Jominy Deneyi

GİRİŞ:  Kullanılan makine parçalarının çoğu yük altında çalıştıklarından ve bu yüklere dayanıklı olunması istendiğinden ıslah çeliklerinden imal edilmektedirler. Islah işlemi, çelikyapının önce su verilerek martenzit yapıya dönüştürülmesi daha sonra belli bir sıcaklıkta belli bir süre tavlanmasıdır. Böylece hem sert hemde tok makine elemanları imal edilebilir. Islah işlemi için gereken martenzit yapı yüzeyde çok rahat elde edilirken, parçanın merkezine inildikçe martenzit yapı elde etmek de zorlaşmaktadır.Oysa ıslah işlemi uygulanacak bir makine malzemenin tüm kesidinin martenzit olması istenmektedir. Bu durumda Sertleşebilirlik kavramı ortaya çıkar. Sertleşebilirlik bir malzemenin yüzeyinden merkezine kadar martenzite dönüşebilirliğinin göstergesidir. Sertleşebilirlik çogu zaman teknolojik bir problem olarak karşımıza çıkar. Bu nedenle kalın kesitli parçaların üretiminde sertleşebilirliği daha iyi malzemeler kullanılmalıdır.                                                                                                                              Deneydeki amacımız ıslah çeliklerindeki  karbon miktarının sertliğe ve sertleşebilirliğe etkisini incelemektir. Diğer bir amacımız ise ıslah çeliğindeki alaşım elemetleri miktarının sertliği ve sertleşebilirliği ne yönde etkilediğinin incelenmesidir.

DENEYSEL ÇALIŞMA: Karbon miktarının martenzit sertliğine ve sertleşebilirliğe etkisinin irdelemebilmesi için karbon oranları farklı olan 3 adet alaşımsız ıslah çeliği numunesi seçilmiştir. Bunlar SAE 1020 (%0,2C) , SAE 1040 (%0,4) ve SAE 1060 (%0,6) çelikleridir.    Yapıdaki alaşım elementi miktarının martenzit sertliğine ve sertleşebilirliğe etkisinin incelenmesi amacıyla da karbon içerikleri aynı , alaşım elementi miktarları farklı olan 3 adet numune seçilmiştir.Bunlar SAE  1040, SAE 4140 ve SAE 4340 çelikleridir.Göründüğü üzere numunelerin hepsinde sabit %0,4 karbon bulunurken SAE  4140 çeliği %1 Cr %0,3 Mo , SAE 4340 çeliği ise %1 Cr %0,3 Mo ve %1,8 Ni ihtiva eder. Bu numuneler  TS1381 EN ISO 642 Jominy deneyi standarlarının ön gördüğü üzere 100mm boyunda ve 12,5 mm çapında olacak şekilde hazırlanmıştır. Jominy deneyi her numune için östenitleşme sıcaklığına çıkıldıktan sonra alına su vurularak yapılmaktadır. Alından mesafeye bağlı olarak ölçülen sertlik değerleri bize malzemenin sertleşebilirliği hakkında bilgi vermektedir. Hazırladığımız 6 numune içerdikleri karbon oranlarına göre Fe-Fe3C faz diyagramındaki A3 hattının hemen üzerine çıkarılarak 20 dakika bu sıcaklıkta bekletilmiştir.

Numune	1020	SAE 1040	SAE 1060	SAE 4140	SAE 4340
Östenitleştirme sıcaklığı	900°C	860 °C	820 °C	860°C	860 °C

20 dakika süre ile yukarıdaki tabloda verilen sıcaklıklarda bekletilen numunelere Jominy deneyi  standartlarına uygun şekilde anlından su verilmiş ve alından uzaklığa bağlı olarak HRC sertlikleri ölçülmüştür.

BULGULAR VE İRDELEME: Alnından su verilerek sertleştirilen nıumunelerin yine alnından mesafeye bağlı olarak HRC değerleri bulunarak grafik üzerinde gösterilmiştir. Vurulan suyun ilk temas ettiği alın noktasında %100 martenzit olduğu düşünülürse grafiklerden okunacak ilk serlikler martenzit sertliği olacaktır. Alaşım elementlerinin veya Karbonun Martenzit sertliğine etkisinin incelenmesinde bu ilk sertlik değerleri kullanılacaktır. Numunelerin sertleşebilirliklerinin karşılaştırılmasında ise sertliğin iç bölgelere dagılımı incelenecektir. Alın bölgesiyle belirli bir x uzaklığının sertlikleri arasındaki fark ne kadar az ise o malzemenin sertleşebilirliği  o kadar iyi olacaktır.

İlk grafik 1020,1040 ve 1060 çeliklerine ait, ikinci grafik ise 1040, 4140, 4340 çeliklerine ait olmak üzere alından mesafeye bağlı sertlik grafikleri çizilirse;

İlk grafik için;                                                                                                                                                                                                                        Sertlik degerleri HRC cinsinden ölçülmüştürve martenzit sertlikler SAE 1020 için 38 HRC ,SAE 1040 için 55 HRC ve SAE 1060çeliği için 57 HRC belirlenmiştir.Sonuç olarak SAE 1020 ,1040 ve 1060 çeliklerinde karbon miktarının artışıyla beraber yüzeydeki  sertlik oranınında arttıgı görülmüştür. Sertleşebilirliğe bakıldığında her 3 numunede de alından mesafenin artmasıyla beraber sertliğin ani olarak düştüğü görünmektedir. Sertliklerin alından uzaklıkla beraber ani olarak düşüş göstermesi bu parçanın sertleştirilebilirliğinin düşük olduğunu gösterir.                                                                                                                                        İkinci grafik için;                                                                                                                                                                                                                          İkinci grafiğe bakıldığında SAE 1040 çeliğinin martenzit sertliğinin 55 HRC, SAE  4140 çeliğinin martenzit  sertliğinin 59 HRC ve son olarak SAE  4340 çeliğinin martenzit  sertliğinin 54 HRC olduğu görülmektedir. Alaşım elementlerinin sertliğe önemli bir etkide bulunmamıştır.(Aluminyum, Cobalt gibi istisnalar hariç.) Fakat 1. Gruptaki numunelerle karşılaştırıldıklarında sertleşebilme kabiliyetlerinin oldukça üstün olduğu görülmüştür. Alaşım elementleri sayesinde sertlik daha iç kısımlara kolayca taşınabilmiştir. Sonuç olarak alaşım elementlerinin martenzit sertliğine herhangi bir etkisi olmazken, sertleşebilirliği arttırmıştır.

Martenzit en genel anlamda kafesteki Karbon atomundan dolayı dönüşüm sırasında kafesin çarpılmasının veya tetrogonalleşmesinin  bir sonucudur. Bundan dolayı diğer alaşım elementlerinin martenzit sertliğine etkisi araştırılırken kafeş çarpılmasını etkileyip etkilemediğine bakılmalıdır.Örnegin Cr Fe içerisinde yer alan olarak çözünür ve yapı içerisinde Fe atomu gibi davranır. Dolayısıyla herhangi bir kafes çarpılmasına sebebiyet vermediğinden dolayı martenzit sertliğine herhangi bir etkisi yoktur.

Yapıdaki alaşım elementleri TTT diyagramlarındaki ferrit-perlit bölgesini çeşitli mekanizmalarla sağa dogru ötelediğinden sertleşebilirliği arttırırlar. Alaşım elementleri varlığında  martenzit elde edilebilmesi için daha büyük bir çalışma aralığımız oldugundan dolayı sertlik iç bölgelere  daha kolay taşınabilir.

SONUÇ:  Islah çeliklerinde karbon miktarı arttıkça martenzit sertliği artmaktadır. Alaşım elementlerin ise sertliğe herhangi bir etkisi yoktur fakat sertleşebilirliği önemli ölçüden arttırmıştır. Kalın et kalınlığına sahip makine elemanlarında sertleşebilirliği daha iyi olan alaşımlı ıslah çelikleri kullanılmalıdır. Küçük elle tutulan parçalarda alaşımsız çelikler kullanılabilir.