Borlama İşlemi ile Çelik Yüzeylerinin Sertleştirilmesi

Borlama işlemi, çelik yüzeylerin sertleştirilmesinde yaygın olarak kullanılan metalürjik bir yöntemdir. Bu işlem sırasında çelik parçalar, yüksek sıcaklıkta bor bileşikleri ile temas ettirilir ve bu temas sonucunda bor atomları yüzeyde difüzyonla çelikle reaksiyona girer. Bu reaksiyon sonucunda, yüzeyde borür bileşikleri oluşur ve yüzey sertliği artar. Bu yazıda ise bu işlemin çeşitlerini, faydalarını, kullanım alanlarını ve nasıl uygulandığını detaylıca ele alacağız.

Borlama İşlemi Nedir?

Borlama işlemi, metal veya diğer malzemelerin yüzeylerini kimyasal bir işlemle güçlendirmek ve dayanıklılıklarını artırmak amacıyla kullanılan metalurjik bir işlemdir. Bu işlem sırasında, malzeme özel bir borlama çözeltisi veya gaz ortamına maruz bırakılır.  Bu ise malzeme yüzeyinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Borlama, aşınma direncini artırmak, yüzey sertliğini iyileştirmek, korozyona karşı koruma sağlamak ve kesme takımları, rulmanlar, dişliler gibi endüstriyel uygulamalarda kullanılan parçaların ömrünü uzatmak için kullanılan yaygın bir işlemdir.

Borlama İşleminin Çeşitleri

Katı Ortamda Borlama: Katı ortamda yapılan işlem, toz ortam ve macunlama yöntemleri olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilir. Her iki yöntemde de kullanılan bor verici ortam aynıdır ve borlama işleminde ekabor adı verilen madde olarak kullanılır. Toz ortamda kullanılan ekabor, en ince taneden oluşurken, macunlama yöntemi için aynı maddeler macun haline getirilir. Bu iki borlama tarzı, metalurjik işlemlerde işlenen malzemenin özelliklerine göre seçilir ve farklı uygulamalar tercih edilir.

Toz Ortamda Borlama: Toz ortamda yapılan işlem, yüksek sıcaklıkta özenle hazırlanan borlama tozunun metal parçaların yüzeyine uygulanması ile gerçekleşir. Bu işlemde yüksek sıcaklık altında bulunan borlama tozları parçaların yüzeyine yapışır ve kimyasal reaksiyonlar başlar. Bu ise metal parçaların yüzeyinde son derece dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Macun ile Borlama: Macun ile borlama, özel olarak hazırlanmış bir borlama macunu kullanılmasıyla yapılır. Macun, metal parçaların yüzeyine uygulanır ve ardından yüksek sıcaklıklarda fırınlanır. Fırınlanma süreci boyunca borlama macunu ile metal arasında kimyasal bir reaksiyonu oluşur ve bu ise parçaların yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Sıvı Ortamda Borlama: Sıvı ortamda borlama, metal parçaların belirli bir sıvı borlama karışımına daldırılmasıyla veya bu karışımın parçaların yüzeyine uygulanmasıyla gerçekleşir. Daha sonra, parçalar özel bir fırında yüksek sıcaklıklara maruz bırakılır. Yüksek sıcaklıklara maruz bırakılan bu parçalar, kimyasal reaksiyonların başlamasına neden olur ve bunun sonucunda metal yüzeylerine dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşur. Sıvı ortamda borlama ne çok hassas ve karmaşık geometriye sahip parçalarda kullanılır.

Daldırma Yöntemi: Daldırma yöntemi ile borlama, metal parçaların özel bir borlama karışımı içinde tamamen daldırılmasıyla ve bu parçaların belirli bir süre boyunca, belirli bir sıcaklıkta bu karışımın içinde bekletilmesiyle gerçekleşir. Bu ise metal parçaların kimyasal reaksiyonlar geçirmesine ve metal yüzeyinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar. Sıvı ortamda borlama işlemi ise ne çok hassas ve karmaşık geometriye sahip parçalarda kullanılır.

Elektroliz Yöntemi: Elektroliz yöntemi ile borlama, metal parçaların bir elektrolitik çözelti içine yerleştirilip, bu çözeltinin içinde belirli bir elektrik akımı uygulanmasıyla gerçekleşir. Uygulanan bu elektrik akımı, metal parçaların yüzeylerinde kimyasal bir reaksiyonu tetikler ve bunun sonucunda metal yüzeylerine dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşur.

Derişik Çözeltilerde Borlama: Derişik çözeltilerde borlama, metal parçaların bor karbür tozları ve kimyasal katkı maddelerini içeren özel bir borlama çözeltisine batırılmasıyla gerçekleşir. Bu işlem sırasında, parçalar belirli bir sıcaklık ve süre boyunca bu çözelti içinde tutulur. Bu ise metal parçalarının kimyasal reaksiyonlar gerçekleşmesini ve metal yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşmasını sağlar.

Gaz Ortamda Borlama: Gaz ortamda borlama, metal parçaların belirli bir gaz atmosferi içinde yüksek sıcaklıklarda işlenmesiyle gerçekleşir. Bu işlemde genellikle bor gazı kullanılır. Gazın içindeki bor molekülleri, yüzeydeki metal ile reaksiyona girerek dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşturur. Göz ardı edilemeyecek önemli bir husus ise sıcaklık, süre ve gaz kompozisyonunun dikkatle kontrol edilmesi gerektiğidir.

Plazma (İyon) Borlama: Plazma (İyon) Borlama işlemi, parçalar bir vakum odasına yerleştirilip ve yüksek enerjili plazma gazlarının kullanılarak çeşitli gazlarla etkileşime sokulmasıyla gerçekleşir. Gazlar iyonlaştırılır ve bu iyonlar, parçaların yüzeyine çarpıp kimyasal reaksiyonlara neden olurlar.

Borlama İşleminin Faydaları

Borlama işleminin en belirgin özellikleri aşağıdaki gibidir:

• Metal parçaların yüzeylerinde dayanıklı bir bor karbür kaplama oluşturarak aşınma direncini artırır ve aynı zamanda yüzey sertliğini iyileştirerek parçaların uzun ömürlü olmasını sağlar.
• Korozyona karşı koruma sağlar, böylece parçaların paslanmasını önler.
• Kesme takımları, matkap uçları, freze takımları gibi işleme araçlarının performansını artırır ve işleme işlemlerini daha verimli hale getirir. Bu işlem ayrıca mikro sertlik seviyelerini kontrol etmeye ve yüzey pürüzlülüğünü iyileştirmeye olanak tanır.

Kullanım Alanları

Borlama, metal ve diğer malzemelerin yüzeylerini güçlendirmek ve dayanıklılıklarını artırmak amacıyla kesme takımları, matkap uçları, rulmanlar, dişliler gibi endüstriyel parçaların üretiminde, otomotiv sektöründe, havacılık ve uzay endüstrisinde, tıbbi cihaz üretiminde, elektronik bileşenlerin üretiminde, hidrolik ve daha birçok alanda yaygın olarak uygulanır. Bu işlem, malzemelerin aşınmaya, korozyona ve mekanik streslere karşı daha dayanıklı hale gelmesini sağlayarak parçaların ömrünü uzatır ve performanslarını artırır.

Borlama İşlemi Nasıl Uygulanır?

Borlama, katı, sıvı, gaz veya plazma ortamında genellikle 700- 1000°C sıcaklık aralığında ve 1 – 12 saat süresince gerçekleştirilen bir yüzey işleme yöntemidir. Katı borlama ortamında kullanılan maddeler arasında ferrobor, amorf bor ve B4C bulunurken, gaz ve plazma ortamında Diboran (B2H6), Boron triklorit (BCl3) ve Trimetilboran ((CH3)3B) yer alır. Borlama, genellikle alüminyum ve silisyumlu yatak çelikleri dışındaki demir alaşımlarına uygulanır. Bu işlem; yapı çelikleri, yüzey sertleştirilmiş menevişli çelikler, takım çelikleri, paslanmaz çelikler ve havada sertleştirilmiş çelikler gibi birçok çelik türünde kullanılır. Ayrıca, nikel bazlı alaşımlar ve kobalt bazlı alaşımlar da borlama yönteminden faydalanabilir ve nikelden oluşan alaşımlara yüksek yüzey aşınma direnci sağlamak için kullanılabilir.

Borlama ile Elde Edilebilecek Sertlik Değerleri

MALZEME	MİKROSERTLİK, HV
BORLANMIŞ YUMUŞAK ÇELİK	1600
BORLANMIŞ AISI H13 KALIP ÇELİĞİ	1800
BORLANMIŞ AISI A2 ÇELİĞİ	1900
SU VERİLMİŞ ÇELİK	900
SU VERİLMİŞ VE TEMPERLENMİŞ H13 ÇELİĞİ	540-600
SU VERİLMİŞ VE TEMPERLENMİŞ A2 ÇELİĞİ	630-700
YÜKSEK HIZ ÇELİĞİ A2 ÇELİĞİ	900-910
NİTRÜRLENMİŞ ÇELİK	650-1700
SEMENTASYONLU DÜŞÜK ALAŞIMLI ÇELİK	650-950
SERT KROM KAPLAMA	1000-1200
WC+Co	1160-1820
AL2O3+ZrO2	1483
AL2O3+TiC+ZrO2 SERAMİKLER	1730
TiN	2000
TiC	3500
SiC	4000
B4C	5000
ELMAS	>10000

Borlanmış Çeliklerin Özellikleri

Borlama, yüzey sertliğini artırarak düşük sürtünme katsayısı ve yüksek dayanıklılık sağlayan bir işlemdir. Bu işlem, yapışma, aşınma ve yüzey yorulması gibi aşınma mekanizmalarına karşı etkili koruma sunar ve yüksek sıcaklıklarda bile kararlılık gösteren bir sertlik tabakası oluşturur. Borlama, birçok çelik türü için uygun bir seçenek sunar ve yüzeylerin oksidasyona karşı dayanıklı olmasını sağlar. Ayrıca sürtünme katsayısını azaltır ve yağlayıcı kullanımını minimum seviyeye indirir, böylece enerji verimliliğini artırır.

Bordeks ve Past Borlama Tekniklerinin Karşılaştırılması

Bordeks ve past borlama, yaygın olarak kullanılan iki farklı borlama tekniğidir. Her iki teknik de çelik yüzeylerin sertleştirilmesinde etkili sonuçlar sağlamaktadır. Ancak bordeks ve past borlama arasında bazı farklılıklar bulunmaktadır.

Bordeks, sıvı bir borlama çeşidi olup yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilir. Bu teknik, paslanmaz çeliklerde özellikle etkili bir şekilde kullanılabilmektedir. Bordeks işlemi, çelik yüzeylerin dayanıklılığını artırırken aynı zamanda aşınmaya karşı da koruma sağlar. Yüksek sıcaklıkta gerçekleşen işlem, çelik yüzeylerde çok daha sert bir tabaka oluşmasını sağlayarak mükemmel bir sertlik elde edilmesini sağlar.

Diğer taraftan past borlama tekniği daha düşük sıcaklıkta gerçekleştirilen bir işlemdir. Bu yöntemde bir pasta formülasyonu kullanılır ve çelik yüzeye uygulanır. Past borlama işlemi, çelik yüzeylerde de etkili bir sertleştirme sağlar. Ancak bordekse kıyasla daha az sertlik elde edilir. Past borlama teknikleri genellikle daha ekonomik ve daha kolay uygulanabilen bir seçenek olarak tercih edilmektedir.

Her iki tekniğin de verimlilik ve kalite açısından değerlendirilmesi önemlidir. Bordeks, daha yüksek sertlik ve dayanıklılık sağlarken past borlama daha ekonomik bir seçenek olabilir. Bu nedenle kullanım amacına ve gerekliliklere bağlı olarak bu iki borlama tekniği arasında tercih yapılabilir.

Borlama İşlemi Uygulanan Çelik Çeşitleri

Borlama işlemi çeliklerin farklı tiplerinde uygulanabilir. Bu işlem genellikle çeliklerin dayanıklılığını artırmak ve aşınmaya karşı korumak amacıyla kullanılır. Bu işleme uygun çelik çeşitleri arasında karbon çelikleri, paslanmaz çelikler, alaşımlı çelikler ve araç çelikleri bulunur.

Karbon çelikleri, yüksek karbon içeriği sayesinde işleme son derece uygun olan bir çelik tipidir. Bu çeliklerin borlama işlemi sonucunda elde edilen yüzey, sertlik ve dayanıklılık açısından büyük bir artış sağlar.

Paslanmaz çelikler, korozyona karşı dayanıklılık sağladığı için birçok endüstriyel alanda kullanılır. Bu işlem, paslanmaz çelik yüzeylerde aşınma direncini artırır ve çeliklerin ömrünü uzatır.

Alaşımlı çelikler, çeşitli metal elementleri ile alaşım yapılmış çeliklerdir. Bu işlem, alaşımlı çeliklerde yüzey sertliğini artırır ve çeliklerin mekanik özelliklerini iyileştirir.

Araç çelikleri, otomotiv endüstrisinde kullanılan birçok farklı çelik türünü içerir. Bu işlem, araç çeliklerinin fren sistemleri, şanzımanlar ve motor parçalarının dayanıklılığını artırır.

Yüzey Sertleştirme ve Aşınma Direncinin Artırılması

Aşınma mekanizmaları, çelik yüzeylerin sertleştirilmesinde önemli bir rol oynar. Özellikle ağır sanayi ortamlarında çelik yüzeylerin aşınma direnci büyük önem taşır. Bu nedenle bu işlem sıklıkla tercih edilen bir yöntemdir.

Borlama işlemi, çelik yüzeylere etkili bir koruma sağlar ve aşınmaya karşı dayanıklılığı artırır. Bu işlem sayesinde çelik yüzeyler çeşitli aşınma faktörleriyle başa çıkabilir ve uzun ömürlü hale gelir. Özellikle otomotiv, havacılık ve enerji sektörleri gibi endüstrilerde borlama işlemi sıkça kullanılır.

Sertleştirilmiş çelik yüzeylerin performansı, aşınma direnci üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Bu nedenle borlama işlemi sonrasında yapılan performans analizleri, sertleştirilmiş yüzeylerin etkinliğini değerlendirmek için önemlidir.

Isıl İşlem Sırasında Borlama İşlemi Değişkenleri

Borlama işlemi, ısıl işlem sırasında çeşitli değişkenlere tabidir. Bu değişkenler, işlemin sonucunu etkilemesi açısından büyük önem taşır. İşlemin başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesi ve istenilen sonuçların elde edilmesi için bu değişkenlerin dikkatlice kontrol edilmesi gerekmektedir.

• Sıcaklık: İşlemde kullanılan sıcaklık, borlama sürecinin etkinliğini doğrudan etkiler. Sıcaklık, malzemenin mikroyapısını değiştirerek yüzey sertliğini artırır. Doğru sıcaklık seçimi, istenilen sertlik değerlerinin elde edilmesini sağlar.
• Süre: Borlama süresi, işlem sırasında malzemeye uygulanan ısıl etkinin süresini ifade eder. Süre, borlama tabakasının oluşumunu etkiler ve yüzeyin sertleşmesini sağlar. Uzun süreli borlama, daha kalın bir bor tabakası elde edilmesini sağlar.
• Atmosfer Koşulları: İşlem, belirli bir atmosfer ortamında gerçekleştirilir. Bu atmosfer koşulları, işlem sırasındaki kimyasal reaksiyonları etkiler ve borlama tabakasının oluşumunu sağlar. Atmosfer koşullarının doğru şekilde ayarlanması, işlemin sağlıklı bir şekilde gerçekleşmesini sağlar.

Bu değişkenlerin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi, işlemin başarılı bir şekilde tamamlanması ve istenilen sonuçların elde edilmesi için büyük önem taşır. İşlemi gerçekleştiren uzmanlar, bu değişkenlere dikkat ederek en iyi sonuçları elde etmek için gerekli tedbirleri almalıdır.

Borlama İşlemi Sonrası Yüzey Özellikleri

İşlem sonucunda elde edilen yüzeyler, belirli özelliklere sahip olurlar. Bu özellikler, işlem sırasında meydana gelen mikroyapısal değişimlerden kaynaklanır. Aynı zamanda yüzey sertliği, işlem sonrasında ölçülebilen önemli bir parametredir.

İşlem, yüzeyin bor içeren bir tabaka ile zenginleştirilmesini sağlar. Bu tabaka, çelik yüzeyi koruyucu bir bariyer oluşturarak aşınmaya karşı direncini artırır. İşlem sonucunda elde edilen yüzeyler, daha sert ve dayanıklı hale gelir.

Yüzey kalitesi ve dayanıklılığı ise işlem sonrasında test edilerek tespit edilebilir. Özellikle endüstriyel uygulamalarda yüzeyin pürüzsüzlüğü ve aşınma direnci kritik öneme sahiptir. Bu nedenle işlem sonrasında yapılan testlerle yüzey kalitesi ve dayanıklılık değerlendirilir.

Endüstride Borlama İşlemi Kullanım Alanları

Borlama işlemi, çeşitli endüstriyel sektörlerde yaygın olarak kullanılan etkili bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Özellikle otomotiv, havacılık ve enerji sektörleri, bu işlemi birçok uygulama alanı için tercih etmektedir.

• Otomotiv sektörü, bu işlemle motor parçalarının dayanıklılığını artırmakta ve yüksek performans sağlamaktadır.
• Havacılık sektörü, bu işlem sayesinde uçak motorlarının sertleştirilmesini ve aşınmaya karşı korunmasını sağlamaktadır.
• Enerji sektörü, bu işlemle enerji iletim hatlarındaki çelik yapıların dayanıklılığını ve aşınma direncini artırarak güvenliği sağlamaktadır.

Endüstride borlama işlemi, çelik yüzeylerin kalitesini ve performansını yükselterek üretim süreçlerinde büyük bir öneme sahiptir. Bu nedenle, sektörler arasında borlama işlemine olan talep sürekli olarak artmaktadır.

Borlama İşlemi ile Sertleştirilmiş Çeliklerin Bakımı

Borlama işlemi ile sertleştirilmiş çelikler, sağladığı dayanıklılık ve uzun ömür gibi avantajlarla bakım sürecini kolaylaştırır. Bu işlem sonucunda elde edilen sertleştirilmiş yüzeylerde, korozyon direnci önemli bir faktördür. Sertleştirilmiş çelikleri korumak ve ömürlerini uzatmak için düzenli kontrol ve bakım programları gereklidir.

Korozyon, metal yüzeylerin zamanla oksitlenmesi ve zarar görmesi sonucu oluşan bir olaydır. Sertleştirilmiş çeliklerde korozyon direnci, borlama işlemi sonrasında oluşan koruyucu bor tabakası sayesinde artar. Ancak yüzeylerin dış etkenlere maruz kaldığı endüstriyel ortamlarda düzenli olarak kontrol edilmesi ve gerekli bakımların yapılması önemlidir.

Düzenli kontrol ve bakım programları, sertleştirilmiş çeliklerin performansını korumaya yardımcı olur. Bu programlar, yüzeydeki koruyucu tabakanın sağlamlığını kontrol etmeyi, gerekli temizlik ve bakım işlemlerini yapmayı ve ihtiyaç halinde yeniden borlama işlemi uygulamayı içerir. Bu şekilde çeliklerin dayanıklılığı ve ömürleri uzatılarak, endüstriyel uygulamalarda daha verimli bir şekilde kullanılabilirler.