Sementasyon ve Yüzey Sertleştirme: Temeller

Fikir

Bazı parçalar iki çelişkili özelliğe ihtiyaç duyar: aşınmaya ve temas yorgunluğuna dayanıklı bir yüzey ve çatlamadan darbeyi emen bir çekirdek. Sementasyon her ikisini de tek parça düşük karbonlu çelikten sunar. Parça, karbon açısından zengin bir atmosferde kabaca 880–950 °C'de tutulur; karbon yüzeye difüze olur ve sonraki bir su verme sadece o zenginleşmiş tabakayı — yüzey tabakasını — sertleştirirken, düşük karbonlu çekirdek nispeten yumuşak ve tok kalır.

Yüzey derinliği

Yüzey derinliği, sertliğin tanımlanmış bir seviyeye düştüğü derinlik olarak belirtilir — Avrupa uygulamasında genellikle 550 HV (CHD, yüzey sertleştirme derinliği). İki derinlik önemlidir:

• Etkili yüzey derinliği (550 HV'ye kadar): dişliler ve şaftlar için tipik olarak yaklaşık 0.3–2.5 mm, dişlinin temas gerilmesi ve modülü ile eşleştirilir.
• Toplam yüzey derinliği: tam difüzyon bölgesi, her zaman etkili derinlikten daha derindir.

Daha derin yüzeyler orantısız şekilde daha uzun fırın süresi gerektirir, çünkü difüzyon derinliği zamanın karekökü ile büyür — derinliği iki katına çıkarmak yaklaşık dört kat daha uzun sürer.

Karbon potansiyeli

Fırın atmosferi bir karbon potansiyeline göre kontrol edilir — atmosferin sıcaklıkta saf demirde üreteceği yüzey karbon seviyesi. Tipik olarak ötektoid ile doygunluk bölgesinin biraz altında veya yakınında çalıştırılır, güçlendirme aşamasında yüzeyde genellikle yaklaşık 0.8–1.0% C civarında. Çok yüksek bir potansiyel is, karbür ağları ve aşırı kalıntı östenit oluşturur; çok düşük sığ, yumuşak bir yüzey verir. Üretim döngüleri genellikle güçlendirme–difüzyon modelini kullanır: karbonu hızlı içeri sürmek için yüksek potansiyel, ardından nihai yüzey karbonunu ve gradyanı ayarlamak için daha düşük potansiyelli bir aşama.

Su verme sonrası çekirdek ve yüzey karşılaştırması

Sementasyondan sonra parça su verilir (doğrudan veya tane inceltme için yeniden ısıtıldıktan sonra) ve düşük sıcaklıkta, kabaca 150–200 °C'de temperlenir. Yüksek karbonlu yüzey sert martenzite dönüşür, yüzeyde tipik olarak yaklaşık 58–62 HRC. Çekirdek — hâlâ sadece yaklaşık 0.15–0.25% karbon — sadece sertleşebilirliğinin izin verdiği kadar sertleşir, çok daha yumuşak kalır ve parçanın etrafında tasarlandığı tokluğu sağlar.

Sementasyon için tasarlanmış çelikler

Yüzey sertleştirme çelikleri tasarım gereği düşük karbonludur, çekirdek mukavemeti ve sertleşebilirlik için alaşımlanmıştır:

• 8620 (AISI): genel amaçlı Kuzey Amerika dişli çeliği, Ni-Cr-Mo çekirdek.
• 20CrMnTi (GB): standart Çin dişli çeliği; titanyum uzun sementasyon döngüleri sırasında taneyi sabitler.
• 16MnCr5 (EN 1.7131): küçük ve orta dişliler için Avrupa'nın iş gücü.
• Daha yüksek görev varyantları, büyük kesitlerde çekirdek mukavemeti kritik olduğunda nikel ekler (örn. 18CrNiMo7-6).

Sementasyonlu bir parçayı belirtmek, yüzey derinliğini, yüzey sertliğini ve çekirdek sertliğini birlikte belirtmek anlamına gelir — herhangi biri tek başına eksik bir gereksinimdir.

Gaz, kutu ve düşük basınçlı varyantlar

Katı karbon bileşiğinde geleneksel kutu sementasyonu artık büyük ölçüde tarihseldir. Modern üretim, karbon potansiyelinin sürekli ölçüldüğü ve kontrol edildiği atmosfer fırınlarında gaz sementasyonu veya hidrokarbon gazının vakum fırınında darbeler halinde verildiği, yüzey oksidasyonu olmadan karmaşık dişli geometrilerinde çok düzgün yüzeyler veren düşük basınçlı (vakum) sementasyonu kullanır — tipik olarak ardından yüksek basınçlı gazla su verme gelir. Tasarımcının belirttiği metalurji üçünde de aynıdır; değişen düzgünlük, temizlik, döngü ekonomisi ve dişli son işleminin emmesi gereken çarpılma davranışıdır.