TR201810563T4 - Bir Nitrürlenmiş/Nitrokarbürlenmiş parçayı işlemek için bir metot. - Google Patents

Abstract

Metot, yayılma alanında bulunan nitrojenin yoğunlaştırılarak dağıtılmasının düzenlenmesi ve söz konusu bölümün yüzey katmanı kısmen veya tamamen değiştirilinceye kadar sözü edilen bölüm üzerinde en az bir lazer ışınını hareket ettirmeyi kapsayan bir ilk aşamanın bir ilk bölümünü ve yüzey katmanının değiştirilmesi için lazer ile işlenen en az bir bölümün işleme maruz bırakılması ve altta bulunan yayılmış katmanın nitrojen konsantrasyonunu azaltmak için sözü edilen bölümün üzerinde en az bir geçişte en az bir lazer ışınını hareket ettirmeyi kapsayan bir ikinci aşamayı kapsamaktadır.

Description

TARIFNAME BIR NITRÜRLENMIS/NITROKARBÜRLENMIS PARÇAYI ISLEMEK IÇIN BIR METOT Bulus, bir nitrürlenmis çelik parçayi islemek için bir metoda iliskin olmaktadir.

Bulusta yetkin bir kisi tarafindan iyi bilindigi üzere, nitrürleme/nitrokarbürleme, örnegin su verme ve seitlestirme gibi genel olarak önceden islenmis olan metal bir parçanin yüzeyine nitrojenin yayilmasi islemidir. Nitrojen, aktarilmakta ve nitrit örnegin pek çok çelik için 750 Vickers sertligi (HV) ila 1100 HV oraninda istenilen özellikleri verecek sekilde yüzeyin sertlestirilmesini saglayan çelik alasimli elementleri olusturmaktadir.

Bir nitrürleme islemini gerçeklestirmek için çesitli metotlar kullanilabilmekte, bunlarin arasinda gaz, düsük basinçli, tuz banyosu ve iyon nitrürlemeden bahsedilebilmekte ve bu liste kapsamli olmamaktadir. Iyon nitrürleme, bir vakumda bir firinda plazma tarafindan ayristirilan kontrollü bir aktif gaz akisi vasitasiyla gerçeklestirilmektedir.

Esasen nitrürlenmis tabaka, yüzeyinde, nitrojenun sürtünmeyi kolaylastirmak ve ayni zamanda direnci arttirmak için çok yüksek sertlikteki demir nitrür formunda birlestirilebildigi bir "kombinasyon tabakasi" veya "beyaz tabaka" ya sahip olmaktadir.

Yaklasik 5 mikrometre (um) ila 25 um araliginda bulunan kalinliktaki kombinasyon tabakasinin altinda, yorgunluk mukavemetini saglayan ve asinma direncini güçlendiren bir altta uzanan difüzyon tabakasi ortaya çikmaktadir. Tabakalarin bilesimi ve kalinligi, söz konusu çeligin derecesine ve isleme parametrelerine bagli olmaktadir.

Nitrürleme, bir çelik parçanin yorgunluga, asinmaya ve tutusmaya karsi direncini arttirmak için özellikle yaygin olarak kullanilmaktadir. Bununla birlikte, testler nitrojenin özellikle kaynaklanabilirlik açisindan zararli oldugunu göstermis, çünkü yüzey tabakasinda gözeneklilik ve darbe deligi kusurlari ortaya çikmaktadir. Bu nedenle, daha önce nitrürleme islemine tabi tutulan XC 48 is parçalarinda Tungsten testler, nitrürlemenin kullanilan metoda bakilmaksizin kaynak islemlerini güçlü bir sekilde etkiledigini göstermistir. Kaynak karbarciklari, büyük sayilarda genis üfleme delikleriyle düzensiz olmaktadir.

Bu nedenle, nitrürlenmis veya nitrokarbürlenmis is parçalarinin iyi kosullar altinda kaynak yapilabilmesi için, yüzey tabakasinin, kaynagin olusturulacagi parçaya dönüstürülmesi önemli olmaktadir.

Nitrürlenmesi gereken bir parçanin üzerinde bir kaynak olusturmak için, özellikle durma veya direnç çözümlerine yönelik çesitli çözümler önerilmistir. Örnegin, genellikle iki asamada gerçeklesen mekanik maskeleme yapilmasi önerilmis, bunlardan biri nitrürleme/nitrokarbürizasyon isleminden önce gerçeklestirilmekte ve söz konusu islemden asagi dogru inen bir maskeyi de kapsayacak sekild, diger asamada maskeyi konumlandirmayi içermektedir. Böyle bir metodun karmasik yapilar üzerinde uygulanmasi zordur. Maskelerin asinmasi ve maliyeti ile üstten motaj ve alt kisimdan geri alma islemlerinin maliyeti de önemli olmaktadir.

Ayrica nitrürleme ve nitrokarbürizasyon için, nitrojen veya karbon bilesimlerine etkili bir bariyer olusturan bakir bazli boya ile inaskeleme saglamak önerilmektedir.

Bununla birlikte, böyle bir metot, islem için gerekli olan kuruma süresi göz önüne alindiginda ve daha sonra boyayi çikarmak için gereken zaman göz önünde bulunduruldugunda nispeten daha maliyetli ve daha uzun süreli bir islem olmaktadir.

Kalinti presslerinin olusabilecegi ve deformasyona neden olabilecegi de gözlenmistir.

Bu tür bir çözümün sadece gaz nitrürleme ve/veya iyon nitrürleme için mümkün oldugu ve tuz banyosu nitrürleme için mümkün olmadigi belirtilmelidir.

Dönüstürülecek olan birlesim tabakasinin zonunda, tomalama ve frezeleme tipinde isleme operasyonlari gerçeklestirilebilmektedir. Bununla birlikte, bu tür islemlerin karmasik bölgelere veya çoklu bölgelere uygulanmasi zor olmaktadir.

Ayni zamanda, kombinasyon katmaninin mekanik olarak çikarilmasinin, difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonunu modifiye etmesini ve böylece iyi bir kaynak kalitesinin garantilenmesini mümkün kilmadigi gözlemlenmistir.

Ayni zamanda, kaynak islemlerinin gerçeklestirilmesi amaciyla bir alt tabakadan bir yüzey kaplamasinin çikarilmasi için yüksek enerjili bir isi kaynagi kullanan bir atifta bulunulabilmektedir.

Bu belge, bir nitrürlenmis bir parçanin islenmesi ile ilgili olmamakta ve parçanin yapisini degistirmek için kombinasyon katmaninin en azindan bir kismini dönüstürme problemini çözememektedir.

USZOl3/0087534 sayili belge, islenen parçanin bir kismina kaynak yapilmadan önce bir parçanin, özellikle de çelik nitrürlenmis ya da bir lazer ile nitrokarbürlenmis malzemenin islenmesi için bir metodu tarif etmektedir.

Bulusun bir amaci, bu dezavantajlari basit, güvenli, etkili ve rasyonel bir sekilde gidermektir.

Bulusun çözmeyi önerdigi problem, bir nitrürlenmis/nitrokarbürlenmis çelik parçanin herhangi bir kisminin, kaynak isleminin tek basina bilinen ve uygun herhangi bir yolla gerçeklestirilecek sekilde kaynak isleminin yapildigi yüzey katmaninin bir bölgesinde degistirilerek kaynak ile uyumlu hale getirilmesini kolaylastirmaktir.

Asagidaki tarifnamede, "yüzey tabakasi" terimi en azindan tam veya kismen kabul edilen ve muhtemelen tam veya kismen difüzyon tabakasini içeren kombinasyon katmanini ifade etmek için kullanilmaktadir.

Bu tür bir problemi çözmek için, bulus, bir nitrürlenmis/nitrokarbürlenmis çelik parçasini islemek için bir metot saglamakta; bu metot, söz konusu bölümün üzerinde, söz konusu kismin yüzey tabakasi kismen veya tamamen dönüstürülünceye kadar ve difüzyon derisimindeki nitrojen konsantrasyonunun dagilimi degistirilinceye kadar üzerinde çalisilacak parçanin en azindan bir kisminin, en az bir lazer isininin en az bir giriste hareket ettirildigi bir birinci asamaya tabi tutulmasini içermektedir.

Bu özelliklerden yola çikarak islem metodunu bir ilk asamada, yüzey tabakasini dönüstürmesini ve difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonunun dagilimini modifiye etmesini mümkün kilmakta, bu ilk asama kaynakla uyumlu sekilde islenen bölgenin yapilmasi için yeterli olmaktadir.

Birinci asama için, 0.01 milimetre (mm) ila 0.05 mm arasinda uzanan geçisler arasinda bir ara geçis alani ile çok sayida geçis yapildigi zaman avantajli sonuçlar elde edilmistir. Ara çizgiler arasi bosluk avantajli olarak 0.02 mm olmaktadir.

Avantajli bir sekilde, yüzey tabakasinin dönüstürülmesi ve difüzyon tabakasindaki nitrojen konsantrasyonunun dagiliminin modifiye edilmesi probleminin çözülmesi için, yaklasik 20 watt (W) fiber ve atim lazeri kullanilmakta ve bunlar yaklasik 20 kilohertz (kHz)'de ve gücünün %50'sini kullanacak sekilde ayarlanmakta, 5 mm'lik orana göre odagi bozulmakta ve saniyede yaklasik 300 milimetrelik bir hiza (mm/s) tabi tutulmaktadir.

Bu temel özellikten yola çikarak, difüzyon tabakasindaki nitrojen konsantrasyonunda önemli bir degisiklik yapmanin mümkün oldugu görülmüstür. Bu amaçla, özellikle de yüzey tabakasinin dönüstürülmesi için lazerle isleme alinan kisim, mümkün oldugu kadar en azindan lazer isin(larinin)/elemanlarinin, altta yatan difüzyon tabakasindaki nitrojen konsantrasyonunun azaltilmasi için sözü geçen kisim üzerinde lazerin en az bir giriste hareket ettirildigi ikinci bir asamaya tabi tutulmaktadir.

Difüzyon tabakasindaki nitrojen miktarini azaltirken nitroj en konsantrasyonunun dagilimini degistirme problemini çözmek için, bu ikinci asama için 20 W fiber ve atim lazeri yaklasik 200 kHz ve gücünün %IOO'ününü kullanacak sekilde ayarlanmakta ve 5 mm oraninda odagi bozulmakta ve de 1 mni/sn ila 10 mm/sn araliginda bir ilerleme hizina tabi tutulmaktadir.

Bu karakteristiklerden yola çikarak bulus ayni zamanda bir nitrürlenmis/nitrokarbürlenmis parçanin kaliplanma metodunu da asagidaki asamalari kapsayacak sekilde saglamaktadir: - en az bir lazer isininin, degistirilen difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonu dagitilana degin veya belirtilen bölümün yüzey katmani kismen veya tamamen dönüstürülene degin, sözü edilen bölümün en azindan birinin üzerinden geçecek sekilde hareket ettigi bir ilk asamaya ilk bölümün en azindan bir bölümünün maruz birakilmasi, - en azindan bir lazer isininin, altta uzanan düiî'izyon katmaninin nitrojen konsantrasyonunu azaltmak için sözü edilen bölüm üzerinde en azindan bir geçis gerçeklestirecek sekilde hareket ettigi bir ikinci asamaya yüzey katmanini olusturmak için dönüsüm gerçeklestirmek amaci ile en azindan bir bölümün maruz birakilmasi.

Bulus, asagida ekte yer alan sekillere referans ile daha detayli olarak anlatilacaktir: Sekil 1, bulusun metodunun ilk ve ikinci asamalarinin uygulanmasi ile islenen bir bölgeye (B) ve bulusun metodunun bir ilk asamasi uygulanarak islenen bir bölgeye (A) sahip olan ve üst yüzeyi nitrürlenmis bir parçanin bir numunesini göstermektedir.

Sekil 2, 2A ve ZB, metodun her iki asamasinin (Sekil 28) uygulanmasi ile islenen bölgeyi (B) ve bulusun ilk asamasinin (Sekil 2A) uygulanmasi ile islenen bölgenin (A) parçasinin (Sekil 2) nitrürlenmis bölgesinde yer alan derinlik ile baglantili olarak nitrojen yüzdesini gösteren egrilerini göstermektedir.

Sekil 3 ve Sekil 4, metodun ilk asamasinin (Sekil 4) uygulanmasi ile islenen bölgeyi bulunduran nitrürlenmis bir yüzey ve nitrürlenmis bir diger yüzey (Sekil 3) için bir TIG kaynaginin görünümünü göstermektedir.

Sekil 5 ve Sekil 6, metodun ilk asamasinin (Sekil 4) uygulanmasi ile islenen bölgeyi bulunduran nitrürlenmis bir yüzey ve nitrürleninis bir diger yüzey (Sekil 5) için bir TIG kaynaginin görünümünü göstermekte ve Sekil 7 ve Sekil 8, metodun ilk asamasinin (Sekil 8) uygulanmasi ile islenen bölgeyi bulunduran nitrürlenmis bir yüzey ve nitrürlenmis bir diger yüzey (Sekil 7) için bir lazer kaynagini gösteren endoskopik görünümler olmaktadir.

Sekil 1, genel olarak referans 1 ile belirtilen ve bir nitrürlenmis yüze (la) sahip olan üzerinde çalisilacak bir parçanin sinirlayici olmayan bir örnegini göstermektedir.

Nitrürlenmis yüz (la) üzerinde, bir bölge (A), bulusun metotdunun bir birinci asamasi uygulanarak islenmis ve bir bölge (B), ilk asama ve isleme metodunun ikinci asamaini uygulamak suretiyle islenmistir. Islenen parçanin (1) tüm uzunlugu boyunca hem nitrürlenmis bölgede (la) hem de bulusun metodunun uygulanmasi ile islenen bölgeler boyunca bir veya iki asamada, sirasiyla A bölgesi ve B bölgesine göre karakterize edilen bir kordon kaynagi (2) olusturulmustur.

Bulusun bir amacinin, islenecek parçanin (1) yapisini, bu sekilde isleme ile elde edilen bölgede herhangi bir tür kaynagin uygulanmasini saglamak için yüzey tabakasini dönüstürerek modifiye edilmesi gerekliligi hatirlatilmaktadir.

Böylece, bir bölge (A), en az bir lazer isininin, nitrürlenmis yüzeyin (la) söz konusu bölgesinden tamamen çikarilincaya kadar en az bir geçiste hareket ettirildigi bir birinci asamaya tabi tutulmaktadir. Avantajli sonuçlar, 0,01 mm ila 0,05 m arasinda degisen geçisler arasinda ve tercihen 0,02 mm'lik bir ara-çizgi bosluk ile çok sayida geçis yapildigi zaman elde edilmistir. Bu metot yaklasik 20-W”lik bir fiber ve atim lazeri ve gücünün %50'si kullanilarak, odagi 5 mm bozularak ve yaklasik 300 mm/s'lik bir ilerleme hizina tabi tutularak gerçeklestirilmektedir.

TIG kaynagi için, Sekil 2, 2A ve 2B'nin egrilerine ve Sekil 5 ve 6'nin metalografik kesitlerine referans yapilmaktadir. Sekil 6, islenmemis nitrürlenmis yüzeyde bulunan bir TIG kaynagini gösteren Sekil 5 ile karsilastirilmak üzere isleme metodunun ilk asamasinin uygulanmasi ile islenen bir bölgede (A) yer alan bir TIG,I göstermektedir.

Lazer kaynagi için, Sekil 2, 2A ve 2B`nin egrilerine ve Sekil 7 ve 8'in metalografik kesitlerine referans yapilmaktadir. Sekil 8, islemenin ilk asamasini uygulayarak islemenin elde edildigi bir bölgedeki (A) bir lazer kaynaginin, isleme edilmemis nitrürlenmis yüzeyde bir lazer kaynagi gösteren Sekil 7 ile karsilastirilmasini göstermektedir.

Islenecek parçanin (1) bölgesi (B), daha önce belirtildigi gibi, bulusun metodunun birinci asamasinin uygulanmasiyla daha önceden islenmektedir.

Bu bölge daha sonra, lazer isininin, en azindan bir geçiste hareket ettirildigi ikinci bir asamaya tabi tutulmakta; böylece, altta yatan difüzyon tabakasinda bahsedilen bölgedeki nitrojen konsantrasyonunun dagiliminin modifiye edilmesi mümkün olmaktadir. Bu ikinci asama için, ayni 20-W fiber ve atim lazeri farkli ayarlarla kullanilmaktadir.

Böylece, lazer yaklasik 200 kHz'de ve gücünün %lOO'ünde kullanilmakta, 5 mm'ye göre odagi bozularak ayarlanmakta ve 1 mm/s ile 10 mm/s arasinda bir ilerleme hizina tabi tutulmaktadir. Bu ikinci asama, tek bir geçiste gerçeklestirilmektedir.

Metodun iki asamasi arasindaki nitrojen içerigindeki ilave azalmayi gösteren Sekil 2B'deki egriye referans yapilmaktadir. Bu önemli nitrojen kaybinin ilk asamanin ayarlari ile elde edilmesi zor olmaktadir.

Bu çesitli testler, bir nitrürlenmis yüzey üzerindeki kaynagin, darbe deliklerinden (Sekil 5) geçen yüzey deliklerine (Sekil 3) sahip, düzenli bir yapida olmayan, bozulmus bir görünüm olusturdugunu göstermektedir.

Bu metalografik bölümler, bulusun TIG kaynagi için ve ayni zamanda daha az ölçüde bir lazer kaynagi için iyi performans sonuçlari verdigini göstermektedir.

Bulusa göre, metot ile ikinci bir asamanin birlikte kullanilmasiyla, nitrojen konsantrasyonunun dagiliminin da modifiye edildigi gözlenmistir. Bu modifikasyon, altta yatan diiüzyon tabakasindaki nitrojen içeriginde bir azalma ile karakterize edilmistir.

Bulusun metodunun özelliklerinden, islemin yüzey tabakasini dönüstürerek ve sonuç olarak nitrürlenmis bir parçayi kaynak yapmak suretiyle üzerinde çalisilacak parçanin yapisini degistirdigi sonucuna varilmaktadir.

Bu lazer islemi, belirli bölgeler veya karmasik sekiller de dahil olmak üzere, üzerinde çalisilacak her tip yüzey parçansinin çok yüksek hassasiyetle islenmesini mümkün kilmaktadir. Özetle, nitrürlemenin bir kaynak operasyonu ile uyumlu olmadigi gerçegi göz önünde bulunduruldugu zaman, isleme metoti, ilk asamada, yüzey tabakasini dönüstürmeyi ve difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonunun dagilimini degistirmeyi mümkün kilmaktadir. Iyi performans sonuçlari sadece TIG kaynagi için degil ayni zamanda lazer kaynagi için de elde edilmistir. Bu ilk asama, bölgeyi kaynak ile uyumlu hale getirmek için yeterli olmaktadir.

Bulusa göre olan isleme metodunun ikinci asamasinda, difüzyon tabakasindaki nitrojen miktarini azaltirken nitrojen konsantrasyonunun dagilimini degistirmek mümkün olmaktadir. Sasirtici ve beklenmedik bir sekilde, difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonundaki bir azalmanin tersine bir sonuç verdigini, yani kaynagin daha kalitesiz biçimde olustugunu ortaya koymustur. Difuzyon tabakasindaki nitrojen içerigindeki bu azalma, öm. is parçalarinin kirilganligini azaltmak için bazi uygulamalarda önemli olabilmektedir.

Nitril Bölgesi 40 ?50 36 100 Derinlik (um', Bolge A Sek. 2 A 40 60 BD 100 Derinlik * (um) Bölge B Sek. ZB 40 80 80 100 Derinlik (pm) Nilrit parçasi üzerindeki kaynak yonu Islem görmüs bölgede ka naklanmasi

Claims (8)

ISTEMLER

1. Metodun, - en az bir lazer isininin, degistirilen difüzyon bölgesindeki nitrojen konsantrasyonu dagitilana degin veya belirtilen bölümün yüzey katmani kismen veya tamamen dönüstürülene degin, sözü edilen bölümün en azindan birinin üzerinden geçecek sekilde hareket ettigi bir ilk asamaya ilk bölümün en azindan bir bölümünün maruz birakilmasi, - en azindan bir lazer isininin, altta uzanan düfüzyon katmaninin nitrojen konsantrasyonunu azaltmak için sözü edilen bölüm üzerinde en azindan bir geçis gerçeklestirecek sekilde hareket ettigi bir ikinci asamaya yüzey katmanini olusturmak için dönüsüm gerçeklestirmek amaci ile en azindan bir bölümün maruz birakilmasi, asamalarini kapsadigi, bir nitrürlenmis/nitrokarbürlenmis çelik parçayi islemek için bir

2. Bir ilk asama için pek çok geçisin 0.01 mm ve 0.05 mm arasinda olan bir ara çizgi ile yapilmasi ile karakterize edilen istem l ”e göre metot.

3. Ara çizginin avantajli bir sekilde 0.02 mm olmasi ile karakterize edilen istem 2'ye göre metot.

4. Bir ilk asama için bir 20-W fiber ve atim lazerinin gücünün %50”sini ve yaklasik olarak 20 kHz,sini kullanacak sekilde ayarlandigi, lazerin odaginin 5 mm kadar bozuldugu ve yaklasik olarak 300 mm/s arasinda yüksek bir hiza maruz birakilmasi ile karakterize edilen istem 1°e göre metot.

5. Ikinci asama için bir 20-W fiber ve atim lazerinin gücünün %100,ü ve yaklasik olarak 200 kHz”sini kullanacak sekilde ayarlandigi, lazerin odaginin 5 mm kadar bozuldugu ve 1 mm/s ve 10 mm/s arasinda yüksek bir hiza maruz birakilmasi ile karakterize edilen istem l,e göre metot.

6. Ikinci asama için tekli bir geçisin gerçeklestirilmesi ile karakterize edilen istem l7e göre metot.

7. - En az bir lazer isininin, nitrojen konsantrasyonunun degistirilmis difüzyon bölgesine dagitilana kadar sözü edilen bölüm üzerinde en az bir geçis bölümünde hareket ettigi bir ilk asamaya üzerinde çalisilan parçanin en az bir bölümünün maruz birakilmasi; - parçanin islenen bölümünde kaynaklamanin gerçeklestirilmesi için altta uzanan difüzyon katmanini azaltmak ve yüzey katmaninin en az bir lazer isininin buradaki nitrojen konsantrasyonu kullanilabilir hale getirmek için sözü edilen bölüm üzerinde en az bir geçis olusturmak için hareket ettirildigi bir ikinci asamaya getirilmesi için en azindan bir bölümün lazer ile islenmesine maruz birakilmasi; asamalarini kapsayan, bir nitrürlenmis/nitrokarbürlenmis üzerinde çalisilacak bir parçanin kaynaklanma metodu.

8. Kaynaklamanin TIG kaynaklama ile olusturulmasiyla karakterize edilen istem 7'ye göre bir metot.