Neden vakum'da ısıl işlem?

Neden Vakum’da Isıl İşlem?

Isıl İşlem, metal endüstrisinde hemen her kademede gerekli bir uygulamadır. Günümüz ihtiyaçlarının karşılanmasında değişik ortamlarda yapılan Isıl İşlem yöntemlerine başvurulmaktadır. Modern teknolojinin olanakları kullanılarak geliştirilen Vakum teknikleri bu yöntemlerden biridir. 

Vakumda tam sertleştirme

Vakum Sertleştirme fırınları ile, çeliklerin -vakum altında- çekirdeğine kadar sertleştirilmesi  mümkün olmaktadır. Isıtma ortamı olarak yüksek vakum, ani soğutma ortamı olarak ise Azot, Hidrojen, Helyum, Argon gibi gazlar kullanılmaktadır. Isıtmanın ilk kademelerinde de gaz sirkülasyonu ile ısıtma hızı yükseltilebilir.  Gerek ısıtmada koruyucu ortam olarak yüksek vakum sağlanması, gerekse de soğutmada kullanılan gazların çelikle reaksiyona girmemesi sayesinde  malzemelerin yüzey bileşiminin değişmesi ve yüzey bozulmalarının önüne geçilmektedir.

Vakum sertleştirme yönteminin diğer ısıl işlem yöntemlerine göre başka bir avantajı, temel işlem parametrelerinin, operatör inisiyatifine bırakmadan, bilgisayar ile kontrol edilebilmesidir.
Bu, aynı zamanda yapılan işlemlerin tekrarlanabilir olmasını da sağlamaktadır.

Vakum sertleştirme yöntemiyle ısıl işlem uygulamalarında ortaya çıkan deformasyon miktarının diğer yöntemlere göre düşük olmasının nedenlerinden biri, ısıtma sırasında ilave bir zorlama yaratılmıyor olmasıdır. Isıtma ortamında malzeme üzerinde pozitif basınç oluşturulmaması ve malzemenin akma dayanımının oldukça düştüğü yüksek sıcaklıklarda gaz sirkülasyonu gibi etkenlerin bulunmaması nedeniyle, malzemenin ısınma sırasında deforme olma riski en az seviyelere inmektedir. Takım çeliği ısıl işleminde kullanılan vakumm sertleştirme fırınlarında malzemeler çoğunlukla sabittir. Bir yerden bir yere taşınmaz. Bu da uygun yükleme olanakları sağlar ve deformasyonların en aza indirilmesi için ilave bir katkı sunar.

Doğrudan ısıl işlem gören parçaya termokupl takılarak parça sıcaklığı kontrolü yapılabilmekte, ısıtma ve soğutma hızları buna göre ayarlanabilmektedir. Sertleştirme için yapılan ani soğutma işlemi sırasında kullanılan basınçlı gazların sağladığı soğutma hızları da, diğer soğutma yöntemlerine (yağ ya da tuz banyosu) göre daha düşüktür. Bu sayede ani soğutma işlemi sırasında ortaya çıkan gerilmeler vakum sertleştirme yönteminde diğer yöntemlere göre daha düşük olmaktadır. Böylece malzemelerdeki  çarpılmalara neden olan faktörlerden birinin daha etkisi azaltılmış olmaktadır.

Malzeme yapısında dönüşümle meydana gelen ve ani soğutma işlemini içeren bir  ısıl işlem uygulamasının boyutsal değişim ve deformasyona yol açmaması çok zordur. Fırın teknolojilerindeki gelişmeler, bu sorunları minimum seviyelere indirmemize olanak tanımaktadır. Ancak gene de vakum sertleştirme yönteminde de ölçü değişimi ve deformasyon riski her zaman vardır, tıpkı diğer ısıl işlem yöntemlerinde olduğu gibi.

Plazma (iyon)  nitrürleme

İyon nitrürleme, demir esaslı malzemelerde yüzeyde yüksek sertlikte, aşınmaya dayanıklı, yüksek daimi değişken yük mukavemetine sahip, yüksek ölçü sadakatli bir tabaka oluşmasını sağlayan, özel vakum fırınlarında yapılan yüksek kaliteli bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Nüfuziyet hızı, yüzey özellikleri ve kalitesinin optimum ayarlanabilmesi gibi yönlerden tuz banyosu ve klasik  gaz nitrürleme yöntemlerine üstünlükleri vardır.

Bu yöntemle düşük ve yüksek alaşımlı çelikler, takım çelikleri, paslanmaz çelikler, dökme demirler, titan alaşımları gibi çok geniş bir yelpazedeki malzemelerin yüzeyleri, ölçü değişimi ve deformasyon risklerini minimize ederek ve  yüzey bozulmasına olanak vermeksizin sertleştirilebilmekte; böylece üretilmesi için yoğun teknoloji, bilgi emek, ve sermaye harcanan ürünlerin verimlilikleri ve kullanım süreleri artırılmaktadır.

Plastik kalıbı uygulamalarında önsertleştirilmiş plastik kalıp çeliklerinin plazma nitrürleme ile yüzey sertliğinin artırılması, pek çok uygulama için yeterli olmaktadır. Böylece tam sertleştirmede karşımıza çıkabilecek deformasyon ve ölçü değişimi sorunlarını aşmamız mümkün olabilmektedir.

Sıcak dövme kalıplarının gene bu yönteme tabi tutulmasıyla dövülen parça sayısının, parça formuna ve dövme operasyonunun özelliklerine bağlı olarak %50 – 200 oranında artırılması mümkün olmaktadır. Sıvama kalıplarında ise 1.2379 vb. malzemelerin nitrürlemeye uygun bir tam sertleştirmeden sonra plazma nitrürleme ile yüzeyinin sertleştirilmesi, kalıpların ömrünü uzattığı gibi sıvanma problemlerini de azaltmaktadır.

Islah çeliklerinin ıslah edildikten sonra plazma nitrürleme ile yüzeyi sertleştirilerek  dişli, silindir, mil benzeri uygulamalarda başarılı sonuçlar alınmaktadır.

Ölçüsel hassasiyetin yüksek olduğu ve aşınmaya karşı dayanım istenen ürünlerde plazma (iyon) nitrürleme, diğer ısıl işlem yöntemlerine göre daha avantajlı bir uygulama olarak karşımıza çıkmaktadır.