Tavlamalar

ÇELİKLERİN
ISIL İŞLEMLERİ

Demir esaslı malzemeler, sıcaklığa bağlı olarak çok değişik
kristal yapılarına sahiptirler (allotropluk).
Ayrıca ostenit sıcaklığından hızlı soğutulmaları halinde aşırı
soğuma görülür. Bunun sonucu olarak dönüşüm sıcaklıkları
düşer ve karbon veya diğer alaşım elementlerinin yayınımı
güçleşir.
İç yapı ve özellikler bakımından belirli bir durumu elde etmek
üzere, malzemenin solidüs sıcaklığının altında,
uygun sıra ve süre ile
ısıtılıp soğutulmasına
ısıl işlem denir.

İşlem sırasında ortamın etkisiyle (örneğin karbonlama ve
nitrürlemede olduğu gibi) çeliğin kimyasal bileşimi de
değişebilir.
Çeliklerin ısıl işlemleri başlıca şu amaçlar için uygulanır:
• Talaşlı işleme özelliğini iyileştirmek (yumuşatma, tane
irileştirme),
• Dayanımın arttırılıp azaltılması (sertleştirme, normalleştirme,
yumuşatma),
• Soğuk şekil vermenin etkisini yok etmek (yeniden
kristalleştirme, normalleştirme),
• Mikro segregasyonun ortadan kaldırılması (homojenleştirme),
• Tane büyüklüğünü değiştirme (normalleştirme, yeniden
kristalleştirme, tane irileştirme),

• İç gerilmelerin azaltılması (gerilme giderme),
• Belirli iç yapıların elde edilmesi (normalleştirme,yumuşatma,
sertleştirme).
Söz konusu işlemler iki ana grupta toplanabilir:
- Tavlama,
- Sertleştirme.
- Tavlama ile iç yapının kararlı denge durumuna yaklaşması
sağlanır (soğutma yavaş yapılır)
- Sertleştirme de ise ostenit, çeliğin bileşimine bağlı bir minimum
hızın altına inilmeyecek şekilde soğutularak yarı kararlı bir iç
yapı (martenzit) oluşturulur.

Tav işlemleri de kendi aralarında tekrar iki gruba ayrılır:
I. Tür Tav İşlemleri:
İç yapı değişikliklerine neden olsalar bile öncelikle belirli
özelliklerin elde edilmesine yöneliktirler (homojenleştirme, tane
irileştirme, gerilme giderme, yeniden kristalleştirme işlemleri).
II. Tür Tav İşlemleri:
Bunlarda temel amaç belirli iç yapı durumlarına ulaşmaktır
(yumuşatma, normalleştirme işlemleri).

Sıcaklık-Zaman Diyagramı :
Her ısıl işlem en az
Belirli bir sıcaklığa ısıtma,
Bu sıcaklıkta tutma,
Soğutma
aşamalarını içerir.
İstenilen sıcaklığa ısıtmada iki yöntem vardır :
Isı parçaya bir dış kaynaktan taşınır (temas veya radyasyon
yoluyla)
Isı parçada oluşturulur (doğrudan elektrik akımı geçirme veya
indüksiyon yoluyla).

Sıcaklık
T
I
t Y
Isıtma
II
t YM
Parçanın merkezi
Parçanın yüzeyi
Tutma
t T
Zaman t
Isıl işlemlerde Sıcaklık-Zaman Diyagramı (şematik)
I : Yüzeyi istenen sıcaklığa getirme,
II : Yüzey ve merkez sıcaklıklarını eşitleme
Soğutma
t Y

TAVLAMALAR
Tavlamalar, “ısıl işlem parametreleri”nden sadece soğutma hızının -genel olarak,
havada soğutma gibi yavaş soğutma hızlarının seçimiyle- devre dışı bırakıldığı ısıl
işlem grubudur diyebiliriz.
Genellikle ulaşılmak istenen malzeme özelliklerine göre isimlendirilirler.
Normalizasyon (Normalleştirme)
Bu tavlamanın amacı, göz önüne alınan çeliğe, her türlü muhtemel
ön işlemelerden sonra “normal içyapı” diye tarif edebileceğimiz
ince, yuvarlak taneli, homojen dağılımlı içyapısını –tekrarkazandırmaktır.
Normalleştirme Tavlaması sadece dönüşümünün olduğu
çelikler için anlam taşır: Uygulama esası –yararlanılan
mekanizmalar- bu dönüşüme dayanır.

dönüşümünün bastırıldığı alaşımlı çeliklerde normal tavlama
işlemi uygulanması söz konusu değildir.
Normalizasyon için çelik, “su vermede” olduğu gibi A 3 sıcaklığının
20÷ 50 o C üzerine çıkarılır, bir süre (45÷60 dk) bekletildikten sonra
durgun havada soğutulur.
Daha yüksek sıcaklıklara ısıtma veya bu sıcaklıklarda daha uzun süre
tutma, tane irileşmelerine yol açar. Isıtma sırasında ise, A c1 ve A c3
sıcaklıkları arası, sonuçta özellikle ince taneli ostenit eldesi için,
mümkün mertebe çabuk geçilmelidir.
Ötektoitüstü çeliklerde parça A 1 sıcaklığının üzerine kadar ısıtılır
(Şekil-8). Daha yüksek sıcaklıklara ısıtma tane irileşmelerine ve
yüzey bölgesinin karbon kaybına (dekarbürizasyona) yol açar.

Ötektoitüstü çeliklerde düşük sıcaklıklardaki tavlamanın önemli bir
faydası da, tane sınırlarındaki ikinci sementit ağının, sementitlerin
kısmen de olsa küreselleşmek meyli ile, parçalanmasını
sağlamasıdır.
Oluşacak nihai içyapı çeliğe önceden uygulanmış olan
üretim ve hazırlama işlemlerinden (dövme, haddeleme,
döküm, kaynak ve/veya ısıl işlemler gibi) bağımsız olmuş
olacaktır. Tavlanmış parça, kararlı dengeye uygun içyapıya
(büyük bir yaklaşıklıkla denge diyagramının
gerektirdiği tane yapısına) kavuşmuş olacaktır.

Normalizasyon uygulamalarının söz konusu olduğu veya olması gerektiği yerleri,
genel olarak ve önem sırası gözetilmeksizin bir arada özetleyerek belirtmek
mümkündür :
• Her şeyden önce bazı ısıl işlemlere bağlı olarak, ince taneli nihai içyapı eldesi
için difuzyon tavlamasından sonra ve su verme işleminden önce,
• sıcak haddelemelerden sonra, haddeleme teksturuna bağlı olarak ortaya
çıkabilecek anizotropik etkileri ve gevrek kırılma meylini azaltmak amacıyla,
• dövme ve diğer plastik şekil verme işlemlerinden sonra sıcak deformasyona
ilişkin içyapı oluşumlarının normalleştirilmesinde,
• özellikle çelik döküm parçaların dökümden sonraki kaba ve gevrek içyapısından
(Widmannstaetten yapısından) kurtarmak, mukavemet ve tokluk özelliklerini
iyileştirmek için,
• çoğu zaman rekristalizasyon tavlaması yerine uygulamak, yeniden kristalleşme
sırasında tane irileşmesine meydan vermemek için,
• Kaynak işlemlerinden sonra, temel malzeme, sıcaklık etki bölgesi (geçiş bölgesi)
ve kaynak dikişi arasında ortak nitelikli tane yapısı oluşturmak için
normalizasyon tavlaması gündeme gelir; ayrıca

• Normalizasyon tavlamasının malzeme
bilimindeki önemli yeri ve vazgeçilmezliği,
bilimsel çalışmalarda bir çıkış noktası
oluşturmasından ve referans verileri teslim
etmesindendir.

Sıcaklık [ o C]
1200
1000
910
G
800
600
0
A3 α + γ
T S
P (% 0,025 C)
α - Bölgesi
γ-KE Bölgesi
S
A 1
A cm
0,4 0,8 1,2 1,6 2,0
Karbon miktarı [%C ]
E
Sertleştirme
Sıcaklığı
(Bölgesi)
Şekil-8) a) Alaşımsız çeliklerde karbon oranına göre, normalizasyon,
su verme (TS) ve dönüşüm sıcaklıkları (A1 , A3 ve Acm).
K

P
T < A 1
( İri taneli, serbest α + Perlit)
α
γ
A 1 < T < A 3
(α + γ)
α
T > A 3
Şekil-8) b) Normalizasyon sırasında, içyapıda, tane içi dönüşümlerinin
şematik gösterilişi.
( γ )
γ
T < A 1
( Yeni, küçük
taneli,
serbest α + perlit )
γ

Rekristalizasyon (Yeniden Kristalleştirme) Tavlaması:
Yeniden kristalleştirme tavlaması, önceden uğradığı soğuk plastik şekil
değişimiyle, deformasyon yeteneği azalmış veya tamamen kaybolmuş
çelik parça veya yarı mamullere, soğuk deformasyon sertleşmesini
kaldırmak, daha doğrusu malzemeye yeniden şekil verme kabiliyeti
kazandırmak amacıyla uygulanır.
Rekristalizasyon tavlaması sadece malzemeye bağlı (normalizasyon
gibi) ısıl işlem grubundan değildir: İşlem parametrelerini malzeme ve
plastik deformasyon oranı birlikte tayin eder. Az veya çok da olsa, belli
bir oranda soğuk plastik deformasyona uğramış, pekleşmiş,
deformasyon yeteneği kaybına uğramış malzeme veya malzeme
grubuna uygulanması söz konusudur.

Rekristalizasyon tavlaması sadece malzemeye değil, aynı zamanda
deformasyon oranına da bağlı bir ısıl işlemdir.
Rekristalizasyon sürecinin gerçekleşmesi belli bir oranda soğuk plastik
şekil değişimini gerektirir.
Rekristalizasyon tavlaması, soğuk plastik deformasyon yeteneği
gösterme durumunda olmayan malzemelere uygulanmaz.
Bir çok teknolojik kullanım yerlerinde, yüksek oranda soğuk plastik
deformasyon gerektiren üretimler (ince levha üretimi veya tel çekimi,
derin çekme ve sıvama parçaları imali gibi), yeniden kristalleşme
(rekristalizasyon) tavlaması uygulanmadan gerçekleştirilemez.

İçyapının yeniden kristalleşmesini sağlayacak bu minimum sıcaklığa
yeniden kristalleşme sıcaklığı (T R) denir.
T R ile bir malzeme sabiti olan T Erg arasında
T R [K] 0,30 ÷ 0,42 T erg [K]
genel bağıntısı yaklaşık bilgi ve pratik kullanım için yararlıdır.
Soğuk deformasyonla pekleşebilen malzemelerde, uygulanacak
deformasyonun soğuk şekil verme mi, yoksa sıcak şekil verme mi
olduğunu nasıl anlayabiliriz?

Soğuk şekil verilmiş bir çelik malzeme için tavlama sıcaklığına bağlı olarak
özellik değişimi (şematik):
I. Mikro yapıda ve özellikte değişme yok,
II. Kendine gelme,
III. Rekristalizasyon,

Rekristalizasyon sıcaklığının soğuk şekil değiştirme oranına bağlılığı
(şematik).

Farklı tavlama süre ve sıcaklıklarının rekristalizasyon oranına etkisi
(şematik)

Difuzyon Tavlaması : (Yayınma veya Homojenleştirme Tavalaması)
Segregasyon esas olmak üzere, önceden uygulanan ısıl işlemler gibi
çeşitli şekillerde oluşmuş olan, malzeme içerisindeki konsantrasyon
farklarını ortadan kaldırmak için yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen bir
tavlamadır.
Çeliklerin C- oranına göre, homojenleştirilecek parça, atom yayınmasını
(difuzyon) teşvik edecek şekilde, 1050÷ 1200 o C arasında mümkün
mertebe uzun süre tutulur (yine de 40 saatten fazla difuzyon için tavlama
süresi ekonomik görülmez; ayrıca uzun süre ve yüksek sıcaklıktaki tufal
oluşumu gibi olumsuzlukları göze almamak için, difuzyon tavlaması
malzemeye başlangıçta, yarı-mamul üretiminden önce, uygulanması
doğru olur).
Malzeme yeni ve homojen yapısı ile yeni üretim ve iyileştirme
işlemlerine hazır hale gelmiştir fakat yüksek sıcaklıkta uzun süre
tutulmakla tane irileşmesine uğramıştır. İrileşmiş ostenit taneleri takip
eden ısıl işlemlerle (normalizasyon gibi) küçültülmelidir.

Gerilme giderme- Tavlaması
Teknik bir parçada -dışardan bir yükleme olmaksızın- zaten varolan “iç
gerilmeler” ile, kullanım sırasında söz konusu parçanın ivmeli
hareketleri sonucu veya diğer statik yüklemelerle ortaya çıkan
gerilmelerin süperpozisyonu, beklenmedik kırılmalara ve/veya kalıcı
deformasyonlara götürebilir.
Bu sonuçlardan kaçınmak veya en aza indirmek için,
-ön ısıl işlemlerle mümkün mertebe, oluşumu teşvik edici parametreleri
ortadan kaldırmak,
veya işlem sırasında iç gerilme oluşumunu en aza indirmek (uygun
sıcaklık aralıklarında çalışmak ve hızlı sıcaklık değiştirmelerinden
kaçınmak gibi), ve
üretim sonunda -ısıl işlemlerle- iç gerilmelerin giderilmesi, Gerilme
Giderme tavlaması ile gerçekleştirilebilinir.

İç gerilmelerin oluşum kaynaklarını belirtmek, gerilme giderme
tavlamasının uygulama alanlarına işaret edecektir.
Soğuk plastik şekil değişimi, faz dönüşümleri, ısıl işlemler, sıcaklık
değişimleri gibi işlem ve mekanizmalar malzemelerde ayrı ayrı veya bir
arada işlerlik içinde, iç gerilme kollektifini oluşturabilirler.
Döküm, kaynak, plastik şekil verme gibi üretim yöntemleri, bunlara
ilişkin ısıl işlemler ve/veya işleme aşamaları (su verme, dövme veya
haddeleme, kaynak, tornalama veya taşlama gibi) bu mekanizmaların
birlikte müdahil olduğu teknolojik uygulamalardır.
Gerilme giderme tavlamasında (daha doğrusu “gerilme düşürme
tavlaması”) parça, 450÷ 650 oC arasına çok yavaş ısıtılır (fırında
kontrollü şekilde) -ama kompozisyona göre ve önceki ısıl işlem
etkilerini gidermeyecek bir sıcaklık düzeyinde- bir süre tutularak (enerji
kaybına meydan vermeyecek ve fakat parçanın homojen ısınmasını
sağlayacak kadar, çapa bağlı bir süre) yine homojen soğutmaya dikkat
edilerek sıcaklık yavaşça düşürülür.

İşlem sonunda malzemenin tane yapısı ve faz oranları değişmez.
İç gerilmelerin en aza indirilebilmesi ise, sıcaklıkla akma
mukavemetinin düşmesi ile ilgilidir (Şekil-9).
Çekme ve Akma Mukavemeti
Rm ve Re [N/mm2 ]
100 300 500 700
Sıcaklık T [ºC]
Şekil-9) Akma (ve çekme) mukavemetinin sıcaklıkla
değişimi.
R e
R m

Tavlama işleminden sonra (malzeme içerisinde bölgesel plastik
deformasyonların gerçekleşmesi sonucunda), malzemenin halâ
barındırdığı iç gerilmelerin mertebesi, tavlama sıcaklığındaki akma
dayanımı değerinde olacağı açıktır (Şekil-9).
İç gerilmelerin parçanın makro-boyutları üzerinde eşdağılım
göstermemesi durumunda, tavlama işlemi bu kere çarpılmalara yol
açabilecektir.
Bu bakımdan hassas parçalara, gerilme giderme tavlamasından
sonra nihai boyut işlemleri uygulanmalıdır.

Yumuşatma Tavlaması (Küreleştirme) :
C ≥ % 0,4 olan çeliklerde talaşlı işlenmeye uygun en yumuşak iç
yapının elde edilmesini sağlar.
Daha düşük karbonlu çeliklerde ise aşırı yumuşama nedeniyle,
özellikle delme sırasında “sıvanma” eğilimi görüldüğünden, talaşlı
imalatı kolaylaştırmak için yumuşatma yerine tane irileştirme
tavlamasına başvurulur.
A c1 ’in hemen altında (bazen üzerinde) veya her iki yönde salınım
şeklinde değişen sıcaklıklarda (~100 h) tavlama işlemi
gerçekleştirilir ve daha sonra yavaş soğutulur.

Tavlama sonucunda lamelli perlit, taneli bir biçim alır (denge
durumu). Yani yüksek yüzey enerjili sementit lamelleri ferrit içinde
çözünüp bölünerek düşük yüzey enerjili kürecikler halini alırlar.
Ferritik ana kütleye dağılmış karbür parçacıkları şeklindeki iç yapı
durumuna ıslah işlemleriyle de ulaşılır.
A c1 sıcaklığının dar bir zaman aralığı için aşılması, sementit
lamellerinin küreleşmesini kolaylaştırır ve tav süresini kısaltır.
Aynı şekilde, A c1 etrafında salınım yapılması da olayı belirgin bir
şekilde hızlandırır. Ötektoidüstü çeliklerin zor çözünen sementit ağı
ancak bu yöntemlerle parçalanabilir.

Çeliğe uygulanacak sertleştirme işlemine küreleştirilmiş bir iç
yapıyla başlamak, (özellikle ötektoidüstü çeliklerde) başarılı sonuç
alınmasının kolaylaştırır. Ancak pratikte kısa süreli (daha ekonomik)
olması nedeniyle çoğu kez normalleştirme tavlaması uygulanır.
Ferrit
Perlit
Yumuşatma tavlamasında sementit lamellerinin bölünmesi

Tane İrileştirme Tavlaması :
Düşük karbonlu çeliklerde (C < % 0,4) talaşlı işlemeyi
kolaylaştırmak amacıyla, gevrek ve kaba taneli bir iç yapının elde
edilmesi talaşın sürekliliğini engeller. Bu durumda malzeme
sıvanmaz ve özellikle kısa kırılıcı talaş verdiğinden otomatik
tezgahlarda işlenebilir duruma gelir.
Tavlama sıcaklığı çeliğin üretim yöntemine ve iç yapısına bağlı
olarak 950 °C ile 1100 °C arasında seçilir.
Alt dönüşün noktası A c1 ’e kadar yavaş soğutma yapılmalıdır.
Sonrası hızlı soğutma olarak devam edebilir.
Yüksek sıcaklıklardan dolayı pahalı sayılan bu tavlama işlemi,
tokluk değerlerini de düşürdüğünden seyrek olarak uygulanır.

Yararlanılan Kaynaklar:
1- “Mühendislik Malzemeleri”
Prof.Dr.-Ing. A.Halim DEMİRCİ
Alfa-2004
2- “Malzeme Bilgisi” Cilt-II
Prof. Dipl. –Ing. H-J. BARGEL & Prof. Dr. –Ing. G. SCHULZE
Çevirenler : Prof. Dr. Şefik GÜLEÇ & Doç. Dr. Ahmet ARAN Gebze-1987