Eyüp YAYLACI

Çeliklerde Çökelme Sertleşmesi

Gerek çeliklerde gerekse diğer malzemelerde çökelme sertleşmesinin ayrıntılı anlatımı için tıklayınız:

Çelikler için özetlenmiş hali:

Bir metalin kristal yapısının plastik şekil değişimine karşı direncini artırabilmek için üç önemli genel yöntem vardır. Bunlar soğuk şekil verme, katı çözelti sertleşmesi ve çökelme sertleşmesidir.

Alaşım elementleri, esas metale özelliklerini değiştirmek ve arzu edilen karekteristikleri kazandırmak için eklenir. Alaşım elementlerinin katı çözelti içine girmesiyle, elektriksel iletkenlik ve süneklikte azalma, sertlik ve mekanik dayanımda artma vardır ve bu katı çözelti sertleşmesi veya alaşım sertleşmesi adını alır.

Çökelme sertleşmesi, bazı alaşımlar için sertlik ve dayanımı arttırmak için geliştirilmiş temel sertleştirme mekanizmasıdır ve çözünmenin temel karekteristiğine dayanır.

Çökelme ile sertleşebilen paslanmaz çelikler

Normalde 300 serisine ait paslanmaz çelikler ısıl işlem görmez ve korozyon direnci düşüktür fakat 400 serisinin C içeriği fazladır ve çevreye daha fazla direnç gösterir. Al, Mg, Ni ve Fe esaslı yüksek korozyon dirençli alaşımlar genelde çökelme ile sertleştirilebilen alaşımlardır. Mukavemete duyulan gereksinim, çökelme ile sertleştirilebilen düşük C li martenzit matrisli alaşımların geliştirilmesini sağlamıştır. Bu tür alaşımlar üçe ayrılırlar.

Çökelme ile sertleştirilebilen yarı-östenitik paslanmaz çelikler

Çökelme ile sertleştirilebilen martenzitik paslanmaz çelikler

Çökelme ile sertleştirilebilen östenitik paslanmaz çelikler

Maraging Çeliklerinde Çökelme Sertleşmesi

%18 Ni maraging çeliği ısıl işlemi, genellikle 815-820 °C’de çözeltiye alma işleminin ardından, oda sıcaklığına kadar havada soğutma ve tekrar 482 °C’de 3 saat yaşlandırma işlemini takiben havada soğutma olarak yapılır. Isıl işlemleri basittir ve ısıl işlem sırasın­da boyutları açısından kararlılık gösterirler. Sonuçta el­de edilen martensitik yapı, diğer çeliklerde olduğu gibi, tetragonal kristal yapısında değil, hacim merkezli kü­bik (HMK) kristal yapısındadır. Bu kristal yapı, çok dü­şük karbon ve yüksek nikel miktarı içerdiğinden, sertliği düşük (28 Rockwell) ve tok özelliktedir. Yaşlandırma işleminden önce kolaylıkla işlenerek, işleme maliyeti, en aza indirgenmektedir. Yaşlandırma işlemi sonrası, martensit bünyede en önemli ana çökelti Nİ3Mo bile­şiğidir. Bunun yanı sıra, FeTi gibi sertleştirici çökelti fazları da yapıda yer alırlar. Bu bileşikler, çok küçük taneler halinde malzeme içi devamsızlıklara çökelirler ve dışarıdan gelen kuvvetlere karşı kristal düzlemle­rin kaymasını engelleyerek, malzeme direncini çok yüksek düzeylere çıkarırlar.

Maraging çeliklerinin geleneksel ısıl işlemi basittir. Solüsyona alma işlemi yaklaşık 820 °C sıcaklıkta 1.3 mm kalınlık için 0.25-0.5 saat süre bekletme ile sağlanır. Ağır kesitlerde tamamıyla ostenite dönüşmenin sağlanması için her 25 mm için 1 saat bekletilmesi gerekir. Ardından havada yapılan oda sıcaklığına soğutma ile yumuşak fakat yoğun dislokasyonlu, dilimli FeNi martensiti elde edilir. Yüksek nikel içeriği Ms(martenzit dönüşümünün başladığı sıcaklık) sıcaklığını yaklaşık 150 °C ‘ye düşürür. Bu aşamada akma gerilmesi 690 N/mm23Mo ve Ni3Ti veya Ni3(Mo,Ti) intermetalik fazların ince dağılımları oluşurlar.Alaşım elementlerinin diffuzyonuna yüksek dislokasyon yoğunluğunun etkisi ile çökelme artar. Martensitin yaşlandırılmış (maraged) koşulundaki final sertliği 52 Rc civarındadır. kadardır.Daha sonra 480 – 500 °C sıcaklık aralığında birkaç saat (genellikle 3 saat) yapılan yaşlandırma işleminde martensitik dönüşümle dislokasyonlar ve dilim sınırı boyunca Ni

Şekil 1:%0,01C, %18,9 Ni, %8,3 Co,%4,6 Mo, %0,41 Ti, %0,15 Al  (Tavlanmış)

Fe19,5Ni5Mn Çeliğine Ait Mikroyapı Resimleri:

Şekil 2: Tavlanmış(yaşlandırmadan önce).

Şekil 3: 300 °C ‘de 1000 saat  Yaşlandırılmış.

Şekil 4: 500 °C ‘de 10 saat  Yaşlandırılmış.

Yukarıda açıklanan ısıl işlem prosesinde önemli yaşlandırma sertleştiricisi molibden ve titanyumdur. Molibden, tokluğu düşüren zararlı tane sınırı çökelmesini önleme eğilimindeki, ortorombik Ni3Mo oluşturur. Titanyum Ni3Ti, Ni3(Ti,Al), veya Ni3(Mo,Ti) oluşturur ve ilave sertleşme sağlar. Titanyum ayrıca Ti(C,N) çökelti partikülleri oluşturarak kalıntı karbon ve azotun giderilmesine yardım eder. İntermetalik çökelti partiküllerinin boyut aralığı 100-500 A’dır ve uniform biçimdedir. Nikel; yaşlandırma sertleşmesi sırasında intermetalik biçimde karbonsuz martensit matriksi oluşturur.


Şekil 5:%18.5-20.1 Ni içeren Maraging çeliklerinin maksimum sertliklerine Mo ve Mo + %7Co ‘ın etkisi.

18 Ni içeren  maraging çeliğinin yaşlandırılmasında hızlı sertleşme 482 °C’de olur. Bu koşulda, hem çökelme için çok sayıda çekirdeklenme yeri ve hem de hızlı difüzyon kinetiği sağlanması ile çok yüksek hatalı martensit matriks oluşur. Artan yaşlanma süresi ve/veya çok yüksek sıcaklık ile sertlik doruk noktasına ulaştıktan sonra düşer. Bu sertlik düşüşü genellikle çökelti partiküllerinin irileşmesi ve ostenit oluşumu ile ilişkilidir.

Kaynaklar

1. Demirdışı Metaller ve Alaşımlarının Uygulamalı Optik Metalografisi

Doç. Dr. Erdoğan Tekin – SEGEM Yayınları, 1984

2. Materials Science and Engineering

William D. Callister, Jr – Utah Üniversitesi, 1990

3. Malzeme Bilimi

Prof. Dr. Kaşif Onaran – Bilim Teknik Yayınevi, 1995

4. Metallerin Isıl İşlemi Ders Notları

Prof. Dr Sakin Zeytin – Sakarya Üniversitesi

5. Alaşımların Yapı ve Özellikleri

Prof. Dr. Fevzi Yılmaz – Öğr. Gör. Uğur Şen, Sakarya Üniversitesi yayınevi, 1996

6. Paslanmaz Çeliklerde Çökelme Sertleşmesi

Mustafa Katar, Bitirme Ödevi – Sakarya Üniversitesi, 2001


Eyüp YAYLACI