D2 Çelik Nasıl Doğru Şekilde Isıl İşlemden Geçirilir

D2 takım çeliği olağanüstü özellikleriyle karakterize edilen yüksek karbonlu, yüksek kromlu hava sertleştirme çeliğidir aşınma direnci, söndürme sırasında mükemmel boyutsal kararlılık ve yumuşamaya karşı yüksek direnç.

Yüksek alaşım içeriği nedeniyle zorlu işlenebilirlik ve kaynaklanabilirliğe rağmen, bu çelik kalitesi uzun ömürlü kalıplarda, delme kalıplarında ve soğuk şekillendirme kalıplarında yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir. Isıl işlem, mikro yapısını dönüştürerek gerekli yüksek sertlik, aşınma direnci ve tokluğu elde ettiği için D2 çeliği için kritik öneme sahiptir. Benzer şekilde, D2 takım çeliği için sorun giderme de önemlidir. Isıl işlem uygun şekilde gerçekleştirilmezse, D2 çeliği gerekli sertlik ve aşınma direncine ulaşamayacak ve zorlu uygulamalar için uygunsuz hale gelecektir. Örneğin, D2 ilk söndürmeden sonra sıklıkla önemli miktarda ostenit tutar ve bu da kırılganlığa ve boyutsal kararsızlığa yol açabilir. Bu nedenle, tutulan osteniti kararlı, daha sert bir martenzitik yapıya dönüştürmek ve iç gerilimleri gidermek, böylece takım ömrünü uzatmak ve optimum performansı sağlamak için çift veya üçlü tavlama şarttır. Ön ısıtma döngüleri de termal şoku önlemek ve bozulmayı en aza indirmek için çok önemlidir.

Bu makale, D2 takım çeliğine başarılı bir şekilde ısıl işlem uygulamak için kapsamlı bir "reçete" sunmaktadır. Her adım için en iyi uygulamaları, kalite kontrol önlemlerini ve bozulma, çatlama ve sertlik veya mikro yapı sorunları gibi yaygın sorunlar için etkili sorun giderme tekniklerini içerir. Bu yönergeleri anlayıp uygulayarak, takım ömrünü önemli ölçüde uzatabilir ve performansı optimize edebilirsiniz.

D2 çeliğinin ısıl işlemi genellikle üç temel adımdan oluşur: ısıtma (ostenitleme), hızlı soğutma (söndürme) ve daha düşük bir sıcaklığa tekrar ısıtma (tavlama). Her aşamada, istenen sıcaklığa ulaşmak için zaman ve sıcaklığın hassas bir şekilde kontrol edilmesi çok önemlidir. D2 çelik özellikleri ve mikro yapı.

D2 Takım Çeliği için Özel Isıl İşlem Adımları

1. Hazırlık ve Ön ısıtma

D2 çeliği, yağların çelik yüzeyinde meydana getireceği renk bozulmalarını önlemek için ısıl işlemden önce yağdan arındırılmalıdır.¹ D2 çeliğini kontrollü nötr atmosfere, vakuma veya nötr tuz fırını ortamına yerleştirmek ve paslanmaz çelik folyoya sarmak, ısıl işlem sırasında dekarbürizasyonu önleyebilir. Bu hazırlık, özellikle daha küçük D2 çelik parçaları için önemlidir.

Yüzey koruması uygulandıktan sonra, özellikle yüksek hacimli malzeme (ilk bloğun 30-50%'sinden fazla) çıkarıldığında, resmi ısıl işlemden önce D2 çeliğine ön ısıtma (sertleştirilmemiş) yapılmalıdır. Ön ısıtmanın amacı, sonraki ısıl işlem sırasında deformasyon ve çatlama riskini azaltmaktır.

Ön ısıtma adımları şu şekildedir: D2 çeliğini yavaşça ve eşit şekilde 1200–1250°F'ye (649–677°C) ısıtın. Bu sıcaklıkta her inç (25,4 mm) kalınlık için 1–2 saat bekletin. Ardından fırında yavaşça oda sıcaklığına soğutun.

D2 çeliğini ısıtmaya soğuk bir fırında başlamak en iyisidir, çünkü bu daha yavaş ve daha homojen bir ısıtma süreci sağlar. Fırın önceden ısıtma sıcaklığına kadar ısıtılmışsa, D2 malzemesini ön ısıtma için fırının üstüne yerleştirmenizi öneririz. Bu sayede soğuk büzülme önlenir ve termal şok azaltılarak çatlama en aza indirilir.

2. Austenitleme (Sertleştirme)

Bu, ısıl işlem işleminin ikinci adımıdır. Austenitleme, ferrit-perlit yapısını ostenite dönüştürür ve karbürlerin büyük bir kısmını çözer. D2 çeliği, özelliklerini geliştirmek için ostenitleme sırasında çeşitli karmaşık alaşım karbürlerinin çözülmesine bağlıdır.

Bu adımın sıcaklık aralığı 980–1025°C (1796–1877°F) olup, ıslatma süresi genellikle inç başına 45-60 dakikadır (mm başına 1,8-2,4 dakika). 25,4 mm'den (1 inç) daha kalın ürünler için minimum 45-60 dakikalık bir ıslatma süresi önerilir. Aşırı ıslatma veya aşırı ısıtma, moleküler yapıyı bozarak kırılganlığa neden olabilirken, yetersiz ıslatma ise yetersiz sertliğe yol açar.

3. Söndürme

Islatma işleminden sonra çelik, dönüşüm sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa hızla soğutulur ve sert martensitik bir yapı elde edilir. Söndürme üçüncü adımdır.

D2, hava ile sertleşen bir takım çeliğidir ve bu tür çeliklerin sulandırılması için tercih edilen yöntem hava ile söndürmedir. Hava ile söndürme, deformasyonu ve boyutsal değişimleri önemli ölçüde azaltabilir. Ancak, çok büyük kesitler için, yalnızca hava soğutması tam sertliğe ulaşmaya yetmeyebilir; bu gibi durumlarda, uygun dönüşümü sağlamak için yağ ile söndürme veya çalkalanmış tuz banyoları düşünülebilir.

Hava soğutması seçilirse, D2 iş parçasını fırından çıkarın ve doğal olarak yaklaşık 150°F (66°C) sıcaklığa soğumasını bekleyin. Atmosferle teması önlemek için, tüm görünür kırmızı ısı gidene kadar parçayı folyo zarfı içinde kapalı tutmak önemlidir.

Düzleştirme gerekiyorsa, bu işlem 205°C'nin (400°F) üzerindeki bir sıcaklıkta yapılmalıdır.

4. Kriyojenik İşlem (İsteğe Bağlı Ancak Tavsiye Edilir)

Tavlama, söndürme işleminden sonra kırılganlığı azaltmayı, tutulan osteniti dönüştürmeyi ve martenzitte karbürler oluşturmayı amaçlayan kritik bir ısıl işlem adımıdır ve böylece D2 çeliğinin özelliklerini optimize eder.

D2 için tipik temperleme sıcaklıkları, ilk temperleme için yaklaşık 515°C (960°F), ikinci temperleme için ise 480°C'dir (900°F). Birden fazla temperleme işlemi kullanılıyorsa, orijinal sertlik seviyesini korumak için her bir sonraki temperleme işlemi, bir öncekinden biraz daha düşük bir sıcaklıkta (örneğin, 14°C veya 25°F daha düşük) gerçekleştirilmelidir. Her temperleme döngüsü, kesitin her inç (25 mm) için 2 saatlik bir bekletme süresi gerektirir. Bu kritik öneme sahiptir. Olumsuz Parçaların temperlenmesini azaltın. Östenit kalıntısını en aza indirmek için, temperleme döngüleri arasında parçanın oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin.

5. Temperleme

Temperleme (veya çekme), sertleştirilmiş çeliklere tokluk ve sünekliği artırmak, iç gerilimleri azaltmak ve istenen mekanik özellikleri elde etmek için uygulanan bir ısıl işlemdir. Söndürülmüş martenziti temperlenmiş martenzite dönüştürür. Söndürülmüş martenzit çok serttir ancak aynı zamanda kırılgandır ve temperlenmediği takdirde çatlamaya karşı oldukça hassastır. Temperleme aynı zamanda tane yapısını da iyileştirir.

Tavlama, söndürmeden hemen sonra, parçalar 125-150°F (52-65°C) sıcaklığa ulaştığında yapılmalıdır.

Aşınma direncini ve gerilim gidermeyi iyileştirmek için D2 için çift temperleme veya hatta üçlü temperleme öneriyoruz. İlk temperleme için sıcaklık 960°F (515°C) olup, her bir inç (25 mm) kesit için 2 saatlik bir ıslatma süresi vardır. İkinci temperleme, ilk temperlemeden sonra sıcaklığın oda sıcaklığına düşmesini beklemelidir. İkincil temperleme 900°F (480°C) sıcaklıkta olup, her bir inç kesit için 2 saatlik ıslatma süresi vardır.

400°F (205°C) sıcaklıkta tek bir tavlama ile 62 HRC elde edilebilmesine rağmen, aşınma direncini artırmak ve stresi ortadan kaldırmak için 900°F'de çift tavlama yapılmasını öneriyoruz.

Sertleştirilmiş D2 çelik malzeme için, önemli taşlama, kaynaklama veya elektrik deşarj işleme (EDM) sonrasında, gerilim giderme için temperlemeyi de öneriyoruz. Bu, önceki temperleme sıcaklığından 25-50°F (14-28°C) daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. ²

Yaygın D2 Isıl İşlem Sorunlarının Giderilmesi

1. Düşük Sertlik veya Mukavemet

Bu durum yetersiz ostenitleme sıcaklığı veya yetersiz tutma süresinden ("az ısıtma") kaynaklanabilir ve bunun sonucunda martensitik dönüşüm tamamlanmamış olur.

Östenitleme sıcaklığının ayarlanması ve yeterli tutma süresinin sağlanması veya birden fazla tavlama çevrimi uygulanması ve kalıntı östenit sorunlarını gidermek için kriyojenik işlem uygulanması önerilir.

2. Bozulma ve Çarpılma

D2 çeliği üzerinde işleme veya dövme işlemleri sırasında oluşan kalıntı gerilmeler birincil nedendir. Bununla birlikte, ısıl işlem sırasında D2 iş parçasının yeterince düzgün ısıtılmamasının da soruna katkıda bulunması mümkündür.

Çözüm, kaba işlemeden sonra ve sertleştirmeden önce gerilim giderme işleminin uygulanmasını ve ısıl işlem sırasında D2 bileşenlerinin homojen bir şekilde ısıtılmasını sağlamayı içerir. Homojen ısıtma, fırın duvarının renginin iş parçasının rengiyle uyumlu olup olmadığına bakılarak değerlendirilebilir. Fırın duvarı ve iş parçasının rengi tutarlıysa, bu, D2 bileşeninin homojen bir şekilde ısıtıldığı anlamına gelir.

3. Söndürme Çatlağı

Aşırı hızlı veya düzensiz soğutma çatlamalara neden olabileceğinden, soğutma hızı kontrol altında tutulmalıdır. Hava ile söndürmeden önce gerilim giderme işlemi de çatlama riskini azaltabilir.

4. Aşırı Isınma ve Yanma

Aşırı östenitleme sıcaklığı veya önerilen sürelerin ötesinde uzun süreli bekletme, çeliğin aşırı ısınmasına ve hatta yanmasına neden olabilir. Bu durum, moleküler yapıyı tahrip ederek veya yakarak kırılganlığa ve tane irileşmesine neden olur.

Tavsiye edilen östenitleme sıcaklığına ve bekletme süresine kesinlikle uyun.

5. Dekarbürizasyon ve Oksidasyon

Çeliklerin uygun atmosfer kontrolü olmadan yüksek sıcaklıklara ısıtılması, oksidasyona (ölçeklenme) ve dekarbürizasyona (yüzeyden karbon kaybı) yol açabilir. Dekarbürizasyon, yüzey sertliğini ve aşınma direncini azaltır.

Tuz banyolu fırınlar veya kontrollü atmosferli fırınlar kullanmak bu sorunları önleyebilir veya en aza indirebilir. Alternatif olarak, D2 iş parçalarını paslanmaz çelik folyoya sarmak, dekarbürizasyon olasılığını azaltabilir.

6. Aşırı Tutulan Austenit

Yüksek ostenitleme sıcaklıkları, hızlı soğutma hızları ve özel alaşım elementleri, söndürme sonrasında önemli miktarda ostenit kalıntısına yol açabilir. Bu durum, ostenit kalıntısının kullanım sırasında kendiliğinden temperlenmemiş martenzite dönüşebilmesi nedeniyle boyutsal kararsızlığa yol açabilir.

Çoklu temperleme işlemleri, kalan osteniti dönüştürebilir ve yeni oluşan martensiti temperleyebilir. Temperleme döngüleri arasında oda sıcaklığına soğutma, kalan ostenit miktarını en aza indirmek için de kritik öneme sahiptir.

Özet

Özetle, yukarıdaki şema D2 çeliği için standart bir ısıl işlem şemasıdır. Bu işlemde, deformasyona veya çatlamaya yol açabilen dengesiz ısıtma da dahil olmak üzere çeşitli ayrıntılar dikkate alınmalıdır. Östenitleme sırasında aşırı ısıtma veya aşırı ıslatma, aşırı tane büyümesine yol açarak çeliği kırılgan hale getirebilir. D2 çeliğine uygulanan ısıl işlemin sonuçları için, D2 çelik sertliği Isıl işlemin uygun olup olmadığını doğrulamak için tek başına ölçüm yeterli değildir. Mukavemet, tokluk, aşınma direnci ve mikroyapısal özellikler gibi diğer performans göstergeleri kaliteyi daha iyi yansıtır.

1. ASM Uluslararası. (1991). ASM El Kitabı, Cilt 4: Isıl İşlem. ASM Uluslararası. ↩︎
2. Leed, RM (2007). Takım ve Kalıp Yapımı Sorun Giderici. Üretim Mühendisleri Derneği (SME). ↩︎