Örnek 01 / Soğuk başma şekillendirme sırasında çatlaması
Bir cıvata flanşı ağ gibi çatladı:
Katmanlı mikroyapı ve yüzey sertleşmesinden nedenlerini araştırmak
Bir cıvatanın gövde kısmı görünüşte normal görünürken, soğuk başmadan sonra flanşın kenarlarında ince çatlaklar oluşmuştur. Böyle bir durumda yalnızca “malzeme çok mu sert?” diye sormak çoğu zaman yeterli olmaz.
Bu analizin odak noktası, malzemenin yüzeye yakın bölgesinde hem mikroyapı anormalliği hem de sertlik artışının eşzamanlı olarak görülmesidir. Buna dayanarak şunu öne sürüyoruz: Katmanlı mikroyapı ile şüpheli yüzey karbonlanmasının birlikte etkisi yerel deformasyon kabiliyetini azaltmış ve flanşın soğuk başma işlemi esnasında çatlamasına yol açmıştır.
Aşağıda tespit edilen bulguları ve bu arızalanma yolunu ayrıntılı olarak açıklayacağız.
I. Örnek Arka Planı: Müşterinin Creation Group’a soğuk başma sırasında meydana gelen çatlakları analiz ettirme talebi
Bir bağlantı elemanları üreticisi, mevcut tedarikçisinin sağladığı tel malzemeyi kullanarak cıvata üretmektedir. Soğuk başma işleminde flanş bölgesinde ağ benzeri çatlaklar tespit edilince, durumu incelemek üzere Creation Group Grubu’na başvurmuştur.
Müşteri, söz konusu malzemenin SCM435 olduğunu belirtmiştir; tel malzemenin boyutu ise φ13,15 milimetredir. Bu örnek malzeme Creation Group tarafından sağlanmamıştır; Creation Group, gönderilen numunenin analizini üstlenmiştir. Müşteri ve tedarikçiye ilişkin bilgiler ise anonimleştirilmiştir.
Bu analizin dayandığı veriler arasında numunenin dış görünümü, kesit metalografi fotoğrafları ve mikro Vickers sertlik ölçümleri yer almaktadır. Ancak aynı partiden alınmış orijinal tel malzeme, tam sıcaklık işlemi kayıtları ve karbon konsantrasyonuna dair nicel sonuçlar elde edilememiştir.
Flanş bölgesindeki çatlakların dış görünümü
Gönderilen numunenin flanş bölgesinde birçok kısa çatlak gözlenmekte, bazı bölgelerde ise çatlaklar birbirine karışmaktadır.
II. Tespitler: Yüzeye yakın katman sadece mikroyapı bakımından farklı değil, aynı zamanda daha yüksek sertliğe sahiptir
Metaloğrafik fotoğraflar, incelenen kesitte yüzeye yakın bölgede belirgin bir mikroyapı farklılığı alanının bulunduğunu göstermektedir. Bu alandaki iki ölçü 78,56 μm ve 105,64 μm olup, yaklaşık 0,08–0,11 milimetreye karşılık gelmektedir.
Yüksek büyütmede incelendiğinde, bu bölgede göreceli olarak belirgin lamelar ve şerit biçimli yapılar gözlemlenmektedir; bu yapılar iç kısımdaki karbür morfolojisinden farklıdır.
Yüzeye yakın bölgenin mikroyapısı ve yerel genişlik ölçümü
İşaretleme yapılan iki bölge arasındaki yerel ölçüm değerleri, doğrudan tespit edilen karbonlaşma derinliğine eşit değildir.
Yüzeye yakın bölgenin yüksek büyütmedeki mikroyapısı
Yüzeye yakın bölgede belirgin lamelar ve şerit biçimli yapı özellikleri görülmektedir; kullanılan büyütmeler ve ölçek çizgileri orijinal haliyle korunmuştur.
İç bölgenin yüksek büyütmedeki mikroyapısı
Şekil 3 ile karşılaştırıldığında karbürlerin şekli ve dağılımı dikkatlice incelenebilir; parlaklık-koyuluk farkları doğrudan karbon içeriği analizinin yerini tutmaz.
Mikro sertlik testi ayrıca başka bir kanıt sunmaktadır. Bu incelemede kaydedilen “kenardan içe doğru” sıralamasına göre:
Karşılaştırma Öğeleri Test Raporu
Yüzeye yakın bölgenin ilk ölçüm noktası 260,5 HV0.1
Sonraki iki nokta 248,5 ve 240,6 HV0.1
0,5–1,4 mm aralığındaki noter ortalaması yaklaşık 232,4 HV0.1
Yüzeye yakın bölgedeki ilk nokta ile söz konusu ortalama arasındaki fark yaklaşık 28,1 HV0.1
Metaloğrafik mikroyapıdaki farklılık ile artan sertlik birbirini desteklemektedir: Yüzeye yakın katman yalnızca “fotoğrafta rengi biraz koyulaşmış” bir bölge değil, aynı zamanda iç kısımdan farklı bir mikroyapıya ve mekanik tepkiye sahiptir.
Tespit Verileri
15 adet mikro Vickers sertlik ölçümünün orijinal verileri
Sertlik eğrisi
Mikro Vickers sertlik eğrisi
Test koşulları HV0.1 olup toplam 15 noktada gerçekleştirilmiştir. Veriler ve eğri, ölçüm noktaları arasındaki sertlik değişikliğini birlikte göstermektedir; sonuçlar, ölçüm noktalarının konumları dikkate alınarak değerlendirilmelidir.
III. Birinci neden ipucu: Katmanlı mikroyapı neden ortaya çıktı?
Sferoitize edici tavlamanın amacı sadece bir sertlik değerini düşürmek değil, aynı zamanda sonraki soğuk şekillendirme işlemlerine uygun karbür morfolojisi ve dağılımını elde etmektir.
Bu çalışmada gözlenen katmanlı mikroyapı için, eski perlitin yeterince sferoitize olmaması veya ısıtma sonrasında soğutma sırasında yeniden perlit oluşumu olmak üzere iki ana oluşum yolunu dikkate alıyoruz.
Bu durum için öne sürülen başlıca termik işlem açıklaması, ısıtma sıcaklığı, isale süresi ve soğutma sürecinin uyumsuzluğu sonucunda katmanlı perlitin kalıntı olarak kalmış veya yeniden oluşmuş olmasıdır.
Isıtmanın kısmi austenitleşme bölgesine girmesi, sıcaklığın yüksek tutulması veya bu sıcaklıkta isalenin uygun şekilde yapılmaması durumunda karbürlerin çözünme davranışı değişebilir; ardından soğutma da küresel karbürlerin oluşumuna elverişli değilse, yeniden katmanlı mikroyapı ortaya çıkabilir. Sferoitizasyon süreci, ısıtma sırasında karbürlerin çözünmesi ve soğutma sırasında tekrar çökelmesini içerdiğinden, yalnızca tek bir isale parametresine bakmak yeterli değildir.
O yüzden “isale ne kadar uzun olursa o kadar yumuşak olur” ya da “sferoitizasyon yapıldı diye mutlaka tam olarak sferoitize olmuş demek değildir”. Sonuçta asıl önemli olan mikroyapıdır.
IV. İkinci neden ipucu: Fırın atmosferi yüzeydeki anormallikleri artırdı mı?
Yüzeyde karbonlaşma, bu çalışmada öne sürülen diğer bir ana proses sebebi olarak değerlendirilmektedir.
Fırın atmosferi çeliğe göre karbon artırıcı nitelikteyse, malzemenin yüzeyinde karbon birikimi meydana gelebilir; bunun sonucunda söz konusu bölgedeki karbür miktarı, çözünme ve dönüşüm davranışları değişerek yüzey ile iç bölge arasında farklı mikroyapısal durumlar oluşabilir.
Bu durum, sferoitizasyon sürecindeki anormallikle birleşerek etkisini artırabilir: bir yandan katmanlı mikroyapı tam olarak ortadan kaldırılmamış veya yeniden oluşmuşken, diğer yandan yüzeydeki karbon birikimi yerel mikroyapı ve sertliği daha da etkilemektedir.
Ancak önemli bir ayrım yapılmalıdır: Mevcut metalografi ve sertlik sonuçları bu açıklamayı desteklemekte, ancak karbon oranının gerçekten arttığını tek başına kanıtlayamamaktadır. Aynı karbon oranı altında bile, mikroyapı biçimi, tane büyüklüğü ve karbür dağılımı değişimleri malzemenin mekanik özelliklerini etkileyebilir.
Bu nedenle, “atmosfer kaynaklı karbonlaşma” bu örnekte henüz niceliksel olarak doğrulanmış bir bulgu olmayıp, başlıca süreç sebebi olarak varsayılmaktadır.
V. Neden sonunda flanşda ağ benzeri çatlaklar ortaya çıktı?
Flanş şekillendirilirken malzeme çevreye doğru genişler, yüzey alanı artar ve yüzeye yakın bölgeler de iç kısımlarla birlikte deformasyona uğramak zorundadır.
Katmanlı mikroyapı ve yerel olarak daha sert olan bu durum, söz konusu bölgenin deformasyon tepkisinin iç kısımlardan farklı olduğunu göstermektedir. Yerel gerilme ve kesme deformasyonlarının etkisiyle, eğer bu bölgenin şekil değiştirme kapasitesi yetersizse, burada önce çatlaklar oluşabilir.
Şekillendirme devam ettikçe, farklı zayıf noktalarda peş peşe çatlaklar açılır; çatlaklar çeşitli yönlerde ilerler ve yer yer birbirine bağlanarak ağ benzeri bir görünüm kazanabilir.
Daha basitçe söylemek gerekirse: İçeride malzeme dışarıya doğru hareket ederken, yüzey artık buna ayak uyduramaz ve birden fazla noktada peş peşe gerilme sonucu çatlaklar açılır.
Bu çalışmada öne sürülen arıza mekanizması şöyledir: Sferoitize edici ısıl işlem usulsüz gerçekleştirilmiş, bunun sonucu kalıntılı veya yeniden oluşan katmanlı mikroyapı oluşmuştur; muhtemelen atmosfer kaynaklı karbonlaşma yüzeye yakın bölgedeki mikroyapı ve sertlik farkını daha da ağırlaştırmıştır; flanşın soğuk boylama sırasında lokal deformasyonların uyumsuzluğu çoklu çatlakların başlamasına zemin hazırlamıştır.
Bu, mevcut veriler ışığında ortaya konan başlıca mekanizma değerlendirmesidir. Halihazırda alınan numune çubuğun gövdesinde işaretlenmiş olup, bu kesitte gözlemlenen durumu doğrudan “flanştaki çatlakların anormal tabakadan kaynaklandığını gördük” şeklinde yorumlamak mümkün değildir.
Altıncı Kısım: Tedaviye Odaklanılan Hususlar: Isıl İşlem Süreci ile Atmosfer Kontrolünün Aynı Anda İncelenmesi
Madem ki ikili bir etken söz konusu, bundan sonraki işlemler yalnızca tek bir sertlik değerine odaklanmamalıdır.
Birincisi, gerçek ısıl işlem sürecinin gözden geçirilmesidir. Malzemenin fiilen maruz kaldığı ısıtma sıcaklığı, tutma süresi ve soğutma eğrisi karşılaştırılarak, lameların yeterince küreselleşmediği mi yoksa soğutma sırasında yeniden oluştuğu mı tespit edilmelidir.
İkincisi, atmosfer ve yüzeydeki karbon dağılımının incelenmesidir. Atmosfer kontrolü kayıtları incelenmeli; aynı partideki ham tel üzerinde ise yüzeyden iç tabakaya doğru karbon miktarı, yapı ve sertlik arasındaki ilişki detaylıca kontrol edilmelidir; böylece yüzeydeki karbon artışı hipotezi doğrulanmalıdır.
Üçüncüsü, yapılan düzeltmelerin etkinliği, mikroyapı ve şekillendirme sonuçları üzerinden değerlendirilmelidir. Düzenleme sonrasında toplam sertliğin düşüp düşmediğine bakmakla yetinilmemeli; yüzeye yakın bölgedeki lameların azalıp azalmadığı, malzemenin iç ve dış durumunun daha homojenleşipleşmediği ve aynı tip ürünlerde gerçekleştirilen soğuk başaçma testlerinin sonuçları da dikkate alınmalıdır.
Mevcut belgeler, düzeltme sonrası tekrar deneme ve seri üretim kayıtlarını içermediğinden, yukarıda belirtilen tedavi yönleri henüz başarıyla doğrulanmış önlemler olarak kabul edilmemektedir.
Yedinci Kısım: Vaka Sonucu
Bu olaydaki başlıca arıza mekanizması şöyledir: Yüzeye yakın bölgedeki lamelar ve yerel sertleşme, deformasyon uyumunu azaltarak flanşın soğuk başaçma sırasında genişlemesi esnasında ağsal çatlakların oluşmasına zemin hazırlamıştır.
Anormalliğin kökenini araştırırken, öncelikli olarak yanlış yürütülen küreselleştirici ısıl işlem süreci ile fırın içindeki atmosferde meydana gelen muhtemel karbon artışı olası etkileşimine dikkat çekilmiştir. Özellikle yeniden oluşan perlit ve karbon artışının somut oluşum süreçleri, ham tel, ısıl işlem ve atmosfer kayıtları arasında daha ayrıntılı eşleştirme ve doğrulama gerektirmektedir.
Bu vaka göstermektedir ki, soğuk başaçma için kullanılan malzemeyi değerlendirirken yalnızca “ortalama sertlik nedir?” sorusunu sormak yeterli değildir; ayrıca şu hususlara da dikkat edilmelidir: yüzeyde hangi yapı bulunmaktadır, bu yapının iç kısımlardaki yapıdan farkı nedir ve tüm malzeme birlikte ürünün talep ettiği deformasyonu gerçekleştirebiliyor mu?
Creation Group Grubu, müşterilerine arıza analizi hizmeti sunarken, kırık yüzey görünümünü, malzemenin mikroyapısını ve performans verilerini birbirine bağlayarak, sağlam dayanaklarla desteklenmiş ve doğrulanabilir neden tahminleri ortaya koymaktadır; böylece sonraki iyileştirme adımlarının net hedefleri belirlenebilir.
Kırıkları görmek sadece bir başlangıçtır; asıl değer, kırıkların neden oluştuğunun açıklanmasındadır.
Creation Group Grubu · Soğuk Başaçma Mühendisliği Dersleri
Malzeme sorunlarını anlaşılır biçimde anlatıyoruz