Quantum Takım San. Ürünleri ve Çelik Tic. A.Ş. Metalurji ve Malzeme Mühendisi Tuncay ZAFER: Parlak Tavlama

PARLAK TAVLAMA (BRİGHT ANNEALING)

Tavlama bir malzemenin fiziksel ve bazen kimyasal özelliklerini değiştirerek sünekliğini artıran, sertliğini azaltan ve daha işlenebilir hale getiren bir ısıl işlem türüdür. Proses, bir malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerine ısıtılarak burada belirli bir süre bekletilmesi ve ardından soğutulması esasına dayanır.

Parlak tavlama, koruyucu bir gaz ile atmosferin kontrolü sağlanarak veya vakum fırınlarında ortamdan oksijenin uzaklaştırılması ile gerçekleştirilen bir tavlama işlemidir. Parlak tavlamanın etkili olabilmesi için işlem öncesi malzeme yüzeylerinin temiz ve yabancı maddelerden arındırılmış ve kurutulmuş olması son derece önemlidir. Aksi takdirde tavlama esnasında sıcaklığın etkisi ile yüzeyde lekelenmeler meydana gelecektir. İşlem esnasında atmosferin kontrolü, oksijenin kuru hidrojen veya argon ile yer değiştirmesi ile sağlanır. Böyle bir atmosferde malzeme, karbürleri çözmek ve gerilimleri azaltmak için belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Bu sıcaklık malzemenin cinsine ve kalınlığına bağlı olarak değişecektir.

Parlak tavlamanın en çok tercih edildiği malzeme gruplarından biri olan östenitik paslanmaz çelikleri ele alalım. Burada bahsedilen sıcaklık 1020 °C derecenin üzerinde olmalıdır. Koruyucu atmosferde veya vakum ortamında yüksek sıcaklıklarda oksitler minimum düzeyde olacaktır. Bu yüzden malzeme cinsine ve alaşım oranına göre zirve sıcaklığı yakalamak parlak bir sonuç için yardımcı olacaktır. Bu zirve sıcaklığına mümkün oldukça hızlı çıkılmalıdır. Yavaş ısıtma, ara sıcaklıklarda oksidasyona sebebiyet verecektir. Hızla çıkılan zirve sıcaklığına ulaştıktan ve yeterli süre bekledikten sonra diğer kritik adım ise soğutma hızıdır. Korozyon direnci için hızlı soğutma çok önemlidir. Yeteri kadar hızlı soğuyamayan malzemelerde, ürün daha oksitleyici bir ortama maruz kalır ve korozyon direncinde azalma meydana gelir.

Östenitik paslanmaz çeliklerde en kararlı oksit oluşturucu element kromdur. Bu yüzden parlak bir sonuç elde etmek istiyorsak zirve sıcaklığımızı belirlerken yukarıdaki grafikten faydalanmamız mümkün olacaktır. Kromun oksitlenmek yerine en yüksek sıcaklıkta ve atmosfer kalitesinde indirgenmesi gerekmektedir. Bu nedenle, en yüksek tavlama sıcaklıklarında kromun oksidasyon potansiyeli ve atmosfer kalitesi paslanmaz ürünün parlak olup olmayacağını belirleyecektir.

Parametrelerin böylesi hassas olduğu bir proses için en doğru tercih, en iyi atmosfer kalitesini sağlayabilecek vakum ısıl işlem fırınlarıdır. Vakum ısıl işlem fırınlarında ortamdaki hava vakum pompaları ile tahliye edilerek, kromun oksitlenme ihtimalini en düşük seviyeye getirecektir. Tabi burada da dikkat etmemiz gereken unsurlar olacaktır. Bütün prosesi eksi basınç altında vakum altında tamamlamak ısıtma ve soğutma hızımızda azalmaya sebep olacaktır. Bu dezavantajı ortadan kaldırmak için vakum işleminin ardından fırını koruyucu gaz ile tekrar artı basınca getirmek ısıtma hızımızda ciddi bir artış sağlayacaktır. Aynı şekilde soğutma işleminde de koruyucu gaz altında artı basınç ile gerçekleştirilen soğutma işlemi, havada soğuyan malzemeye göre çok daha hızlı bir sonuç verecektir.

Hızlı ısıtma ve soğutma çevrimlerinin neden bu kadar önemli olduğunu noktasına değinecek olursak; östenitik paslanmaz çelikler için en büyük tehlike, tane sınırlarında krom karbürlerin birikmesidir. Çünkü bu birikme karbür civarındaki bölgelerde krom konsantrasyonunun kritik değerlerin altına inmesine sebep olacak ve bu durum malzemenin paslanmasına neden olacaktır. Çeliğe daha iyi karbür yapıcılar eklenerek bu sorunun önüne geçilebileceği gibi en pratik yöntem ise hızlı soğutma işlemi ile buradaki karbür oluşumu engellenerek, paslanmanın önüne geçilmesidir.

Tuncay ZAFER
Metalurji ve Malzeme Mühendisi
Quantum Takım San. Ürünleri ve Çelik Tic. A.Ş.