Makina parçası tasarımında en sık karşılaşılan ikilemlerden biri budur: Parça sementasyon çeliğinden mi yapılmalı, yoksa ıslah çeliğinden mi? İkisi de yüksek performanslı parçalar için kullanılır, ama mukavemeti farklı yollardan ve farklı yerlerde sağlarlar.
Sementasyon çelikleri: sert kabuk, tok çekirdek
Sementasyon çelikleri düşük karbonludur (yaklaşık %0,10–0,25 C). Bu hâlleriyle su verildiklerinde yeterince sertleşmezler; bu yüzden önce yüzeylerine karbon emdirilir.
- Karbonlama: Parça yaklaşık 880–950 °C'de karbonca zengin bir ortamda tutulur. Yüzeydeki karbon oranı %0,7–0,9 seviyesine çıkar.
- Su verme: Karbonca zenginleşen yüzey tabakası çok sertleşir; düşük karbonlu çekirdek tok kalır.
- Düşük sıcaklıkta temperleme: Genellikle 150–200 °C'de yapılır ve iç gerilmeleri azaltır.
Sonuçta yüzey sertliği tipik olarak 58–62 HRC civarındadır; sertleşmiş tabakanın derinliği uygulamaya göre genellikle 0,5–2 mm arasında seçilir. Yüzey aşınmaya ve temas basıncına direnirken çekirdek darbeyi emer.
Tipik kaliteler: C15, 16MnCr5, 20MnCr5, 20NiCrMo2 (SAE 8620), ağır yüklü dişliler için 17CrNiMo6 ve 18CrNi8.
Islah çelikleri: kesit boyunca mukavemet
Islah çelikleri orta karbonludur (yaklaşık %0,25–0,60 C) ve çoğunlukla krom, molibden, nikel ile alaşımlandırılır. Isıl işlem iki adımdan oluşur:
- Sertleştirme: Çelik östenit sıcaklığına (kaliteye göre yaklaşık 820–880 °C) ısıtılıp yağda veya suda hızla soğutulur.
- Yüksek sıcaklıkta temperleme: Yaklaşık 540–680 °C'de tutularak sertliğin bir kısmı tokluğa dönüştürülür.
Bu “ıslah” işlemi sonunda malzeme yalnızca yüzeyde değil, kesitin tamamında yüksek akma dayanımı ve tokluk kazanır. Örneğin 42CrMo4, ıslah edilmiş durumda yaklaşık 100 mm çapa kadar, kesite bağlı olarak 900–1.300 MPa civarında çekme dayanımına ulaşır; daha büyük çaplarda bu değer düşer. Kesit büyüdükçe merkezin de sertleşebilmesi için alaşım önem kazanır; bu yüzden büyük çaplı millerde 34CrNiMo6 gibi nikelli kaliteler tercih edilir.
Tipik kaliteler: C45, 41Cr4, 34CrMo4, 42CrMo4 (SAE 4140), 50CrMo4, 34CrNiMo6 (SAE 4340).
Yan yana karşılaştırma
| Sementasyon çeliği | Islah çeliği | |
|---|---|---|
| Karbon oranı | Düşük (≈ %0,10–0,25) | Orta (≈ %0,25–0,60) |
| Isıl işlem | Karbonlama + su verme + düşük temperleme | Su verme + yüksek temperleme |
| Yüzey | Çok sert (≈ 58–62 HRC) | Orta sertlik; gerekirse indüksiyonla sertleştirilir |
| Çekirdek | Tok, görece düşük mukavemet | Yüksek mukavemet ve tokluk |
| Güçlü olduğu yük | Yüzey teması, aşınma, darbe | Eğilme, burulma, yorulma |
| Tipik parça | Dişli, pinyon, pim, kam mili | Aks, krank, mil, yüksek mukavemetli cıvata |
Hangi parçada hangisi?
- Dişli çark ve pinyon: Diş yüzeyi temas basıncı ve aşınmaya, diş dibi darbe ve eğilmeye maruzdur. Sert kabuk + tok çekirdek gerektiği için sementasyon çeliği standart tercihtir.
- Aks, krank, şaft: Kesit boyunca burulma ve değişken eğilme yükü taşır. Islah çeliği daha uygundur.
- Yatak yüzeyi olan miller: Sık kullanılan bir çözüm, ıslah çeliğinden üretip yalnızca yatak bölgelerini indüksiyonla sertleştirmektir; böylece hem gövde mukavemeti hem yüzey sertliği elde edilir.
- Pim ve burç: Aşınma baskınsa sementasyon, yük taşıma baskınsa ıslah çeliği öne çıkar.
Sipariş öncesi dikkat edilecekler
- Sementasyon sonrasında parçada çarpılma ve boyut değişimi olabileceği için hassas yüzeylerde taşlama payı bırakılır.
- Islah çeliklerinde malzemenin hangi durumda teslim edileceğini (ör. ıslah edilmiş +QT veya yumuşak tavlı +A) teklif aşamasında belirtmek, sonraki işlemleri planlamayı kolaylaştırır.
- Büyük kesitlerde istenen değerlere ulaşılabilmesi için kalite seçimini çapı da dikkate alarak yapın.