Çelik yumuşatma – işlem, yöntemler ve uygulama

Çelik yumuşatma – yöntemler, sıcaklık, mikroyapı ve uygulama

Çeliğin yumuşaması Bu, bir malzemenin sertliğini azaltan, plastisitesini artıran veya daha sonraki işlemler için daha uygun bir mikro yapı elde eden ısıl işlem süreçlerini kapsar. Yumuşatma, esas olarak işleme, plastik şekillendirme ve sertleştirme gibi sonraki ısıl işlem süreçlerinden önce kullanılır.
Bu işlem, özellikle yüksek sertlikleri veya elverişsiz karbür içerikleri nedeniyle tornalama, frezeleme, delme veya diğer işleme işlemlerini zorlaştırabilen yüksek karbonlu, alaşımlı ve takım çelikleri için önemlidir. Yumuşatma ayrıca, soğuk işlemle sertleştirilmiş malzemelerde, soğuk işlemin etkilerini ortadan kaldırmak ve malzemenin daha fazla deformasyona uğrama yeteneğini geri kazandırmak gerektiğinde de kullanılabilir.
Çeliği yumuşatmak için tek bir evrensel yöntem yoktur. Malzeme türüne, karbon içeriğine, alaşım elementlerine, başlangıç ​​yapısına ve istenen etkiye bağlı olarak, tam tavlama, izotermal tavlama, küreselleştirme tavlaması ve yeniden kristalleştirme tavlaması gibi çeşitli yöntemler kullanılır.

Çelik yumuşaması nedir?

Yumuşatma işlemi, çeliğin mekanik özellikleri ile mikroyapısı arasındaki ilişkiyi kullanır. Uygun şekilde seçilmiş ısıtma, tavlama ve soğutma işlemleri, yapısal bileşenlerin boyut ve şeklinde, karbürlerin dağılımında, malzemenin sertleşme durumunda ve artık gerilme seviyesinde değişikliklere olanak tanır.
Kullanılan işleme bağlı olarak şunlar meydana gelebilir: östenitin ferrit ve perlite dönüşümü, sementit veya diğer karbürlerin küreselleşmesi, gerilme ile sertleşmiş malzemenin yeniden kristalleşmesi ve dislokasyon yoğunluğunun azalması.
Bu işlem genellikle malzemenin sertliğinde ve daha fazla işleme karşı direncinde azalmaya ve sünekliğinde artışa yol açar. Bununla birlikte, kesin mekanizma kullanılan yönteme bağlıdır, bu nedenle "yumuşama" terimi tek bir spesifik termal döngüyle özdeşleştirilmemelidir.

Çelik neden yumuşar?

Haddeleme, dövme, çekme, sertleştirme veya diğer teknolojik işlemlerden sonra elde edilen malzeme, bir sonraki üretim işlemi için gerekli özelliklere her zaman sahip olmayabilir. Aşırı sertlik, takım aşınmasını ve kesme kuvvetlerini artırırken, aşırı gerilme sertleşmesi, daha fazla damgalama, bükme veya çekme yeteneğini sınırlayabilir.
Çeliği yumuşatmanın başlıca amaçları şunlardır:

  • Malzemenin sertliğini azaltmak,
  • Uygun çelik kalitelerinde işlenebilirliğin iyileştirilmesi,
  • Artan esneklik ve daha fazla şekillendirilebilme yeteneği,
  • Deformasyon sertleşmesinin etkilerini ortadan kaldırmak veya sınırlamak,
  • Sementit veya karbürlerin uygun bir formunu elde etmek,
  • Çeliğin sertleştirme ve daha ileri ısıl işlem için hazırlanması,
  • Sonraki üretim aşamalarından önce mikroyapının homojenleştirilmesi.

Çeliği yumuşatma yöntemleri

Yumuşatma yönteminin seçimi öncelikle çelik türüne ve istenen teknolojik etkiye bağlıdır. Sertleştirme amacıyla kullanılan yüksek karbonlu çelik, soğuk haddeleme sırasında yüksek oranda sertleştirilen düşük karbonlu sac metalden farklı bir işlem gerektirir.

1. Tam tavlama

Tam tavlama Bu işlem, çeliğin uygun östenitleşmeyi sağlayacak bir aralığa kadar ısıtılmasını, malzemenin ısıtılıp daha sonra genellikle fırınla ​​birlikte çok yavaş bir şekilde soğutulmasını içerir.
Ötektik altı çelikler için işlem sıcaklığı, kritik sıcaklık Ac3'ün üzerinde seçilir. Tam sıcaklık, bekleme süresi ve soğutma hızı, çelik kalitesine ve parçanın boyutlarına bağlıdır.
Yavaş soğutma, nispeten yumuşak bir ferrit-perlit yapısının elde edilmesini sağlar. Buna kıyasla çeliğin normalleştirilmesi Soğuma çok daha yavaş gerçekleştiği için ortaya çıkan yapı ve mekanik özellikler farklıdır.
Tipik kullanım: Sertliğin azaltılması, plastisitenin iyileştirilmesi veya daha ileri işleme hazırlanması gereken yapısal çelikler ve diğer kaliteler.

2. İzotermal tavlama

İzotermal tavlama Bu yöntem, sabit bir sıcaklıkta östenitin kontrollü bir şekilde dönüştürülmesini kullanır. Östenitleştirme işleminden sonra, çelik uygun dönüşüm sıcaklığına soğutulur ve daha sonra istenen mikroyapı elde edilene kadar bu sıcaklıkta tutulur.
Klasik, çok yavaş ve sürekli soğutmalı tavlama yönteminin aksine, dönüşüm kontrollü izotermal koşullar altında gerçekleşir. Bu, daha homojen bir yapı ve bazı çeliklerde daha kısa bir işlem süresi sağlar.
Bu yöntem, geleneksel tavlama sırasında yavaş soğutmanın zaman alıcı olacağı bazı alaşım ve takım çeliklerinde kullanılmaktadır.
Etki: Kontrollü bir mikro yapı ve özellikler elde edilerek, daha ileri mekanik veya ısıl işleme olanak sağlanması.

3. Küresel tavlama – küreselleştirme

Küreselleştirme olarak da adlandırılan bilye tavlamaBu yöntem, özellikle yüksek karbonlu çelikler, rulman çelikleri ve takım çelikleri için önemlidir. Amacı, sementit ve diğer karbürlerin morfolojisini değiştirerek, lameller veya ağ benzeri bir düzenleme yerine, ferritik bir matris içinde düzenlenmiş daha yuvarlak, küresel parçacıklar üretmektir.
Küreselleştirme, Ac1 sıcaklığına yakın uzun süreli ısıtma veya belirli bir sıcaklık aralığında döngüsel işlem de dahil olmak üzere çeşitli termal döngüler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Parametreler, belirli türün kimyasal bileşimine ve başlangıç ​​yapısına bağlıdır.
Karbürlerin şeklini ve dizilimini değiştirmek, yüksek karbonlu çeliğin sertliğini önemli ölçüde azaltabilir ve işlenebilirliğini iyileştirebilir. Uygun şekilde hazırlanmış bir yapı, sonraki sertleştirme işleminden önce de elverişli bir başlangıç ​​koşulu sağlar.
Tipik kullanım: Takım çelikleri, rulman çelikleri ve daha ileri mekanik işleme ve sertleştirme için tasarlanmış diğer yüksek karbonlu çelikler.

4. Yeniden kristalleştirme tavlaması

Yeniden kristalleşme tavlaması Bu yöntem esas olarak soğuk şekillendirme sırasında sertleştirilen malzemeler için kullanılır; örneğin haddeleme, çekme veya presleme.
Soğuk deformasyon sırasında, dislokasyon yoğunluğu artar, malzeme sertleşir ve sertliği ile mukavemeti artarken sünekliği azalır. Yüksek derecede soğuk işleme ulaşıldığında, daha fazla şekillendirme zorlaşabilir.
Yeniden kristalleşme tavlaması, önceki gerilme sertleşmesinin etkilerinden arınmış yeni taneler oluşturur. Bu, gerilme sertleşmesi nedeniyle sertlik ve mukavemette azalmaya ve sünekliğin geri kazanılmasına yol açar.
Tipik kullanım: Yoğun soğuk işleme tabi tutulan levhalar, şeritler, teller ve diğer yarı mamul ürünler.

Çelik yumuşatma yöntemlerinin karşılaştırılması

Yöntem Temel mekanizma Ana etki Tipik uygulama Tam tavlama Soğutma sırasında östenitleşme ve yavaş dönüşüm Sertlik azalması ve daha yumuşak yapı Yapısal çelikler ve daha ileri işlem öncesi yarı mamuller İzotermal tavlama Kontrollü, sabit bir sıcaklıkta östenit dönüşümü Düzgün mikroyapı ve kontrollü özellikler Seçilmiş alaşım ve takım çelikleri Bilye/küreselleştirme tavlaması Sementit ve karbür morfolojisinde değişiklik Sertlik azalması ve işlenebilirliğin iyileştirilmesi Yüksek karbonlu, rulman ve takım çelikleri Yeniden kristalleşme tavlaması Önceden sertleştirme sonrası yeni tanelerin oluşumu Sertleştirme etkilerinin giderilmesi ve sünekliğin geri kazanılması Soğuk işlenmiş levhalar, şeritler ve teller

Çelik yumuşatma yöntemlerinin karşılaştırılması

yöntemTemel mekanizmaAna etkiTipik kullanım
Tam tavlamaSoğuma sırasında östenitleşme ve yavaş dönüşümSertliği azaltarak daha yumuşak bir yapı elde etmek.Yapısal çelikler ve yarı mamuller, daha ileri işleme tabi tutulmadan önce.
İzotermal tavlamaKontrollü ve sabit bir sıcaklıkta östenit dönüşümüHomojen mikro yapı ve kontrollü özelliklerSeçilmiş alaşım ve takım çelikleri
Bilye tavlama/küreleştirmeSementit ve karbürlerin morfolojisindeki değişimSertliği azaltmak ve işlenebilirliği iyileştirmekYüksek karbonlu, rulman ve takım çelikleri
Yeniden kristalleşme tavlamasıÖnceki kırma işleminden sonra yeni tanelerin oluşumuSertleşme etkilerinin giderilmesi ve plastisitenin geri kazandırılmasıSoğuk işlem görmüş levhalar, şeritler ve teller

Yumuşama sırasında mikroyapı nasıl değişir?

Mikro yapısal değişiklikler, tavlama türüne bağlıdır. Bu nedenle, tüm yumuşatma süreçleri için tek bir yapısal özellik belirlemek mümkün değildir.
Kullanılan teknolojiye bağlı olarak aşağıdaki durumlar ortaya çıkabilir:

  • Östenitleştirme sonrası yavaş soğutma sırasında ferritik-perlitik bir yapının oluşumu,
  • İzotermal tavlama sırasında kontrollü östenit dönüşümü,
  • Yüksek karbonlu ve alaşımlı çeliklerde sementit ve diğer karbürlerin küreselleşmesi,
  • Önceden uygulanan soğuk plastik işlemden sonra yapının iyileşmesi ve yeniden kristalleşmesi,
  • Dislokasyon yoğunluğunu ve gerilme sertleşmesinin etkilerini azaltmak.

Küreselleştirme tavlaması – takım çelikleri için neden önemlidir?

Takım çeliklerinde ve diğer yüksek karbonlu çeliklerde, işleme uygunluğunu belirleyen tek parametre sertlik değildir. Karbürlerin şekli, boyutu ve dağılımı da çok önemlidir.
Uygun şekilde dağıtılmış, neredeyse küresel karbürlere sahip bir yapı, işlemeyi kolaylaştırabilir ve sonraki östenitleme ve sertleştirme için uygun bir başlangıç ​​koşulu sağlayabilir. Bu nedenle, takım çelikleri genellikle yumuşak tavlanmış durumda tedarik edilir.
Tavlama işleminden sonraki gerçek sertlik, belirli çelik kalitesi için belirlenmelidir. Tüm takım çelikleri için tek bir HB veya HV aralığı benimsenmemelidir.

Çeliğin yumuşaması ve işlenebilirliği

Yumuşatma işleminin en önemli nedenlerinden biri, malzemeyi tornalama, frezeleme, delme, broşlama veya diğer işleme operasyonlarına hazırlamaktır. Aşırı sertliğin azaltılması, kesici kenar gerilimini ve takım aşınmasını azaltabilir.
Ancak, sertlik ve işlenebilirlik arasındaki ilişki doğrusal değildir. Mümkün olan en düşük sertliğe sahip malzeme her zaman işlenmesi en kolay malzeme değildir. Çok yumuşak ve sünek çeliklerde talaş oluşumu, talaş birikmesi ve yüzey kalitesi sorunları yaşanabilir.
Bu nedenle, uygun işlem yalnızca mümkün olan en düşük sertliği elde etmek için değil, her şeyden önce belirli malzeme ve sonraki üretim teknolojisi için uygun bir mikro yapı elde etmek için seçilir.

Çelikte yumuşama ve karbon içeriği

Karbon içeriği, yumuşatma yönteminin seçiminde önemli bir etkiye sahiptir. Düşük karbonlu çeliklerde, soğuk işlemle sertleşmenin etkilerinin giderilmesi özellikle önemli olabilir. Orta karbonlu çeliklerde ise işlem seçimi, diğer faktörlerin yanı sıra, sonraki mekanik ve ısıl işlemlere bağlıdır.
Yüksek karbonlu çeliklerde, sementit ve diğer karbürlerin morfolojisi giderek daha önemli hale gelmektedir. Bu nedenle, takım, rulman ve yay çeliklerinde sıklıkla karbür küreselleşmesine yol açan işlemler kullanılmaktadır.

Karbon çeliklerinin yumuşaması

Karbon çelikleri için işlem seçimi, karbon içeriğine ve istenen nihai duruma bağlıdır. Örneğin, C45 çeliği, yüksek karbonlu yay veya takım çeliklerinden farklı bir işlem gerektirebilir.
Daha yüksek karbon içeriğine sahip çeliklerde, işleme ve ardından sertleştirme işleminden önce küreselleştirme tavlaması kullanılabilir. Uygun sementit formunun elde edilmesi, daha sonraki işlemleri kolaylaştırır ve yapıyı bir sonraki ısıl işlem döngüsüne hazırlar.

Alaşımlı çeliklerin yumuşaması

Alaşım elementleri, dönüşüm sıcaklıklarını, sertleşebilirliği, oluşan karbürlerin türünü ve difüzyon süreçlerinin hızını önemli ölçüde etkileyebilir. Bu nedenle, düz karbon çeliği için uygun olan parametreler, krom, krom-molibden, nikel veya yüksek alaşımlı çeliklere otomatik olarak uygulanmamalıdır.
Alaşımlı çeliklerde, sıcaklığın, sürenin ve soğutma hızının kontrolü özellikle önemlidir. Takım çelikleri için, yumuşak tavlama parametreleri genellikle her kalite için ayrı ayrı belirlenir.

Paslanmaz çeliklerin yumuşaması

Paslanmaz çelikler söz konusu olduğunda, "yumuşatma" terimi daha fazla dikkat gerektirir. Östenitik, ferritik, martensitik ve dubleks çelikler farklı mikroyapılara sahiptir ve farklı ısıl işlemlere ihtiyaç duyarlar.
Örneğin, östenitik paslanmaz çelikler soğuk işlem sırasında önemli ölçüde sertleşebilir. Sünekliklerini geri kazandırmak için, belirli kaliteye uygun, dikkatlice seçilmiş bir ısıl işlem gereklidir. Bu nedenle, "paslanmaz çeliği yumuşatmak" için tek bir evrensel sıcaklık aralığı kullanılmamalıdır.

Çeliğin yumuşaması üzerinde zaman ve sıcaklığın etkisi

Sıcaklık ve süre yakından ilişkilidir. Çok düşük sıcaklık, gerekli mikroyapısal değişikliklere yol açmayabilir; çok yüksek sıcaklık veya aşırı uzun süre ısıtma ise istenmeyen tane büyümesine veya diğer yapısal değişikliklere neden olabilir.
İşlem parametreleri şunları içermelidir:

  • Çeliğin kalitesi ve kimyasal bileşimi,
  • kritik malzeme sıcaklıkları,
  • çıktı yapısı,
  • önceden güçlendirme derecesi,
  • Elemanın boyutları ve geometrisi,
  • Fırın tipi ve ısıtma yöntemi,
  • beklenen nihai mikro yapı,
  • İleri mekanik veya ısıl işlem türü.

Soğutma hızının etkisi

Soğutma hızı, çeliğin nihai yapısını belirleyen parametrelerden biridir. Klasik tam tavlama işlemi, daha yumuşak bir yapıya yol açan dönüşümlere olanak sağlamak için yavaş soğutma kullanır.
İzotermal tavlamada, östenitleştirilmiş malzeme, kontrollü bir dönüşümün gerçekleştiği belirli bir sıcaklığa getirilir. Öte yandan, yeniden kristalleşme tavlamasında soğutma yöntemi farklı bir öneme sahiptir, çünkü işlemin birincil amacı östeniti dönüştürmek değil, önceki iş sertleşmesinin etkilerini ortadan kaldırmaktır.
Bu nedenle, tek bir soğutma hızı değeri tüm yumuşatma süreçleri için uygun olarak kullanılmamalıdır.

Yumuşak tavlama sırasındaki atmosfer

Tavlama işlemi sırasında sadece sıcaklık ve süre değil, fırın atmosferi de önemlidir. Yüksek sıcaklıklar yüzey oksidasyonuna, kireç oluşumuna ve belirli koşullar altında yüzey tabakasının kimyasal bileşiminde değişikliklere yol açabilir.
Teknolojik gereksinimlere bağlı olarak, hava atmosferinde, koruyucu atmosferde veya vakumda çalışan fırınlar kullanılır. Koruyucu atmosfer veya vakum, oksidasyon indirgeme ve yüksek yüzey kalitesinin gerekli olduğu hassas parçalar ve alaşımlı çelikler için özellikle önemli olabilir.

Çelik yumuşatma işleminin endüstrideki uygulaması

Alet üretimi

Takım çelikleri, son sertleştirme işleminden önce genellikle mekanik olarak işlenir. Yumuşak tavlama, özellikle küreselleştirme, son ısıl işlemden önce yapılan frezeleme, tornalama, delme ve diğer işlemleri kolaylaştıran bir yapı oluşturur.

Rulman üretimi

Yüksek karbonlu rulman çeliklerinde, sertleştirme işleminden önce uygun karbür şekli ve dağılımının elde edilmesi önemlidir. Bu nedenle, küreselleştirme tavlaması malzeme hazırlığında çok önemli bir adımdır.

Levha, şerit ve tel üretimi

Soğuk haddeleme veya çekme işlemine tabi tutulan malzemeler kademeli olarak sertleşir. Yeniden kristalleşme tavlaması, uygun sünekliği geri kazandırır ve şekillendirme işleminin devam etmesine olanak tanır.

Makine sanayi

Yumuşatma işlemi, miller, akslar, dişliler, transmisyon bileşenleri, kalıplar ve son ısıl işlemden önce yoğun işleme gerektiren diğer parçalar için yarı mamul ürünlerin hazırlanmasında kullanılabilir.

Yumuşatma ve gerilim giderme tavlaması

Yumuşama, şu ile eşdeğer tutulmamalıdır: gerilim giderme tavlamasıGerilim gidermenin temel amacı, malzemenin temel mikro yapısındaki değişimi en aza indirirken artık gerilimleri azaltmaktır.
Yumuşatma işlemi sırasında amaç öncelikle, sonraki teknolojik işlemleri kolaylaştıracak şekilde sertliği, plastisiteyi veya mikroyapıyı değiştirmektir.

Yumuşatma ve normalleştirme

Çeliğin normalleştirilmesi Bu işlem, östenitleştirme ve ardından hava ile soğutmayı içerir. Birçok karbon çeliğinde, bu işlem yavaş tavlamaya kıyasla daha ince bir yapıya ve daha yüksek sertlik ve mukavemete yol açar.
Birincil amaç yüksek karbonlu takım çeliğini olabildiğince kolay işlenebilir hale getirmek ise, küreselleştirme tavlaması daha uygun bir işlem olabilir. Bununla birlikte, dövme veya haddeleme sonrasında tane inceltmesi ve yapısal homojenlik gerekiyorsa, normalleştirme uygun işlem olabilir.

Yumuşama ve sertleşme

Yumuşatma ve çelik sertleştirme Temelde farklı hedefler peşindedirler. Sertleştirme yüksek sertlikte bir yapı üretirken, yumuşatma sertliği azaltmak veya daha ileri işlemler için uygun bir yapı elde etmek için kullanılır.
Ancak bu işlemler genellikle tek bir teknolojik sıra içinde gerçekleşir. Takım çeliği önce yumuşak tavlamaya tabi tutulur, ardından mekanik olarak işlenir ve ancak ondan sonra sertleştirilir. affedildi.

Çeliği yumuşatmanın en önemli faydaları

  • aşırı sertliği azaltmak,
  • Uygun kalitelerde işlenebilirliğin iyileştirilmesi,
  • Malzemenin plastisitesini artırmak,
  • Soğuk işlem sonrası plastisitenin geri kazanılması,
  • Uygun karbür morfolojisinin elde edilmesi,
  • Takım çeliklerinin ve yüksek karbonlu çeliklerin sertleştirme işlemine hazırlanması,
  • Sonraki şekillendirme ve mekanik işleme aşamalarının gerçekleştirilme olasılığı.

Süreç sınırlamaları

  • Belirli bir çelik kalitesi için parametreler seçilmelidir.
  • Çok yüksek sıcaklık, tahıl gelişimini olumsuz etkileyebilir.
  • Yanlış soğutma, yanlış mikroyapıya yol açabilir.
  • Küreselleştirme işlemleri uzun ısıtma süreleri gerektirebilir.
  • Her yumuşatma yöntemi her çelik türü için uygun değildir.
  • Yüksek alaşımlı çeliklerde, mevcut karbürlerin türü ve stabilitesi ile belirli bir kaliteye özgü dönüşümler dikkate alınmalıdır.

Çelik yumuşatma, evrensel parametrelere sahip tek bir işlem değil, malzemenin kimyasal bileşimine, başlangıç ​​mikroyapısına ve kullanım amacına göre seçilen bir grup ısıl işlemdir. Tam tavlama, izotermal tavlama, küreselleştirme tavlaması ve yeniden kristalleştirme tavlaması farklı mekanizmalar kullanır, ancak ortak amaçları, sonraki teknolojik işlemler için daha elverişli bir malzeme durumu elde etmektir.

Yüksek karbonlu ve takım çelikleri için, küreselleştirme tavlaması özellikle önemlidir, çünkü karbür morfolojisinde bir değişikliğe olanak tanır ve malzemeyi işleme ve ardından sertleştirme için hazırlar. Soğuk işlemle güçlendirilmiş malzemelerde, yeniden kristalleşme çok önemlidir; iş sertleşmesinin etkilerini ortadan kaldırır ve sünekliği geri kazandırır.
Çelik kalitesine özgü sıcaklık, bekleme süresi ve soğutma yöntemi her zaman belirtilmelidir. Bu, kontrolsüz tane büyümesi, istenmeyen dönüşümler veya malzeme özelliklerinin bozulması olmadan istenen mikroyapının elde edilmesini sağlar.

Çeliğin ısıl ve termokimyasal işlem yöntemleri

Yumuşatma, çeliğin mikroyapısını ve özelliklerini değiştirmek için kullanılan işlemlerden sadece biridir. İstenen etkiye bağlı olarak, normalleştirme, gerilim giderme, sertleştirme, temperleme ve karbürleme ve nitrürleme gibi termokimyasal işlemler de kullanılır.

Çelik ısıl işlem yöntemleri

Çeliğin termokimyasal işleme yöntemleri

Çerez tercihleri

Değerli Müşterilerimiz, Alfa-Tech web sitesi, düzgün çalışmasını sağlamak için çerezler kullanmaktadır. Ayarlar'a tıklayarak saklama veya erişim koşullarını belirleyebilirsiniz . Gizlilik Politikamızı okumanızı öneririz.