Isıl İşlem

Çelikte ısıl işlem genellikle östenit bölgesinde oluşur. Isıl işlemde, östeniti oluşturmak için malzemeyi belli bir kritik sıcaklığa kadar ısıtmak gerekir. Sıcaklık artıkça ferrit ve perlit hızla östenite dönüşür. Çelik, östenitik bölgeden hızla soğutulursa, yapı martenzite dönüşür [12,13]. AISI 1040 çeliği, transmisyon millerinin, rayların ve dişlilerin yapımında kullanılmaktadır. AISI 4140
ıslah çeliği yüksek özlülük isteyen inşaat ve ziraat makineleri, takım tezgahları, uçak parçaları, akslar, krank kolları, krank milleri, dişliler, bandajlar, cıvata, somun, saplama v.b. parçaların imalinde kullanılmaktadır. AISI 8620 sementasyon çeliği ise zorlamalı parçalar, miller, ekstrüzyon yoluyla
şekillendirilen piston pimleri, zincir baklaları ve dişlileri, çeşitli oto dişlileri ve traktör dişlileri, otomobil vites kutusu, şaftlar, bazı otomobillerin direksiyon mekanizmaları, diferansiyel yüzük dişlileri, uçak motorları, kam mili, kamalı mil v.s. yapımında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, AISI 1040 imalat çeliği, AISI 4140 ıslah çeliği ve AISI 8620 sementasyon çeliğinin tuz banyosunda karbürlenmesi ve ardından temperleme işlemine tabi tutulmasıyla oluşan sertlik ölçümleri yapılmış ve sementasyon işleminin mikroyapıya olan etkisi incelenmiştir.
Bu çalışmada kullanılan demir esaslı malzemelerin kimyasal bileşenleri Tablo 1’ de verilmiştir. Tablo 1. Deneylerde kullanılan malzemelerin kimyasal bileşenleri Malzeme C Mn Si Cr Ni Mo Cu P S Fe AISI 1040 0.43 0.82 0.217 0.173 - - 0.143 0.016 0.0008 Kalan AISI4140 0.43 0.943 0.24 1.11 0.214 0.24 0.214 0.0006 0.0003 Kalan AISI8620 0.216 0.73 0.2 0.5 0.5 0.2 0.02 0.0006 0.00024 Kalan Numunelere uygulanan ön tavlama işlemi için sıcaklık 200 °C, bekletme süresi 2 saattir. AISI 1040
çeliğine 845°C’de 2 saat süreyle tuz banyosunda sıvı sementasyon işlemi uygulanmıştır. Daha sonra, deney numunesi, soğutma tuzunda 20 dk. bekletilerek malzeme normal suya atılmış ve soğutma işlemi gerçekleştirilmiştir. Menevişleme işlemi sertleştirme işlemi sonrasında 200 °C’de 2 saat süreyle uygulanmıştır. AISI 4140 çeliğine ise 845 °C’de 4 saat süreyle tuz banyosunda sıvı sementasyon işlemi uygulanmıştır. Soğutma tuzunda 20 dk. bekletilerek malzeme normal suya atılmış ve soğutma işlemi gerçekleştirilmiştir. Menevişleme işlemi sertleştirme işlemi sonrasında 250 °C’de 2 saat süreyle uygulanmıştır. AISI 8620 çeliği az karbonlu çelik olduğu için; 900 °C’de 4 saat süreyle tuz banyosunda karbon emdirilmiştir. Bu işlemin ardından malzeme soğutma tuzunda 5 dk. bekletilerek normal suya
atılmış ve soğutma işlemi gerçekleştirilmiştir. Menevişleme işlemi sertleştirme işlemi sonrasında 250
°C’de 2 saat süreyle uygulanmıştır. Sertlik ölçüm cihazıyla ısıl işlem öncesi ve sonrasında sertlik
değerleri tespit edilmiş ve metalografik incelemede çekilen mikro yapı fotoğrafları karşılaştırılmıştır. Dağlama işlemlerinde %2 lik nital kullanılmıştır. Sertlik işlemlerinde, konik elmas uca ön yük olarak 10
kg daha sonra 140 kg yük uygulanarak batma derinliği HRC cinsinden sertlik değeri olarak ölçülmüştür. Deneylerde toplam 6 ölçüm yapılmış ve bu değerlerin ortalaması alınarak numunenin sertlik değerleri
tespit edilmiştir.

Sonuçlar

Bu çalışmada, farklı kimyasal kompozisyona ait çeliklerin, sementasyon işlemi neticesindeki sertleşme kabiliyetleri ve yapılan işlemin mikro yapıya olan etkileri incelenmiş ve aşağıdaki sonuçlara varılmıştır. 1. Sementasyon işlemi neticesinde yüzey sertlik değerleri iki kattan daha fazla oranda artmıştır. 2. AISI 1040 çeliğindeki mikroyapı perlit ve sementit ağırlıklı bir yapı iken, az alaşımlı çeliklerin
yapısında martenzit, beynit ve karbür bileşenleri gözlenmiştir. Bu mikroyapısal değişiklikler sertlik
değerlerine etki eden en önemli unsurlardır. 3. Kimyasal kompozisyon çeliklerin çekme mukavemetine de etki etmektedir. Özellikle karbon oranı mukavemete etki eden en önemli unsurdur.

Motor Pistonları Torna tezgahları ile ilişkisi

Motor pistonlarının yapısı gereği, segman kanallarının altında kalan kısımları oval
olarak şekillendirilmektedir. Pistonun bu bölgesinde biyel koluna bağlantıyı sağlayan pernonun yerleştiği yatak kısmı yer almaktadır ve buradaki malzeme miktarı
normal cidarlara göre daha fazladır.
Motorun çalışması sırasında açığa çıkacak ısının etkisiyle piston üzerinde oluşan
düzensiz sıcaklık dağılımları sonucunda genleşmeler meydana gelmektedir. Kalın
kesite sahip perno yatağı bölgesindeki genleşme diğer bölgelere göre daha fazla
olmakta ve böylece pistonun yanal yüzeyinin geometrisi değişerek silindirde
sıkışmalara ve beklenmeyen aşınmalara neden olmaktadır.
Motorların silindirleri tam dairesel kesitli olarak üretilmektedir. Motorun normal
çalışması sırasında pistonun yanal yüzey geometrisinin tam bir silindir olması
beklenmektedir. Bunu sağlamak için ise, soğuk pistonda yatak bölgesinin daha
küçük çapta imal edilmesi gerekmektedir.
Motorlarda sürtünmeden kaynaklanan ısının oluştuğu en önemli bölge silindir
yüzeyleridir. Çünkü bu bölgede hem yüzey hızı çok yüksek ve hem de sürtünme
alanı fazladır. Bunun yanısıra piston, üzerindeki yanma nedeniyle oluşan ısıyı
silindirin alt noktalarına taşımakta ve bu durum, oluşan sıcaklığın daha da yüksek
olmasına neden olmaktadır. Bunun olumsuz etkilerini önlemek için silindir
yüzeyinin yeterli seviyede yağlamaya sahip olması gerekmektedir. Etkin bir
yağlama için piston ile silindir yüzeyi arasında daima bir yağ filminin kalması
istenmektedir. Bu ise, piston yüzeyinde yağ kanallarının varlığı ile sağlanabilir.
Tornalanmış yüzeyde kesici kalemin uç geometrisi ve ilerleme miktarına bağlı
olarak, ardışık iki iz arasında bir tepecik ve bir de çukurcuk oluşmaktadır (Şekil 1).
Oluşan bu çukurcuklar piston üzerinde yağın taşınabileceği ideal yerlerdir. Bu
çukurcuklar sayesinde silindir ve piston yüzeyleri arasında daha rahatlıkla yağ filmi Torna Tezgahlarında Oval Kesme Yapacak Hidrolik Düzenek Geliştirilmesi Y. Usta vd.
Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 18, No 3, 2003 3
oluşabilmektedir. Taşlama ile elde edilmiş yüzeyde ise bu özelliği elde etmek
imkansızdır.
Taşlama operasyonunun tornalamadan daha uzun süreli olması nedeniyle maliyetin
artması ve piston yan yüzeyinde yağı taşıyabilecek yerlerin oluşmaması nedeniyle
tornalanmış yüzeye sahip pistonun kullanımı zorunlu olmaktadır. Nitekim, piston
yüzeyleri 1980’li yılların başına kadar, oval taşlama yapabilen silindirik taşlama
tezgahlarında yapılmıştır. O yıllarda, pistonlar için çift etkili kam mekanizmasına
sahip özel torna tazgahları üretilmiş ve bu tezgahlar 100-1500 d/dk hızlarında söz
konusu ovalliği tornalama yüzeyi kalitesi ile elde etmek için kullanılmaya
başlamışlardır.
Bilgisayar denetimli (CNC) tezgahlar, kullanımlarının yaygınlaşması ile birlikte
kamlı oval tornalama tezgahlarının yerini almaya başlamışlardır. Bu tezgahlarda
kullanılan mekanizmaların çalışma prensipleri farklı olup patent altına alınmışlardır.
Bunlardan birincisi Okayama ve Kurashiki [1] tarafından geliştirilen, Takisawa
Takım Tezgahları Şirketi (Japonya) tarafından kullanılan bir sistemdir. Sistemin
çalışması için dört adet servomotor kullanılmaktadır. Bu motorlardan ilki iş
parçasının ilerleme yönündeki hareketini, ikincisi parçanın dönmesini, bir diğeri
kesici takımın çap yönündeki büyük hareketini ve sonuncusu da aynı kesme
takımının yüksek frekanslardaki hareketini sağlamak için kullanılmaktadır. İş
parçasının boyuna (z-ekseni) olan ölçüsü boyunca çap ve ovallik bilgileri hafızada
tutulmakta ve kesici uç ilerledikçe, motorlar bu bilgilerdeki konumları sağlayacak
şekilde hareket ettirilmektedirler.