Karbonlama Nedir? Etkileri, Süreçleri ve Teknik Detaylar

Karbonlu çelik yumuşak, sünek ve işlenmesi kolay bir yapı gösterir. Ancak aşınmaya karşı direnç göstermez. Bu yüzden mühendisler çelik yüzeyine sürtünmeye dayanıklı özellik kazandırır. Bu amaçla çeliğe doğrudan sementasyon işlemi uygularlar. Böylece yüzeydeki karbon oranı yükselir.

İşlem tamamlandığında operatörler çeliğe su verir. Böylece çeliğin yüzeyi sertleşir. Ayrıca yapı daha dayanıklı hale gelir. Sementasyon işlemi sırasında uzmanlar, az karbonlu çeliği yüksek sıcaklıkta karbon içeren ortama yerleştirir.

Karbon atomları yüzeye doğru yayılır. Bu yayılma ile yüzeyde ince karbon tabakası oluşur.

Uzmanlar yüzeyi karbonla zenginleşmiş çeliğe su verdiklerinde iç kısmı tok ve yumuşak kalır. Aynı zamanda dış yüzey sert ve aşınmaya dayanıklı olur. Bu işlemi karbonlama olarak adlandırırız.

Karbonlama Yöntemleri ve Kullanım Alanları

Mühendisler karbonlamayı, parçanın yüzeyini sertleştirmek için uygular. Aynı zamanda iç yapıyı darbelere karşı tok bırakır.

Uzmanlar bu yöntemi, yüzeye göre daha yumuşak iç yapı istenen parçalarda kullanır.

Karbonlama işlemi; katı, sıvı ya da gaz ortamda gerçekleşir. İşlem sonunda mühendisler genellikle parçaya yağda su verir.

Kullanılan çelik türü ve hedeflenen kullanım alanı, ısıl işlem sürecini belirler. Bazı parçalar için süreç basit olurken, bazıları için daha karmaşık hâle gelir.

Bu yöntemle parçanın dış yüzeyi sertleşir. Çekirdek kısmı ise tok kalır ve darbelere karşı direnç kazanır.

Süreci ve Sementasyon Sıcaklığı

Mühendisler çelik parçayı karbonmonoksit içeren ortama yerleştirir. Daha sonra parçayı östenit faz sıcaklığına kadar ısıtır.

Karbon atomları, gaz-metal reaksiyonu sayesinde yüzeye geçiş yapar. Uygulayıcılar genellikle 850-950°C aralığında çalışır. Bu değeri sementasyon sıcaklığı olarak tanımlarız.

Bu sıcaklıkta, yüzey yaklaşık %1.3 karbon emer. Aynı anda çekirdek kısmı düşük karbon seviyesini korur.

Karbon atomları yüzeyden merkeze yayılmak ister. Bu yayılma işlemini sıcaklık ve yüzeydeki karbon konsantrasyonu etkiler.

Dekarbonizasyonun Karbonlama Üzerindeki Etkisi

Yüzeyde istenmeyen dekarbürizasyon geliştiğinde, işlem kalitesi düşer.

Eğer uzmanlar bu süreci kontrol etmezse, martenzit yapısı oluşmaz. Bu durum yüzeyin yumuşak kalmasına neden olur.

Aynı zamanda yüzey sertliği ve yorulma dayanımı azalır. Bu da birçok üretici için sorun yaratır.

Bu etkiyi önlemek için mühendisler fırın atmosferini dikkatle ayarlar. Endotermik gaz karışımı kullanarak parçayı CO₂, O₂ ve buhardan uzak tutarlar.

Derinliğini Belirleyen Faktörler

Mühendisler sementasyon süresi ve sıcaklığını artırdığında, tabaka kalınlığı da artar.

Ancak işlem süresini fazla uzatmak iç yapıyı kabalaştırır. Bu durum, sonraki ısıl işlemleri zorlaştırır.

Bu yüzden uzmanlar, hedeflenen karbonlama derinliği için optimum süre ve sıcaklık belirler.

Çelik Yapısı ve Karbonlama İlişkisi

Çelikteki karbon oranı azaldıkça mühendisler daha yüksek sıcaklıklarla çalışabilir.

Genellikle A3 sıcaklığının biraz üzerini tercih ederler.

Süreyi kısaltmak için sıcaklığı çok artırmak doğru olmaz.

Bunun yerine uzmanlar, hedeflenen tabaka kalınlığına göre süreyi ayarlar.

Karbon Potansiyelinin Karbonlama Sürecine Etkisi

Potansiyeli, çelik ile işlem ortamı arasındaki karbon dengesini gösterir.

Karbon potansiyeli yükseldikçe yüzeydeki karbon oranı da artar.

Bu potansiyel P²CO / PCO₂ oranı ile belirlenir.

Mühendisler genellikle bu gazların kısmi basıncını ölçer.

Karbon potansiyelini test etmek için demir tel ya da plaka kullanırlar.

Bu plaka ortama girer ve dengeye ulaşınca karbon oranı ölçülür.

Uzmanlar bu oranı doğrudan karbon potansiyeli olarak kabul eder.

Eğer ortamda H₂ veya H₂O bulunursa, uzmanlar çiğlenme sıcaklığı ile karbon potansiyelini belirler.

Kimyasal Bileşim ve Yüzey Farklılıkları

Uzmanlar sıcaklık, süre ve potansiyeli sabit tutsalar bile farklı sonuçlarla karşılaşır.

Çeliğin kimyasal bileşimi bu farkları oluşturur.

Aynı ortamda farklı çelik türleri, farklı karbon oranları ile tepkime verir.

Bu nedenle her parça için özel değerlendirme yapılır.

Mühendisler parçaya özel karbonlama süreci tasarlar. Böylece yüzey kalitesi istenen seviyeye ulaşır.
Youtube videolarımızı izlemek için buraya tıklayabilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak ve bizimle iletişim kurmak için buraya tıklayabilirsiniz.