SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
1
I- N KEL ESASLI VE KOBALT ÇEREN ALAŞIMLARIN
SERTLEH MLENMES
Nikel ve nikel alaşımları sertlehimlemede (ve lehimlemede) birçok bakımdan demir esaslı
alaşımlara benzerler. Aradaki fark, alaşımların esasına özgü özellik tarafından saptanır.
Nikel esaslı malzemelerin bakırla sertlehimlenmesi genel olarak kabul edilmiş tekniklerle
gerçekleşirse de yumuşak çeliğin sertlehimlenmesine kıyasla dikkat edilmesi gereken önemli
noktalar vardır. Bakır, Nikel 200 veya Monel 400* ile kolayca alaşımlanır ve birleştirme
malzemesinin ergime noktasını yükseltmeye, ve dolayısıyla akmayı engellenmeye yetecek
kadar nikel kapar. Bu itibarla sıcaklıkta tutma süresi kritik olmaktadır. Krom, titanium,
alüminyum gibi elementler, normal bakır sertlehimlemesini çok güçleştiren refrakter oksitler
oluştururlar.
Saf nikel, bir oksitleyici atmosferde herhangi bir sıcaklıkta sadece bir NiO oksit tabakasına
bürünür. Nikele krom (nichrome), alüminyum, titanium eklenmesiyle üç ayrı yapıda oksit
meydana gelir: (1) Me
2
O
3
(isomorf Cr
2
O
3
); burada Me =Fe, Cr, Mn, Ni, Al.. (2) MeTiO
3
(isomorf NiTiO
3
); burada Me= Fe, Ni. (3) NiO. Me^ tipinde spineî . Me
2
O
3
ve MeTiO
3
,
içyapı olarak isomorf-turlar.
Nichrome esaslı alaşımlar alçak sıcaklıklarda (500°C'a kadar) bir NiO oksidi tabakasıyla
veya, mevcut alaşım ilâvelerine göre, daha yüksek sıcaklıklarda, öbür iki yapı tipindeki
oksitlerle kaplanır. Bu sonuncular tek başına ya da bileşik olarak teşekkül eder. Kabuğun iç
tabakaları alaşım elementlerinden yana zenginleşirler. 1200°C ve daha yukarı sıcaklıklarda
kompleks nikel alaşımları üzerinde oluşmuş rekristalize NiO oksidi bir ısıya mukavemet
kaybına işaret sayılır.
Yüksek sıcaklık sertlehimlemesi
Bu, 800°C'm üstünde yürütülen bütün sertlehimleme işlemlerini kapsayan bir terimdir. Az
çok bütün nikel alaşımları bu yöntemle birleştirilebilirlerse de pratikte bu daha çok ısıya
dayanıklı alaşımlara uygulanır.
Yüksek sıcaklık sertlehimlemesi, ergitmeli kaynak süreçleriyle kolayca birleştirilemeyen
alaşımlarda ya da kalın kesitlerde kaynak edilemeyen Nimonic alaşımında kullanılmaya
özellikle uygundur. Keza Nilo gibi nikel esaslı alaşımların kendileriyle ve seramiklerle
birleştirilmesi için elektronik endüstrisinde geniş ölçüde kullanılır.
* Bu nikel alaş ımları için bkz. Burhan Oğ uz., Karbonlu ve alaş ımlı çeliklerin kaynağ ı, 1987. .s. 284 ve dev.
** Baş lıca Al, Mg ve Fe oksidinden oluş muş sert, kristal yapılı mineral.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
2
Aşırı derecede yüksek bir sertlehimleme sıcaklığı ana metalin nitelikleri üzerinde ciddi
ölçüde olumsuz etki yapabildiğinden ilâve metal seçiminde istenilen sonucu verecek en düşük
ergime noktalısı alınacaktır. Bu husus özellikle eriyik işlemi sıcaklığının fazlasının sürünme ve
gerilme/kırılma niteliklerini azalttığı Nimonic alaşımı için doğrudur. Ayrıca, sertlehimleme
sayklı sırasında içyapısal değişmeleri asgaride tutmak için sertlehimleme sıcaklığına ısıtma ve
bundan sonraki soğutma, mümkün olduğu kadar çabuk olacaktır.
Bütün bu alaşımların maruz bulundukları ağır çalışma koşulları, sertlehimleme sürecinin
her aşamasının çok dikkatli denetimini zorunlu kılar, Herhangi bir sorun çıkmadan birleştirmeler
sağlamak için nikel ve yüksek nikel alaşımlarının kimyasal bileşimleri, mekanik ve fiziksel
nitelikleri dikkate alınacaktır. Gözden uzak tutulmayacak etmenler arasında kükürt ve alçak
ergime noktalı metallerin etkileriyle gerilme çatlaması sorunu sayılır.
Nikel esaslı alaş ımlar
Ana metaller
Sertlehimleme açısından nikel ve alaşımları aşağıdaki önemli sınıflara ayrılabilirler: (1)
ticari saf nikel, (2) nikel-bakır alaşımları, (3) nikel-krom-demir alaşımları, (4) nikel-krom-
molibden alaşımları ve (5) thoriumlu nikel alaşımları, (1) ve (2) gruplarındaki alaşımlar başlıca,
korozyon mukavemetinin önemli olduğu ya da mamul saflığının korunmasının gerektiği
uygulamalarda kullanılır. (3), (4) ve (5) gruplarındakiler de bir çok ortamda iyi bir korozyona
mukavemet arz ederler, buna ek olarak da yüksek sıcaklıkta yüksek mekanik mukavemetle
oksidasyona dayanma kabiliyetini haizdirler. Bu nitelikleri kullanabilmek için, çalışma
koşullarının sertlehimlenmiş birleştirme üzerindeki etkisini saptamak önemlidir.
Yüksek nikel alaşımlarının bütün koşullar için geçerli olabilecek korozyon veya
oksitlenmeye mukavemetine dair herhangi genel ifade, eğer varsa, çok azdır; bu itibarla belli bir
uygulama için bir alaşım seçimi gerçek çalışma deneyleriyle yapılacaktır.
Gerilme çatlaması
Birçok metal, çekme gerilmesi düzeyinin yüksek olması halinde bazı korozif çevreler içinde
gerilme çatlamasına eğilimlidir. Nikel ve yüksek nikel alaşımları mutat sulu eriyikler içinde
buna özellikle dayanıklı olmakla birlikte bu alaşımlarda gerilme çatlamasına neden olacak
çevre, ergimiş ilâve metal olmaktadır. Bu itibarla nikel alaşımları sertlehimleme işlemi
sırasında mümkün olduğu kadar bakiye veya uygulanmış çekme gerilmesinden yoksun
olacaktır, önceki soğuk işlenmeden bakiye gerilmenin mevcut olması halinde parçaların
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
3
sertlehimlenmesinden önce gerilim giderme tavlamasına tâbi tutulmaları önerilir. Malzemenin
tavlanma sıcaklığına bağlı olarak bu işlemi sertlehimleme sayklı içine ithal etmek mümkün
olabilir.
Yaslanma sertleş mesine tâbi tutulabilen alaş ımlar
Bazı nikel alaşımlarının yüksek sıcaklıkta mukavemet nitelikleri titanium ve alüminyum
ilâvesiyle artırılabilir. Rene 80, Rene 120 bunlardandır (Rene 41= % 19 Cr; % 11 Co; 10 Mo; %
3 Ti; % 1,5 Al; % 2,5 Fe; gerisi Ni). Bu iyileştirme, metaller arası birleşimler gibi, bir stabil,
sert faz ya da fazların ithali suretiyle gerçekleştirilir. Yüksek nikel alaşımlarında mevcut başlıca
sertleştirici birleşim Ni
3
Al ve N
3
Ti metaller arası birleşimlerdir. Yaşlanmayla sertleştirilebilen
nikel ve nikel-bakır alaşımları genellikle 593°C ta yaşlandırılırken Ni-Cr-Fe alaşımları
genellikle 704°C'ta yaşlandırılır. Mevcut asli gerilmeler nedeniyle, yaşlanma sertleşmeli nikel
alaşımları gerilme çatlamasına eğilimlidirler. Bu metaller dolayısıyla tavlanmış ya da eriyik
işlemine tâbi tutulmuş halde sertlehimleneceklerdir; kullanılacak ilâve metal göreceli olarak
yüksek ergime noktalı (tercihen 870°C'ın üstünde) ve daha sonraki yaşlanma sertleştirilmesi
işlemi sırasında taşınmalara dayanacak kadar mukavemeti haiz olacaktır.
lâve metotlar
Demirli metotlar için normal olarak kullanılan ilâve metaller nikel ve yüksek nikel
alaşımlarına da uygundurlar. Seçim, bitmiş birleşmenin çalışma koşullarına bağlıdır. Keza ana
metal için gerekebilecek herhangi bir ısıl işlem de dikkate alınacak, şöyle ki sertlehimlenmiş
birleştirme, bahis konusu sıcaklığa dayanabilecektir.
BAg serisi, nikel ve yüksek nikel alaşımlarını kendileriyle ve birçok başka metal ve alaşımla
birleştirmede kullanılabilir. Uygun dizayn ve teknikle, sertlehimlenmiş birleştirme ana metalin
tüm mukavemetini sergileyebilir. Alçak ergime noktalı BAg-1, BAg-la ve BAg-3 genellikle
kullanılmakla birlikte birçok korozif ortam için en az % 50 gümüş içeren ilâve metaller
yeğlenir. BAg-7, gerilme çatlağının muhtemel olduğu yerlerde faydalıdır.
Yüksek nikel alaşımlarının çoğu çelikle aynı tekniği, sertlehimleme sürecinde bazı
ikincil değişmelerle, kullanarak BCu ilâve metalleriyle sertlehimlenebilirler. BCu ilâve
metaller, çelikle olduğundan daha çabuk nikel alaşımlarıyla alaşımlanır. Bu itibarla bakır,
likidusunu yükseltip akışkanlığım azaltmaya yeterli nikel kapmadan uzağa akmayacaktır. Bu
sorunu omdan kaldırmak için ilâve metal birleştirme yerine mümkün olduğu kadar yakın bir yere
konacak, birleştirme yerini doldurmaya yeterli bir depo sağlanacaktır (şek 207'ye bkz). Hafifçe
pürüzlü veya hafifçe dağlanmış bir yüzey bakır ilâve metalin kapiler akışı için daha iyi koşullar
arzeder. Böyle yüzeyler daha uzun mesafelerde ıslatılırlar; o ise ki parlatılmış yüzeyler bakır
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
4
ilâve metalin akışına direnç arz eder. Fazla bakır mevcut olup da fazlasının ana metalin bir ince
kesiti üzerine akması halinde bu ince kesiti delebilir.
Fosfor, birçok metalle bileşerek fosfürler olarak bilinen gevrek birleşikler meydana getirir.
Bu- nedenle BCu P ilâve metalleri, genellikle herhangi bir demir ya da nikel esaslı alaşımlarla
kullanılmaz. Bununla birlikte BNi-6 ve BNi-7, nikel esaslı alaşımları sertlehimlemede kullanılır
BNi ilâve metalleri, nikel esaslı ve yüksek nikelli ısıya dayanıklı alaşımların
sertlehimlenmesinde geniş ölçüde kullanılmıştır. Bu ilâve metallerle uygun şekilde
sertlehimlenme durumunda, çok yüksek oksitlenmeye mukavemet, korozyuna mukavemet ve
yüksek sıcaklıkta mekanik mukavemeti haiz birleştirmeler elde edilebilir. BNi ilâve metalleri
ana metalle sertlehimleme sıcaklığında karşılıklı olarak etkileşir. Bu nitelik, birleştirme
yerinin sökülme (yeniden ergitilme) sıcaklığını, birleştirmenin kuvvetini, oksitlenmeye ve
korozyona mukavemeti artırma avantajına sahiptir. Bununla birlikte nikel esaslı ilâve metaller
kullanılırken erozyon ve ana metalle aşın karşılıklı etkileşimin meydana gelmemesine dikkat
edilecektir.
Yüksek nikel alaşımlarının sertlehimlenmesinde palladium veya platin ilaveli nikel esaslı ilâve
metallerle altın esaslı, palladium esaslı ve platin esaslı metaller da başarıyla kullanılmışlardır. Bu
ilâve metaller genellikle iyi bir ıslatma ve akma karakteristiğine sahiptirler. Bunların çoğu nikel
esaslı ana metallerle düşük etkileşim derecesine sahip olup iyi bir süneklik, yüksek
mukavemet ve iyi oksidasyona dayanma kabiliyetini haiz birleştirmeler meydana getirmekte
bunlar tercihen kullanılır. Ana malzeme ve silisyum ve bor ilâvelerinden oluşan ilâve metaller
da Rene serisi alaşımların birleştirilmesinde başarıyla kullanılır.
BNi serisi gibi bor içeren ilâve metaller ana metalin kristaller arası kimyasal erozyonuna
neden olurlar; bu erozyon, alaşımların yüzeyleri nikellenerek azaltılabilir veya önlenebilir.
Hasıl olan nikel kaplama ayrıca alaşımı, bahis konusu alaşımlarda (Rene serisi) alüminyum ve
titanium varlığı nedeniyle, teşekkül eden bir oksit filmi edinmesini önler. BNi serisiyle
sertlehimlenmiş birleştirmeler, oluşan borürler, silisyürler ve karbürler gibi gevrek bileşimler
dolayısıyla nispeten düşük mukavemet arz ederler.
Berilium ve özellikle borla alaşımlandırılmış ilâve metallerle, nikel alaşımının ergimiş
bu ilâve metaller tarafından ciddi kimyasal erozyona uğratılmasından korunması için saptanmış
sertlehimleme zaman-sıcaklık sayklına dikkatle uyulacaktır.
Bor ilaveli nikel alaşımları, bor içeren ilâve metaller tarafından en ağır kimyasal erozyona
uğratılırlar. Bu itibarla ince cidarlı nikel alaşımlarının bu tür ilâve metallerle sertlehimlenmesi
önerilmez.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
5
Bütün bu sakıncalarına rağmen bor, nikel esaslı ilâve metallerde ergime noktasını düşürücü
olarak geniş ölçüde kullanılır. Örneğin nikel-krom sisteminde bor likidusu 260°C'dan fazla
düşürmekle sertlen imlemen in, birleştirilecek ana metallere uygun ısıl koşullar altında
gerçekleşme olanağını sağlar. Metal bileşimi, ergime noktası, akma karakteristikleri ve
birleştirme nitelikleri gibi parametreler birçok bor içeren ilâve metalin gelişmesine yol
açmıştır. Bunlar genellikle Ni-Cr-Fe-B-Si-C grubu elementlerini içerir. Bor yüzdesi ağırlık olarak
2,0 - 3,5 arasındadır. Bu bor düzeylerinde nikel esaslı ilâve metaller oda sıcaklığında hiçbir
süneklik arz etmezler ve bu nedenle de bunlar toz, pasta, veya plastikle bağlanmış levha şeklinde
bulunur.
lâve metalin bu toz şekli birçok sınırlamalara neden olmaktadır: ilâve metal miktarının
kesinlikle uygulanamaması, toz sistemlerinin neden olduktan gözeneklilik, bağlayıcı
artıklarının temizlenme güçlüğü, sertlehimleme sırasında yakın boyutsal kontrolün güçlüğü.
Bu itibarla yukarıdaki sınırlamaların üstesinde gelen bir ilâve meta! sınıfı ve difüzyon
sertlehimleme tekniği geliştirilmiştir. Bu teknoloji borun metaller içine kontrollü difüzyonuna
dayanır. Malzeme, bor ithalinde Önce, istenilen şekle (folio, levha,tel) getirilir. Böylece de bu
elementin varlığından hasıl olan süneklik sorunları (gevrekleşme) atlanmış olur. Bor, sonradan,
yüzeylere difüzyon yoluyla eklenir. Örneğin 0,05 mm kalınlıkta bir Ni-Si foliosu, % 3B, % 4,5
Si ve gerisi Ni olan bir ilâve metal haline getirilebilir.
Böylece meydana getirilmiş folio, sünek çekirdek sayesinde (difüzyon üst ve alt yüzeyde
vaki olur, ortada folio ana malzemesi bulaşmamış halde kalır) istenilen şekli alabilir. Ergime
sırasında bütün folio, homogen bir sıvı halinde ergir.
Bazen de birleşecek yüzeylere önceden bor emdirilir (difüze ettirilir) ve böylece de
birleşecek yüzler ilâve metala benzer alaşıma dönüştürülür, doğruca difüzyon sertlehimlemesi
mümkün kılınabilir.
Nikel alaşımları, bor veya berilium içeren ilâve metaller içinde olduğu gibi silisyumlu ilâve
metaller içinde fazla erimezler; bu nedenle sonuncular sertlehimleme sırasında 40°C'a kadar
az bir fazla ısıtmaya müsaade ederler. Bununla birlikte uzamış fazla ısıda kalma süresi
(özellikle 1220°C'ın üstünde fazladan 15 ilâ 30 dak), ana metalin bir yerel ve genel kimyasal
erozyonuna ciddi bir hız verir; bunun yanı sıra ilâve metalde belirgin bir tane büyümesi ve
akışkanlık azalması görülür.
Ni- Mn-Cr ilâve metallerin nikel alaşımları üzerine fazlaca erozyon etkisi bulunmamakla
birlikte bu alaşımların kimyasal erozyonu, bunların uzun süre fazla ısıtılmaları ya da uzun süre
ergimiş ilâve metalle temas halinde kalmaları halinde yeterince kuvvetli olabilir. Nikel
alaşımları en az erozyona 1250°C'ın altında ergiyen Pd-Ni ve Pd- Ni- Cr ilâve metalleriyle
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
6
uğrarlar; bunlarla meydana getirilmiş birleştirmeler 500 ilâ 800°C'a kadar yüksek sıcaklıklara
dayanıklı olurlar.
Ana metala kaplama şeklinde tatbik edilmiş veya aralığa folio ya da toz halinde konmuş
nikel, Inconel X tipinde alaşımlarının birleştirilmesinde ilâve metalin aralık doldurma
kabiliyetini artırır.
Isıya dayanıklı alaşımların, yeni bir teknik olan aktive edilmiş basınç sertlehimlenmesi
başlıca, ergimiş ilâve metalin aralığa ithal edilmesi ya da temas reaksiyonu ergimesiyle oluşması,
bunun üzerine de sıvı fazın tümü ya da bir bölümünün aralıktan dışarı, uygulanan bir basınç
tarafından atılması, ve bundan sonra da metallerin bir difüzyon bağlantısı şeklinde
birleştirilmeleriyle karakterize olur. Bu sertlehimleme tekniğinin avantajları, birleştirilen
alaşımların yüzey tabakalarının, oksit filmlerinin parçalanıp sıkıştırılarak sıvı fazla birlikte
aralık dışına atılması suretiyle, ergimiş ilâve metalle etkileşîmindedir. Bu, çok nce bir sıvı faz
tabakasıyla ayrılmış ana metallerin yapışmasını kolaylaştırır.
Bu teknik özellikle örneğin yüksek sıcaklık nikel ve kobalt alaşımlarının birleştirilmesinde
etkindir. Bu teknikte çok düşük bir basıncın (0,007 ilâ 0,13 kgf/mm
2
) uygulanması esastır şöyle
ki bunda bahis konusu ilâve metalin ısıya dayanıklı ana alaşımın tane sınırlan boyunca büyük
akma eğilimi göz önüne alınmaktadır. Düşük basınç ana metalleri, aktive edilmiş yüzey üzerinde
belli bir ergimiş ilâve metal miktarıyla temasa getirmek amacını güder.
Inconel tipi Ni-Cr-Fe alaşımları en iyi nikel ilâve metallerle sertlehimlenir. Inconel tipi
alaşımlarda % 0,5 ve daha fazla oranda bulunan alüminyum ve titanium gibi elementler son
derece stabil oksitler hasıl edip bunlar alaşımların ıslatılmasına iyice engel olurlar. Bu
durumda metal yüzeyi taşlanmak ve dağlanmak suretiyle bu oksit filmi kaldırılır ve akışı
kolaylaştıran pürüzlülük sağlanır. Nikellendikten sonra da ıslatılma daha da iyileşir.
Tavlanmış soğuk çekme Inconel tipi alaşım saçlarına bakır lâve metal ve bakır kaplamalan
uygulamaları ıslatma, yayılma ve aralık doldurma sürecini karakteristik şekilde engeller. Bakır
ilâve metaller ayrıca kolaylıkla oksitlenirler ve bütün bu nedenlerle bunlar nikel alaşımlarının
birleştirilmesinde sınırlı ölçüde kullanılırlar.
Ergimiş gümüş ilâve metallerin nikel alaşımlarını kolayca gevrekleştirdikleri ve bunların
çekme gerilmelerine dayanımlarını azalttıkları da akılda tutulacaktır.
Süreçler ve donanım
En çok kullanılan süreçler üfleç, ocak, endüksiyon ve direnç sertlehimlemeleri olup
tuz banyosu ve metal banyosu daldırma yöntemi sınırlı uygulamayı haizdir. BAg serisi üfleçte
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
7
kullanılırken BCu ve BNi serileri genellikle kontrollü atmosfer sertlehimlemesinde ele
alınırlar. Ocak sertlehimlemesinde, sıcaklığın özenle kontrolü önemlidir.
Ön temizleme ve yüzey hazırlanması
Nikel alaşımları üzerinde teşekkül eden oksit filmleri çok sabit olup tel fırçayla kalkmazlar;
zımpara bezi veya taşlama bu yolda etkin olur. Yüksek nikel alaşımları önceden her türlü yabancı
maddeden itina ile arındırılmadan dekapajla bir uniform oksit kaldırılması beklenemez. Bu
alaşımlar için önerilen dekapaj süreçleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Sabun, sıcak suyla
temizlenir. Eriyebilen yağlar, donyağı ve yağ asit bileşimleri için sıcak (82-93°C) % 10-20 eşit
oranda sodyum karbonat ve trisodyum fosfat eriyiki veya kostik soda kullanılır. Parçalar bu eriyike
yarım saate kadar bir süre daldırılır sonra suda çalkalanır. Madeni yağlar ve gresler trikloretilen ve
öbür solventlerde kolayca erirler.
Dekapanlar ve atmosferler
BAg ilâve metaller kullanıldığında, alüminyum çermeyen alaşımların çoğunu AWS tip
3A ve 3B dekapanlar uygundur. AWS tip 4 dekapanı alüminyum içeren nikel alaşımlarıyla
kullanılırken başlarda verilmiş tablolar nikel ve yüksek nikel alaşımlarını sertlehimlemek için
gerekli atmosferleri verirler.
Alüminyum ve titanium gibi elementlerin meydana getirdikleri inatçı oksitler normal ocak
atmosferiyle redüklenemezler. Bu itibarla yaşlanma sertleşmesine tâbi alaşımlar, Standart
alaşımlardan çok daha güç sertlehimlenirler, Ya oksit oluşmasını önleyen ya da ısıtma sırasında
teşekkül edecek her oksidi dekapanlayıp atacak bir süreç gereklidir. Böyle bir durumu
karşılayacak bazı yöntemler şunlardır:
1. Yukarda söylenenlerin ışığı altında, parçalar bakırla kaplanabilirler (Inconel tipi
alaşımlar dışındakiler). Ancak kaplamanın altında da oksit bulunmayacaktır. Bunu
sağlamak üzere de yüzey normal şekilde hazırlanır ve bir nikel klorürü atakı yapıldıktan
sonra bakır, mutat şekilde kaplanır. Kaplama yaklaşık 0,008mm (8 fi) olacaktır.
2. Bir başka yöntem de parçaları nikelle kaplayıp refrakter oksitlerin oluşmasını
önlemektir. Nikel kaplama genellikle BNi-1 ilâve metali ve alüminyum ve titanium
içeren yaşlanma sertleşmesine tâbi tutulabilen alaşımlarla birlikte kullanılır. Kaplama
kalınlığı sertlehimleme sayklının süre ve sıcaklığına göre 0,01 ile 0,05 mm arasında
değişir.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
8
3. Kuru, oksijenden arındırılmış atmosferler çoğu oksidin oluşmasını önlemek ve birçok
durumda da, oluşmuş olanları redüklemekte kullanılır.
Mamafih titanium veya alüminyum oksitleri bahis konusu olduklarında, sertlehimlemenin
10"
3
torr (0,15 Pa) veya daha az basınçta bir vakum altında yapılması tercih edilir.
Argon veya helîum gibi asal gazlar kullanıldığında parçalar ocağa konulurken yüzey
oksidinden arındırılmış durumda olacaklardır. Bazı hallerde saf hidrojen kullanılabilir.
Bu atmosferin çiğ noktası, oluşabilecek ya da redüklenmesi gereken oksidin türü
tarafından belirlenir.
Tam sızdırmaz metalik ocakta vakum sertlehimlemesi, yaşlanma sertleşmesine
tâbi alaşımlar için geniş ölçüde kullanılır.
Teknikler:
BAg;
Aralık, dekapan kullanıldığında 0,05-0,13 mm; kontrollü atmosferlerde de 0,01 mm 'ye
kadar inmiş olacak. Kaide olarak, geniş aralıklar, daha düşük birleşme mukavemetiyle
sonuçlanırlar.
BCu:
Kademeler birçok bakımdan çelikte olduğu gibidir. Aralık hafif pres (sıkı) geçmeden 0,05
mm arasında olur. Uygun aralığın verilmesi halinde alın birleştirmesi, tavlanmış ana
metalin mukavemetine yakın bir mukavemet verir.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
9
BNi:
Genel olarak BAg ile aynı. Daha iyi mukavemet, 0,005mm'den daha az aralıkla alınır.
Ayrıca, geniş aralıklara (0,25 mm'ye kadar) özgü ilâve metaller da mevcuttur. Genel
olarak BNi ilâve metaller kullanıldığında, sertlehimleme, uygun bir atmosferle çalışan bir
ocakta yapılır. Bu ilâve metaller genel olarak, bir akrilik reçina gibi uçucu bir aracı ile
birlikte fırça, püskürtme veya ektrüzyonla uygulanır. Aracıyı kullanırken herhangi bir
zararlı artığın kalmamasına dikkat edilecektir. Uygun şekilde kullanıldığında aracının
ısıtma sayklı içinde tamamen yok olması gerekir. îlâve metal keza folio ve sair şekillerde
de bulunur.
Sertlehimleme sonrası iş lemler
Birçok uygulama, herhangi bir sertlehimleme sonrası işleme gerek göstermez.
Oksitlenme vaki olmuşsa, bir dekapaja başvurulabilir. Dekapan kullanılmışsa, bir temizleme
işlemi gerekebilir. Özellikle yüksek sıcaklıklarda ya da korozif çevrelerde çalışacak olan
parçalarda dekapanın temizlenmesi önemlidir.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
10
Yaşlandırma sertleşmesine tatn tutulabilen nücel alaşımları, semenim iemeaen sonra
yaşlandırılabilirler. Bu takdirde, işlemin yürütüldüğü sıcaklığın üstünde bir ergime sıcaklığını
haiz bir ilâve metalin seçimi gerekir. Uygun bir ocak atmosferinde birleştirilmiş nikel
alaşımlarının çoğu herhangi bir sertlehimleme işlemine gerek göstermezler, ilâve metalden
artmış bakırın bulunması halinde bunu soğuk 20 kısım amonyak ve bîr kısım hidrojen
peroksit veya iyice karıştırılmış 15 galon su, 1 galon sülfürik asit, ve 80 lb kromik asit
eriyikinde temizlenmesi gereklidir.
Kobalt içeren alaşımlar
Niteliklerinin çoğu itibariyle nikele çok benzeyen kobaltın dahil olduğu alaşımlar genellikle
korozyon ve ısıya dayanıklılık nitelikleri için kullanılırlar. Kobalt içeren demir esas
malzemelerinin bazıları, metal-cam sızdırmazlık aracı olarak uygulama yeri bulur. Kobaltın
kullanıldığı üç sıradan alaşım grubu vardır: demir esaslı, nikel esaslı, kobalt esaslı. Genel olarak
nikel ve yüksek nikelli alaşımlar için söylenmiş olanlar kobalt içeren alaşımlara da uyar.
Mamafih BAg ve BCu ilâve metalleri kullanıldığında, çalışma sıcaklığı arttıkça mukavemet ve
oksitlenmeye dayanıklılık hususlarına dikkat çekilecektir. Çalışma sıcaklığının yüksek olduğu
hallerde BNi serisi önerilir.
Bu alaşımlar üzerinde ısıl işlem sırasında teşekkül eden oksit filmi ana metala kuvvetlice
yapışır. Bu oksit ergimiş kostik banyolar ve asit eriyiklerle kaldırılır. Ama metalin
gevrekleşmesinden kaçınmak için ısıtmadan önce yabancı maddelerin temizlenmesi yine önemlidir.
Ş
ek. 208.- Nikel alaşımından petek sandviç elementleri
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
11
Önemli uygulamalardan örnekler
1. Incornel 718 veX750'nin 1025°C'ın altında nikel sertlehimlemesi
Ta, T ve Nb (Cb) gibi reaktif metallerin varlığı, bazı N -Cr-Fe yüksek sıcaklık
alaşımlarında (örneğin Inconel 718 ve X-750), redüklenmesi ve bir vakum ya da kum
hidrojen atmosferinde ıslatılması çok güç yüzey oksitleri meydana getirirler. Bu itibarla bu
gibi alaşımların sertlehimlenmesi, 10"
s
mm Hg dan daha ileri bir vakum ve 1075°C'tan daha
yüksek bir sertlehimleme sıcaklığını gerektirir.
Ancak bu yüksek sıcaklıklarda sertlehimleme ve difüzyon çoğu kez ana metalde, her
zaman kabul edilmeyen, tane büyümesine götürür. Sertlehimlenecek parçaların bu yüksek
sertlehimleme sıcaklıklarında mukavemetleri çoğunlukla o denli düşük olacak ki bir tür
desteğe gerek hasıl olur. Bunların dışında bazı ilâve metallerin bu yüksek sıcaklıklarda agresif
etkileri çok yüksek olur.
Klasik olarak, sertlehimleme sıcaklığını düşürmek için, yukarda ayrıntılarını vermiş
olduğumuz şekilde yüzey oksitlerini yok etme yolu tutulur ki bunun sertlehimlemeden önce
çok zaman aldığı bilinir. Bunun dışında yüzey işlemleri, ince levhalarda, Örneğin petek
yapılarda, nihaî ana metal bileşimini değiştirebilir. Üstelik de elektrolitik nikel kaplamada,
kenarlarda kaplama kalınlığı daha fazla olur ki nikelle sertlehimlenmiş birleştirmelerin
maksimum sünekliği çin gerekli sıkı geçmenin elde edilmesinde sorun yaratabilir.
Bu sorunların üstesinden gelmenin çok daha kolay yolu, bir çok kuvvetli oksit redükleyici
ortam kullanmaktır; böylece bu Inconel tiplerinin yüzey oksitleri, sertlehimlenme işlemi
sırasında yok edilir. Böyle bir süreç, metal-metal oksit reaksiyonlarının istenilen alçak sıcaklıkta
vaki olması halinde çok çekici olur.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
12
Genel olarak kullanılan yüksek sıcaklık nikel alaşımlarının kimyasal bileşimi şöyledir:
Ş
ek. 209.- şlem görmemiş I nconel X-750'den
bir nükleer "spacer" in BN 7 ve bir zirkonium
"getter"i ile aynı anda serti eh imlenmiş 49
eklemi
Ş
ek. 76'dan, sertlehimleme sıcaklığının
1050°C'ın altında tutulması istendiğinde
oksitlerin
redüklenmesi
için
hidrojen
atmosferinin çok kuru olması gerektiği görülür.
Keza şek. 76'daki eğrilerden, NbO (CbO) ve
TaıOs'in teorik olarak -65°C'hk bir çiğ noktası
ya da 6 ppm su buharını; TiO
2
ve Al
2
O
3
'in ise
pratik olarak uygulanmayacak ölçüde alçak bir
hidrojen atmosferi çiğ notasını gerektirir.
''■
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını,
1988
13
0 500 1000 1500 2000
o
C
Ş
ek. 210.- Oksijenin gram- atomik ağırlığı başına kcal cinsinden oluşma serbest enerjisi
Soruna başka bir çözüm, ana metalle mevcut olanlardan daha çok oksit redükleyici bir
elementin kullanılması olmaktadır. Böyle bir element hiç değilse Inconeli daha sonraki bir
oksitlenmeden koruyacak ve belki de sertlehimleme işleminden önce mevcut yüzey
oksitlerini redükleyecektir. Şek. 77 ve 210'a Standart oksit teşekkülünün serbest enerjileri için
göz atıldığında zirkoniumun bu yolda bir olanak sağladığı görülür. Gerçekten ZrO
2
nin oluşma
serbest enerjisi, aşağıdaki tablodan görüldüğü gibi, ZrC>2 nin oluşma serbest enerjisi
Inconellerdcki alaşım elementlerinin oksitlerininkinden aşağıdır. Zirkoniumun ergime noktası
°C
olup 1000-1200°C arasında bir yüksek vakumda sorun çıkartmayacağı
Kcal/gram atomik oksijen ağırlığı olarak oluşma serbest enerjisi
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
14
gibi şekillendirilip işlenmesi kolaydır. Böylece de aşağıdaki araştırmanın konusu olmuştur.
Sözü edilen Inconel türlerinden 0,8 mm kalınlıkta levhalar üzerinde BN 6 ve BN 7 ile
ıslatma etkisi ölçülmüş, birleştirme yeri doldurma karakteristikleri de pratik olarak şek.
209'daki "spacer"in eklemleri üzerinde gözlenmiş, her ki ilâve metalin ıslatma etkisi temas
açılan ölçülerek (şek. 211) saptanmıştır.
lk başlan itibaren BNi7'nin öbüründen daha üstün oksit redükleyici koşulları gerektirdiği
görülmüş olup deneye, bu daha zor ilâve metalle devam edilmiştir. Toz halindeki ilâve metal,
yağdan arındırılmış levhalar üzerine veya eklem kesitleri üzerine, vakum birkaç yüz °C'ta
uçan bir yapıştırıcı aracılığıyla konulmuş.
Deney parçaları ocaklara konduktan sonra, bunda kullanılan küçük laboratuvar ocağı
5xl0
6
mm Hg, öbür daha büyük imalât ocağı da 1O
S
mm Hg'ye boşaltılmış. Sonra ısı
sertlehimleme sıcaklığına getirilip burada 1 saat ve parçalar 200°C'a kadar vakum altında
soğutulmuş.
Küçük ocak 43 mm iç çaplı ve 500 mm boyunda bir kuvartz tüpü olup parçalar bir
Fiberfrax (Carbonındum Co., N.Y.) üzerine konmuş. "Getier* sertlen i m tem esi yapıldığında,
Fiberfrax, kuvartz tüpünün içinde bir açık zirkonium tüpü (getter) içine yerleştirilmiş.
Bütün deneyler 150 mm çapında ve 300 mm boyunda, emniyet çemberi ("susceptor") olarak
kullanılan bir molibden tüp içinde yürütülmüş (şek. 212).
Ş
ek. 211.' Islatma etkisini ölçmek için temas açısı
Sonuçlar:
BNil, Inconel 718 ve
X-750 numuneler üzerinde çok
iyi is-latma özelliği arz etmistir:
küçük laboratuvar ocağında
sertlehimle-mede 1065°C'ta ve
10-
5
mmHg'dendaha ileri bir
vakumda temas açısı sadece
birkaç
dereceden
ibaret
kalmıştır.
Aşağıdaki tabloların verileri, zirkoniumun, her iki Inconel üzerinde BNi 7 ilâve metalin
ıslatma etkisini teşvik etmede çok etkin olduğunu gösterir.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1988
15
BNi 7 ilâve metalıyla 1065°C'ta bir saat süreyle sertlehimlemeden sonra ölçülmüş temas
açıları
Ana metal l0
-5
mm Hg
10
-2
mmHg 10
-2
mm Hg + Zr getter
BN 7 ilâve metalıyla 1000°C'ta bir saat süreyle sertlehimlemeden sonra ölçülmüş temas
açılan
Ana metal
10
-5
mm Hg 10
-5
mm Hg
+ Zr getter + Ti getter
10
-5
mm Hg
BNi 7 Dâve metalıyla 1025 ve 1065°C'ta bir saat süreyle
10
-2
mm Hg vakumu ve bir Zr gelleri ile sertlehimlemeden sonra Ölçülmüş temas açılan
Ana metal
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, Oerlikon Yayını, 1988
16
Ş
ek. 212.- Şek. 209'dak spacer'in getterle sertlehimlenme tertibi
Yukarıdaki sonuçlardan zirkoniumun bu Inconel'ler n ıslatılma karakteristiklerini çok
kesin şekilde ıslah ettiği aşikâr olmaktadır. Bunun yanı sıra Inconel yüzeylerinin, bir parlak
tavlama sonrasında olduğu gibi değiştikleri gözlenmiştir.
Zirkoniumun, Inconel'lerin içindeki öbür alaşım elementlerinin hepsinden çok oksijene
eğilimi olması itibariyle, zirkonium tübü (getter'i) içine konmuş Inconel numune parçalarını
oksitlenmeden koruyacağı doğaldır. Hatta Inconellerin yüzey oksitlerini redükleyebilmesi bile
mümkün görünmektedir.
Zr getter'le sertlehimlemede ön işlem bir yağdan arındırmadan ibarettir. Getter malzemesinin
zirkonium iş parçasını ya da sertlehimlenecek birleştirmeyi çevrelemesi gereklidir. Kolay
ş
ekil alıp işlenebilen zirkonium, endüksiyon ısıtmasında emniyet çemberi (susceptor) olarak da
kullanılabilir.
2.Yüksek sıcaklıkta sertlehimlenmiş NiCr 20 TiAl-PdN 40 birleş tirmelerinin
nitelikleri
Burada yüksek sıcaklıkta sertlehimleme uygulamasının pratikte mekanik nitelikler ve
kristal içyapının ve kimyasal bileşimin bu nitelikler üzerinde etkileri bahis konusudur.
Isıya dayanıklı Nimonic 80A alaşımının yüksek sıcaklık sertlehimi PN1 ile
birleştirilmesinde bu hususlar ele alınmıştır.
γ
fazı - Ni
3
(TiAl) - oluşturan Ti ve Al içerikli Nimonic 80A yapay yaşlanma
sertleşmesine tâbi tutulabilir. Bununla birlikte bu alaşım bileşenleri özel birleştirme
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, Oerlikon Yayını, 1988
17
teknikleri gerektirirler. Eriyik ısıl işleminden sonra bu süper ala şım bazı yöntemlerle kaynak
edilebilir*.
Metalürjik etkilerin asgaride tutulması gerektiğinde yüksek sıcaklık sertlehimlemesine
başvurulur. Nimonic 80A üzerinde yürütülmüş araştırma, vakum sertlehimlemesinin
yüksek alaşımlı malzemeleri birleştirmede bir tamamlayıcı ve bazen de tek uygun yöntem
olduğunu göstermiştir.
Yüksek ergime noktalı PNI ilâve melali başka alaşımların birleştirilmesinde de başarıyla
kullanılmakta olup bir homogen içyapı şeklinde aniden katılaşır {şek. 213'deki diyagrama bkz.).
Bu sertlehim malzemesi bir alçak buhar basıncıyla belirgin olup böylece vakumda yüksek
sıcaklık sertlehimlemesine çok uygundur.
PNI ile Nimonic 8ÖA'nın birleştirilmesi deneyleri 5xlO
3
mm Hg gibi yüksek vakum ve
1290°C'ta yürütülmüştür. Ana metal dokusu üzerinde asgari ısıl etki sağlamak için,
sertlehimleme süresi mümkün olduğu kadar kısa tutulmuştur.
Birleştirmeler oda sıcaklığında yakl. 100 da N / mm
2
, 500°Cta da 85 da N/ mm
2
çekme
mukavemeti arz etmişlerdir. Bunun dışında, yorulma davranışı kabul edilebilir sınırlar içinde
kalmıştır. Bütün deneklerde yorulma çatlağı sertlehim metalinde başlamış, çatlak kısmen
serilenime, kısmen de ara yüze komşu ana metala yürümüştür.
Çökelme sertleşmesi sonucunda ana metal niteliklerinde bir yükselme görülmesine karşılık
sertlehim metali bu ısıl işlemlerden zarar görür.
Karbonlu ve alaşımlı çeliklerin kaynağı kitabına bkz.
SERTLEH MLEME, Burhan Oğuz, Oerlikon Yayını, 1988
18
Nimonic 80A-PN1 birleştirmelerinde sertlehimleme süreci hayli metaller arası difüzyonuna
yol açmakta ve bu birleştirmelerin mekanik mukavemeti sertlehimleme sonrası ısıl işlemler
tarafından kuvvetlice etkilenmektedir. Isıl işlemlerin sonucu sertlehim metalinde aşın tane
büyümesi ve sertlik azalması nedeniyle birleştirmede belirgin mekanik nitelik azalması vaki
olmaktadır.
Dostları ilə paylaş: |