Martenzit, en kısa tanımla çeliklerde su verme diye tabir edilen hızlı soğutma işlemi sayesinde oluşan yapıya verilen isimdir. Mikroskopta bakıldığında sivri ve keskin hatları belirgindir ve yapı itibariyle çok serttir. Martenzit ismini, Alman metalurjist Adolf Martens‘ten almaktadır.

Yapının Özellikleri

Martenzit, karbon çeliklerde östenit fazına kadar ısıtılan yapının çok yüksek hızlarda soğutulması ile meydana gelir. Soğuma hızı o kadar yüksektir ki, östenit fazında bulunan karbon atomları, sementit fazını ( Fe₃C )elde etmek için kristal yapıdan çıkacak ( difüze olacak ) zamanı bulamaz. Karbon atomları YMK – Yüzey Merkezli Kübik – Östenit fazından çıkacak fırsat bulamayıp, tetragonal forma ( HMT – Hacim Merkezli Tetragonal ) dönüşen sistemde aşırı doygun halde bulunur. Bu da kristal yapıda gerginlik olarak kendini gösterir. Yani olması gerekenden daha fazla karbon atomu bulunduran bir kristal yapıdan söz ediyoruz.

Yukarıdaki TTT ( Time-Temperature-Transformation ) diyagramı bir karbon çelik ( AISI 1050 ) için hazırlanmıştır. Bu diyagramda ” Zaman, Sıcaklık ve Dönüşüm ” birbirleriyle bağlantılı şekilde görülebilmektedir.

Diyagramı inceleyecek olursak, AISI 1050 standardında bir karbon çeliğinin A3 hattının üstünde bir sıcaklık değerine kadar ( yaklaşık olarak 900°C ve üzeri ) ısıtıldığını görmekteyiz. Bu sıcaklığa ısıtılan ve dolayısıyla tamamen östenit yapıda olan bir parçayı, ” Time ” – Zamanı 0.1-1.0 saniye kadar bir süre içerisinde oda sıcaklığına indirirseniz diyagramdan da göreceğiniz üzere yapı tamamen ” Martenzit ” olarak karşımıza çıkacaktır.

Soğuma hızı arttırıldığında, örnek olarak 100 saniyeye çıkarıldığında oluşan yapıda diyagramdan da göreceğiniz üzere, bir miktar östenit, bir miktar beynit de oluşacaktır. Yani; soğuma hızı yavaşladığında kristal yapı değişecek % 100 martenzit oluşmayacaktır. Östenit yapısı bir miktar martenzite, bir miktar beynit ya da perlite dönüşecektir.

Diyagramda okuyacak olursanız, Ms ve Mf arasının hızlı geçilmesi gerekmektedir. Şayet kritik soğuma hızı aşılmaz ise martenzit yapının gücü azalır dolayısı ile sertlik de soğuma hızının yavaşlığıyla aynı oranda azalır.

Son Olarak;

Martenzitle ilgili sizlere vereceğimiz son bilgi ise, yapının bir ” Denge Fazı ” olmadığıdır. Martenzit fazı kararsızdır. Yavaş soğuma hızlarında çeliklerde denge fazları oluşur ve bu fazlar Demir-Karbon Denge diyagramlarında gösterilmektedir. Malzeme derslerinden hatırlayacağınız üzere Fe-C Demir-Karbon Denge Diyagramında Martenzit yapısı gösterilmez. Çünkü ufak müdahaleler ile yapı bozulabilir.

Bu yapı, ısı enerjisi verilerek sıcaklıkla kolaylıkla bozulabilir. Bu da denge yapısında olmadığından kaynaklıdır. Sıcaklıkla bu yapının bozulma hadisesi aslında” Temperleme ” işlemi olarak geçmektedir. Mikroskopta bakıldığında ” iğne ” formunda oluşan bu yapı temperleme ile kısmen ya da tamamen giderilebilir.

Yukarıdaki mikro yapıdan göreceğiniz üzere ” İğne” formu martenzit yapısıdır. Çeliği sert ve kırılgan yapan da bu formdur. Son olarak, yazımızın başında da bahsettiğimiz üzere, bu yapı HMT – Hacim Merkezli Tetragonal ‘dir. Bu kristal yapıda kayma sistemleri çok sınırlıdır. Bu nedenle martenzitte plastik şekil verme kabiliyeti yok denecek kadar azdır. Aşağıda temperleme işlemine tabi tutulmuş martenzit yapısını görebilirsiniz. İğne yapısı ortadan kalkmış ve dolayısı ile yumuşama sağlanmıştır.

Martenzit yazısı ilk önce Metalurji Malzeme.Net üzerinde ortaya çıktı.

Östemperleme ısıl işlemi martemperleme işlemine çok benzerdir. Sadece işlem sonucunda oluşan yapı martenzit değil, beynittir. Çelikler, gelişen üretim ve ısıl işlem teknolojileri sayesinde bir çok yöntem sayesinde sertleştirilebilmektedir. Parçaların tamamı ya da sadece bir kısmı bile sertleştirilebilir. Örnek olarak dış yüzeyi sert ancak iç yüzeyi yumuşak ve dolayısıyla tok bir dişli üretimi, mevcut teknolojide oldukça mümkündür. Östemperleme ısıl işlemi de sektörde sıklıkla kullanılmaktadır.

İşlem Nasıl Yapılır ?

Aşağıdaki şematik gösterimde rahatlıkla görebileceğiniz gibi, sertleştirme işlemine tabi tutulacak parça ilk olarak östenitleştirme işlemine tabi tutulur. Daha sonra ” Ms ” olarak ifade edilen ” Martenzit Başlangıç Sıcaklığı ” olarak da ifade edilen sıcaklık değerinin hemen üzerine soğutulur.

Parçaların, Ms – Martenzit Başlangıç Sıcaklığının hemen üzerine soğutma işlemi kurşun ya da tuz banyosu ile yapılır. Burada dikkat edilmesi gereken konu, östemperleme işleminin layığıyla yapılabilmesi için ürünler tamamen Beynit fazına dönüşmeden ” Ms ” sıcaklığının altına inilmemesi gerekmektedir.

Beynit fazına dönüştürülmek istenen parça, beynitik dönüşüm tamamlanana kadar kurşun ya da tuz banyosunda bekletilir. Beynitik dönüşüm tamamlandıktan sonra banyodan alınarak havada soğutma işlemi yapılır. Böylelikle östemperleme işlemi tamamlanmış olur.

Östemperleme ile Oluşan Beynitin Özellikleri

Östemperleme işlemi sonucunda elde edilen beynit fazının en temel özelliği, neredeyse benzer karbon oranına sahip martenzit fazından daha yumuşak olmasıdır. Oluşan bu yapı martenzitten daha yumuşak olduğu için darbe dayanımı da martenzit fazından daha yüksektir. Bu da kullanım alanı açısından daha geniş bir yer bulmasına olanak sağlar. Yani ; martenzit kadar yüksek sertlik istenmeyen durumlarda darbe dayanımı isteniyorsa, üretilen bu parçalar rahatlıkla kullanılabilir.

Beynit fazı, ferrit yapı içerisinde dizilmiş olarak duran sementit fazından oluşmaktadır. Bu sementit parçalarının boyutu malzemenin sertliğini belirler. Mikroskopta bakıldığında, yapı ; martenzit yapının temperlenmiş haline benzemektedir. Ancak bu görünüm küçük farklılıklarla birbirinden ayrılmaktadır.

Şayet; ısıl işlem sırasında yüksek dönüşüm sıcaklıklarında beklenirse büyük tane boyutu oluşur ve oluşan yapı daha da yumuşar. Ancak; östemperleme işlemi nispeten daha düşük sıcaklıklarda yapılırsa karbürler daha küçük boyutlu olarak meydana gelir. Bu da sertliği bir miktar daha martenzit sertliğine yaklaştırır.

Östemperleme Nedir ? yazısı ilk önce Metalurji Malzeme.Net üzerinde ortaya çıktı.

Bildiğiniz üzere, çelikler şayet sertleştirilebilme özelliğine sahipse bir çok ısıl işlem yöntemiyle sertleştirilebilirler. Martemperleme işlemi çeliklerde sertleştirme işlemlerinden sadece bir tanesidir. Adından da kolaylıkla anlaşılabileceği gibi işlem sonucunda ” Martenzitik ” yapı elde edilmelidir. Kısaca, martemperleme, ısıl işlem sonucunda martenzit yapı oluşturan bir temperleme işlemidir.

İşlem Nasıl Yapılır ?

Öncelikle martenzitik yapı elde edilerek sertleştirilmek istenen malzeme, tamamıyla östenit yapıya döndürülmelidir. Yani parça östenit sıcaklıkta tutulmalıdır.

Yukarıda sizlerin de çok kolay erişebileceği, neredeyse bütün Dünya’da birebir aynı şekilde kullanılan diyagramı inceleyebilirsiniz. Ac1, yani östenit sıcaklıkta tutulan parçanın yüzeyi ve parçanın içi aynı sıcaklıktadır.

Daha sonra, parça Martenzit başlama sıcaklığı olarak tabir edilen Ms sıcaklığının hemen üstüne kadar soğutulur. Bu sıcaklıkta bir süre beklenmesi gerekmektedir. Bunun sebebi, yukarıdaki tablodan da kolaylıkla anlaşılacağı üzere parçanın dış yüzeyi ile iç yüzeyinin sıcaklıklarının aynı olmasının istenmesidir.

Parçanın Ms – Martenzit Başlama Sıcaklığı üstündeki bir sıcaklıkta bekleyebilmesi için uygulanan en yaygın yöntemlerden biri kurşun ya da tuz banyosu kullanımıdır. Ancak; burada dikkat edilmesi gereken konu izotermal dönüşümdür. İzotermal dönüşüm, martemperleme işleminde istenmeyen bir durumdur.

Parçanın büyüklüğüne ve geometrik şekline göre yeterli bir süre beklendikten sonra, su verme işlemi gerçekleştirilir. Su verme işlemi sayesinde karbon atomları mevcut kristal kafeste sıkışacağından dolayı martenzit yapı meydana gelecektir.

Martemperleme İşleminin Avantajı

Sektörde çalışan bir çok mühendis, teknisyenin bildiği gibi çeliklerde martenzit oluşturmak her zaman çok ama çok dikkat edilmesi gereken bir konu olmuştur. Çünkü, okullarda bizlere öğretildiği gibi martenzit yapısı çeliğin en sert formlarından biridir. Bu formun bir çok avantajı olduğu gibi dezavantajı da bulunmaktadır.

Martenzit yapısının en büyük dezavantajı, yapının kırılganlığıdır. Östenit yapıdan direkt olarak martenzit yapıya dönüşümde ( martemperleme işlemi haricindeki işlemlerde ), sıcaklık değişiminin fazla ve ani olmasından dolayı büzülme hadisesi yüksek olur. Yüksek büzülme de malzemelerde kırılganlığa neden olabilir.

Martemperleme işleminde ise, daha önce anlattığımız gibi tabloda da kolaylıkla göreceğiniz üzere Ms – Martenzit Başlama Sıcaklığının hemen üzerinde beklenerek, parçaların dış ve iç sıcaklıkları eşitlenir. Termal genleşme-büzülme minimuma iner. Ms – Martenzit Başlama Sıcaklığında yeteri kadar beklendikten sonra su verme işlemi gerçekleşirse, çok yüksek bir termal şoka maruz kalmayan parça, çatlamaz.

Sonuç olarak, sertleştirilmek istenen parça martemperleme işlemi sayesinde çatlama riski minimuma indirilerek işlem tamamlanır.

Martemperleme Nedir ? yazısı ilk önce Metalurji Malzeme.Net üzerinde ortaya çıktı.