Sementasyon çelikleri, özellikle aşınma direnci ve sertlik gerektiren yüzeylerin elde edilmesinde kullanılan çelik türleridir. Bu çelikler, yüzeylerinin sertleştirilmesi amacıyla sementasyon adı verilen bir ısıl işlem sürecine tabi tutulurlar. Bu işlem sırasında, çeliğin yüzeyine karbon eklenir ve daha sonra ısıl işleme tabi tutularak yüzeyin sertleşmesi sağlanır. Sementasyon çelikleri, yüksek mukavemetli, dayanıklı ve aşınma direnci yüksek parçalarda kullanılır.
Sementasyon Nedir?
Sementasyon, çeliğin yüzeyine karbon eklenmesi işlemidir. Bu işlemde, çelik parça yüksek sıcaklıkta (yaklaşık 900-950°C) bir ortamda tutulur ve karbon içeren bir gaz, sıvı ya da katı ortamda bekletilir. Bu süreç, çeliğin yüzeyine karbonun diffüzyon yoluyla geçmesini sağlar. Sonrasında, yüzeydeki karbon miktarı artırılır ve çelik daha sert hale gelir.
Sementasyon Çeliği Özellikleri
- Yüksek Sertlik: Sementasyon işlemi ile elde edilen çeliğin yüzeyi sertleşir. Bu, parçanın aşınma direncini önemli ölçüde artırır.
- Daha Yüksek Aşınma Direnci: Sementasyon çelikleri, zorlu koşullarda çalışan makinelerde, dişlilerde, şaftlarda ve diğer aşınmaya karşı hassas bileşenlerde kullanılır.
- İyi İşlenebilirlik: Sementasyon çelikleri, sertleştirilmiş yüzeylerinin yanı sıra iç kısımlarında da işlenebilirlik sağlanır. Bu, çeliğin daha sonra işlenmesini kolaylaştırır.
- Dayanıklılık: Sertleştirilen yüzey, uzun süre dayanıklılık ve yüksek performans gösterir.
Sementasyon Çeliği Üretimi
Sementasyon çeliği üretimi, aşağıdaki temel adımlardan oluşur:
- Çelik Seçimi: Sementasyon çeliği için genellikle düşük karbonlu çelikler (yaklaşık %0.1 - %0.2 karbon içeriği) tercih edilir. Bu çeliklerin karbon içeriği düşük olduğundan, yüzeydeki karbon seviyesinin arttırılması daha kolaydır.
- Sementasyon İşlemi: Çelik, yaklaşık 900-950°C sıcaklıklarında karbon kaynakları içeren bir ortamda (karbon gazı veya sıvı) tutulur. Bu, karbonun çeliğin yüzeyine difüze olmasını sağlar.
- Isıl İşlem: Çelik, sementasyon işlemi sonrası soğutulur ve daha sonra ısıl işlem uygulanarak (sertleştirme ve temperleme) istenilen sertlik ve dayanıklılık seviyelerine getirilir.
Sementasyon Çelikleri Türleri
Sementasyon çelikleri, genellikle karbon içeriği ve alaşımlı yapıları ile sınıflandırılır. İşte bazı sementasyon çeliği türleri:
- Düşük Karbonlu Sementasyon Çelikleri
- Karbon içeriği genellikle %0.1 - %0.2 arasındadır.
- Yüzey sertliği arttırılabilirken, iç kısımları daha düşük sertlikte kalır. Bu sayede, iç kısımlar esneklik ve şekil dayanımı sağlarken, dış yüzey sert ve aşınmaya dayanıklı olur.
- Kullanım Alanları: Dişliler, şaftlar, yataklar ve diğer yüksek yüklere maruz kalan parçalar.
- Alaşımlı Sementasyon Çelikleri
- Karbon içeriği düşük olup, krom, manganez, silisyum gibi alaşım elementleri içerir.
- Bu çelikler, sementasyon işlemi sırasında daha iyi sertlik, dayanıklılık ve korozyon direnci sağlar.
- Kullanım Alanları: Yüksek sıcaklık ve zorlu çalışma koşullarına dayanıklı makineler, ağır sanayi parçaları.
- Orta Karbonlu Sementasyon Çelikleri
- Karbon içeriği %0.3 - %0.5 civarındadır.
- Orta karbonlu çelikler, hem daha iyi dayanıklılık hem de sertlik elde etmek amacıyla kullanılır.
- Kullanım Alanları: Daha büyük, ağır makinelerdeki parçalarda ve dişlilerde kullanılabilir.
Sementasyon Çeliklerinin Kullanım Alanları
Sementasyon çelikleri, genellikle zorlu çalışma koşullarında uzun ömür ve dayanıklılık gerektiren parçaların üretiminde kullanılır. Başlıca kullanım alanları şunlardır:
- Makine ve Endüstriyel Parçalar:
- Yüksek aşınma direnci ve dayanıklılık gerektiren makinelerde, özellikle dişliler, şaftlar, makaralar, krank milleri, yaylar gibi ağır sanayi makinelerinin bileşenlerinde kullanılır.
- Otomotiv Sektörü:
- Otomobil, kamyon ve diğer taşıma araçlarının dişlileri, tork konvertörleri, şasi elemanları gibi parçalar.
- Tarım Makineleri:
- Tarım makinelerindeki dişliler, bıçaklar, ekim makineleri gibi parçalar.
- Alet ve Takımlar:
- Kesici takımlar, tornalama takımları, matkap uçları ve testere dişlileri gibi aletlerde kullanılır.
- Madencilik ve İnşaat Sektörü:
- Madencilik makineleri, kazıcılar, ekskavatörler gibi endüstriyel makinelerde ve inşaat ekipmanlarında kullanılır.
- Enerji Sektörü:
- Yüksek sıcaklık ve aşınma direnci gerektiren enerji üretim makinelerinin bileşenlerinde de sementasyon çelikleri kullanılır.
Sementasyon Çeliği Avantajları
- Yüksek Aşınma Direnci: Yüzeyi sertleştirilmiş çelikler, aşınmaya karşı daha dirençli olur, bu da uzun süreli kullanımda avantaj sağlar.
- Yüksek Dayanıklılık: Sementasyon çelikleri, iç kısımlarında esneklik ve dış yüzeylerinde sertlik sunar, bu da onları yüksek mukavemetli uygulamalar için uygun kılar.
- İyi İşlenebilirlik: Sementasyon çelikleri, işlenebilirlik açısından oldukça uygundur ve yüksek performanslı makinelerde kullanılması kolaydır.
- Düşük Maliyet: Sementasyon çelikleri, genellikle düşük karbonlu çeliklerden üretildiği için maliyet açısından daha ekonomiktir.
Sementasyon Çeliği Dezavantajları
- Kırılganlık: Yüksek sertlik, zaman zaman çeliğin kırılgan olmasına yol açabilir. Bu nedenle, dikkatli bir tasarım ve kullanım gerektirir.
- Yüzeydeki Sertlik Kaybı: Eğer sementasyon işlemi düzgün yapılmazsa, yüzeydeki sertlik kaybolabilir, bu da aşınma direncini azaltır.
- Yüksek Isıl İşlem Gereksinimi: Sementasyon çelikleri, doğru özellikleri elde etmek için özel ısıl işlem gerektirir, bu da üretim sürecini karmaşık hale getirebilir.