Östenit Nedir?
Çoğunlukla demir ve karbondan oluşan katı bir çözeltidir. Karbonun yüzey merkezli kübik demir ile yaptığı katı çözeltiye denmektedir.
Östenit, yalnızca demir bazlı bir alaşım için yaklaşık 750 ° C’nin (1382 ° F) ile 1450 ° C’nin (2642 ° F) aralığında ısıtıldığında oluşur. Östenit, demir bazlı alaşıma özel alaşım elementleri eklendiğinde oda sıcaklığında formunu korur. Ötektik sıcaklık olan 1147 °C' de en çok %2,06 karbon çözündürebilir. Sertleştirme işlemi sırasında çelik, (sıcaklık 750 °C'nin üstündeyken) bu yapıya dönüşür ve karbon çözeltiye geçer. Su verme işleminden sonra ise bu yapı martensite döner.
Kalıntı Östenit Nedir ve Nasıl Oluşur?
Su verme sonrasında östenitten martensite dönüşmemiş, oda sıcaklığına kadar kalabilen kısma kalıntı östenit adı verilir. Isıl işlemden sonra yüksek miktarda kalıntı östenit varsa bu durum ısıl işlemin uygun şekilde yapılmadığını gösterir.
Kalıntı östenit dengesiz ve martensitten daha küçük hacimli çok yumuşak bir yapıdır. Zamanla gevrek bir yapı olan menevişlenmemiş martensite dönüşebilir.
Sebebi; östenitin martenzite dönüşüm sıcaklıkları olan martenzit başlama sıcaklığı (Ms) ve martenzit bitiş sıcaklığı (Mf) olarak gösterilebilir. T alanında artan çözünmüş C oranı, Ms sıcaklığını düşürürken kalıntı östenit miktarının da artmasına neden olmaktadır. Özellikle Cr oranı arttıkça, östenitleme sıcaklığının artışı ile kalıntı östenit miktarı oldukça arttırmaktadır.
Kalıntı Östeniti Etkileyen Faktörler Nelerdir?
Alaşım Elementleri: Alaşım elementleri Ms-Mf sıcaklık aralığını, kalıntı östenit miktarı ve kararlılığını da etkilemektedir.
Co ve Al hariç diğer tüm elementler Ms-Mr sıcaklığını düşürerek kalıntı östenit miktarını arttırmaktadır. Özellikle karbon tayinin %1’lik artışında Ms sıcaklığı diğer elementlere göre on kat daha fazla azalırken, kalıntı östenit miktarı %50’ye kadar artmaktadır.
Östenitleme Sıcaklığı: Östenitleme sıcaklığı, Ms sıcaklığını ve kalıntı östenit miktarını önemli derecede etkilemektedir.
Kuvvetli karbür yapıcı alaşım elementleri, östenit alanındaki serbest C oranını karbürler yaparak azaltmaktadır. Östenit içindeki çözünmeleri sıcaklığa bağlı ve düşük östenitleme sıcaklıklarında çözünmeler sınırlı olduğundan östenit içindeki C oranı nispeten düşüktür.
Sıcaklığın yükselmesiyle alaşım karbürlerin çözünmesi ile östenit alanındaki C oranı artmaktadır. T alanında artan çözünmüş C oranı, Ms sıcaklığını düşürürken kalıntı östenit miktarının da artmasına neden olmaktadır.
Özellikle Cr oranı arttıkça, östenitleme sıcaklığının artışı ile kalıntı östenit miktarı oldukça arttırmaktadır. Östenitleme sıcaklığı serbest karbonun yanı sıra serbest alaşım elementleri de Ms sıcaklığını düşürürken kalıntı östenit miktarını arttırmaktadır.
Soğutma Ortamı ve Sıcaklığı: Soğutma ortamı sıcaklığının değişimi östenitin kararlılığını etkilemektedir. Ms oda sıcaklığının altındaysa T-α dönüşümü tamamen tamamlanamadığı için yapıda dönüşmeyen östenit kalmaktadır. Benzer şekilde Ms-Mf aralığında Ms sıcaklığına yakın bölgelerde östenitin daha az dönüşümünden dolayı kalıntı östenit miktarı daha da fazla olmaktadır. Soğutma ortamının sıcaklığı Mf sıcaklığına yaklaştıkça kalıntı östenit daha az kalmaktadır.
Ms sıcaklığına bağlı olarak, kalıntı östenit miktarının soğutma ortamının sıcaklığı ile değişimi; dönüşüm sıcaklığı arttıkça kalıntı östenit miktarı da artmaktadır.
Kalıntı östenit miktarı su verme ortamı gibi soğutma spesifikasyonlarından da etkilenmektedir. Yağ ve tuz banyolarında kesikli su verme sonrası soğutma kalıntı östenit miktarını etkilemektedir.
Su verme ortamının sıcaklığı yanında su verme ortamının türü de kalıntı östenit miktarını etkilemektedir. Bu etki ortamın soğutma gücüyle de bağıntılıdır. Suyun soğutma gücünün aynı sıcaklıktaki yağa göre daha fazla olmasından dolayı kalıntı östenit miktarı daha azdır.
Yüksek soğuma hızlarında parçanın göbek bölgesi ile yüzey arasındaki sıcaklık farklılığından dolayı oluşan çekme gerilmeleri malzemenin çekme dayanımını aşması durumlarda çatlama meydana gelmesi muhtemel olduğu için soğutma ortamının seçimi yalnızca kalıntı östenit miktarı açısından değil malzemede oluşabilecek distorsiyon ve çatlama riski açısından da göz önüne alınmaktadır.
Kalıntı Östenit Nasıl Giderilir?
Sıfır Altı İşlemi: Su verme sıcaklığı oda sıcaklığının altına düşürülürse, östenitten martensite dönüşüm devam eder. Bu işleme sıfır altı işlemi denir. Süreç şu şekilde devam etmektedir;
Kalıntı östenit ısı ve mekanik etkileşimlere karşı kararsız olduğu için daha kararlı bir yapı olan beynit veya martensite dönüştürülmektedir.
Su verme ortamının sıcaklığı arttırıldığında kalıntı östenit miktarı azalmaktadır. Dolayısıyla soğutma ortamı sıcaklığı düşürüldükçe kalıntı östenit miktarı da azalmaktadır. Ancak, her zaman az miktardaki östenit dönüşmeden kalabilmektedir.
Su verme sonrası oluşan yüksek çekme gerilmelerine ilaveten sıfır altı işlemle de yeni artık gerilmeler meydana gelebileceğinden çelikte mikro ve/veya ve makro çatlamalara yol açabilir. Bunun için sıfır altı işlem öncesi, 150-160°C sıcaklık aralığında 15-20 dakika bekletilerek su verme gerilmeleri azaltılmaktadır.
Su verme sonrası sıfır altı sıcaklıklara hızlı soğutmada martensite dönüşüm daha zor olduğundan soğutmanın yavaş yapılması yanında, artık gerilmelere neden olmaması için oda sıcaklığına da aynı derecede yavaş çıkarılmaktadır.
Kalıntı östenitin dönüşümü -70°C civarındaki bir ortamda belirli bir süre tutmayla dönüşümü sağlanabilmektedir. -100,-200 °C gibi düşük sıcaklıklarda uzun sürelerde tutmakla kalıntı östenitin tamamen dönüşmediği de çeşitli çalışmalarda görülmüştür.
Çeliklerde sıfır altı işlemi; genellikle sıvı azot, helyum, metanol, aseton ve katı karbondioksitle yapılmaktadır. Katı karbondioksitle -80°C civarında soğutma yapılırken sıvı azot içinde -196°C’ye kadar, helyum gazı içinde (sıvı halde) -268°C’ye kadar soğutma yapılabilmektedir.
Soğuk Deformasyon: Yüksek gerilmeler uygulandığında kalıntı östenit martensite dönüşmektedir. Özellikle östenitik Mn çeliklerinin üretiminde bu yöntem kullanılmaktadır. Soğuk deformasyon ve martensite dönüşümden dolayı oluşan gerilmeler temperleme ile giderilmektedir.
Temperleme: Yüksek karbonlu ve alaşımlı çelikler, sertleştirme sonrası çok serttirler ve düşük tokluğa sahiptirler. Temperleme sonrası gerilmeler azalarak, sertlik düşerken çökelen karbürlerle de tokluk artmaktadır.
Kalıntı Östenitin Mekanik Özelliklere Etkisi Nasıldır?
Çelik yüzeyindeki düşük sertlikler kalıntı östenitin tipik karakteristiğidir. Temperleme veya diğer termo mekanik işlemlerle martensite veya beynite dönüşme eğilimlerinden dolayı boyutsal kararsızlığa neden olurlar. Kalıntı östenitin bazı etkileri aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir:
- Yüksek karbonlu çeliklerde sürtünme ve yorulma ömrünü arttırır.
- Yüksek karbonlu çeliklerde hem eğme mukavemetini ve hem de erozyon dayanımını arttırır.
- Kalıntı gerilmelere neden olduğu için darbe mukavemetini düşürür.
- Çalışma koşullarında termo mekanik etkiden dolayı başka bir yapıya dönüşerek hacim değişimlerine neden olurlar.
