Dr. Dmitri Kopeliovich

Isıl işlemin iki genel hedefi bulunmaktadır: sertleştirme ve tavlama.

SERTLEŞTİRME
Sertleştirme, metalin sertliğini, mukavemetini, kırılma direncini ve yorulma direncini arttırma işlemidir.
• Gerilme Sertleşmesi (işleme sertleşmesi) – soğuk işçilik ile sertleştirilir (soğuk plastik deformasyon)
Soğuk plastik deformasyon, birbirine karışan dislokasyon (kristal yapının düzensiz olması) konsantrasyonunun yükselmesine neden olarak, sonraki dislokasyon hareketinin zorlaştırmaktadır ve böylece deformasyona dayanıklılığını ya da metal sertliğini arttırmaktadır.
• Tane boyutunda güçlendirme (sertleştirme) – Tane küçültme yöntemi ile güçlendirme
Tane sınırı, plastik deformasyonu oluşturmak için gereken gerilimi yükseltecek olan dislokasyonlarda sınır görevi görmektedir.
• Katı çözelti sertleşmesi – Alaşım elementlerini sıvı içerisinde çözdürerek sertleştirme
Çözünen elementin atomları, dislokasyonların hareketini engelleyen kristal örgüsünü bozmaktadır. Katı çözelti sertleşmesinde interstisyel elementler (katı çözeltinin bileşenleri), yerine kullanılan elementlerden daha etkili olmaktadır.
• Ayrık sertleştirme – Metal anayapısının ikinci fazına ekleyerek sertleştirme
İkincil faz sınırları materyal gücünü arttıran dislokasyonların hareketlerini engellemektedir. Eğer çok sert olan partiküller yumuşak ve esnek ana yapıya eklenirse, güçlendirme etkisi daha da belirgin olacaktır. (Bileşik materyaller)
• Spinodal çözünme sonucunda sertleştirme. Spinodal yapı, alaşımın sertleşmesi sonucu ortaya çıkan spinodal fazların arasındaki yanaşık sınırların gerilimi ile karakterize edilmektedir.
• Çökelti ile sertleştirme (Yaşlandırarak sertleştirme) – Fazla doymuş katı solüsyondan, ikinci fazda ince partiküllerin çökelti haline getirilmesi yoluyla sertleştirme.

İkincil faz sınırları materyal gücünü arttıran dislokasyonların hareketlerini engellemektedir.
Al-Cu alaşımlarındaki yaşlandırarak sertleştirme mekanizması Al-Cu sistemi faz diyagramında gösterilmiştir (üstteki şekle bakınız).
Al-%3Cu’den oluşan alaşım, Tm noktasına kadar ısıtılırsa, CuAl2 partikülleri çözünür ve alaşım tek fazlı katı solüsyon formuna dönüşür (α-phase). Bu işleme çözündürme işlemi adı verilir.
Alaşımın TN derecesinden başlanarak yavaş yavaş soğutulması, CuAl2 metallerarası fazın kısmen kaba partiküllerinin oluşumuna neden olacaktır.
Fakat eğer soğutma oranı yüksek ise (su verme), katı solüsyon oda sıcaklığı olan TF‘de dahi muhafaza edilebilmektedir. Bu kararsız durumdaki katı solüsyona fazla doymuş katı solüsyon adı verilmektedir.
Fazla doymuş katı solüsyonun elde edilmesi, soğuma işleminin difüzyon işlemlerinden daha hızlı olması durumunda mümkündür.

Difüzyon katsayısı büyük oranda ısıya bağlı olduğundan, CuAl2’nın fazla doymuş solüsyon içerisindeki çökelmesi yüksek derecelerde daha hızlı olmaktadır (TN’den düşük ısılarda). Bu işleme yapay yaşlandırma adı verilmektedir. Bu işlem genellikle birkaç saat ile bir gün arasında zaman almaktadır.
Yaşlandırma işlemi oda sıcaklığında gerçekleştirildiğinde, bu işleme doğal yaşlandırma adı verilmektedir. Doğal yaşlandırma işlemi bir gün veya daha fazla zaman almaktadır.
Fazla doymuş katı solüsyonlarda çökelme işlemi birkaç adımda gerçekleşmektedir:
• Bakır atomlarının yassı demetlere ayrılması. Bu demetlere Guinier-Preston1 bölgesi  (G-P1 bölgeleri) adı verilir.
• Bakır atomlarının G-P1 bölgelerine difüzyonu ve GP2 bölgeleri ya da θ” fazı adı verilen daha geniş demetler oluşturması. Bu faz, ana yapı ile uyumludur.
• Ana yapı ile kısmen uyumlu olan θ’ fazının oluşumu. Bu faz maksimum sertleşmeyi sağlamaktadır.

TAVLAMA
Tavlama alaşımın ısıtılması ve belli bir derecede (tavlama ısısı) tutulmasını da içeren ve ardından kontrollü soğutma işlemine geçilen bir ısıl işlem yöntemidir.
Tavlama işlemi, tane yapısının iç geriliminin, gevşemesinin, kimyasal homojenleştirmesinin ve değişiminin rahatlamasını ve daha kararlı bir hale gelmesini sağlar.
Tavlama aşamaları:
• Gerilim azaltma (kazanç) – soğuk işleme, döküm ya da kaynak sebebiyle oluşan iç mekanik gerilimi kısmen düşük bir derecede azaltma işlemi.
Bu işlem sırasında atomlar kristal ağı içerisinde daha kararlı bir konuma geçerler. Boşluklar ve arayer bozuklukları ortadan kaldırılır ve bazı dislokasyonlar yok edilir.
Geri kazanım ısıl işlemi, asıl olarak gerilim korozyonu sonucu parçalanmayı önlemek ve iç gerilim sebebiyle oluşan bozulmaları azaltmak için kullanılır.
• Yeniden kristalleştirme – Metalin tanecik yapısının ayrıştırılması
Eğer alaşım belli bir ısıya ulaşırsa (yeniden kristalleştirme ya da tavlama ısısı) soğuk işlenmiş metal içerisindeki çekirdek formlarında yeni tanecikler oluşmaya başlar. Yeni oluşan tanecikler, soğuk deformasyon sebebiyle oluşan kusurları ve bozulmaları soğurur. Tanecikler eş eksenlidir ve eski tanecik yapısından bağımsızdır.
Yeniden kristalleşmenin sonucu olarak, alaşımın mekanik özellikleri (dayanıklılık, esneklik) soğuk işlem öncesi seviyesine döner.
Tavlama ısısı ve yeni taneciklerin boyutu, gerçekleştirilen soğuk işlemin derecesine bağlıdır. Soğuk işlem derecesi ne kadar yüksek olursa, tavlama ısısı o kadar düşük ve tanecik yapısının yeniden kristalleşmesi o kadar ince olur. Soğuk işlemin düşük derecelerde yapılması (%5’ten düşük) büyük boyutlu taneciklerin oluşumuna sebep olabilir.
Genellikle metallerin tavlama ısısı, Kelvin (mutlak) sıcaklık ölçeğine göre ölçülen donma noktasının üçte biri ile yarısı arasındadır.
• Tanecik büyümesi (fazla tavlama, ikinci yeniden kristalleşme) – Yeni taneciklerin komşularına zarar verecek şekilde büyümesi, yeniden kristalleşme ısısından daha yüksek ısılarda gerçekleşmektedir.
Bu işlem tanecik yapısının irileşmesine neden olmaktadır ve istenmeyen bir durumdur.

Tüm demir-çelik haberleri için -tıklayın-

Son dakika haberleri için -tıklayın-