Metallerde Tavlama İşlemleri

Tavlama işlemi metalin mekanik özelliklerinin yumuşaklık kazanarak kullanım özelliklerinin daha iyi hale gelmesi amacıyla yapılır. Yazımızın devamında tavlama işlemlerinin detaylarını inceleyeceğiz.

A- A+

04.04.2021 tarihli yazı 5725 kez okunmuştur.

Günümüzde hemen hemen her alanda yaygın bir şekilde kullanılan metal malzemeler gündelik hayatımızda kullandığımız şekle gelmeden önce mutlaka belirli ısıl işlemleri görür. Tavlama da bunlardan bir tanesidir. Hatalı imalattan sonra sorunu ortadan kaldırmak, malzemeyi imalata hazırlamak veya başka ticari amaca ve isteğe göre farklı özellikler kazandırılmak için malzemeye tavlama işlemi uygulanır.

Şekil 1: Örnek Tavlama İşlemi

Tavlama işlemlerinde genel olarak, metali yüksek sıcaklıklarda uzun süreyle beklettikten sonra özel soğutma ortamlarında oda sıcaklığına kadar yavaş bir şekilde soğutularak işlem yapılır. Tavlama işleminin amacı metalin mekanik özelliklerinin yumuşaklık kazanarak kullanım özelliklerinin daha iyi hale getirilmesidir. Bu özelliklere, sünekliğin artması ve iç gerginliğin azalması örnek olarak verilebilir. Tavlama sonucunda metal yumuşadığından, daha kolay işlenebilir hale gelir.

Aşağıdaki tavlama yöntemlerine detaylı olarak bakalım.

Tam (Yumuşak) Tavlama

Bu yöntem, talaşlı imalat veya plastik şekil değişimi işlemi yapılacak düşük veya orta karbonlu çeliklere uygulanır. Çelik, kritik dönüşüm sıcaklığından 30°C daha sıcak olana kadar ısıtılır. Çelik belirli bir süre bu şekilde tutulduktan sonra doğal bir şekilde soğumaya bırakılır. İşlem sonrası çeliğin yapısındaki iç gerilmeler azalır, nispeten yumuşak ve sünek hale gelir.

Yeniden Kristalleştirme (Rekristalizasyon) Tavı

Şekil 2: Malzemenin bulunduğu sıcaklıkta geçirilen vakit boyunca mikro yapının değişim aşamaları

► İlginizi çekebilir: Piezoelektrik Sensörler ve Modellemesi

Daha önce soğuk şekil değişim işlemi görmüş malzemenin, işlemin oluşturduğu olumsuz etkilerini gidermek için yapılan bir tavlama yöntemidir. Sertleşmiş malzeme bu sayede yumuşatılıp sünekliği arttırılır. Bu yöntemde genel olarak, malzemenin mutlak ergime sıcaklığının yarısı veya üzerindeki sıcaklıklarda uygulanır. Malzemenin ergime sıcaklığının altında uygulandığında ise mekanik özellikleri pek değişmezken elektrik iletkenliği iyileşir. Bu olaya ise toparlanma denir. Yeniden kristalleştirme tavında malzemede tane irileşmesi istenmediğinden malzeme çok yüksek sıcaklıklarda veya belli sıcaklıkta çok uzun süre tutulmaz.

Normalleştirme Tavı

Şekil 3: Tavlama çeşitlerinden birkaçının faz diyagramında sıcaklığa göre yeri

Haddeleme işlemine uğramış çeliklerin mikro yapıları düzensiz, farklı boyutlara sahip taneler biçiminde iç yapıda bulunur. Bu tavlama sayesinde taneler inceltilerek daha homojen bir iç yapı oluşturulur. Bu yöntem sonrasında ince taneli bir yapı elde edilerek tokluğun arttırılması sağlanır. Normalleştirme tavı ötektoid üstü çelikler için Acm (950°C civarlarında) sıcaklığının, ötektoid altı çelikler için ise A3 (850°C civarlarında) sıcaklığının en az 55°C üzerine ısıtılarak gerçekleştirilir. Çelik bu sıcaklıkta yeteri kadar tutulduktan sonra, havada oda sıcaklığına kadar soğutularak tavlama işlemi bitirilir.

Gerilme Giderme Tavı

Bu yöntem malzemeye homojen uygulanmamış soğuk plastik şekil değişimi, kaynak, döküm, talaşlı imalat, taşlama gibi işlemlerin sonucunda malzemede oluşmuş artık iç gerilmeyi gidermek amacıyla uygulanır. Malzemedeki artık iç gerilmeler giderilmezse zamanla parçaların çalışması esnasında deformasyon, verimlilik ve performans kayıpları yaşanabilir. İşlem sırasında parçanın halihazırda işlemden geçirilip elde edilmiş özelliklerini kaybetmemesini sağlamak için bu tavlama işlemi düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir.

Küreselleştirme Tavı

Genellikle plastik şekillendirme işlemleri veya talaşlı imalat işlemleri için sert ve gevrek davranış gösteren, orta ve yüksek karbonlu çeliklere uygulanır. Bu yöntem ile yapısındaki sementit küreselleşerek, çeliğin yumuşak ve sünek olması sağlanır. Bu sayede şekil değişimi ve diğer işlemlere elverişli hale gelir.
Küreselleştirme tavı aşağıdaki yöntemlerle uygulanabilir:

► Çeliği A1 sıcaklığının altına, yaklaşık 700°C civarına ısıtmak.
► Çeliği A1 sıcaklığının ±50°C aralığında sürekli ısıtma ve soğutma uygulamak.
► Çeliği ötektoid sıcaklığın hemen üzerindeki sıcaklığa ısıtmak ve hemen ardından fırında çok yavaş soğutarak ötektoid sıcaklığın altında bir sıcaklıkta bekletmek.

Difüzyon Tavı

Şekil 4: Tavlama sıcaklığının segregasyona etkisi

Metal, dökümünden sonra katılaşırken mikro yapısında bileşim farklılıkları (segregasyon) meydana gelir. Bu farklılıkları ortadan kaldırıp yapıyı homojenize etmek için bu tavlama yöntemi kullanılır. Metal, içerdiği karbon miktarına göre 1000°C ile 1300°C aralığında ısıtılarak uzun süre tutulduktan sonra soğutulmaya bırakılır. Difüzyon tavında metal yüksek sıcaklıkta uzun süre bırakılacağından, normalleştirme tavı uygulanması gerekir.

Kaynak:

► Substech.com
► twi-global.com
► machinemfg.com
► alphadetroit.com