VAKUM ALTINDA YAĞDA SERTLEŞTIRME

Vakum Altında Yağda Sertleştirme Fırınları

Son dönemde vakum fırınlarına olan ihtiyaçla beraber, vakum fırınlarının bir alt dalı olan vakum altında yağda sertleştirme fırınları ilgi odağı haline gelmeye başlamıştır. Bu fırınlar, içerisinde hem ısıtma haznesi hem de yağ tankını aynı anda barındıran, 1300°C kadar yüksek sıcaklıklara çıkarak vakum altında uygun reçeteye göre ısıl işlem ve tutma prosesini gerçekleştirip hemen ardından yine vakum altında veya vakumsuz yağa daldırma işleminin uygulanabildiği, kompakt tasarıma sahip fırınlardır. Sistem Teknik olarak bu fırınların üretimini AR-GE çalışmalarımızın sonucunda aldığımız başarının sonucunda gerçekleştirmeye başladık ve önümüzdeki projelerle beraber sektör içerisinde yeterince ses getireceğinin bilincindeyiz. 

Vakum Altında Yağda Sertleştirme Prosesi

Fırına yerleştirilen malzeme öncelikle ısıtma haznesi içerisinde istenilen rampada ısıtma işlemine tabi tutulur. Burada reçeteye göre belirli tutma süreleri uygulanır. Ardından malzeme fırın dışına alınmaya gerek duyulmaksızın, otomatik bir sistem vasıtasıyla ısıtma haznesinden alınarak yağ tankı içerisine transfer edilir ve tank içinde yağda su verme işlemi gerçekleşir. Yağ tankı istenilen sıcaklık ve basınçta tutulup istenilen karıştırma hızıyla karıştırılabilir. Isıtma haznesindeki ısıtma işleminde, proses ihtiyacına yönelik hazırlanan reçetelerin basamak sayıları ne kadar olursa olsun bu fırınlarda uygulanabilir.

Avantajları

Fırının kompakt tasarımı, enerji tasarrufu sağlaması, çevreci anlayışı ile birlikte karbon salınımına olan minimum etkisinin gözlemlenmesi tercih edilme sebeplerinin başında gelmektedir

Düşük Basınçta Karbürleme (LPC) Fırınları

Günümüzde popülaritesi gittikçe artan ve ısıl işlem sektörünün gözdesi haline gelmeye başlayan bir diğer fırın çeşidi olan LPC fırınları, geleneksel ve bilinen fırınlara göre teknik avantajlarıyla inovatif bir seçenek haline gelmiştir. Bu fırınlarda LPC (Low Pressure Carburizing- Düşük Basınçta Karbürizasyon) işlemi gerçekleştirilir. LPC prosesi vakum altında, düşük basınç değerlerinde, karbonlayıcı bir gaz yardımıyla, ostenitleme sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta ve önceden hazırlanmış bir reçetenin uygulanmasıyla yapılan bir karbürizasyon işlemidir. Sistemde karbonlayıcı gaz olarak propan, asetilen gibi gazlar kullanılabilir. Sistem Teknik olarak AR-GE çalışmalarımız sonucunda vakum altında yağda sertleştirme fırınlarımız üzerindeki inovatif değişimlerimizle birlikte üretimini gerçekleştirdiğimiz LPC fırınımızda, vakum altında yağda sertleştirme quench yapılabilirken aynı zamanda da düşük basınçta karbürizasyon işlemi gerçekleştirilebilmektedir. Fırınımızın çalışmasını ve işlem esnasında karbürlenen malzemede meydana gelen değişimleri gözlemlemek için ekibimizle birlikte uzun süren uğraşlarla gerçekleştirdiğimiz deneysel proseslerin neticesinde aldığımız güzel sonuçlar, bizlere LPC fırınlarımızın gelecek için umut vaat ettiğini göstermiştir.

Proses

Prosese başlanmadan önce ilk olarak karbonlanması istenen malzeme ısıtma haznesi içerisine alınır ve proses reçetesi fırının kontrolünü sağlayan otomasyonel sisteme girilir. Hazırlanan reçetede, vakum altında ısıtma ve bu sıcaklıkta tutma (tercihe göre tutma adımı iptal edilebilir), işlemlerinin ardından, boost (karbonlama) ve diffusion (difüzyon) basamakları yer alır. Bu basamaklar birer adımdan oluşabildiği gibi çok fazla sayıda da olabilir. (Örneğin; 10 boost, 10 diffusion ya da 7 boost, 7 diffusion adımı gibi.) Boost ve diffusion adımlarının süreleri ve sisteme beslenen karbonlayıcı gazın debisi önceden belirlenerek reçeteye eklenir. Fırın öncelikle, istenildiği takdirde reçeteye göre ön ısıtma yapar ve bu ısıtma adımı yine reçeteye göre birkaç adımdan oluşabilir. Daha sonra fırın, yine reçeteye uygun olarak işlem uygulanan malzemenin ostenitleme sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklığa getirilir ve istenildiği takdirde belirlenen sürede sabit sıcaklıkta bir tutma adımı uygulanır. Bu adımların ardından Boost ve Diffusion adımlarına geçilir. Boost adımında karbonlayıcı gaz sisteme önceden belirlenen debide ve sürede verilir. Difussion adımı ise malzemenin karbonlama gazına maruz kaldıktan sonra karbonu emmesi için tanınan süreden oluşur. Bu süre zarfı boyunca sisteme kısmi basınçta azot verilir. Karbürleme aşamasından sonra malzeme ya gaz altında ya da yağda su verme işlemine tabi tutulabilir. Kompakt tasarıma sahip LPC fırınlarında eğer yağda su verme işlemi yapılacaksa, malzeme fırından dışarı çıkarmaksızın fırının özel sistemi sayesinde ısıtma haznesinden direkt olarak yağa daldırılabilir. Yağ tankı istenilen basınçta ve sıcaklıkta tutulabilir ve talep edilen karıştırma hızıyla tank içerisinde sirkülasyon sağlanabilir. LPC prosesi karbon emdirilebilen tüm çelik türlerinde kullanılabilir. Özellikle bu proses sayesinde orta ve düşük karbonlu çeliklere kolaylıkla karbürizasyon işlemi yapılabilir. Reçete üzerinde yapılacak değişimlerle düşük ya da yüksek alaşımlı çeliklere de LPC prosesi uygulanabilir. Özellikle mil ve dişlilerde, havacılık ve savunma sanayinde kullanılan sertlik ve aşınma direncinin istendiği alaşımlı çeliklerde LPC tercih sebebi olan bir uygulamadır.

Avantajları

LPC prosesi sonucunda atmosferik ortamda yapılan karbonlama işlemine göre, istenen karbon oranını sağlayan ve daha homojen dağılımlı karbür yapısına sahip, düzgün yüzeyler elde edilir. Bu sayede işlem gören yüzeylerin her noktasında eşit karbür dağılımına paralel olarak eşit faz yapısı ve istenen sertlik değerinin de tüm bölgelerde aynı düzeyde olduğu gözlemlenir. Ayrıca LPC’nin atmosferik ortamda yapılan ısıl işlemlere göre daha kısa sürede, daha düşük sıcaklıklarda ve hazırlanan reçete sayesinde daha kontrollü gerçekleşmesi, kullanılan gazlara ait kayıpların minimuma indirgenmesi de sistemin avantajları arasında yer alır. Ayrıca bunların sonucuna bağlı olarak diğer proseslere göre daha fazla enerji tasarrufu sağlandığı sonucuna varılmıştır.

Yaptığımız Deneysel Çalışmalarının Sonuçlarından Bazıları

Sistem Teknik AR-GE ekibi olarak kendi ürettiğimiz fırınımızda, kendi hazırladığımız reçetemizi uygulayarak LPC denemeleri gerçekleştirdik. Deneysel çalışmalarımızda, 16MnCr5 çeliğini düşük basınçta karbonladıktan hemen sonra yağda su verdik. Proses sonrasında numunelerimizi metalografik olarak hazırladık ve analizlerini gerçekleştirdik. Ve elde ettiğimiz verilerle hedeflediğimiz sonuçlara ulaşabildiğimizi gözlemledik. Şekil 1 ve 2’de 0,55 mm karbon derinliği istediğimiz numuneler için proses öncesi ve sonrası renk farklılıkları, Şekil 3’te sertlik değerleri Şekil 4 ve 5’te ise numunenin mikroyapı görüntüsü yer almaktadır. LPC işleminden sonra malzeme sertlik değeri yüzeyde 68 HRC, 0,584 mm derinlikte ise 550 HV olarak gözlemlenmiştir.