Özel Döküm Halkası Üzerinden Isıl İşlem Dersi: Neden 45# / S45C / AISI 1045 Sertliği Değişebilir?

CIXI HOTO'da, özel üretilen bileşenler, standart ürünlerden daha fazla şey öğretiyor.

Son zamanlarda bir tekerlek uygulaması için özel bir iç halka üretimi gerçekleştirdik. İşleme işlemi kendisi basit olsa da, ısıl işlem sonucu bize malzeme seçimi, sertleşebilirlik ve üretim öncesinde teknik gereksinimlerin ne kadar dikkatli incelenmesi gerektiği konusunda önemli bir ders verdi.

Proje

Ürün: Özel tekerlek iç halkası

İç çapı: 32 mm

Dış çapı: 55,6 mm

Malzeme: 45# Çelik / S45C / AISI 1045

İşlem: CNC Tornalama + Isıl İşlem

Gerekli Sertlik: 38–42 HRC

Ancak ısıl işlem sonrası aynı uç yüzeyde farklı noktalarda yapılan sertlik ölçümleri yaklaşık olarak şu aralığı gösterdi:

35–43 HRC

Ortalama sertlik hedefe yakındı; ancak varyasyon, müşterinin belirttiği 38–42 HRC aralığını tutarlı şekilde karşılamak için çok fazlaydı.

Bu, önemli bir soruyu gündeme getirdi:

Neden AISI 1045 gerekli sertliği sağlayabiliyor ama yine de bu kadar dar bir sertlik aralığında kontrol edilmesi zor oluyor?

45# / S45C / AISI 1045’i Anlamak

45# çelik, S45C ve AISI 1045, şaftlar, halkalar, mekanik bileşenler ve diğer endüstriyel parçalar için kullanılan orta karbonlu çelikler olarak yaygın şekilde karşılaştırılır.

AISI 1045 genellikle yaklaşık olarak %0,42–0,50 karbon içerir. Sertleştirilebilir ve temperlenebilir; ancak daha yüksek sertleşebilirliğe sahip alaşımlı çeliklerle kıyaslandığında tam kesit sertleştirme (through-hardening) yeteneği sınırlıdır.

Bu ayrım önemlidir.

Aşağıdakiler arasında önemli bir fark vardır:

«Malzeme yaklaşık 40 HRC değerine ulaşabilir.»

ve:

«Tüm gerekli ölçüm noktaları tutarlı bir şekilde 38 ile 42 HRC arasında kalabilir.»

38–42 HRC spesifikasyonu yalnızca bir 4 HRC kabul penceresi.

Sınırlı sertleşebilirliğe sahip bir orta-karbonlu çelik için bileşen geometrisi, kesit kalınlığı ve soğutma koşulları bu nedenle önemli faktörler haline gelebilir.

Ne İnceledik?

35–43 HRC değişimi tespit edildikten sonra ısıl işlem sürecini gözden geçirdik ve birkaç olası etkileyici faktöre odaklandık:

*Ham madde bileşimi ve malzeme partisi

*Bileşen kesit alanı ve geometrisi

*Fırın sıcaklığı homojenliği

*Fırının içindeki yükleme düzeni

*Ostenitleme ve bekleme koşulları

*Soğutma ortamı ve soğuma hızı

*Isıl işlem sıcaklığı ve homojenliği

*Sertlik ölçüm konumu ve yöntemi

İlk incelememiz sırasında belirgin bir proses anormalliği tespit edilmedi.

Bu durum, aşağıdaki ilişkiyi daha dikkatli incelememize neden oldu: malzemenin sertleşebilirliği, bileşen geometrisi ve müşterinin dar sertlik toleransı.

Ders basit ama önemliydi:

Bir sertlik değeri elde etmek, dar bir aralık içinde sertliği tutarlı şekilde kontrol etmekle aynı şey değildir.

Bu durum, seri üretimden sonra değil; teknik inceleme aşamasında göz önünde bulundurulmalıdır.

Anlamamız gereken üç ısıl işlem yöntemi

Bu proje ayrıca ekibimizin yaygın olarak tartışılan üç sertleştirme sürecini gözden geçirmesi için bir fırsat sundu.

sertleştirme + Temperleme

Temel süreç şöyledir:

Ostenitleme → Soğutma → Temperleme

Amaç, yalnızca seçilen bir yüzeyi değil, parçanın tamamında gerekli mekanik özellikleri geliştirmektir.

AISI 1045 için yayımlanmış teknik bilgiler, ostenitleme aralığına ısıtma ve ardından soğutma ile sertleştirilmesini, sonrasında gerekli özelliklere göre temperlemenin yapılmasını tanımlar. Ancak AISI 1045’te sınırlı tam kesit sertleştirme yeteneği vardır; bu nedenle nihai sonuç parça kesit boyutundan ve soğutma koşullarından etkilenir.

Bu, tekerlek halkamız için dikkat etmemiz gereken temel konuydu.

Müşteri şu şekilde belirttiğinde:

Malzeme: 45# / S45C / AISI 1045

Isıl İşlem: Tam Kesitte Sertleştirilmiş ve Temperlenmiş

Sertlik: 38–42 HRC

sertlik gereksinimini parça geometrisinden bağımsız olarak değerlendirmemeliyiz.

2. Endüksiyon Sertleştirme

Endüksiyon sertleştirme farklı bir şekilde çalışır.

Bir alternatif elektromanyetik alan, bileşenin belirlenen bir bölgesini dönüşüm sıcaklığının üzerine hızlıca ısıtır; ardından hemen soğutma uygulanır. Amacımız, yüzeyde sert bir tabaka oluştururken çekirdeği görece etkilenmemiş bırakmaktır.

Basitleştirilmiş sonuç şudur:

Yüzey → Sert, aşınmaya dayanıklı tabaka

Çekirdek → Görece daha yumuşak ve tok

Bu nedenle endüksiyon sertleştirme, yalnızca belirli bir çalışma yüzeyinin yüksek sertlik ve aşınmaya dayanıklılık gerektirdiği durumlarda özellikle yararlıdır.

Tipik uygulamalar şunları içerir:

miller, dişliler, akslar, mileler ve diğer yerel aşınma yüzeyleri.

AISI 1045 ayrıca alev veya endüksiyonla yüzey sertleştirilmesine de uygundur; yayımlanmış verilere göre, mevcut tam sertleştirme projemizde gereken 38–42 HRC’den önemli ölçüde daha yüksek yüzey sertliği elde edilebilir.

Dolayısıyla bazı halka, makaralar veya tekerlek bileşenleri için önemli bir mühendislik sorusu şudur:

Müşteri, tüm bileşenin aynı sertlikte olmasını gerçekten mi gerektiriyor yoksa yalnızca çalışma yüzeyinin sertleştirilmesi mi gerekiyor?

Cevap, tamamen farklı bir ısıl işlem çözümüne yol açabilir.

3. Karbonlama + Su verme

Karbonlama, başka bir prensibe dayanır.

Basitleştirilmiş süreç şöyledir:

Düşük karbonlu çelik → Yüzeyde karbon zenginleşmesi → Su verme → Temperleme

Geleneksel tam boyunca sertleştirme veya endüksiyonla sertleştirmenin aksine, karbonlama yüzeye yakın bölgede karbon oranını artıran bir termokimyasal difüzyon sürecidir.

Su vermeden sonra amaçlanan şey şudur:

Yüzey → Yüksek sertlik ve iyi aşınma direnci

Çekirdek → Daha düşük sertlik ancak iyi tokluk

Atmosferik karbonlama, düşük karbonlu çelikler için yaygın olarak kullanılır ve bir bileşenin sert, aşınmaya dayanıklı bir yüzey tabakasına sahip olmasının yanı sıra daha tok bir çekirdeğe sahip olması gerektiği durumlarda özellikle yararlıdır.

Tipik uygulamalar dişliler, miller ve diğer ağır yüklü bileşenleri içerir.

Ancak AISI 1045 gibi orta karbonlu bir malzeme için karbonlama, yalnızca 38–42 HRC sertlik gereksinimini karşılamak amacıyla genellikle ilk çözümümüz olmaz. Bu malzeme zaten doğrudan sertleştirme için yeterli karbona sahiptir; bu nedenle gerekli performans ve bileşen tasarımı, ısıl işlem yönteminin değiştirilmesinden önce öncelikle değerlendirilmelidir.

Bu Projeyle Öğrendiklerimiz

Bu proje, mühendislik ve satış ekiplerimizi önemli bir ilkeye hatırlattı:

Malzeme + Geometri + Isıl İşlem + Sertlik Gereksinimi her zaman birlikte değerlendirilmelidir.

Özelleştirilmiş bir bileşen çizimi alındığında sorulacak tek soru şu değildir:

“45# çeliği 40 HRC’ye ulaşabilir mi?”

Ayrıca şunu da sormalıyız:

Sertlik nerede ölçülür?

Yüzey sertliği mi yoksa tam kesit sertliği mi gerekmektedir?

Bileşenin kesit kalınlığı nedir?

Yüzey sertleştirme derinliği gerekmekte midir?

Ölçüm noktaları arasında kabul edilebilir sertlik değişimi ne kadardır?

Uygulama aşınmaya dayanıklılık, çekirdek tokluğunu mu yoksa her ikisini mi gerektirmektedir?

Gelecekteki özel projelerde dar sertlik toleransları için yaklaşımımız daha dikkatli olacaktır:

İlk olarak gözden geçirin. Gerekirse doğrulayın. Sonra taahhüt edin.

Bazen bir üretim zorluğu, mühendislik bilgimizi geliştirmek için bir fırsat da olabilir.

CIXI HOTO’da, bir çizime göre sadece üretim yapmak istemiyoruz. Daha iyi anlamak istiyoruz neden bir gereksinim var, seçilen malzeme ve süreç uygun mu ve üretimde daha kararlı bir sonuç nasıl elde edilir.

CIXI HOTO — Bileşenlerden Çözümlere.