sertleştirme (metalürji) ne demek?
Sertleştirme, metallerin sertliğini arttırmak için kullanılan bir
türüdür. Bir metalin sertliği,
metalin maruz kaldığı gerinim konumundaki tek eksenli akma stresiyle
doğru orantılıdır. Sert bir metalin plastik deformasyona karşı direnci
daha az sert bir metale göre daha yüksek olacaktır.
İşlemler
Beş sertleştirme işlemi ve açıklamaları aşağıdaki gibidir:
- Hall – Petch yöntemi, veya tane sınırı güçlendirmesi, daha küçük
taneler elde ederek sertliği arttırmayı hedefleyen bir yöntemdir.
Daha küçük taneler, dislokasyonların tane sınırlarına daha kısa
mesafede rast gelme olasılığını arttırır. Tane sınırları
dislokasyonları durdurmada çok etkilidir. Genel olarak, daha küçük
tane büyüklüğü malzemeyi sertleştirecektir ancak bazı malzemelerde
tane büyüklüğü mikron altı boyutlara yaklaştığında, malzeme daha
yumuşak hale gelebilir. Bu, daha kolay hale gelen başka bir
deformasyon mekanizmasının, yani tane sınırı kaymasının bir
etkisidir. Bu noktada, dislokasyon ile ilgili tüm sertleştirme
mekanizmaları önemsiz hale gelir.
- İşleme sertleştirmesinde (gerinim sertleştirmesi olarak da
adlandırılır) malzeme akma sınırının ötesine gerilir. Düktil metal,
fiziksel olarak deforme edilirken sertleşir ve güçlenir. Plastik
germe yeni dislokasyonlar oluşturur. Dislokasyon yoğunluğu arttıkça,
daha fazla dislokasyon hareketi zor hale gelir, çünkü dislokasyonlar
birbirlerini engeller, bu da malzeme sertliğini arttırır.
- Katı çözelti kuvvetlendirmesinde, güçlendirilmek istenen malzemeye
çözünür bir alaşım elementi eklenir ve iki malzeme birbirleriyle bir
"katı çözelti" oluştururlar. Çözünmüş alaşım elementinin iyonunun
metalinkine kıyasla boyutuna bağlı olarak, ya yer değişimli (kristal
içindeki bir atomun yerine geçen büyük alaşım elementi) ya da
interstisyel (kristaldeki atomlar arasında yer alan küçük alaşım
elementi) çözünme olur. Her iki durumda da, yabancı elemanların
boyut farkı, kaymaya çalışan dislokasyonlara direnç göstermesine
neden olarak malzemenin daha yüksek mukavemete sahip olmasına neden
olur. Çözelti sertleştirmesinde, alaşım elementi çözeltiden
çökelmez.
- Çökelme sertleşmesi, (yaşlanma sertleşmesi olarak da adlandırılır)
matris metaliyle katı çözeltide başlayan ikinci bir fazın, su
verdikçe metal ile çözeltiden çökeltildiği ve kayma
dislokasyonlarına direnç göstermesi için bu fazın parçacıklarının
metal içinde dağıldığı bir işlemdir. Bu işlem ilk olarak,
parçacıkları oluşturan elemanların metal içinde çözünür olduğu bir
sıcaklığa ısıtılması, daha sonra katı bir çözelti içinde tutulması
için su verilmesi ile başlar. Daha sonra malzemeyi yaşlandırmak için
uygun bir sıcaklıkta ikinci bir ısıl işlem gereklidir. Yüksek
sıcaklık, çözünmüş elemanların çok daha hızlı yayılmasına ve istenen
çökeltilmiş parçacıkları oluşturmasına izin verir. Söndürmenin
gerekliliği, aksi halde malzemenin yavaş soğutma sırasında çökelmeye
başlamasındandır. Bu tip çökeltme, genel olarak arzu edilen küçük
çökeltilerin bolluğu yerine birkaç büyük partikül ile sonuçlanır.
Çökelme sertleştirmesi, metal alaşımlarının sertleştirilmesinde en
yaygın kullanılan tekniklerden biridir.
- Daha yaygın olarak suverme ve
olarak bilinen martensitik dönüşüm, çeliğe özgü bir sertleştirme
mekanizmasıdır. Çelik, demir fazının ferritten östenite dönüştüğü,
yani kristal yapının HMK'den () YMK'ye () değiştirildiği bir
sıcaklığa ısıtılmalıdır. Östenitik formda, çelik çok daha fazla
karbonu çözebilir. Karbon çözündükten sonra malzemeye suverilir.
Karbonun karbür çökeltileri oluşturmak için zamana sahip olmaması
için yüksek bir soğutma hızıyla söndürmek önemlidir. Sıcaklık
yeterince düşük olduğunda, çelik düşük sıcaklıktaki kristal yapı
HMK'ye geri dönmeye çalışır. Bu değişiklik çok hızlıdır çünkü
difüzyona gerek yoktur, buna martensitik dönüşüm denir. Katı çözelti
karbonunun aşırı doygunluğu nedeniyle, kristal kafes HMD ( ) haline gelir. Bu faz
martensit olarak adlandırılır veher iki mekanizması da kayma
çıkığına direnen çarpık kristal yapının ve katı çözelti
güçlendirmesinin birleşik etkisi nedeniyle son derece serttir.
Tüm sertleştirme mekanizmaları, dislokasyon kaymalarına engel olmak için
malzemenin kristal kafesinde kusurlar ortaya çıkarır.
Uygulamalar
Birçok uygulama için malzeme sertleştirmesi gereklidir:
- Makine kesici takımların (matkap uçları, kılavuzlar, torna
takımları) etkili olabilmeleri için üzerinde çalıştıkları malzemeden
çok daha sert olmaları gerekir.
- Bıçak ağzı - yüksek sertlikte bir ağız keskin bir kenar sağlar.
- Rulmanlar - sürekli strese dayanacak çok sert bir yüzeye sahip
olmaları gerekir.
- Zırh kaplama - Yüksek mukavemet, hem kurşun geçirmez yelekler hem de
madencilik ve inşaat için ağır hizmet kapları için son derece
önemlidir.
- Yorgunluk önleyici - Martensitik kasa sertleştirmesi, akslar ve
çarklar gibi tekrarlanan yükleme/boşaltmaya mağruz kalan mekanik
bileşenlerin servis ömrünü önemli ölçüde artırabilir.
Kaynakça
Orijinal kaynak: sertleştirme (metalürji). Creative Commons Atıf-BenzerPaylaşım Lisansı ile paylaşılmıştır.
Kategoriler