Çelik, karbon miktarı bileşimi ve demir elementinin bir araya gelmesiyle oluşan bir alaşımdır. Işıl işlem ise, metal ve alaşımların kimyasal bileşimlerine bağlı olarak belirli özellikler kazandırmak amacıyla uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleridir.

Çelik malzemenin özellikleri, içindeki karbon ve diğer alaşımların oranı, yapısal şekli, elde edilme yöntemi ve kullanılacağı ortamdaki gereksinimlere bağlı olarak kazandırılır. Bu özellikler şunlardır:

• İç gerginliklerin giderilmesi
• Sertlik kazandırma ve yumuşatma
• Dayanım artırma
• İşlenebilirlik
• Soğuk veya sıcak dövme işçiliğine uygunluk
• Darbe ve dış etkilere direnç
• Çalışma ortamına uyum
• Kimyasal etkilere karşı direnç
• Elektrik ve manyetik özellikler kazandırma

Çeliklere Uygulanan Isıl İşlemler Nelerdir?

Tavlama

Çeliklerin iç gerginliklerini, sıcak ve soğuk işleme sonrasında oluşan imalat hatalarını ve sertleştirme işleminden sonra meydana gelen çarpılmaları düzeltmek, sert dokuya sahip çeliklerin işlenebilirliğini artırmak gibi özellikleri sağlamak amacıyla belirli bir sıcaklıkta uygulanan ısıtma ve soğutma işlemidir.

Yumuşatma Tavlaması

Çeliği en yüksek düzeyde yumuşak hale getirmek için uygulanan bir işlemdir. Soğuk şekillendirme işlemlerini kolaylaştırmak için orta ve yüksek karbonlu çeliklerde kullanılır. Bu yöntem, talaş kaldırma sürecini kolaylaştırır.

Gerilim Giderme Tavlaması

Sertleştirme sırasında oluşan martenzit yapısının parçalar için fazlasıyla sert ve kırılgan olmasına neden olur. Hızlı soğutma sonucunda, parçada yüksek gerilimler oluşur. Bu nedenle, hem malzemenin kırılganlığını gidermek hem de iç gerilimleri azaltmak amacıyla menevişleme adı verilen bir ısıl işlem uygulanır. Islah etme genellikle imalat çelikleri için kullanılan bir süreçtir ve sertleştirme işleminden sonra yüksek sıcaklıklarda menevişleme (450-650 °C) içerir. Bu işlem süneklik kazanımını hedefler. Menevişleme ile gerilim giderme tavlaması arasındaki fark, işlemin uygulandığı sıcaklıktır.

Kristalleştirme Tavlaması

Soğuk şekillendirme sonucunda sertleşen malzemenin özelliklerini (yüksek dayanım, düşük süneklik ve tokluk gibi) başlangıç durumuna geri getirmek için uygulanır. Tavlama sıcaklığı genellikle 600-700 °C arasında olup yaklaşık bir saat sürebilir. Bu tavlama işlemi için malzemenin en az %10 oranında soğuk şekillendirilmiş olması gerekmektedir. Bu şekilde, malzemenin kristal yapısının bozulmadan yeniden kristalleşmesi sağlanır. Böylece, soğuk şekillendirme sonucunda oluşan sertleşme giderilir ve malzemeye daha sonra yapılacak olan soğuk şekillendirme işlemleri için gerekli olan süneklik sağlanır.

Normalleştirme tavlaması

Normalleştirme tavı, orta ve düşük karbonlu çeliklere çeşitli biçimlendirme işlemlerinden sonra, imalat bozukluklarını düzenlemek ve çekme dayanımını artırmak için yapılır.

Sertleştirme

Kristal yapıların kaymaya karşı direncini artırarak sertlik özelliğini kazandırır. Bu işlem, çeliklerin belirlenen sertleştirme sıcaklıklarına kadar ısıl işlem uygulayarak yumuşaması, ardından hızlı bir şekilde soğutulması ve nihayetinde istenen seviyede sünek bir yapıya dönüştürülmesidir.

Suda Sertleştirme

Çelik parça, austenitik yapı (GSK eğrisinin üst kısmı) 1000-1200 °C sıcaklık bölgesine kadar ısıtılır ve daha sonra hızlı bir şekilde soğutularak sertleştirme işlemi gerçekleştirilir. Parça tamamen suyun içine daldırılır ve suyun serin bölgelerinden daha fazla faydalanmak için parça suyun içinde sekiz şeklinde hareket ettirilir.

Yağda Sertleştirme

Yüksek alevlenme sıcaklığına sahip yağlar kullanılarak sertleştirme yapılır. Yağın suya göre daha yavaş soğutma özelliği vardır. Bu özellik, bazı çelik türlerinin dokusu için daha uygun olabilir (örneğin, düşük alaşımlı çelikler). Yavaş soğutma, iç gerilmelerin ve çarpılmaların azalmasını sağlar.

Havada Sertleştirme

Yüksek alaşımlı çelikler havada yavaş soğutularak sertleştirilir. Havada sertleştirilen çelikler, merkezden çekirdeğe kadar aynı derecede sertleşir. Bu özellik özellikle kesici takımlar için tercih edilen bir yöntemdir.

Yüzey sertleştirme

Sert ve aşınmaya dayanıklı bir yüzeye sahip olmasını istediğimiz parçaların iç dokusunun ise yumuşak ve tok kalmasını sağlamak amacıyla uygulanan ısıl işlemlerdir. Bu işlem genellikle düşük karbonlu çeliklere uygulanır ve dişli çarklar, rulmanlı yataklar, miller, pistonlar gibi birçok bitmiş parçaya uygulanır.

Sementasyon

Sementasyon genellikle düşük karbonlu çelikler için kullanılır. Bu çelikler sünek olup kolaylıkla şekillendirilebilir, ancak sertleştirilemez özelliktedirler. Sementasyon işlemi iki aşamada gerçekleştirilir: karbürizasyon (karbonun yüzeye difüzyon yoluyla nüfuz etmesi) ve sertleştirme işlemi. Sementasyon, kullanılan malzemenin cinsine göre katı, sıvı veya gaz sementasyonu olarak adlandırılır.

İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme

Bu yöntemde, yüksek frekans üretebilen bir kaynaktan alınan alternatif akım, ısıtılacak parçanın yüzeyinde endüksiyon akımı oluşturur. Parçanın sağlıklı bir şekilde ısınması için ısıtma ekipmanının parçayı sıkıca sarması önemlidir. Uygulanan frekanslar genellikle 10 ila 10000 kHz arasındadır. İş parçasının bu akıma karşı direnci, parçanın ısınmasına neden olur. Isıtma derinliği, kullanılan frekans, enerji miktarı ve enerji verilme süresiyle belirlenir. Orta karbonlu çelikler gibi %0,35 ila %0,60 oranında karbon içeren çelikler bu yöntemle yüzey sertleştirmeye tabi tutulur.