SEMENTASYON
Sementasyon veya Karbürizasyon en eski yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olup; karbon içeriği düşük olan çelik malzeme yüzeyine katı, sıvı veya gaz ortam içerisinde karbon verilmesi (emdirilmesi) esasına dayanır.
Östenit sıcaklığına ısıtılan (850-9500 C) parça istenilen sertlik derinliğine bağlı olarak yüksek sıcaklıkta belirli bir süre tutulur ve daha sonra su, yağ, tuz veya polimer gibi uygun bir sertleştirme ortamında sertleştirilir. Sertleştirme sonrası tüm çeliklere uygulandığı gibi gerilim giderme ve meneviş işlemleri uygulanır. Bu işlemler sonrası parça yüzeyinde karbonca zengin aşınmaya dirençli bir yapı oluşurken, çekirdekte tok bir yapı meydana gelir.
Karbon oranı binde 2 den az olan çeliklere uygulanır. semantasyon sonrasında celiğin yuzey kısmındakı karbon bınde 8 e kadar arttırılır. çok özel durumlarda % 1,3 e kadar çıkartılır. 875 ile 955 c de emdirilir. Dıs yuzeyı sert ıc yuzeyı sunek bir celik elde edilir.
Sementasyon, çelik yüzey tabakasında karbürleme, sertleştirme ve menevişleme işleminin
yapılmasına karşılık gelir. Karbürleme sırasında parçanın yüzeyi karbonca %0.5 %0.85 aralığında, yaklaşık 900-970°C sıcaklıkta kontrollü karbonca zengin gaz atmosferi ortamında zenginleştirilir. Karbürleme sonrasında yüzey bölümü sertleştirmeye hazır hale gelir. Sertleştirme örneğin yağ banyosunda 200°C civarında menevişleme işleminden önce uygulanır.
Parçanın kısmi yerleri semente edilmek istenmiyorsa ısıya dayanıklı ısı koruyucu ile kaplanır. Sementasyon sertleştirme aşınmaya dayanımlı 45-65 HRC yüzey ve tok bir çekirdek sağlar. Sementasyon parçalarının başlıca örnekleri şanzıman ve dişli mili olarak gösterilebilir.
Sertleşme işlemi boyunca dış katmanda karbürlenen martensit, çekirdekten çok daha fazla hacim artışına maruz kaldığı için yüzey sertleştirme işlemi yüzeyde kalıntı basma gerilmeleri yaratır. Bu da parçaların yorulma dayanımında iyileştirme sağlar.
Kalıcı basma gerilmeleri, eğilme ve burulma yükleri sırasında çekme gerilmesine karşı iş yapar, bu da çatlak başlangıcının sadece yüksek gerilme seviyelerinde gerçekleşebilmesine ve/veya var olan çatlağın yavaş ilerlemesine sebep olur.
Sementasyon- karbürleme: Bir metal içine dışarıdan, başka bir veya birden fazla elementin, yüksek sıcaklıkta yayındırılması işlemidir. Türkçe’de sementasyon kelimesi, çelik içine karbon yayındırma işlemi için kullanılmaktadır.
Çeliğin sertleşmesi için karbon oranının % 0.2’ den büyük olması gerekir. Eleman karbon oranı %3’den küçük olan çelikten imal edilir ise suverme neticesinde sertleşmez. Böyle bir parça karbon verici bir ortamda (katı, sıvı, gaz) ve difüzyonun olabileceği bir sıcaklıkta (genellikle ostenit bölgesinde) tutulur ise yüzeyinin karbon oranı artar. Yüzey karbon oranı ~ % 0,8 civarında olan bir parça ostenitlenip su verilir ise, yüzeyi sert iç kısmı sertleşmemiş bir yapı elde edilir.
Karbürleme yapıldıktan sonra sertleştirilmiş çelik, aşınmaya dayanıklı ve darbe özellikleri de tamamıyla sertleştirilmiş çeliğe göre daha iyidir. Yüzey sertlik derinliği (50 HRC’ye kadar olan derinlik) genellikle parça kesitinin % 10′ u, yüzey karbon oranının % 0,6…0,8; çekirdek mikroyapısının beynit olması çoğunlukla en iyi yorulma dayanımı özellikleri verir. Karbürleme işlemi katı, sıvı ve gaz ortamında yapılabilir.
Katı ortamda karbürleme işleminde kömür tozu kullanılır. Karbonlanacak parça, bir kutunun içine kömür tozunun içinde kalacak ve hava almayacak şekilde konulur ve 950 °C civarında bekletilir. Aktifleşmeyi hızlandırmak için % 10 civarında sodyum karbonat gibi tuzlar ilave edilebilir. Ortamda meydana gelen CO gazından çeliğe karbon yayınır. Ortamın karbon konsantrasyonunu kontrol etmek mümkün olmadığından, çeliğin yüzeyindeki karbon oranı % 0,8’ in üstüne çıkabilir. Böyle bir karbon konsantrasyonu uygun olmayan mikroyapı oluşmasına sebep olur.
Sertleştirme işlemi yapılmadan önce parçanın kutunun içinden çıkarılması gerekir ki bu pratik bir işlem değildir. Bu sebeplerden dolayı katı ortamda karbürlemenin pratik uygulaması yok denecek kadar azdır.
Sıvı ortamda karbürleme: Sıvı ortamda karbürleme işleminde kullanılan en yaygın ortam siyanürlü tuz banyolarıdır. Aşağıda karbürleme işlemlerinde kullanılan tuz banyosu karışımları verilmiştir. Tuz karışım oranları çalışma sıcaklıklarına göre değişir. Banyoda siyanür konsantrasyonu artarken karbon konsantrasyonu artar. Karbürleme sıcaklığı artarken yayınan karbon oranı artmaktadır. Düşük sıcaklıklarda ise daha fazla azot yayınmaktadır.
Bir tür ”termokimyasal işlem” olarak bilinen sementasyon (veya Karbürizasyon) en eski yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olup; karbon içeriği düşük olan çelik malzeme yüzeyine katı, sıvı veya gaz ortam içerisinde karbon verilmesi (emdirilmesi) esasına dayanır.
Semente işleminden sonra malzeme genellikle yağda su verilerek sertleştirilir.
Sonuçta; parça yüzeyi sert ve aşınmaya dayanıklı, çekirdek kısmı ise yüzeye göre yumuşak fakat tok; yani darbelere karşı dayanıklı bir malzeme elde edilir.
Karbon emdirilmesi işlemi çelik parçasının CO ihtiva eden bir ortamda, östenitfaz sıcaklığına kadar ısıtılmasıyla, gaz-metal reaksiyonu sonucu oluşur. Genellikle 850- 950°C arasında bir sıcaklık kullanılır, bu sıcaklığa “sementasyon sıcaklığı’” denir.
Sementasyon işlemi, genel olarak, bileşiminde % 0,2’nin altında karbon bulunan alaşımsız veya düşük alaşımlı çeliklere uygulanır. Bu çelikler, “sementasyon çelikleri” olarak adlandırılmıştır. Sementasyon çelikleri; dişliler, miller, piston pimleri, supaplar, zincir baklaları, zincir dişlileri, diskler, rulmanlı yataklar, bir kısım ölçü ve kontrol aletleri gibi parçaların imalinde kullanılırlar.