plazma (iyon) nitrürleme yöntemi ve malzeme ... - Hava Harp Okulu

Plazma (iyon) Nitrürleme Yöntemi ve Malzeme Özellikleri Üzerindeki Etkisiyoluyla bir yada birbirine bağlı birkaç işlemle, amacauygun özellik değişmelerinin elde edilmesi şeklindetanımlanabilir. Bu tanımdan anlaşılacağı üzere; ısılişlem, parçaların belli bir sıcaklığa kadar ısıtılması, busıcaklıkta uygun bir süre bekletilmesi ve belli birprograma uygun olarak sıcaklığın oda sıcaklığınadüşürülmesi şeklinde üç kademede gerçekleştirilir.Nitrürasyon işleminin uygulanması sırasında dabenzer prosedür takip edilir.Nitrürasyonla yüzey sertleştirme işlemi ile çeliğekazandırılan özellikler şöyle sıralanabilir:1- Yüksek bir yüzey sertliği ve aşınmamukavemeti,2- Temperlenmeye karşı yüksek direnç veyüksek sıcaklık sertliği,3- Yüksek yorulma mukavemeti ve düşükyorulma çentik hassasiyeti,4- Paslanmaz olmayan çelikler için iyileşmişkorozyon direnci,5- Diğer yüzey sertleştirme yöntemlerine göreyüksek boyutsal kararlılık.Nitrürasyonla yüzey sertleştirme işleminde, çeliğinyüzeyine difüzyon ile azot verilerek, malzemeninyüzeyindeki özellikler değiştirilir. Azotun atom çapıkarbona göre daha küçük olduğundan demir kafesinenüfuz etmesi daha kolay olur. Azotun alınması,yüksek sıcaklıklarda ostenitik katı çözeltisinde çokhızlı olur. Ancak azot bağlantılarının (nitrür) dışcidarda yığılması, yüzeyde kırılgan bir yapınınoluşmasına neden olur. Ayrıca; ostenit-ferritdönüşümünden dolayı hacim değişmesi de meydanagelir ve bu tabaka parçalanarak pul pul dökülür. Bunedenlerden dolayı azot, yüksek alaşımlı çelikler hariçostenitik yapıya değil, ferritik yapıya nüfuz ettirilir.Bu esnada, oldukça ince ve kırılgan bir yapı oluşur veazot içeren bölgede nitrürler çökelir. Çökelmedeoluşan alaşım nitrürleri, martenzit sertliğinden de fazlasertliği olan bir tabaka meydana getirir.Kullanılabilir, kırılgan olmayan ve sert olan azotuzenginleştirilmiş yüzey tabakası, sadece ferritikbölgedeki azot difüzyonu ile sağlanabildiğinden,difüzyon sıcaklığının Ac 1 (ötektoid sıcaklığı)sıcaklığının altında olması zorunludur. Ancak azotelementinin bu sıcaklığı düşürdüğü de dikkatealınmalıdır. Azot-demir sisteminde ötektoid sıcaklığı590 0 C’dır. Bu noktanın üzerinde (ferrit+ostenitbölgesi) azot difüzyonu yapılacak olursa azotdifüzyonu ile birlikte sürekli ve artarak ferrit-ostenitdönüşümü olur. Bu durum yüzeyde kırılgan bir tabakaoluşmasına neden olur. Bu nedenle nitrürasyonuygulaması, yapıda ostenitin bulunmadığı düşüksıcaklıklarda yapılmalıdır.Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde 590 0 C’ınaltındaki difüzyon sıcaklıklarında yüksek sertlikdeğerine ulaşılır, ancak sıcaklık düşük olduğundandifüzyonda yavaş olur. Ayrıca, düşük sıcaklıklardanitrürlerin çökelmesi çok ince olur. Difüzyonsıcaklığının düşüklüğü, çökelen nitrürlerle azotdifüzyonunun zorlaşması nedenlerinden dolayı,sementasyonda elde edilen sertleşme derinliklerineulaşılmak istenirse uzun süre beklemek gereklidir.Şekil 1’de 500 0 C nitrürasyon sıcaklığında zamanabağlı olarak elde edilen nüfuz derinliği verilmiştir [1].Yüksek sıcaklıklara çıkıldığında, aynı süreler içindaha fazla sertlik elde edilebilir. Ancak çok uzunişlem sürelerinde sertlikte azalma olur. Örneğin 20saatlik nitrürasyon süresi için 500 0 C’de 0,3 mm’liknitrürasyon derinliğine ulaşılırken 550 0 C’de 0,45mm’lik nitrürasyon derinliğine ulaşılmaktadır. Ancakbu durumda sertlik 100-200 Vickers Sertlik Değerikadar azalır. Daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığındasertlik azalması daha fazla ve ferritin ostenitedönüşme tehlikesi daha büyüktür.Zaman (saat)807060504030201000 0,2 0,4 0,6 0,8 1Nitrürasyon Derinliği (mm)Şekil 1. Zamana Bağlı Olarak Nitrürasyon DerinliğiGaz, banyo ve iyon (plazma) nitrürasyon olmak üzeredeğişik nitrürasyon teknikleri vardır.Gaz nitrasyon yöntemiyle çok sert nitrür tabakalarıoluşturmak mümkündür. Çok sert nitrürler;alüminyum, titan, molibden, vanadyum ve kromla500±10 o C sıcaklıklarda elde edilebilir. Ancak busıcaklıklar difüzyonu olumsuz yönde etkilediğinden,çok derin nüfuz derinliklerine ulaşmak zordur.Difüzyon hızı düşük olduğundan, işlem için gerekensürede oldukça fazladır. Gaz nitrasyonda, azot içerengaz olarak genellikle amonyak (NH 3 ) kullanılır.Parçalar, kontrol atmosferli gaz sızdırmaz fırıniçerisinde 500-520 o C kadar yavaş yavaş ısıtılır.Gerekli işlem süresi sonunda, parça tekrar yavaş yavaşsoğutulur. Nitrasyondan önce, yüzey tabakasındaoksitlenmiş, karbonu azalmış, yağlı bir durumolmamalıdır.Banyo nitrasyon, yüksek miktarda siyanat içerensiyanürlü tuz banyolarında yapılır. Bu ortamda,ÖZDEMİR, ERTEN42