Metallerde Yüzey Sertleştirme Yöntemleri

Metallerden kullanıldıkları makine ve mekanizmalarda bazı özellikler göstermesi beklenir. Bu özellikleri elde etmek amacıyla metallere alaşım elementleri eklenir veya metalin fiziki yapısını değiştirecek işlemler uygulanır. Tüm malzemenin yapısını değiştirmek her zaman istenilen bir durum değildir. Bu yüzden tüm metal yapısını değiştirmektense sadece yüzeyi etkileyecek işlemler uygulanmaktadır. Metallerde yüzey sertleştirme bu işlemlerden biridir.


Metallerin yüzeyinin sertleştirilmesi birbiri ile temas halinde olan makine elemanları ve sistem ekipmanları için oldukça yaygın olarak kullanılır. Çünkü dişli, mil, türbin gibi elemanlar birbiri ile temas ederken aşınmakta ve kolayca deforme olabilmektedir. Bu makine elemanlarının yüzeylerinin sertleştirilmesi yüksek aşınma direnci sağlamakta, ayrıca görece sünek kalan iç kısımları malzemenin darbelere karşı mukavemetini korumaktadır.



Metallerde yüzey sertleştirme için kullanılan birçok yöntem vardır. Bazı yöntemler herhangi bir alaşım elementi kullanılmadan, sadece metalin iç yapısının değişimi ile yapılmaktadır. Bazı yöntemlerde ise karbon, azot gibi alaşımlar emdirilerek yüzey sertliği sağlanmaktadır. Ayrıca daha farklı sistemler de tasarlanıp kullanılabilmektedir. Yazımızda herhangi bir katagorizasyon yapmadan metallerde yüzey sertleştirme için kullanılan çeşitli yöntemleri açıklamaya çalışacağız.


Alev ile Yüzey Sertleştirme Yöntemi

Alev ile yüzey sertleştirme yöntemi metale herhangi bir alaşım elementi eklemeden yapılan yüzey sertleştirme yöntemlerindendir. Bu yöntemdeki amaç bir alev kaynağı ile metal yüzeyinin ısıtılması ve östenit haline getirilmesidir. Östenit haline getirilen metal bir an önce su verilerek soğutulur ve martenzit haline getirilir. Sertleştirilen metal yüzeyinin kalınlığı alevin ne kadar süreyle uygulandığı ve alev büyüklüğüne bağlıdır. Oldukça ekonomik bir yöntemdir. Fakat alevle yüzey sertleştirme işleminde proses %100 kontrollü olarak gerçekleştirilemez. Bu işlemde kullanılan alev, oksijen ve asetilen, bazen de propan karışımından oluşur. Alev açık olarak yüzeye uygulandığı için uygulama esnasında gerekli güvenlik önlemleri alınmalıdır.


İndüksiyon ile Yüzey Sertleştirme Yöntemi

İndüksiyon ile yüzey sertleştirme yönteminde ısı kaynağı olarak elektrik akımı kullanır. İletken teller ile hazırlanan indüksiyon bobini metal parça üzerinde manyetik alan oluşturur ve ısınmasını sağlar. Isınan ve östenit sıcaklığına çıkan iş parçası, aynı alevle yüzey sertleştirme işlemindeki gibi su veya yağ yardımıyla soğutulur ve sertleşmesi sağlanır. İndüksiyon ile yüzey sertleştirme yöntemi ile sertleştirme işlemi yüzeyden daha derine indirilebilir. Ayrıca elektrik akımının daha ayarlanabilir olması nedeniyle ısıl işlem kontrollü şekilde yapılabilir. Ayrıca ısınma işlemi çok hızlı şekilde gerçekleşir. Fakat ekonomik olarak maliyetli bir yöntemdir.



Daldırma ile Yüzey Sertleştirme Yöntemi

Eğer yüzeyi sertleştirilmek istenen metal geometrisi karmaşık ise daldırma ile yüzey sertleştirme yöntemi kullanılır. Metal yüksek sıcaklıklardaki sıvıya daldırılır ve diğer yöntemlerde olduğu gibi yüzeyinin östenit sıcaklığına getirilmesi sağlanır. Daha sonra su veya yağ banyosu ile soğutularak yüzey sertleştirilmesi sağlanır. Karmaşık geometriler için avantajlıdır ve maliyeti düşüktür. Fakat kontrollü sertleştirme gerçekleştirilmesi zordur.


Sementasyon (Karbürizasyon) ile Yüzey Sertleştirme

Metallerde karbon oranının artması malzemenin daha sert ve aşınmaz hale gelmesine sebebiyet verir. Sementasyon ya da diğer bir ifadeyle karbürizasyon da bu prensibe dayanarak metal yüzeyine karbon atomlarının emdirilmesi işlemidir. Metal yüzeyinin karbon derişimi arttırılarak daha sert ve aşınma direnci yüksek malzeme elde edilmesini sağlar. Sementasyon (karbürizasyon) yüksek sıcaklıklarda katı,sıvı ve gaz gibi ortamlarda karbon emdirilerek gerçekleştirilir. Yüzey sertleştirmede çok derine inilmez. Düşük karbon derişimindeki çeliklere uygulanır. En çok kullanılan yüzey sertleştirme yöntemlerinden biridir.




Nitrürleme ile Yüzey Sertleştirme

Karbürizasyona benzer bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Bu işlemde karbon yerine azot atomları kullanılır. Sıvı, gaz, plazma gibi nitrürleme çeşitleri vardır. Yüksek sertlik ve aşınma direnci sağlar. Karbon derişimi düşük olan ve az alaşımlı çeliklere uygulanır. Nitrürleme ile yüzey sertleştirmede proses çok uzun sürelere yayılabilir. Sementasyonda olduğu gibi yüzey sertleştirmede derinlere inilmez. Hem karbon hem de azot emdirilen yüzey sertleştirme işlemi de vardır. Bu işleme karbonitrürleme denilmektedir.


Borlama ile Yüzey Sertleştirme

Borlama ile yüzey sertleştirme yöntemi karbürizasyon ve nitrürlemede de olduğu gibi termokimyasal bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Metallere bor atomunun emdirilmesiyle sert ve rijit bir yüzey elde edilir. Metaller bu yöntem ile çok yüksek aşınma ve yorulma dayanımına sahip olurlar. Ayrıca aside ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı bir dış yüzey elde edilmiş olur. Diğer yöntemlere göre daha fazla metal çeşidine borlama işlemi uygulanabilir. Borlanmış yüzey oksidasyona karşı dayanıklıdır.


Bu yazımızda metallerde yüzey sertleştirme yöntemlerinden bazılarına değinmeye çalıştık. Bu yöntemlerden hangisinin yapılacağı metalin cinsine, kullanılacağı yere ve maliyete vb. göre karar verilir ve uygulanır. Yüzey sertleştirme yöntemlerinde aşırıya kaçılmamalı hesaplanan sertlik değerlerine göre ısıl işlemler uygulanmalıdır. Çünkü fazla sertleştirilen veya karbon emdirilen yüzeyle daha gevrek bir yapıya sahip olmakta ve malzeme kaybına ve darbe mukavemetinde düşüşe neden olabilmektedir.

Share: