5140 ALAŞIMLI ÇELİK | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. 5140 Alaşımlı Çelik için Temel Isıl İşlem Prosesleri

Birkaç kurulmuş ısıl işlem 5140 alaşımlı çeliğe mikro yapısını ve dolayısıyla fiziksel ve mekanik özelliklerini değiştirmek için işlemler uygulanabilir. Bu işlemler tavlama, normalleştirme, sertleştirme ve temperleme, ostemperleme ve indüksiyon sertleştirmeyi içerir.

3.1 5140 Alaşımlı Çeliklerin Tavlanması

Tavlama Öncelikle 5140 alaşımlı çeliğin yumuşatılması, işlenebilirliğinin ve şekillendirilebilirliğinin artırılması için kullanılır.

• İşlem: Bu, çeliğin 815°C ila 870°C (1500°F ila 1600°F) sıcaklık aralığına ısıtılmasını, bu sıcaklıkta yeterli bir süre tutulmasını ve ardından genellikle fırın soğutması olarak adlandırılan yavaş bir soğutma işlemini içerir.
• Sonuç: Bu işlem, ferritik bir matris içinde ağırlıklı olarak perlitik veya küreselleştirilmiş karbürlerden oluşan bir mikro yapı üretmeyi amaçlar. Bu aralıkta 5140 çeliği tavladıktan sonra elde edilebilecek maksimum sertlik yaklaşık 187 HB'dir. Özgül mikro yapısıyla karakterize edilen bu yumuşatılmış durum, geliştirilmiş işlenebilirlik ve iyileştirilmiş şekillendirilebilirlik nedeniyle sonraki üretim operasyonları için idealdir.

3.2 5140 Alaşımlı Çeliklerin Normalizasyonu

Normalizasyon, 5140 alaşımlı çeliğin tane yapısını inceltmek, daha homojen ve düzgün bir mikro yapı oluşturmak için kullanılan bir ısıl işlem prosesidir.

• İşlem: Çeliğin üst kritik dönüşüm noktasının (Ac3) üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılması ve ardından durgun havada soğutulması işlemidir.
• Sonuç: Bu işlem, çeliğin mukavemetini ve tokluğunu artırabilen daha ince, daha düzgün bir tane boyutuyla sonuçlanır. Normalizasyon genellikle sertleştirme ve temperleme gibi daha ileri ısıl işlemlerden önce bir hazırlık adımı olarak gerçekleştirilir ve sonraki termal işleme tutarlı ve optimum bir yanıt sağlar.

3.3 5140 Alaşımlı Çeliklerin Sertleştirilmesi ve Tavlanması

Sertleştirme ve tavlama (genellikle şu şekilde adlandırılır) söndürme Ve temperleme) 5140 alaşımlı çeliğin mukavemet, sertlik ve tokluk arasındaki optimum dengeyi geliştirmek için uygulanan kritik bir ısıl işlemdir.

• Sertleştirme İşlemi: Bu, çeliğin genellikle yaklaşık 840°C'ye (veya belirli uygulama ihtiyaçlarına göre) ısıtılmasıyla ostenitleştirilmesini ve ardından uygun bir ortamda (örneğin, yağ veya su) hızlı soğutulmasını (söndürme) içerir. Amaç, osteniti başlangıçta yüksek sertlik sağlayan sert martensitik veya bainitik bir yapıya dönüştürmektir.

• Sertleşebilirlik: 5140 alaşımlı çelik, 1040 gibi düz karbon çeliklerinden daha üstün olan iyi sertleştirilebilirlik sergiler, özellikle de su ile söndürüldüğünde yaklaşık 40 mm çapa kadar kesitlerde tam sertlik elde etmede. Örneğin, 15 mm çapındaki bir 5140 numunesi, benzer söndürme koşulları altında 40 mm çapındaki numunelerde bile korunan bir özellik olan martensit oluşumu nedeniyle kesiti boyunca tutarlı sertlik gösterir. Ancak, sertleştirilebilirliği genellikle aşağıdaki gibi daha yüksek alaşımlı sınıflardan daha düşüktür: 4140 veya 4340; bu, homojen bir sertlik elde etmenin kritik önem taşıdığı çok büyük kesitlerde işlem yapılırken dikkate alınmalıdır, çünkü daha yüksek alaşımlı alternatifler daha derin sertleştirme sağlayabilir.

• Tavlama İşlemi: Sertleştirmeden sonra çelik son derece serttir ancak çoğu uygulama için genellikle çok kırılgandır. Tavlama, söndürülmüş çeliğin alt kritik sıcaklığının (Ac1) altındaki belirli bir sıcaklığa, tipik olarak 175°C ile 705°C (350°F ile 1300°F) arasına yeniden ısıtılmasını içerir. Seçilen tavlama sıcaklığı, özelliklerin nihai dengesini belirler.
• Sonuç: Tavlama, sertliği ve mukavemeti bir dereceye kadar azaltır ancak sünekliği ve tokluğu önemli ölçüde artırarak söndürme sırasında oluşan iç gerilimleri hafifletir. Bu işlem, 5140 alaşımlı çelik bileşenlerinin nihai mekanik özellikleri üzerinde hassas kontrol sağlayarak bunları belirli hizmet taleplerine göre uyarlamayı sağlar.

3.4 5140 Alaşımlı Çeliklerin Temperlenmesi

5140 düşük alaşımlı çelik, bainitik bir mikro yapı üreten izotermal bir dönüşüm süreci olan ostemperleme için oldukça uygun kabul edilir.

• İşlem: Ostemperleme, çeliğin ostenitleme sıcaklığından doğrudan martensit başlangıç sıcaklığının (Ms) üstünde ancak perlit oluşum aralığının altında (tipik olarak bainit dönüşüm bölgesi içinde) bir sıcaklığa kadar söndürülmesini içerir. Çelik, ostenit tamamen bainite dönüşene kadar bu sıcaklıkta tutulur. 5140 çeliği için, bu bainite dönüşüm genellikle 315°C ila 400°C (600°F ila 750°F) arasındaki sıcaklıklarda tutulduğunda 1 ila 10 dakika içinde tamamlanır.
• Sonuç: Bu işlem, mukavemet, tokluk ve sünekliğin mükemmel birleşimiyle bilinen ve genellikle geleneksel söndürme ve temperlemeyle karşılaştırıldığında daha az bozulmaya sahip bir bainitik mikro yapıyla sonuçlanır. 5140 alaşımlı çeliğin bileşimi, soğutma sırasında perlit oluşumunu atlatmak için daha fazla zamana sahip olması nedeniyle, 1080 gibi düz karbonlu çeliklere kıyasla daha büyük kesit boyutlarında östemperlemeye olanak tanır.

3.5 5140 Alaşımlı Çeliklerin İndüksiyonla Sertleştirilmesi

Yüksek yüzey sertliği ve aşınma direncinin sert bir çekirdekle birleştiği uygulamalar için 5140 alaşımlı çelik etkili bir şekilde indüksiyonla sertleştirilebilir. Bu işlem genellikle istenen çekirdek özelliklerini oluşturmak için ilk sertleştirme ve temperleme işleminden sonra gerçekleştirilir.

• İşlem: Endüksiyon sertleştirme, çeliğin yüzey tabakasını dönüşüm sıcaklığının üzerine hızla ısıtmak için elektromanyetik indüksiyon kullanan ve ardından hemen söndürme işlemine tabi tutan bir yüzey sertleştirme tekniğidir.
• Sonuç: Bu, çekirdeğin önceden belirlenmiş faydalı özelliklerini (tokluk veya yüksek mukavemet gibi) korurken sert bir yüzey kılıfı oluşturur. 5140 alaşımlı çelik için (bu özellik için genellikle 4140 ile gruplandırılır), indüksiyon sertleştirme, bileşenin çapına ve belirli işlem parametrelerine bağlı olarak çekirdek mukavemetleri tipik olarak 100-140 kgf/mm² arasında değişen 1,0 mm ila 2,0 mm kasa derinliklerine ulaşabilir. Bu ikili özellik özelliği, yüzey aşınmasına ve çekirdek gerilimlerine maruz kalan bileşenler için oldukça avantajlıdır.

3.6 5140 Alaşımlı Çelik için Isıl İşlem Seçeneklerinin Özeti

Size daha net bir genel bakış sağlamak için, aşağıdaki tablo 5140 alaşımlı çeliğe yönelik temel ısıl işlem süreçlerini özetlemektedir: