TR202022197A1 - Sert yüzeyli östemperlenmiş malzeme üretmek için yeni ısıl işlem yöntemi. - Google Patents

Abstract

Bu buluş, yüzeyi yüksek sertliğe sahip östemperlenmiş malzeme üretiminin yapılabildiği bir tür ısıl işlem yöntemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME SERT YÜZEYLI ÖSTEMPERLENMIS MALZEME ÜRETMEK IÇIN YENI ISIL ISLEM YÖNTEMI Bulusun ilgili oldugu teknik alan: Bu bulus, yüzeyi yüksek sertlige sahip östemperlenmis malzeme üretiminin yapilabildigi bir tür isil islem yöntemi ile ilgilidir. Teknigin bilinen durumu: Östemperlenmis malzemeler; dökme demir veya çelik gibi malzemenin 850-1100 °C sicakliklarda 0.5-1.5 saat süreyle östenitlemesinin ardindan su verme ve tuz islemiyle üretilmektedir. Bu isil islemin sonucunda ösferritik veya beynitik yapiya sahip malzeme Üretildigi görülmektedir. Bu isil islemin bir diger uygulama biçimi de iki basamakli östemperleme isil islemidir. Bu isil islem sonucunda da benzer yapi ve özelliklerde ösferritik veya beynitik malzemeler üretilmektedir. Östemperlenmis malzemelerin üstün mekanik özelliklerin yaninda özellikle bu malzemelerin çalistiklari ortamda asinmaya maruz kalmaktadir. Bu nedenle özellikle yüzeyi daha sert malzeme ihtiyaci olmaktadir. Asinmaya karsi özelliklerinin gelistirilmesi amaciyla indüksiyonla yüzey sertlestirme, su verme (martemperleme), yüzey kaplama, bortemperleme, nitrürleme gibi termokimyasal islemler de yapilmaktadir. Ancak yüzey kaplamasi ve termokimyasal yollarla yüzeyde olusturulan katmanlar asinma kosullarinda ya kolayca bozularak asinmaya direnç azalmakta ya da üretim sartlarindaki çesitli nedenlere bagli olarak katman kalinliklari sinirli (10- 1500 um) oldugundan yetersiz olmaktadir. Ifade edilen islemlerin yapilmasi hem maliyet hem de özel sartlari da gerektirmektedir. Dökme demir ve çelik malzemeler su verme islemiyle asinmaya dirençli hale getirilebilmektedir. Ancak su verme sonucunda malzemenin tokluk ve süneklik özellikleri çok kötülesmektedir. Bu nedenlerle su verme ile üretim sinirli kosullar için kullanilmaktadir. Klasik östemperlemenin özellikle sertlik ve dayanim bakimindan yeterli olmadigi görüldügünde iki basamakli östemperleme islemi gelistirilmistir. Bu yöntemde östenitlemenin ardindan malzeme islem sartlarindan daha düsük bir temperleme sicakligina sogutulmakta, daha sonra ise normal proses sicakligina isitilmaktadir. Bu islemde amaç yapida beynit, alasim karbür gibi çökelti fazlarin olusumunu saglayarak daha sert ve dayanikli malzeme üretimini saglamaktir. Fakat bu sogutma islemi malzemede yeterli sert faz olusumunu ya da baska bir ifade ile martenzit olusumunu saglayamadigindan dolayi hedeflenen mekanik özellikler elde edilememektedir. Ayrica bu islem hem iç hem de dis kisimlarda benzer yapi ürettiginden özellikle disi sert içi tok malzeme üretimi mümkün olamamaktadir. Bazi dökme demir ve çelik malzemelerde alasim elementlerine bagli olarak MC fazlari (alasim karbürleri) da olusmaktadir. Bu fazlar neticesinde malzeme sertligi bir miktar daha artsa da yeterli düzeyde artis saglanamamaktadir. Yüzeyi daha sert ve asinmaya dayanikli östemperlenmis malzeme üretilmesi amaciyla östemperleme isil isleminden sonra farkli metotlarla (alev, indüksiyon, termomekanik vb.) yüzey sertlestirme islemi yapilmakta ve yüzeyi sert malzemeler üretilebilmektedir. Ancak bu yöntemde önce malzemeler östemperleme isil islemine tabi tutulmaktadir. Ardindan östemperlenmis malzemelerin yüzeyleri bir sekilde isitilmakta ve ardindan su verilmektedir. Bu islem, ilave isil islem gerektiginden hem zaman hem de maliyetin artmasi, yüzeyin isitilmasi sirasinda ve su verme sonrasinda östemperlenmis yapida yapisal bozulmalar yada olumsuzluklar (dis ile iç mikro yapilar arasinda olmamasi gereken perlitik ara geçis fazi, östemperlenmis yapida kabalasmis fazlar, kalinti östenit vb.) meydana gelmesi ve kalinlik farklari bulunan veya karmasik sekilli parçalarda yüzey sertlestirme islemi öncesi isitma ve sonrasinda homojensizlikler meydana gelmesine neden olmaktadir. Mevcutta yüzey ve merkezi arasinda ayni yüksek sertlik degerinin elde edilebildigi isil islem de bulunmaktadir. Yüksek sertlik özelligine sahip demir esasli malzemeler su verme (martemperleme) isil islemi ile üretilmektedir. Bu islem; önce uygun islem sartlarinda östenitleme, ardindan su verme (suda, yagda, havada vb.) ve son olarak temperleme asamalarindan olusmaktadir. Su verme islemi neticesinde demir alasimlarinda hem yüzey hem de merkez kisimlarinda martenzitik yapi üretilmektedir. Dolayisiyla martenzitik yapi nedeniyle yüksek sertlige sahip olan malzeme ayni zamanda kirilgan olmaktadir. Çünkü martenzitik yapi toklugu azaltmaktadir. Bu isil islem uygulanan malzemelerde yüksek gerilimlerden dolayi çatlama ve kirilmalar meydana geldiginden çalisma ömürleri kisalmaktadir. Östemperlenmis malzemelerin dis kisimlarinda asinmaya dayanim bakimindan istenilen sertlik degerleri saglanamamaktadir. Çünkü östemperleme sonucunda; malzeme kimyasal bilesimine ve islem sartlarina bagli olarak 25-45 HRc sertlik elde edilirken, su verme sonucunda 40-65 HRc sertlik elde edilebilmektedir. Bu nedenle farkli yöntemler kullanilarak; ya kaplama yapilmakta ya da ikincil yüzey sertlestirme isil islemleri uygulanmak zorunda kalinmaktadir. Yüzeyi sert olmasi gereken özellikle östemperlenmis malzemelerde, ikincil yüzey sertlestirme isil islemi ihtiyaci vardir. Kaplama islemi sonucunda çok ince bir katman (0,1-1 mm) seklinde sert yüzey elde edilmektedir. Bu katman genelde yetersiz kalmaktadir. Kalin (1-10 mm) bir tabaka elde edilmesi sadece yüzey sertlestirme islemleri ile mümkündür. Bu nedenle kalin bir sert katmana sahip östemperlenmis malzeme üretimi yapilabilmesi için yeni bir yöntem gereklidir. Teknigin bilinen durumundaki "TR2012/15171" numarali basvuru incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulus, Bulus, sertlestirilecek olan malzemenin konumlandirildigi içi sivi (yag) doldurulmus bir tank, bahsedilen tank içine nakil borulari vasitasiyla sivi aktarimi saglayan pompa motor içeren çelige su verme ve sertlestirme sistemi ile ilgili olup, özelligi; bahsedilen pompa ile tank arasinda kelebek vana kullanilmasina gerek kalinmadan; motor ile irtibatlandirilmis bir hiz kontrol cihazi içermesidir. Teknigin bilinen durumundaki "US5246510A" numarali basvuru incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulus, seçici olarak yüzeyi sertlestirilmis bir dökme demir parçasi üretmeye yönelik bir yöntem, parçanin tüm dökme demir parça istenen östemperleme sicakligina sahip oluncaya kadar yaklasik 450 ° F ile yaklasik 800 ° F arasindaki istenen bir östemperleme sicakligina isitilmasi asamalarini içerir. Yöntem, seçici olarak yüzeyi sertlestirilmis, ancak esas itibariyla sertlesmemis ve östemperleme sicakliginin üzerinde isitilmamis bir iç kisma sahip olan bir dökme demir parça üretmeyi içerir. Basvuruya konu edilen bulus, isil islem süresini kisaltabilen ve buna bagli olarak sadece isin istenen bir bölümünü isil islemle kismen östemper yaparak enerji tüketimini azaltabilen östemperli bir isil islem yöntemi içerir. Yöntem, östemperleme isil isleminin lokal olarak sadece istenen bir kisim üzerinde yapilmasina izin vererek isil islem süresini kisaltmak ve böylelikle enerji tüketimi yapmayi içerir. Teknigin bilinen durumunda yapilan çalismalarda östemperlenmis malzemeler üstün özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak bu malzemelerin yüzey sertlikleri yetersiz kalmaktadir. Hem yüksek mekanik özelliklere (çekme dayanimi, tokluk, süneklik ve sertlik vb.) hem de asinmaya karsi direnci yüksek malzemelerin üretilmesi gerekmektedir. Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir. Bulusun amaci: Bu bulus, yüzeyi yüksek sertlige sahip östemperlenmis malzeme üretiminin yapilabildigi bir tür isil islem yöntemi ile ilgilidir. Bulusun en önemli amaci, östemperleme islemi yapilirken yüzey sertlestirme isleminin de yapilmasini saglamasidir. Bulusun diger bir önemli amaci, isil islem sirasinda yüzeyi sert olmasi gereken malzemelerde ikincil bir yüzey sertlestirme islemine olan gereksinimi ortadan kaldirmayi saglamasidir. Bulusun bir diger amaci, dis kisimlarda sert yüzeye sahip ve iç kisimlarda ise daha yüksek tokluga neden olan ösferritik veya beynitik yapiya sahip bir malzeme üretmeyi saglamasidir. Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atif yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir. Bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir. Sekilleri" açiklamasi: Sekil -1; Bulus konusu yöntemin islem adimlarinin grafiksel görüntüsünü veren çizimdir. Sekil -2; Bulus konusu yöntem uygulanan demirin sert olan dis ve toklugu yüksek olan iç kisminin görüntüsünü veren çizimdir. Sekil -3; Bulus konusu yöntem uygulanan çeligin sert olan dis ve toklugu yüksek olan iç kisminin görüntüsünü veren çizimdir. Referans numaralari: 110. Östenitleme yapilmasi 130. Temperleme yapilarak malzeme yüzeyine su verilmesi Bulusun açiklamasi Bu bulus, yüzeyi yüksek sertlige sahip östemperlenmis malzeme üretiminin yapilabildigi bir tür isil islem yöntemi ile ilgilidir. Ostemperlenmis malzemeler üstün özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. Ancak bu malzemelerin yüzey sertlikleri yetersiz kalmaktadir. Eski tekniklerle üretilen östemperlenmis malzemeler ve sertligi çok daha yüksek su verilmis malzemelerin bir kombinasyonu olan sert yüzeyli toklugu yüksek bir malzemeye gereksinim her zaman olmaktadir. Ancak, mevcut sartlarda bu tür malzemeler iki veya daha fazla islemle üretilebilmektedir. Tek bir isil islemle ek islemler ve maliyet gerektirmeden dis kismi sert östemperlenmis malzemelerin üretilebilmesi için bu yeni isil islem gelistirilmistir. Bu yeni islem sonucunda yüzeyi sert malzeme üretmek mümkün olmaktadir. Bulusa konu yöntemi disi sert içi tok veya istenilen bölgesi bu özellikte malzeme üretilebilmesini saglamaktadir. Sert yüzeyli östemperlenmis malzeme üretmek için yeni isil islem yönteminde uygulanan Islem adimlari ise asagidaki sekildedir. Östemperleme sonucunda dökme demirlerde östenit ve ferritten meydana gelen ösferritik yada çeliklerde karbür ve ferritten meydana gelen beynitik yapi elde edilmektedir. Östenitlemenin yapilmasi (110) ardindan, sadece malzeme yüzeyinin sertlesmesi için kisa süre (istenilen sert katman kalinligina bagli olarak 1-10 sn) hizli sogutucu (istenilen sertlige bagli olarak su, tuzlu su, buzlu su, yag vb.) ortama sokulmasi (120), temperleme yapilmasi (130) islem adimlarini içermektedir. Bu isil islem adimlari sonucunda; malzemelerin dis kismi daha sert ve dayanikli, iç kismi ise daha tok ve sünek olarak hem asinmaya dirençli hem de darbelere dirençli olmaktadir. Bu yöntem sadece malzeme yüzeyine su verilerek tek islemle iki isil islemden saglanacak özelliklerin elde edilmesini saglamakta ve uygulanan islemle iki ayri isil islemden elde edilebilecek iki farkli karakteristikte malzeme elde edilerek fonksiyonel malzeme üretilmesini saglamaktadir. Östenitlenen malzemeler düsük sicaklikta ( temperlenirse alt ösferritik ya da beynitik yapiyla daha sert ve dayanikli, yüksek sicaklikta ( temperlenirse üst ösferritik yada beynitik yapiyla daha tok ve sünek bir malzeme üretilebilmektedir. Her iki durumun da kendine özgü kusurlari bulunmaktadir. Bulusa konu yöntem sayesinde, özellikle östemperlenmis malzemelerin yogun kullanildigi disiler, kranklar, kamlar, tasiyici elemanlar, kazici ve kirici elemanlar vb. parçalarda hem yeterli dayanima ve asinmaya karsi sertlige, hem de darbelere karsi dayanima ve yeterli süneklige sahip malzemeler üretilebilecektir. TR TR TR