Çeliğe Su Vermek Nedir ?

Çeliğe Su Vermek Nedir ? Mekanizması Nasıldır ?

Çeliğe su vermek insanlığın demir ile uğraştığı ilk çağlardan beri çok iyi bildikleri bir işlemdi. Bilimin bu kadar gelişmediği dönemde çeliğe su vermek işlemini bilen insanoğlu, bilim ve teknoloji geliştikçe bu olgunun çalışma mekanizmalarını da öğrenmiş oldu.

Çeliğe su vermek aslında östenit fazına çıkmış demir alaşımı ( çelik ) hızla soğutarak sertleştirme işlemidir. Soğuma işlemi ne kadar hızlı olur ise sertlik miktarı da o ölçüde yüksek olacaktır.

Çeliğe Su Vermek Çalışma Mekanizması

Martenzit yazımızdan da hatırlayacağınız üzere çelik östenit fazında iken YMK – Yüzey Merkezli Kübik kristal yapısına sahiptir. Bu yapı demir karbon diyagramındaki A3 hattının üzerindeki kısımdır. Yaklaşık 910-920 °C’de bulunan bu yapı yavaş bir şekilde oda sıcaklığına soğutulduğunda YMK – Yüzey Merkezli Kübik yapıda bulunan karbon atomları difüzyon yolu ile dışarıya çıkarlar. Oda sıcaklığına inildiğinde ise kristal yapı HMK – Hacim Merkezli Kübik halini alır.

Eğer bu işlem yavaş değil de hızlı bir şekilde gerçekleşir ise, YMK – Yüzey Merkezli Kübik yapıda bulunan karbon atomları HMK kristal yapısına dönerken, kristal yapıdan difüzyon yolu ile çıkamazlar ve yapıda sıkışır kalırlar. Östenit fazdan ferrit faza dönüşüm esnasında şayet bu sıkışıklık meydana gelir ise yapıda bir gerilim oluşur. Bu gerilim de sertlik olarak malzemeye kazandırılır.

Karbon miktarı ya da soğuma hızı ne kadar arttırılır ise meydana gelecek sertlik de o oranda fazla olacaktır.

Çeliğe su vermek deyimini özetlersek, normal soğuma hızlarında östenit fazdan ferrit fazına dönüşüm olacak iken ( YMK – HMK Dönüşümü ) karbon atomları difüzyona zaman bulamayacağı için HMK oluşumu sırasında arada kalırlar. Bu nedenle oluşan yapı martenzit adını alır. Bu yapının kristal yapısı da HMT yani “ Hacim Merkezli Tetragonal “ yapıdır.

Çeliğe Su Vermek

Su Verme Esnasındaki Kristal Yapı Değişimi

Yukarıdaki dönüşümde görebileceğiniz üzere, en sağdaki yapı martenzit olup, demir atomlarının arasında ” C ” atomları bulunmaktadır. Bu da yapıyı kübik sistemden dikdörtgen hale getirmektedir. Yani yapı ” C ” atomları yüzünden biraz uzar ve sıkışır. Sertliği de meydana getiren olgu tam olarak budur.

Demir-Karbon Denge Diyagramları ve Sertleşme Mekanizması


Demir karbon denge diyagramları, çelik ve alaşımları ile ilgili her ne yapılıyor ise bakılması gereken diyagramların başında gelmektedir. Diyagrama bakıldığında yaklaşık % 0.8 C içeren nokta ötektoit nokta olarak belirlenmiştir. Ötektoit altı çeliklerde A3 hattının üstü, ötektoit üstü çeliklerde ise A1 hattının üstüne sıcaklık çıkarılıp çeliğe su vermek işlemi gerçekleştirilebilir.

Çeliğe su verme işleminin problemsiz bir şekilde amacına ulaşabilmesi için % C içeriğinin minimum % 0.2 olması gerekmektedir. Bu orandan düşük karbon var ise sertleştirme işlemi ne yazık ki başarısızlık ile sonuçlanacaktır.

Çeliğe su verme işlemi basit bir işlem gibi gözükse de usulüne uygun yapılmaz ise, istenen yapı elde edilemez ve dolayısı ile istenen malzeme özelliklerine de ulaşılamaz. Özellikle ötektoid üstü çeliklerde Acm hattının üzerine çıkılıp o sıcaklık değerlerinde bir müddet beklenir ise tane irileşmesi meydana gelebilir. Bu nedenle sıcaklık çok yüksek seçilmemeli ve A1 – Acm arasında kalınmalıdır.

Ötektoid altı çeliklerde su verme işleminde ise önceki paragraflarda bahsettiğimiz gibi A3 hattının yaklaşık 10 santigrat derece üstüne çıkmak yeterli olacaktır. Ancak; burada dikkat edilmesi gereken önemli bir husus vardır. Bu sıcaklığa ( 910-950°C ) çıkarılıp bekletilmeden hemen çeliğe su vermek işlemini yapar isek karbon homojen dağılmadığından yapının bir kısmı martenzite dönüşür iken bir kısmı ise dönüşemeden kalacaktır. Dönüşemeden kalan kısımlar yumuşak bir yapıya neden olacaktır.

Buradaki püf nokta, istenen sıcaklık değerine ulaştıktan sonra bir süre beklenmesidir. 910 °C’nin üstüne çıkılıp beklenmesi, yapıdaki karbon atomlarının homojen olarak yapı içerisinde difüze olmasına olanak sağlayacaktır. Beklendikten sonra çeliğe su verme işlemi yapılır ise, yapıda eşit oranda ” C ” atomu bulunacağı için sertlik her yerde teorik olarak bir birine yakın olacaktır.

TTT Diyagramı

çeliğe su vermek

İzotermal Dönüşüm Diyagramları

Yukarıdaki izotermal dönüşüm diyagramı incelenir ise, A1 hattının üstüne çıkarılmış ve tamamen östenitleştirilmiş bir yapı, eğer 1 saniye gibi bir süre içerisinde oda sıcaklığına soğutulur ise, ( kırmızı çizgi ) yapı tamamen martenzite dönüşerek sertleştirme işlemi başarı ile tamamlanmış olur. Ancak; eğer bu süre 30 saniye olur ise, yapıda beynit de oluşacağı için istenen sertlik değerlerine ulaşılamayacaktır.

Neden Çeliğe Su Vermek Denilir ?

Çeliğe su vermek terimi aslında, östenit fazına çıkarılmış malzemenin soğutulmasını ifade etmektedir ve genel bir kavramdır. Aslında soğutma işlemini tanımlamaktadır. Çünkü su verme olayı, gerçek suda olabileceği gibi, tuzlu su, yağ ya da havada bile olabilmektedir.

Burada önemli olan konu, malzemenin soğutulmasıdır. Hangi soğutma hızında hangi yapının oluşacağının bilinmesi de kullanım koşullarını belirlemektedir.

Çeliğe su verme işleminden sonra elde edilen yapı gevrektir ve çok serttir. Eğer kullanım sırasında çatlamalara neden olacak kadar sert bir yapı elde edilmiş ise, su vermeden sonra bir temperleme işlemi yapılmalıdır. Bu işlem ile birlikte elde edilen yüksek sertlik düşürülür ve yapı yumuşar. Dolayısı ile de tok bir yapı elde edilir. Temperleme – Menevişleme işleminden sonra malzemenin çekme dayanımı da bir miktar düşer.

Temperleme işleminde istenilen tokluk ve sertlik değerini elde edebilmek için sıcaklık ve bekleme süreleri belirlenmektedir. Bu sıcaklık 150 °C olabileceği gibi, 700 °C’ lere kadar çıkılabilmektedir. Tabi ki buradaki en önemli husus bekleme süresi ve soğuma hızıdır. Soğuma yavaş olmalıdır ki temperleme işlemi başarı ile sonuçlanabilsin.

Farklı Ortamlarda Soğuma Nasıl Yapılır ?

” Su Vermek “ tabiri çeliğin soğutulması ile alakalıdır. Yani daha önce de bahsettiğimiz gibi yağda, havada tuzlu suda bu işlem yapılabilmektedir. En yavaş soğuma havada gerçekleşirken en hızlı soğuma da tuzlu suda gerçekleşmektedir. Özetlersek yavaştan hızlıya doğru soğuma hızlar aşağıdaki gibidir ;

Hava ( En Yavaş ) – Yağ – Su – Tuzlu Su ( En Hızlı )

Yani en hızlı soğuma hızı tuzlu suda elde edilmektedir. Ancak; burada da dikkat edilmesi gereken bir konu vardır. Bu da soğuma işlemi sırasında malzeme yüzeyinde oluşan buhar filmidir. Buhar filmi, soğuma hızını düşürebilir. Bu filmin oluşmaması için soğutma banyoları karıştırılır. Karıştırma işlemi buhar filmi oluşumunu engelleyerek soğuma hızının düşmesini de engeller.

Konu ile ilgili faydalı bir video için aşağıdaki bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Kaynakça

https://en.wikipedia.org/wiki/Quenching

https://www.thebalance.com/what-is-the-definition-of-quenching-in-metalworking-2340021

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/quenching

Yorum Yaz