Çeliklerde İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme

İndüksiyonla yüzeyleri sertleştirilen çeliklerin büyük bir kısmı karbon çeliklerinden oluşmaktadır. Çeliklerde indüksiyonla sertleştirmenin, diğer sertleştirme yöntemlerine göre en büyük üstünlüğü, alaşım elementlerinin gerekli olmamasıdır. Yani diğer sertleştirme yöntemlerinde iyi bir yüzey sertliği için, bazı alaşım elementlerinin ilave edilmesi gereklidir. Bu yöntemde alaşım elementleri katılmaksızın da iyi sertlik elde edilmektedir.

Alaşımlı çeliklerde de indüksiyonla sertleştirme yapılabilir fakat karbon çelikleriyle kıyaslandığında, karbon çeliklerinde sonuç daha iyidir. Her iki çelikten de imal edilmiş şaftlar ve dişliler yorulma testine tabi tutulmuş karbon çelikleri daha iyi sonuç vermiştir.

İndüksiyonla sertleştirmede, çelik seçimi yapılırken dikkat edilecek en önemli etkenler, karbon ve mangan içeriğidir. Karbon içeriği istenilen sertliğe göre seçilmelidir. İstenilen sertliği sağlayacak karbon miktarından daha fazla karbon miktarı seçilirse, hem gerekli tokluk ve süneklik sağlanmaz hem de su verme çatlaklarının oluşma olasılığı artar.

Su verme çatlaklarının oluşumu, ulaşılan sertleştirme sıcaklığı, oluşturulan yüzey sertliği ve sertleştirilen tabaka kalınlığı gibi faktörlere bağlıdır. özellikle sertleştirilen tabaka kalınlığı fazla ise, basma gerilmeleri yerine çekme gerilmeleri ortaya çıkar. Sertleşmiş tabakada aşırı kalınlık, yüksek östenit sıcaklığına çıkılırsa veya yüksek sertleşebilirlikli çelikler kullanılırsa ortaya çıkar. Kullanılan çeliklerde karbon içeriği gerekenden fazla ise su verme çatlaklarının oluşmasına neden olur.

Karbon çeliklerinin birçoğu, % 0.60-0.90 arasında Mangan içerirler. Ayrıca, bazı çelik türleri ise % 1.35-1.65 Mangan içerirler. Mangan çeliğin sertleşebilirliğini arttırır. Bu da dolayısıyla su verme çatlaklarına yol açar. Bu neden sertleştirme işlemlerinde karbon, nasıl olabildiğince düşük tutuluyorsa, mangan içinde aynı şey düşünülmeli ve Mn içeriği de düşük tutulmalıdır.
 
SAE 1050 çeliğinden yapılan bazı kam milleri 60 HRC yüzey sertliğine, indüksiyonla sertleştirildiğinde, 1.58 mm derinliğinde sertlik tabakası elde edilmiştir ve ortaya iyi bir sonuç çıkmıştır. Derinlik artımına gidilmiş ve aynı işlem tekrarlanmıştır. Sonuçta 3.175 mm derinliğinde bir sertlik tabakası elde edilmiş fakat su verme çatlakları oluştuğu gözlenmiştir. Bu nedenle 1050 çeliğinde, sertleştirilen tabakanın kalın olması isteniyorsa, içerisinde bulunan karbon ve mangan miktarı düşürülmeli ve oluşan su verme çatlakları ortadan kaldırılmalıdır.

İndüksiyonla sertleştirmede kullanılan çeliklerin ilk yapısı, içerisindeki alaşım elementleri ve östenitleme sıcaklıkları, sertleştirmeden sonra elde edilecek sertlik değerini ve oluşacak yapıyı doğrudan etkiler. Bu nedenle bu etkenleri göz önüne alarak, sertleştirme işlemine geçilmelidir.

Önerilen Makale: Çelik boru malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik iskele boruları fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

İndüksiyonla sertleştirme için çeliğin ilk yapısı oldukça önemlidir. Çeliklerin indüksiyonla kolayca sertleştirilebilmesi için, mikro yapısındaki karbürlerin küçük ve düzenli olarak dağılmış olması gereklidir. Bu nedenle indüksiyonla sertleştirmeye en uygun çelikler su verilip temperlenmiş çeliklerdir. Bu çeliklerin karbürleri kolayca çözüldükleri için yüksek ısıtma hızları uygulanarak, yüksek bir sertlik ve minimum bir sertleşmiş tabaka elde edilir.

Sıcak haddelenmiş, tavlanmış veya normalize işlemi uygulanmış çeliklerde, indüksiyonla sertleştirmede rahatlıkla kullanılabilir. Çünkü bu ısıl işlemlere tabi tutulmuş çeliklerin mikro yapılarında perlit ve ferrit fazları bulunmaktadır. Bunun yanında, indüksiyonla sertleştirilen karbon içeriği %0.30-0.50 olan bütün çeliklerin yapılarında da perlit ve ferrit bulunmaktadır. Bu sebeple bu tür çelikler bu yöntemle sertleştirme işleminde yaygın olarak kullanılırlar. 

% 0.50 ve daha yüksek karbonlu çeliklere kolay işlenebilirlik kazandırmak amacıyla küreleştirme işlemi uygulanır ve bu işlem sonucunda mikro yapıda küreleşmiş iri taneli karbürler meydana gelir. Bu işleme maruz kalan bu çeliklerin indüksiyonla sertleştirilmesi, mikro yapılarındaki iri karbürler nedeniyle oldukça zordur. Çünkü iri karbürler östenizasyon sıcaklığında çözünemezler, bu sıcaklığın 150 °C üzerine çıkılması gerekmektedir. Bu sıcaklıkta östenit taneleri büyümeye başlar ve su verme işlemi sonrasında içyapıda kalıntı östenit miktarı artar. Bunların sonucunda da hem yorulma mukavemeti düşer hem de yüzeyde pullanma ve kabuklanma meydana gelir. Eğer büyük karbürlü küreselleşmiş çeliklerde iyi bir yüzey sertleştirmesi yapılmak isteniyorsa, indüksiyonla sertleştirme işlemini iki kez tekrarlamak gereklidir.
 
Ayrıca çeliklerde içyapı ile birlikte ısıtma hızının da sertleştirmeye etkisi düşünülmelidir. Tavlanmış çelikler ısıtma hızı arttıkça daha yüksek östenitleme sıcaklıkları gerektirir. En düşük sertleştirme sıcaklıkları ise temperlenmiş çelikler için geçerlidir.
 
Belirli bir östenitleme sıcaklığında elde edilen sertleşmiş tabaka kalınlığı, ısıtma derinliğine bağlıdır. Bu östenitleme sıcaklıkları da çeliğin içyapısına bağlıdır. 
 

İndüksiyonla sertleştirmede kullanılan çeliklerin ilk yapılarına bağlı olarak östenitleme sıcaklıkları belirlenir.

Küçük karbürlü çeliklerde östenitleme sıcaklıkları, büyük karbürlü çeliklere göre 100-150 °C daha düşüktür. Cr,Mo, V gibi karbür oluşturucu alaşım elementlerini içeren çeliklerde sıcaklık değerlerinin 100-110 °C üzerinde bir östenitlenme sıcaklığı gereklidir fakat bu sıcaklıkta ısıtma süresi uzun tutulursa östenit tane büyümesi görülür. Bu olayı önlemek için ısıtma süresini kısa tutmak gerekmektedir.

İndüksiyonla sertleştirmede en uygun tane büyüklüğü ASTM tane büyüklüğü 6 değeridir. Bu değerden büyük değerler yüksek östenitleme sıcaklıkları, uzun ısıtma süreleri gerektirir. Bu da sonuçta çarpılmaya ve çatlamalara yol açar.