1 DENEY N ADI: Jominy uçtan su verme ile sertleşebilirlik AMACI

DENEYİN ADI:
Jominy uçtan su verme ile sertleşebilirlik
AMACI:
Çeliklerin sertleşme kabiliyetinin belirlenmesi.
TEORİK BİLGİ:
Kritik soğuma hızı, TTT diyagramlarında burun noktasını kesmeden sağlanan en düşük
soğuma hızıdır. Su verme işleminde uygulanan soğuma hızı, kritik soğuma hızından daha
yüksek ise, perlit ve beynit dönüşümü tamamen engellenerek martensit yapısı oluşur. Eğer
soğuma hızı kritik soğuma hızından daha düşük ise en son yapıdaki martensitin miktarı ve
buna bağlı olarak ta sertlik azalır. Bu yolla sağlanan sertlik değeri çeliğin karbon miktarına
bağlıdır. Ostenitleme işleminden sonra karbür olarak kalan karbon, martensit reaksiyonunda
yer almadığı için sertliğe etki etmez. Şekil 1, martensit miktarı, sertlik ve karbon miktarı
arasındaki ilişkiyi göstermektedir.
Şekil 1 : Martensit miktarı, sertlik ve karbon miktarı ilişkisi.
Sertleşebilirlik, su verme işlemi sonucu yapısı martensite dönüşen bir çeliğin sertleşme
kabiliyeti olarak tanımlanır. Sertleşebilirlik deneyleri su verme ile elde edilen sertlik
derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Bu derinlik, martensit miktarının yüzeyden itibaren
yarıya indiği ya da % 50 martensit ve beynitin var olduğu mesafe olarak ifade edilmektedir.
Yüksek sertleşebilirliğe sahip bir çeliğin karakteristik özelliği, yüksek sertleşme derinliği
göstermesi veya büyük parçalar halindeyken bile tam olarak sertleşebilmesidir. Sertleşebilirlik
ile sertlik farklı kavramlardır. Maksimum sertlik çeliğin karbon miktarına bağlıdır.
1
Sertleşebilirlik ise çeliğin kimyasal bileşimine ( karbon ve alaşım elementleri ) ve su verme
sırasında ostenit tane boyutuna bağlıdır.
Çelik parçanın boyutları arttığı zaman soğuma hızı düşer ve çekirdek sertliği, ferrit ve perlit
gibi fazların oluşumuna bağlı olarak azalır. Soğuma eğrisi, kritik soğuma hızının sağına
kaydığında ise yüzey sertliğinde de azalma olur. Temel sertleşebilirlik verileri çelik
tüketicileri ve ısıl işlemciler için önemlidir. Bu nedenle sertleşebilirliğin saptanabileceği çok
sayıda basit yöntem geliştirilmiştir. Bunlardan biri Grossman sertleşebilirlik deneyi diğeri ise
Jominy uçtan su verme deneyidir. Çeliklerin sertleşebilirliklerinin ölçülmesinde Jominy uçtan
su verme deneyi Grossman deneyine göre daha pratik ve daha az maliyetlidir.
Şekil 2’de 4140, 4340, 1040, 1020 ve 1060 çeliklerinin tipik Jominy eğrileri verilmektedir.
Burada alaşımlı çeliklerin sertleşebilme kabiliyetlerinin daha yüksek olduğu görülmektedir.
Yüksek sertlik martensit yapısında, daha düşük sertlik ise beynit ve ferrit + perlit yapısında
sağlanmaktadır.
Şekil 2 : 4140, 4340, 1040, 1020 ve 1060 çeliklerinin tipik Jominy eğrileri
2
Sertleşebilirliğe Etki Eden Faktörler
Alaşım elementlerinden sertleşebilirliği en fazla C, B, Cr, Mn, Mo, Si ve Ni etkiler.
Karbon, martensitin sertliğini kontrol eder. Çelikte % 0,6’ya kadar C içeriği arttığında çeliğin
sertliği artar. Daha yüksek seviyelerdeki karbon içeriği olduğu durumda, ostenitten martensite
dönüşüm tamamlanamaz. Bu da yapıda kalıntı ostenit bulunmasına sebep olur. Bu durumda
yapıda martensitin yanında ostenit bulunacağından sertlik daha düşük seviyelerde kalır.
Karbon miktarının yüksek olması malzemenin daha gevrek bir davranış göstermesine neden
olur ve daha sonra yapılacak olan işlemlerde sorunlar yaratabilir. Bu yüzden % 0,4 C’a kadar
olan çeliklerde sertleşebilirlik kontrolü daha kolaydır.
Bor, % 0,002 - 0,003 oranında çeliğe ilave edildiğinde % 0,5 Mo ilavesindeki etkiyi gösterir.
Bor düşük karbonlu çeliklere ilave edildiğinde sertleşebilirlikte en büyük etkiyi gösterir.
Cr, Mo, Mn, Si, Ni ilaveleri çelikte ostenitten ferrit ve perlite dönüşümü geciktirir. Bu
elementler ara yüzeyde tane büyümesini engelleyerek sertleşebilirliği arttırırlar.
Ostenit tane boyutunun artması ile sertleşebilirlik artar. Ferrit ve perlitin çekirdekleşmesi
ostenit tane sınırında heterojen çekirdekleşme ile gerçekleşir. Ostenit tane boyutunun artması
çekirdekleşme için gereken bölgenin daha az olmasını sağlar ve faz dönüşümü gecikir. Bu
yüzden ostenitleme sıcaklığı yüksek seçilerek tane boyutunun büyük olması sağlanabilir. Bu
durumda mikroyapı bir miktar kabalaşır, tokluk düşer.
Jominy Eğrilerinin Pratik Uygulamaları
Jominy eğrileri, kalite kontrolde farklı sınıf çeliklerin sertleşebilme derinliklerini (yüzeyin
altında istenen sertlik değerinin elde edilebileceği mesafe) kıyaslamak için kullanılır. Örneğin,
bir tasarımda yüzeyin altından 2 mm mesafede sertlik değerinin 40 HRc olduğu bir çelik
kullanılmak istendiğinde, farklı çeliklerin Jominy eğrileri çıkarılarak istenen mesafe-sertlik
değerini veren çelik seçilebilir. Sertleşebilirlik, soğutma ortamına olduğu kadar malzemenin
çapına ya da kesit kalınlığına da bağlıdır. Dolayısıyla, aynı sınıf çeliğe ait farklı çaplarda
hazırlanmış deney numuneleri kullanılarak, numune çapı-Jominy mesafesi-sertlik arasındaki
ilişkinin belirlenmesi de mümkündür. Örneğin, 39 mm çapındaki bir numunenin
merkezindeki sertliğin, 50 mm çapındaki bir numunenin yüzeyinin 10 mm altındaki sertlik ile
veya 75 mm çapındaki numunenin yüzeyinin 2 mm altındaki sertlik ile aynı olması bu Jominy
3
mesafelerinde (merkez, 10 mm ve 2 mm) soğuma hızlarının aynı olduğunu gösterir. Böyle bir
durumun geçerli olabilmesi için, doğal olarak tüm numunelerin aynı ortamda sertleştirilmiş
olması gerekir. Jominy deneyi ile elde edilen bu tür bilgi, çeliğin hava ya da yağ gibi farklı
sertleştirme ortamlarında sertleştirilmesi durumunda soğuma hızlarının karşılaştırılması
bakımından önemlidir.
DENEYİN YAPILIŞI:
Jominy deneyi, günümüzde en yaygın olarak kullanılan sertleşebilirlik deneyidir. Bu
yöntemde numune olarak 1 inç (25,4 mm) çapında ve 4 inç (101,6 mm) uzunluğunda
silindirik bir çelik çubuk kullanılır (Şekil 3).
Numune 1/2 inç uzunluğundaki su hortumundan 2 inç mesafede olacak şekilde yatay bir
yüzey üzerine oturtulur. Suyun tazyik yüksekliği 2,5 inç ve su sıcaklığı 24-28 °C dir. Deney
numunesi önce normalize edilir, verilen boyutlarda işlendikten sonra bileşimine göre uygun
su verme sıcaklığına (ostenitleme sıcaklığı) kadar ısıtılır ve bu sıcaklıkta en az 20 dakika
tutulur. Bu sürenin sonunda fırından çıkarılan numune süratli bir şekilde deney düzeneğine
yerleştirilir ve bir ucundan su püskürtmek suretiyle en az 10 dakika soğutulur.
Şekil 3 : Jominy uçtan su verme deney numunesi şekil ve boyutları.
Numune, gerekli su verme sıcaklığına çıkarılırken ısıtma hızı düşük olmalı, ostenitleme
sıcaklığına yaklaşık 30-40 dk.’da ulaşılmalıdır.
4
Şekil 4: Jominy deney düzeneğinin şematik görünüşü.
Soğuma hızı, çelik çubuk boyunca su verilmiş uçtan itibaren kademeli olarak azalır. Çubuk
soğutulduktan sonra eksenine paralel ve yüzeyden itibaren 0,015 inç (0,381 mm) derinliğinde
talaş kaldırma işlemi yapılarak
düzgün bir yüzey elde edilir. Daha sonra bu yüzey
kullanılarak, su verilmiş uçtan itibaren 1/16 inç (1,58 mm) aralıklarla çubuğun sertliği
Rockwell C skalasında ölçülür. Su verilmiş uçtan itibaren mesafe ve elde edilen sertlik
değerleri bir grafik üzerinde belirtilerek, Jominy eğrileri elde edilir .
İSTENENLER:
Gerçekleştirilen deney sonucunda bulunan sertlik değerlerini bir grafik üzerinde göstererek
sonucun değerlendirilmesi.
KAYNAKLAR:
- Metals Handbook, ASM
- Isıl işlem ders notları
5