Çeliğin östenitleştirilmesi

Östenitleşme İlkesi

• Faz dönüşüm ilkesi: Çelik ısıtıldığında, ferrit ve perlit gibi iç yapılar, demir kristal kafesindeki karbon atomlarının yeniden dağılımı yoluyla kademeli olarak östenite dönüşecektir.
• Sıcaklık etkisi: Östenitleşme sıcaklığı genellikle ac₁ (alt kritik nokta) ile ac₃ (üst kritik nokta) arasındadır. Ancak, kritik nokta sıcaklığı çeliğin bileşimine göre değişir. Örneğin, karbon içeriği, alaşım elementlerinin türleri ve içerikleri, kritik noktayı etkiler.

Östenitleşme Süreci (Ötektik Çelik Örneği)

• Östenit çekirdeklerinin oluşumu: Östenit çekirdekleri genellikle ferrit ve sementit arasındaki faz arayüzünde öncelikle oluşur, çünkü faz arayüzündeki karbon atomu konsantrasyonu düzensizdir ve enerji yüksektir ve atomik düzenleme düzensizdir, bu da nükleasyon için gerekli olan konsantrasyon dalgalanması, enerji dalgalanması ve yapısal dalgalanma koşullarını kolayca karşılar. Ek olarak, perlit alanlarının ve ferrit mozaik bloklarının sınırları da nükleasyon bölgeleri olabilir.
• Östenit çekirdeklerinin büyümesi: Östenit faz bölgesine ısıtıldıktan sonra, karbon atomlarının difüzyon hızı yüksek sıcaklıkta hızlanır ve demir atomları ve alaşım atomları da tamamen yayılabilir. Östenit çekirdekleri, karbon atomlarının difüzyonu yoluyla ferrit ve sementite doğru büyümeye devam eder.
• Kalan sementitin çözünmesi: Ferritin bileşimi ve yapısı östenite daha yakın olduğundan, östenit çekirdeklerinin büyümesi sırasında ferrit önce kaybolur, kalan sementit ise tutma süresinin uzamasıyla birlikte tamamen kaybolana kadar çözünmeye devam eder.
• Östenit bileşiminin homojenleşmesi: Tüm sementit çözündükten sonra, östenitteki karbon konsantrasyonu homojen değildir ve orijinal sementit bölgesindeki karbon içeriği daha yüksektir. Bu noktada, karbon atomlarının tamamen yayılması için uzun süreli tutma veya sürekli ısıtma yapılması gerekir, böylece homojen bir bileşime sahip östenit elde edilir.

Hipötektik Çelik ve Hiperektik Çeliğin Östenitleşmesi

• Hipötektik çelik: Yukarıda bahsedilen ötektik çeliğin östenit oluşumunun temel sürecine ek olarak, ac₁ sıcaklığının üzerine ısıtıldığında, proötektik ferritin, tamamen östenite dönüşene kadar ac₃ sıcaklığının üzerine ısıtılması gerekir.
• Hiperektik çelik: ac₁ sıcaklığının üzerine ısıtıldığında, proötektik sementitin (ikincil sementit) kademeli olarak çözünmesi gerekir ve yalnızca Accm (hiperektik çeliğin üst kritik noktası) üzerine ısıtıldığında tüm sementit çözünebilir ve tek bir östenit yapısı elde edilebilir.

Östenitleşmeyi Etkileyen Faktörler

• Isıtma sıcaklığı ve süresi: Isıtma sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, atomik difüzyon hızı o kadar hızlı olur, östenitleşme hızı o kadar hızlı olur ve oluşum için gereken süre o kadar kısalır; Belirli bir sıcaklıkta, tutma süresi ne kadar uzun olursa, östenit bileşimi o kadar homojen olur, ancak çok uzun tutma süresi tane büyümesine yol açacaktır.
• Isıtma hızı: Isıtma hızı ne kadar hızlı olursa, kuluçka süresi o kadar kısa olur, östenitin dönüşmeye başladığı ve bittiği sıcaklık o kadar yüksek olur ve dönüşüm için gereken süre o kadar kısalır. Hızlı ısıtma sırasında, östenitin nükleasyon hızındaki artış, büyüme hızından daha fazladır ve ince östenit taneleri elde edilebilir.
• Alaşım elementleri: Kobalt ve nikel gibi elementler östenitleşme sürecini hızlandırır; Krom, molibden ve vanadyum gibi elementler östenitleşme sürecini yavaşlatır; Silisyum, alüminyum ve manganez gibi elementler temel olarak östenitleşme süreci üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Alaşım elementlerinin difüzyon hızı karbondan çok daha yavaş olduğundan, alaşımlı çeliğin ısıl işlem ısıtma sıcaklığı genellikle daha yüksektir ve tutma süresi daha uzundur.
• Orijinal yapı: Orijinal yapıdaki sementit lamelli olduğunda, östenit oluşum hızı granüler sementitten daha hızlıdır; Sementitin lameller arası aralığı ne kadar küçükse, faz arayüzleri o kadar fazla olur, nükleasyon hızı o kadar yüksek olur ve dönüşüm hızı o kadar hızlı olur; Küreselleştirme tavlama durumundaki granüler perlitin az sayıda faz arayüzü vardır, bu nedenle östenitleşme hızı en yavaştır.

Östenitleşmenin Pratik Uygulaması

• Isıl işlem: Östenitleşme, çelik ısıl işleminde önemli bir adımdır. Farklı sonraki soğutma yöntemleri (sertleştirme, normalleştirme, tavlama, temperleme vb. gibi), östenitin farklı yapılara dönüşmesine neden olacak, böylece gerekli mekanik özellikler elde edilecektir. Örneğin, östenitleştirmeden sonra çeliği sertleştirmek, martensit yapısı elde edebilir ve çeliğin sertliğini ve mukavemetini artırabilir; Normalleştirme işlemi, taneleri rafine edebilir ve işlenebilirliği artırabilir, vb.
• Basınç işleme: Çelik külçeler, çelik kütükler ve çelik ürünler genellikle östenitleşme için 1100°C'nin üzerine ısıtılır. Bu sırada, östenit iyi bir plastisiteye ve düşük akma dayanımına sahiptir, bu da çeşitli şekillerdeki parçaların veya bitmiş ürünlerin dövme ve haddeleme gibi plastik işlemleri için uygundur.