucuna soğutma
amaçlı su tatbik edilir. Çelik tamamen soğutulunca su verilen uçtan itibaren belli aralıklarda
içe doğru sertlikleri ölçülerek Şekil 17’deki gibi mesafe-sertlik grafikleri çizilir.
Şekil 16.
87
Şekil 17. Jominy deneyi ile gerçekleştirilmiş farklı çeliklerin sertleşebilirlik eğrileri
Şekilden de görüldüğü gibi 1080 ve 1050 çeliklerinin su verilen yüzeydeki sertlik
diğer malzmelere göre en fazla çıkmasına rağmen 4340 çeliğinin sertleşebilirliğinin en iyi
olduğunu anlayabiliriz. Bu çeliğin sertleşebilirliğinin yüksek olabileceğini bu deney
yapılmadan da CCT veya TTT diyagramlarına bakarak da anlamak mümkündür. Şekil 18’de
4340 çeliğinin CCT ve TTT diyagramları verilmiştir. Buradan da anlaşılacağı üzere suyun
temas ettiği yüzeydan daha uzak bölgede soğuma hızı daha yavaş olmasına rağmen bu
bölgede de martensitik dönüşüm gerçekleşebildiğinden sertleşebilirliğinin yüksek olmasına
neden olmaktadır.
C ve diğer alaşım elementleri çeliğin CCT ve TTT diyagramlarının perlit burnunu
uzun zamana öteler. Bu da çeliğin sertleşebilirliğinin artması demektir. Şekil 19’da 1020
(%0.2C içeren) çeliğinin, Şekil 20’de de 1080 (%0.8 C içeren) ötektoid çeliğinin CCT
diyagramı verilmiştir. C oranı artırıldığında perlit burnu daha uzun zamanlara ötelenmiştir.
Yapılan tüm ısıl işlemler çeliğin sertliğini artırmak ya da azaltmak içindir. Östenitik bölgeden
farklı soğutma hızı uygulandığında farklı yapı ya da fazlar üretilecektir. Bu faz ya da yapılar
çeliğin sertliğini değiştirecektir. Şekil 21’de ötektoid altı ve ötektoid üstü çeliğin soğuma
eğrileri sonuçta elde edilecek sertlik değerleri ile mukayeseli olarak verilmiştir.
88
Şekil 18. 4340 Çeliğinin a) TTT ve b)CCT diyagramları
Şekil 18. 1020 çeliği için CCT diyagramı
89
Şekil 19. 1080 çeliği için CCT (kalın çizgili) ve TTT diyagramları
Şekil 21. Ötektoid altı (a) ve Ötektoid üstü (b) çelikler için TTT diyagramları
90
Yüzey Sertleştirme Yöntemleri
Çelik malzemelerin hem aşınma hem de darbe dirençlerinin yüksek olması
istendiğinde yüzey sertleştirme işlemleri uygulanır. Bunun için malzemenin yüzeylerinin sert,
iç bölgelerinin nispeten yumuşak olması gerekir. Çelik parçaların yüzeyleri sementasyon
(karbürleme), nitrürasyon (nitrürleme), alevle ve endüksiyonla sertleştirme olmak üzere dört
ana yöntemle sertleştirilir. Bu işlem malzemenin kimyasal bileşimine ve boyutlarına göre
uygulanır.
Yüzey sertleştirme krank milleri, kam milleri, kamalı miller, dişli çarklar, saplamalar,
kavrama parçaları, zincir parçaları, tırtıllı tahrik parçaları gibi elemanlara uygulanır. Yüzey
sertleştirilmiş parçaların aynı zamanda yorulma ömürleri de yükselir
1.Sementasyon
Sementasyon terimi bir tür termo-kiyasal işlemdir ve yüzeyi sertleştirilecek parçanın
yüzeyine istenilen derinlikte yüksek oranda C difuzyonun sağlanmasıdır. Sementasyon % 0,2
den daha az C içeren çeliklere sıklıkla uygulanır. Bu işlemin esası, düşük karbonlu çeliklerin
yüzeyine C emdirme karbon verici bir ortamda ve Ac3 sıcaklığını üzerindeki bir sıcaklıkta
(östenitleme sıcaklığında) uygun bir süre tutulması ile gerçekleştirilir.
Fe- Fe3C denge diyagramı incelendiğinde de görüleceği üzere ferrit fazı en fazla % 0,025
oranında C çözebilirken, östenit %2 oranına kadar C çözebilmektedir. Bu nedenle
sementasyon işlemi uygulanacak çelik parçalar östenitleme bölgesi olan 900-950 °C
arasındaki bir sıcaklıkta, C verici bir ortamda yeterli bir süre tavlanırlar. Yüzeye emdirilecek
C kaynağı katı, sıvı veya gaz olabilir.
Katı ortam olarak grafit, odun kömürü ile baryum karbonat karışımı, sıvı ortam olarak
siyanür banyosu ve gaz ortamı olarak da hidrojen ya da azotla karıştırılan karbonmonoksit,
metan ve propan gibi gazlar kullanılabilir. Semantasyon işlemi için yapılan uzun süreli
tavlama nedeniyle parçanın iç bölgelerinde tane tane irileşmesi gerçekleşir ve iç kısımlar daha
da yumuşar. Semetasyon için çelik östenitleme sıcaklığı yani Ac3 sıcaklığının üstünde
(yaklaşık olarak 900 °C) ısıtılmaktadır. Bu sıcaklıkta östenit % 1 den fazla C’u rahatlıkla
çözündürebilir. C miktarına ve sıcaklığa bağlı olarak, C atomları yüzeyden merkeze doğru
91
difüze olur (yayınır). Şekil 22’de yüzeyden merkeze doğru yayınan C kimyasal gradyanı
zamanla nasıl değiştiği gösterilmiştir. Sıcaklık ne kadar yüksekse bu difüzyon olayı da o
kadar hızlı olur. C’un yapıya nüfuz etme derinliğini tavlama (sementasyon) süresi ve sıcaklık
etkidiği gibi sementasyon işlemi uygulanan çeliğin orijinal kimyasal bileşimi de etkiler.
C
x
S
C0
CS
%C oranı
t:Karbürleme
zamanı
t1t2t3t4
t1
t2
t3
t4
C0
Yüzeyden merkeze olan mesafe, x
Şekil 22. Zamana (t) bağlı olarak yüzeyden merkeze doğru C difuzyon gradyanı
92
Tuz banyosunda sementasyon için çelik malzeme ön bir tavlama işlemi uygulandıktan
sonra sudan arındırılmış bir tuz eriyiği içerisine 850-950 °C’de daldırılırlar. Kullanılan tuzlar
ticari anlamda kolay bulunabilen karbon taşıyıcı olarak sodyum siyanür (NaCN) ihtiva eden
tuzlardır. Yüksek sıcaklıkta siyanür parçalanarak C ve bir miktar N verir. N sementasyonu
kolaylaştırır ve süreyi azaltarak avantaj sağlar. Tuz banyoları içerinde sementasyon işlemiyle
doğrudan sertleştirme mümkündür.
Gaz karbürizasyon hidrokarbon, metan, etan, propan gibi gazlar kullanılır. Bu gazlar,
CO2, H2, N2 gibi taşıyıcı gazlarla seyreltilerek yüksek sıcaklıkta karbürlenecek çelik üzerine
gönderilir. C’un çelik içerisine difüze olmasını sağlamak amacıyla bu sıcaklıkta istenen
sertleştirme tabakası kalınlığına göre belirli bir süre bekletilir. Yüzeyde istenen sertliğe
ulaşılabilmesi için, işlem sonrası su verme uygulanır.
Herhangi bir T sıcaklığında, bir x mesafesi kadar yüzeyden merkeze yayınan
elementlerin (C,N vb) t zamanına bağlı olarak konsantrasyon değişimi 2.Fick’s kanunun genel
çözümüne göre ilişkilendirilmektedir. Bu genel çözüm aşağıdaki eşitlikle verilmektedir. Bu
denklemle örneğin karbürlenecek çelikte yüzeyden merkaze ne kadar derinlikte ve her hangi
bir istenen x mesafesinde ne kadar C oranı sağlanabileceği karbürleme zamanını ve sıcaklığı
tespit edilebilir.
Cs  C x
x
 erf
Cs  C0
2 Dt
Burada CS: malzemenin yüzeyinde sağlanan kimyasal bileşim oranı, CX: her hangi bir
t zamanında yüzeyden merkeze x mesafedeki kimyasal bileşim oranı, C0: malzemenin orijinal
kimyasal bileşim oranı, D: yayınan (difüze olan) elementin difüzyon katsayısı, t: zaman.
İstenilen bir X mesafesinde yüzeyine C emdirilen çelik, yüzey sertleştirilmesi için su
verilir. Su verme sıcaklığı, karbürleme sıcaklığından genellikle daha düşük bir sıcaklıktır. Gaz
karbürleme sıcaklığı 925 °C yapıldığında su verme sıcaklığı 825 °C’ye düşürülür. Çünkü bu
sıcaklık yüzeyin halen östenitik olmasına yeterli bir sıcaklıktır. Ayrıca daha düşük sıcaklıkta
su verme yapıldığında çelikte çarpılma riskinin daha aza indirecektir. Su verilmiş yani
93
sertleştirilmiş çelikte çatlama riski yoksa malzeme doğrudan temperleme yapılmadan
kullanılabilir. Ancak temperlenmeleri gerekiyorsa 150 – 200 °C gibi düşük sıcaklıkta
yapılması tavsiye edilir. Çünkü temperleme ile sertliğin çok fazla düşürülmemesi gerekir.
Pratik uygulamalarda kullanılan sementasyon çelikleri Tablo 1’de verilmiştir.
Kimyasal bileşimlerinden de dikkat edileceği gibi bu çeliklerin hemen hemen tümünün
orijinal C oranları %0.2’nin altındadır.
Tablo 1. Bazı sementasyon çelikleri ve kimyasal bileşimleri
DIN
NORMU
Ck 10
C 20
SAE
AISI
1010
1020
C
0,07 - 0,13
0,18 - 0,23
13 NiCr 6
3115
0,10 - 0,17
Si
0,40
0,30
0,154 0,35
0,15 - 0,40
0,40
KİMYASAL BİLELİMİ ( % )
Mn
P
S
0,30 - 0,60
min 0,035
min 0,035
0,30 - 0,60
min 0,35
min 0,035
0,30 - 0,50
0,035
0,035
Cr
Mo
0,65 - 0,85
15 Cr 3
5015
0,12 - 0,18
0,40 - 0,60
min 0,035
min 0,035
0,40 - 0,70
15 CrNi 6
4320
0,14 - 0,19
0,40 - 0,60
0,035
0,035
1,40 - 1,70
14 NiCr
3310
0,14 - 0,20
0,40
0,40 - 0,70
0,035
0,035
0,60 - 0,90
14
14 NiCr
0,10 - 0,17 0,15 - 0,35 0,40 - 0,70
0,035
0,035
0,90 - 1,30
18
21
8620
0,17 - 0,23
0,40
0,65 - 0,95
0,035
0,035
0,35 - 0,70 0,15 - 0,25
NiCrMo 2
16 MnCr
5115
0,14 - 0,19
0,40
1,00 - 1,30
0,035
0,035
0,80 - 1,10
5
20 MnCr
5120
0,17 - 0,22
0,40
1,10 - 1,40
0,035
0,035
1,00 - 1,30
5
25 CrMo
0,22 - 0,29
0,40
0,60 - 0,90
0,035
0,035
0,90 - 1,20 0,15 - 0,30
4
20 MoCr
4118
0,17 - 0,23
0,40
0,70 - 1,00
0,035
0,035
0,30 - 0,60 0,40 - 0,50
4
25 MoCr
0,23 - 0,29 0,15 - 0,40 0,60 - 0,90
0,035
0,035
0,40 - 0,60 0,40 - 0,50
4
18 CrNi 8
0,15 - 0,20 0,15 - 0,40 0,40 - 0,60
0,035
0,035
0,80 - 2,10
17
0,15 - 0,21
0,40
0,50 - 0,90
0,035
0,035
1,50 – 1,80
CrNiMo 6
·Dişliler, miller, kamalı miller, piston milleri zincir baklaları, zincir dişlileri ve makaralar, diskler, kılavuz yatakları, rulman
yatakları, merdaneler, bie kısım ölçü ve kontrol eletleri, orta zorlamalı parçalar, soğuk şişirilerek veya ekstürüzyon ile
şekillendirilen parçalar, kesici takımları gibi parçaların imalinde kullanılır.
2. Nitrürasyon (Nitrüleme)
Nitrürleme, yine sementasyon işleminde olduğu gibi düşük karbonlu ve nitrür
oluşturma özelliğine sahip alaşım elementleri içeren çeliklere uygulanır. Al, Cr, V ve Mo gibi
alaşım elementleri nitrür oluşturan elementlerdir. Nitrürasyon çeliklerinde bulunan bu
elementler kayma olayını engelleyerek sertliğini artırırlar. Çelikler ferritik (HMK) şartlarda
iken yüksek sıcaklıkta (A1 sıcaklığının altında) yüzeye atomik azot (N) ilave edilerek yüzey
sertleştirme işlemi sağlanır. Genellikle bu işlem, çelik tipine ve arzu edilen derinliğe bağımlı
94
olarak 1- 100 saat süreyle 495-595 °C sıcaklıklarında gerçekleştirilir. Bu işlemde, Azot
verici ortam olarak genelde sodyum siyanür (NaCN) ve potasyum siyanür (KCN) içeren 550
°C sıcaklığa sahip banyolar kullanılır. Bu banyolar siyanür içerdiklerinden oldukça zehirli
olduklarında dikkatli kullanılmalıdır.
Nitrürleme işlemi için sıvı banyolar yerine gaz nitrürlemeler de kullanılabilir. Bunun
için NH3 (amonyak) gazı kullanılır. Bunun için bu gaz çelik üzerine gönderilirken yaklaşık
500-550 °C sıcaklıklara ısıtıldığında aşağıdaki gibi reaksiyonla Azot ve Hidrojen’e ayrışırlar.
NHN+3H
Ayrışan buradaki N çeliğin yüzeyinde çeşitli formlarda nitrür katmanları oluşturur.
Nitrürlenmiş çeliğin yüzeyi sementasyon uygulanan çeliğin yüzeyinden daha serttir ve
nitrürleme sıcaklıklarına kadar dengelidir. Nitrürlenmiş çelikler mükemmel sayılabilecek bir
aşınma direncine sahiptirler. Ayrıca nitrürlenmiş çeliklerin yorulma ömürleri fazla ve yüksek
sıcaklıklara ve korozyona karşı direnç sağlarlar.
Nitrürleme, işlemi çeliği östenitik sıcaklıklara ısıtmayı ve ardından martensit
oluşturmak için su vermeyi gerektirmediği ve nispeten düşük sıcaklıklarda yapabildiği için iş
parçasında karbürleme ve geleneksel su verme ve temperleme işlemlerinden daha az çarpılma
deformasyonu oluşur.
Martenzitten çok daha sert olan ( HV = 900) yüzey katmanı sürtünmeler sonucu
aşınmaz. lıdır. Bu işlemin uygulandığı yerler krank ve kam milleri, aks mafsalları, dişli
çarklar, direksiyon takımları, silindir yuvaları, silindir başları, hidrolik direksiyon parçaları vb
dir. Bu parçalar için banyoda yapılacak nitrürasyon işlemi uygulanırsa, sementasyon
işleminden kısmen daha ucuzdur ve çarpılma ile taşlama işlemlerine gerek kalmaz.
Sıvı ve gaz nitrürleme işlemlerinin yanı sıra plazma nitrürleme ( iyon nitrürleme )
yöntemi de vardır. Yine aşınma ve yorulma direnci sağlamak için uygulanır. Plazma
nitrürlemenin en önemli avantajı bir elektriksel alan altında çelik yüzeyine yüksek enerjili N
iyonlarının kütlesel transferini artırmasıdır. Böylece daha hızlı nitrürasyon işlemi gerçekleşir.
95
3. Karbonitrürasyon ( Karbo-Nitrürleme)
Karbonitrürleme, aynı anda aynı ortama karbon ve azot atomları yayınımını sağlayan
bir işlemdir. Karbürizasyon ve nitrürasyon işlemlerini karışımı şeklinde olan bu yüzey
sertleştirme işlemi, N’un C’la birlikte çelik yüzeyine difüzyonu için karbürleme gazına
amonyak ( NH3 ) ilavesiyle yapılabilir. Karbonitrürleme genellikle karbürlemeden daha kısa
bir sürede ve düşük sıcaklıkta yapıldığı için yüzeye karbürizasyona göre daha fazla azot ve
daha az karbon emdirilirmiş olur. Bu nedenle, yüzeyde karbürlemeden daha ince bir
sertleştirme katmanı oluşturur. Karbonitrürleme, ortalama 0,075 – 0,75 mm kalınlığında
aşınma dirençli sert yüzey oluşturmak için uygulanır. C içerikleri yaklaşık % 0,35 - 0,5
aralığında olan 1000, 1100, 1200, 1300, 4000, 4100, 4600, 5100, 6100, 8600 ve 8700 serili
çeliklere karbonitrürleme yapılabilir. Karbonitrürleme düşük sıcaklıklar ve kısa zamanlar
gerektirdiği için ince tabakalı sertleştirme yüzeyleri işleminde karbürlemeden daha az
maliyetle üretilebilir.
3. Alevle Yüzey Sertleştirme
Bir çelik malzemenin yüzeyinin aniden östenitleyip hızla su verilme işlem sürecini
kapsar. Bu işlem Şekil 23’’deki gibi ekseni etrafında döndürülen malzemenin yüzeyi bölgesel
olarak alevle hızla östenitlenir ve ardından su ya da yağ püskürtülerek yüzeyi set martensit
fazına dönüştürülmesi ile gerçekleştirilir. Su verme işleminden sonra parça 180–205 °C
arasındaki sıcaklığa kadar ısıtılarak gerilimleri giderilir. Alevle sertleştirme işlemi, sabit
ilerleyen ve dönen bir düzenekle sağlanır.
Martensit
Martensit
Alev
Alev
derinliği
derinliği
Su ya da yağ
Sıcaklık
Sıcaklık
Ferit
Ferit ve
ve perlit
perlit
Sertlik derinliği
Şekil 23. Alevle yüzey sertleştirme işlemin şematik gösterimi
Bu yöntemle yüzey sertleştirilen çeliğin C bileşimi oranı genellikle %0.4-0.8
arasındadır. Bu oran sementasyon çeliklerinin C oranından yüksektir. Çünkü bu yöntemle
96
çeliklerin yüzeyine ayrıca C ilavasi yapılmamaktadır. Alevle sertleştirme işlemi sırasında,
çeliğin kimyasal bileşiminde herhangi bir değişme meydana gelmez. Çeliğin yüzeyi A3
sıcaklığının üzerine kadar ısıtılıp östenitleştirildikten sonra hemen su verilerek sertleştirilir.
Orta karbonlu çeliklere uygulanan bu işlemde parçanın iç kısmında önemli bir sıcaklık artışı
ve dolayısıyla yapısal değişimi engellemek gerekir. Alevle sertleştirme çok geniş bir
aralıktaki farklı demir esaslı çeliklere uygulanır. Büyük ebatlı dişliler, kalıplar ve mil
parçalarının fırında geleneksel şekilde ısıtılmalarının pratik olmadığı durumlardaki valf
sapmalarının uçları, itme çubukları, kamaların aşınması yüzeyleri, manivelalar gibi parçalar
ve yüzey sertleştirme gerektiren küçük kesitli parçalara uygulanabilir. Ayrıca, fırınlara
sığmayacak kadar büyük olan parçaların
yüzeyleri
oksi-asetilen
alevi
sayesinde
sertleştirilebilir. Sertleşme derinliği 1,5-2 mm ’nin altına indirmek oldukça zordur.
4. İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme
İndüksiyonla yüzey sertleştirmenin esası alaevle sertleştirme de olduğu gibi parçanın
yüzeyini hızlı bir şekilde östenitik şartlara ısıtma ve sert martensitik fazına dönüşmesi için
hızla su vermedir. Parçanın kimyasal bileşiminde değişim olmadığı için çeliğin yüzey
sertleştirme çelikleri genellikle %0,4-0,75 karbon içermelidir. Merkez yapı özellikleri
indüksiyonla yüzey sertleştirmeden önce ısıl işlemle modifiye edilebilir. İndüksiyonla
sertleştirmede; çelik parçaların indüksiyonla ısıtılması, sertleştirilecek parçaların yüksek
frekanslı alternatif akımın geçtiği su soğutmalı bakır indüksiyon bobini içerisinde yapılır.
İndüksiyon yolu ile parçanın yüzeyinde bir elektrik akımı meydana gelir ve yüzey çok çabuk
sertleştirme sıcaklığına ulaşır. Bobinde üretilen hızlı alternatif manyetik alan çeliğin
yüzeyinde devamlı akıma neden olur. İndüksiyon ısıtma ile yüzey sertleştirilmiş çeliklerin
aşınma direnci ve yorulma dayanımları daha yüksektir. İndüksiyonla sertleştirilen yüzey
tabakası, alevle sertleştirilen yüzey tabakasına benzer. Ancak, indüksiyon yöntemiyle elde
edilen sertleşme derinlikleri daha azdır. İndüksiyon yöntemi simetrik şekilli parçaların
yüzeyini sertleştirmek için tercih edilen bir yöntemdir. İndüksiyonla ısıtılarak yüzey
sertleştirilen parçalar büyük ebatlı dişliler, kalıplar, piston kolu, milleri, krank milleri, kam
milleri, aks milleri, valfler
örnek olarak verilebilir. İndüksiyon yöntemiyle yüzeyi
sertleştirilmiş çeliklerde çarpılma riski en az düzeydedir. Seri üretime elverişlidir. Üretim
hattında uygulanabilir.
97
5. Daldırma Metodu ile Yüzey Sertleştirme
Daldırma yöntemi için 1000-1300 °C ya dayanıklı tuz veya metal banyolarından
faydalanılır. İnce parçalar için bu banyolarda bekletme süresi saniye mertebesindedir. Su
verme işlemi daldırma işleminden sonra hemen yapılmalıdır, aksi takdirde zaman kaybı
yaşanırsa yüzeydeki yüksek sıcaklık merkeze doğru iletimine neden olacağından sertleşen
tabakanın kalınlığı artar ya da istenilen östenitleme sıcaklığı yitirilmiş olur. Farklı çeşitte
şekilli yüzeylere uygulama mümkündür.
98
Download

İndir - WordPress.com