Çeliğin Sertleşebilirliği ve Jominy Uçtan Su Verme Testi

Sertleşebilirlik, Sertlik Değildir

Bir çelik, derinlemesine sertleşmeden yüzeyinde sert olabilir. Jominy sonucunu doğru yorumlamanın anahtarı bu ifadedir. Sertlik, bir malzemenin girintiye veya belirtilmiş başka bir deformasyon biçimine karşı gösterdiği dirençtir ve Rockwell, Brinell veya Vickers gibi yöntemlerle ölçülür. Sertleşebilirlik ise farklıdır: tanımlanmış bir östenitleme ve su verme işlemi belirli bir soğuma geçmişi oluşturduğunda, çeliğin sertliği ne ölçüde ve ne kadar düzgün geliştirdiğini ifade eder.

Bu ayrım önemlidir; çünkü sertlik belirli bir konumdaki ölçülmüş durumu ifade ederken sertleşebilirlik, bir kesit boyunca malzemenin verdiği tepkiyi tanımlar. Bir yüzeyden alınan tek bir Rockwell C değeri, bu değeri oluşturan soğuma hızını, yüzeyin altındaki mikroyapıyı veya bir parçanın merkezinde kalan sertliği göstermez. Bir çeliği yalnızca “sert” olarak nitelendirmek bu soruları yanıtsız bırakır. Bu nedenle bu makalede, sertlik ile sertleşebilirliği birbirinin yerine kullanılabilen özellikler olarak ele almak yerine ASTM A255 ve ASM International terminolojisi kullanılmaktadır.

ASTM A255 ve ASM International tarafından kullanılan tanımlar

ASTM A255-20, sertleşebilirliği “çelik su verildiğinde sertleştiği derinlik” olarak tanımlar. Tanım kısadır; ancak önemli sözcük derinliktir. Sertleşebilirlik, bir test sertifikasındaki sertlik sayısının ikinci bir adı değildir. Sertleşme işleminin su verme sırasında yüzeyden iç kısma doğru nüfuz etmesiyle ilgilidir.

Jominy sertleşebilirlik eğrisiJominy sertleşebilirlik eğrisi Standartlaştırılmış bir numunenin suyla söndürülen ucundan uzaklığın bir fonksiyonu olarak ölçülen sertliği gösteren grafik.

Aynı standart, kantitatif uçtan su verme veya Jominy testini tanımlar. Test numunesi, çapı 1 inç olan silindirik bir çubuktur. Öngörülen östenitleme koşuluna kadar ısıtıldıktan sonra bir ucu, kontrollü bir su jetiyle su vererek soğutulur. Ardından, bu su verilmiş uçtan artan mesafelerde sertlik ölçümleri yapılır. Elde edilen sertlik-mesafe grafiği, Jominy sertleşebilirlik eğrisidir.

ISO 642:2024, çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir test parçasıyla çeliğin uçtan su verme sertleşebilirliği testini tanımlar. Boyutlar ASTM spesifikasyonuna yakındır; ancak ondan yalnızca gelişigüzel biçimde yeniden ifade edilmiş değildir. Bir sonuç; numuneyi, ısıtma uygulamasını, su verme düzenini, ölçüm konumlarını ve raporlama yöntemini tanımlayan standart ve sürümle ilişkilendirilmelidir. Aksi takdirde “Jominy sertliği”, tekrarlanabilir bir testi tanımlamadan yalnızca bir sayıyı ifade edebilir.

ASM International daha geniş metalurjik anlamı sunar. Karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler üzerine 1990 tarihli bölümünde sertleşebilirliği, su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak tanımlar. ASM ayrıca çelik bileşimini ve östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca etmenler olarak belirtir. Karbon içeriği, martenzitten elde edilebilecek sertliği etkilerken alaşım ilaveleri, soğuma sırasında martenzit oluşumuyla rekabet eden dönüşmeleri geciktirebilir. Östenit tane boyutu da dönüşüm davranışını değiştirir. Bu etmenler ısıl geçmiş üzerinden etkili olur; sertleşebilirliği sabit bir sertlik değerine dönüştürmez.

Sert bir çeliğin sertleşebilirliği neden sınırlı olabilir?

Su verilmiş yüzeylerinde aynı yüksek sertliği gösteren iki numune düşünün. Bu gözlem yalnızca yüzey bölgelerinin, söz konusu ölçüm değerlerini oluşturabilecek bir mikroyapıya ve duruma ulaştığını gösterir. Her iki numunenin aynı derinliğe kadar sertleştiğini göstermez.

Geleneksel bir su verme işlemi sırasında yüzey en hızlı soğur. Çeliğin sertleşebilirliği sınırlıysa yüzey, büyük ölçüde martenzite dönüşebilir; daha içteki bölgeler ise daha yavaş soğuyarak beynit, perlit veya diğer dönüşüm ürünleri gibi karışımlar oluşturabilir. Bu bölgelerin sertliği yüzeyinkinden çok daha düşük olabilir. Bu nedenle küçük bir laboratuvar numunesi tamamen sert görünürken aynı ergiden üretilmiş daha büyük bir parçada, ısının iç kısımdan daha yavaş uzaklaşması nedeniyle daha yumuşak bir çekirdek oluşabilir.

Sertlik ile sertleşebilirliğin farklı mühendislik sorularını yanıtlamasının nedeni budur. Sertlik testi, “Bu konum belirtilen batıcı uca karşı ne kadar dirençlidir?” sorusunu sorar. Sertleşebilirlik testi ise “Tanımlanmış bu soğutma düzeni altında sertlik, su verilmiş yüzeyden uzaklıkla nasıl değişir?” sorusunu sorar. Birincisi tek bir noktada karşılanırken ikincisi zayıf kalabilir.

Çeliğin kimyasal bileşimi bu farkı ortaya koyar. Karbon, martenzitin maksimum sertliğini güçlü biçimde etkiler; ancak yüzeydeki yüksek potansiyel sertlik, derinlemesine sertleşmeyi garanti etmez. Buna karşılık difüzyon kontrollü dönüşümleri geciktiren alaşım elementleri, herhangi bir konumdaki sertlik karbon içeriğine ve yerel mikroyapıya bağlı olsa bile çeliğin su verilmiş yüzeyden daha uzakta martenzit oluşturmasını sağlayabilir. Tane boyutu, önceki ısıl işlem, numune boyutu ve su verme şiddeti de gözlenen sonucu etkiler. Bu nedenle sertleşebilirlik, bir kaliteye iliştirilmiş yalıtılmış bir etiket değil, belirli koşullar altındaki çelik tepkisidir.

Bir yüzey sertliği ölçümü; dekarbürizasyon, tufal, taşlama hasarı, kalıntı östenit veya uygun olmayan bir ölçüm konumunun neden olduğu düzensizliği de gizleyebilir. Böyle bir ölçüm o yüzey için geçerli olabilir; ancak kesit boyunca sertlik dağılımının kanıtı olarak yine de kullanılamaz.

Su verme sonrasında sertliğin derinliği ve dağılımı

Jominy testi, tek bir numunede kontrollü bir soğuma hızları aralığı oluşturur. University of Illinois prosedüründe silindirik bir numune östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılır, bir ucu su jetiyle soğutulur ve bu uçtan artan mesafelerde sertlik ölçülür. University of Cambridge fiziksel temeli şöyle açıklar: su verilmiş uç doğrudan su içinde soğurken çubuğun geri kalanı havada soğur ve çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızları aralığı oluşur.

Kademeli bir düşüş ve dik bir düşüş, numunelerin uç bölgesindeki sertlikleri benzer olsa bile farklı sertleşebilirlik yanıtlarını temsil eder. Strong evidence

Bu nedenle su verilmiş uçtan olan uzaklık, farklı soğuma geçmişlerinin pratik olarak örneklenmesini sağlar. Uca yakın bölgede soğuma hızı şiddetlidir ve sertlik yüksek olabilir. Daha uzakta soğuma daha yavaştır; martenzit dışındaki dönüşüm ürünleri daha belirgin hâle geldikçe eğri düşebilir. Eğrinin şekli ve konumu, test koşulları altındaki sertlik dağılımını tanımlar. Her iki numune de ilk ölçüm noktasında benzer sertliğe sahip olsa bile, kademeli bir düşüş dik bir düşüşten farklı bir tepkiye işaret eder.

Bir Jominy eğrisi, her gerçek parçanın sertlik profilini doğrudan yeniden oluşturmaz. Parçanın çapı, geometrisi, yüzey durumu, östenitleme çevrimi, karıştırma düzeyi veya soğutucu ortamı farklı olabilir. Uçtan su verme aparatındaki bir silindirden ısının uzaklaştırılması; dişli dişinden, milden, levhadan veya köşeden ısının uzaklaştırılmasıyla aynı değildir. Eğri, her kesit boyutu hakkında evrensel bir güvence değil, standartlaştırılmış bir karşılaştırma ve proses tasarımı girdisidir.

Eğri ayrıca sınırsız bir hassasiyetle mümkün olan her soğuma hızındaki sertliği ölçmez. Anlamı, test prosedürüne ve belirtilen mesafelerde doğru sertlik ölçümlerinin yapılmasına bağlıdır. Bu nedenle Materials Education Foundation, Jominy testini çeliğin sertleşebilirliğini belirlemek amacıyla su verilmiş bir uçtan artan mesafelerde sertlik ölçen bir test olarak tanımlar.

Sertlik ve sertleşebilirlik farklı özelliklerdir; yalnızca yüzey sertliği, sertleşebilirlik eğrisinin yerini tutamaz. Strong evidence

[1][1] Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2020.

Doğru sonuç özeldir: sertlik, test edilen bir konumdaki direnci bildirir; sertleşebilirlik ise tanımlanmış bir su verme işlemi sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını bildirir. ASTM A255-20, ISO 642:2024 ve ASM International bu ayrımı korur. Yüzey sertliği tek başına sertleşebilirlik eğrisinin yerini tutamaz.

Jominy Uçtan Su Verme Testinin Ölçtüğü Şey

Jominy testi, bir çeliğe tek bir sertlik değeri atayıp bu değere sertleşebilirlik adını vermez. Kontrollü bir soğuma koşulları aralığına maruz kalmış bir numune boyunca sertliğin nasıl değiştiğini ölçer. Sonuç, sertliğin su verilen uçtan uzaklığa karşı çizildiği bir sertleşebilirlik eğrisidir.

Bu ayrım önemlidir. Sertlik, belirli bir konumun girintiye veya deformasyona karşı gösterdiği dirençtir. Sertleşebilirlik ise çeliğin su verme sırasında belirli bir derinliğe kadar sertlik geliştirme kapasitesidir. ASTM A255-20, sertleşebilirliği “su verildiğinde çeliğin sertleştiği derinlik” olarak tanımlar ve çapı 1 inç olan silindirik bir numune kullanılarak kantitatif uçtan su verme veya Jominy testini belirtir. ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir çelik uçtan su verme test parçasını belirtir. Boyutlardaki küçük fark, iki standardın belirtilen gerekliliklerini yansıtır; sertleşebilirliğin iki farklı anlamını değil.

Test, tek bir çelik parçası içinde farklı soğuma geçmişleri oluşturur. Su verilen ucu en şiddetli şekilde soğurken, daha uzaktaki konumlar giderek daha düşük hızlarda soğur. Çelik bu koşullar altında kolayca martensit oluşturuyorsa, yüksek sertlik çubuk boyunca daha uzağa kadar uzanır. Daha uzaktaki bölgeler yeterli miktarda martensit oluşturamadan önce dönüşüm başlıyorsa, sertlik uzaklıkla birlikte daha hızlı düşer. Bu nedenle eğri, hem şiddetli su verme altında gelişen sertliği hem de çeliğin bu yanıtı koruyabildiği mesafeyi gösterir.

Silindirik numunenin östenitlenmesi

ÖstenitlemeÖstenitleme Söndürmeden önce başlangıç yapısının östenite dönüşmesi için çeliğin öngörülen bir sıcaklık aralığına ısıtılması.

Prosedür, işlenmiş silindirik bir test parçasıyla başlar. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, işlem sırasını numunenin östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılması, bir ucuna su jeti uygulanması, bu uçtan artan uzaklıklarda sertlik ölçülmesi ve sertliğin uzaklığa karşı çizilmesi şeklinde açıklar. Östenitleme, başlangıçtaki yapıyı, su verme ürünlerinin oluştuğu yüksek sıcaklık fazı olan östenite dönüştürür. Isıtma sıcaklığı ve bekletme süresi çeliğe ve prosedüre göre seçilir; bunlar birbirinin yerine kullanılabilecek ayrıntılar değildir.

Bu hazırlık aşaması, soğuma yanıtının ölçüleceği başlangıç koşulunu oluşturur. Karbon içeriği, alaşım ilaveleri, önceki mikroyapı ve östenit tane boyutu, numune fırından çıktıktan sonra gerçekleşenleri etkileyebilir. ASM International, çeliklerin sertliği ve sertleşebilirliği üzerine 1990 tarihli çalışmasında çelik bileşimi ile östenit tane boyutunu sertleşebilirlik üzerindeki başlıca etkiler olarak tanımlamıştır. Uygun olmayan bir östenitleme işleminden sonra gerçekleştirilen test, o numuneden alınmış geçerli bir sertlik değeri üretebilir; ancak bu değer, kaliteye ilişkin belirtilmiş sertleşebilirliği zorunlu olarak temsil etmez.

Su jeti uygulanmadan önce numune, ısıl geçmişi kontrol altında tutulacak şekilde de işlem görmelidir. Amaç, her türlü endüstriyel su verme geometrisini yeniden üretmek değildir. Amaç, numunenin tanımlanmış bir östenitik koşuldan başladığı ve ardından bilinen bir uçtan su verme düzeniyle karşılaştığı tekrarlanabilir bir karşılaştırma oluşturmaktır. Bu nedenle bir Jominy sonucu, test koşulları, malzeme tanımı ve standardıyla birlikte değerlendirilmelidir. Bu bağlam olmadan sunulan bir eğri eksik kanıttır.

Test parçası silindiriktir; çünkü tekrarlanabilir bir şekil, sıcaklık ve dönüşüm yanıtlarının bir testten diğerine daha kolay karşılaştırılmasını sağlar. ASTM A255-20, numune çapını 1 inç olarak belirtirken ISO 642:2024, 25 mm çap ve en az 100 mm uzunluk belirtir. Bu boyutlar kullanıldıkları şekliyle raporlanmalıdır; sessizce genel bir “standart Jominy çubuğu” tanımında birleştirilmemelidir.

Bir ucun suyla soğutulması

Östenitlenmiş numune düzeneğe yerleştirildikten sonra, kontrollü bir jet hâlinde su bir ucuna çarpar. University of Illinois açıklaması, bu su jetini belirleyici su verme işlemi olarak tanımlar. 2012 yılında yayımlanan Cambridge malzeme bilimi eğitim kaynağı, fiziksel sonucu şöyle açıklar: çubuğun bir ucu suyla su verilirken geri kalan kısmı havada soğur.

Jetin altındaki uç en şiddetli soğumaya maruz kalır. Isı bu bölgeden hızla uzaklaşır; böylece sıcaklık martensitik aralığa ulaşmadan önce östenitin ferrit, perlit veya daha yavaş oluşan diğer ürünlere dönüşmesi için mevcut süre azalır. Bu nedenle, çeliğin bileşimine ve önceki östenitik koşuluna bağlı olarak, su verilen uçta daha yüksek oranda martensit oluşabilir. Ölçülen sertlik yüksek olabilir; ancak bu tek değer, belirli soğuma geçmişinin en şiddetli bölümünde tek bir konumdaki yanıtı ifade eder.

Numunenin geri kalanına doğrudan su püskürtülmez. Bu kısım, açıkta kalan yüzeyleri üzerinden ve su verilen uca doğru ısı iletimi yoluyla ısı kaybeder; aynı zamanda çevredeki havayla da ısı alışverişinde bulunur. Sonuç olarak soğuma hızı uçtaki soğuma hızından daha düşüktür. Bununla birlikte kesin hız; konuma, numune geometrisine, su koşullarına, sıcaklığa, yüzey durumuna ve çeliğin ısıl özelliklerine bağlıdır. Test, silindirin tamamına tekdüze bir soğuma hızı uygulamaz.

Bu düzenek, Jominy testinin özel bir aparatla gerçekleştirilen sıradan bir sertlik testi olmadığını da açıklar. Geleneksel bir sertlik testi, seçilmiş bir konumdan tek bir değer bildirebilir. Uçtan su verme testi ise farklı ısıl geçmişlere sahip bir dizi konumu kasıtlı olarak oluşturur ve ardından bunların sertlik yanıtlarını karşılaştırır. Materials Education Foundation, yöntemi bu şekilde tanımlar: çeliğin sertleşebilirliğini belirlemek için su verilen uçtan artan uzaklıklarda sertlik ölçülür.

Test parçası boyunca soğuma hızı gradyanı oluşturulması

Temel ölçüm, su verilen uçtan olan uzaklıktır. Tam bu uçta soğuma en şiddetlidir. Uçtan uzaklaşıldıkça soğuma giderek daha az şiddetli hâle gelir ve Cambridge’in açıkladığı gibi çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşur. Böylece tek bir numune, uç yakınındaki şiddetli su verme yanıtından daha uzaktaki yavaş hava soğuması yanıtlarına kadar birçok su verme koşulunu temsil eder.

Soğumadan sonra, su verilen uçtan artan uzaklıklarda sertlik ölçümleri alınır. Bu değerler uzaklığa karşı çizilerek Jominy sertleşebilirlik eğrisi oluşturulur. Yavaşça azalan bir eğri, önemli düzeyde sertliğin uçtan daha uzakta da korunduğunu gösterir; dik bir düşüş ise sertliğin şiddetli su verme bölgesine daha yakın yerlerle sınırlı olduğunu gösterir. Eğri, tanımlanmış bu soğuma düzeniyle oluşturulan sertlik dağılımını açıklar. Bu, ASM’nin karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler hakkındaki bölümünde yer alan ve sertleşebilirliği, su verme ile oluşturulan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak tanımlayan açıklamayla uyumludur.

Eğri, tek başına olası her bileşenin sertliğini belirtmez. Kalın bir dişli, levha, mil veya çubuk, yüzeyden merkeze kendine özgü sıcaklık gradyanlarına sahiptir; ayrıca su verme ortamı ve karıştırma koşulları Jominy düzeninden farklı olabilir. Jominy mesafesinin beklenen bileşen yanıtına dönüştürülmesi, uygun korelasyonlar veya ayrı bir ısıl işlem analizi gerektirir. Eğri, bileşimin veya östenit tane boyutunun etkilerini de ortadan kaldırmaz. Bu faktörler, öncelikle eğrinin kendisinin oluşmasına katkıda bulunur.

Bu nedenle Jominy testi, numuneler ve prosedürler kontrol altında tutulduğunda çelikleri veya ısıl işlem koşullarını karşılaştırabilir. Bir çeliğin sertlik yanıtının, öngörülen uçtan su verme geçmişi altında ne kadar uzağa uzandığını gösterebilir. Ancak tek bir girinti değerini sertleşebilirliğin eksiksiz bir tanımına dönüştüremez. Kullanışlı sonuç; numune boyutları, östenitleme işlemi, su verme koşulları, sertlik yöntemi ve geçerli standartla ilişkilendirilmiş sertlik-uzaklık ilişkisidir.

Numune Geometrisi ve Test Standartları

Bir Jominy sonucu ancak numunenin, ısıtma çevriminin, su verme düzeninin, sertlik ölçümlerinin ve raporlama yönteminin bilinmesi durumunda anlamlıdır. Test, prosedüründen bağımsız bir malzeme sabiti üretmez. Belirli bir çeliğin, tanımlanmış bir ısıl geçmişe nasıl tepki verdiğini kaydeder; ölçülen sertlik, su verilmiş uçtan uzaklık arttıkça değişir.

Bu ayrım önemlidir; çünkü sertlik ve sertleşebilirlik farklı sorulara yanıt verir. Sertlik, belirli bir konumda ve belirlenmiş bir test yöntemiyle ölçülen dirençtir. Sertleşebilirlik ise çeliğe su verildiğinde oluşan sertliğin derinliği ve dağılımıdır. ASTM A255-20 bunu “çeliğin su verildiğinde sertleştiği derinlik” olarak tanımlar. Bu nedenle bir Jominy eğrisi tek bir sertlik sayısından daha fazla bilgi gerektirir: su verilmiş uçtan uzaklığın ve soğuma gradyanını oluşturan koşulların bilinmesi gerekir.

ASTM A255 ve 1 inçlik numune

ASTM A255-20, Çeliğin Sertleşebilirliğinin Belirlenmesine Yönelik Standart Test Yöntemleri, 1 inç çapında silindirik bir numune kullanılarak gerçekleştirilen kantitatif uçtan su verme veya Jominy testini tanımlar. Bu boyut, bir test çubuğunun gelişigüzel tanımı değildir. Test yönteminin bir parçasıdır ve uçtan su verme işleminden önce, işlem sırasında ve işlem sonrasında numunenin ısıl tepkisini etkiler.

Olağan prosedür, silindirik numunenin gerekli östenitleme sıcaklığına ısıtılmasıyla başlar. Daha sonra numune test düzeneğine yerleştirilir ve bir su jeti bir ucuna temas eder. Su verilen uç en hızlı şekilde soğur; daha uzaktaki konumlar doğrudan soğutmadan daha az etkilenir ve bu nedenle farklı koşullar altında soğur. Soğuma sonrasında sertlik, su verilmiş uçtan artan uzaklıklarda ölçülür ve bu okumalar, bir sertleşebilirlik eğrisi oluşturacak şekilde grafiğe aktarılır. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory bu süreci, silindirik bir numunenin östenitleme sıcaklığına ısıtılması, bir ucunun su jetiyle su verilmesi ve numune boyunca sertlik ölçülmesi olarak açıklar.

Geometri, tek bir soğuma hızı yerine kontrollü bir aralık oluşturur. University of Cambridge’in açıkladığı gibi, bir uç suyla soğutulurken çubuğun geri kalan kısmı havada soğur ve çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı meydana gelir. Sonuç olarak eğri, soğutma şiddeti uzaklıkla azaldıkça çeliğin sert dönüşüm ürünleri oluşturma yeteneğini ne ölçüde koruduğunu gösterir.

Sertlikteki keskin düşüş, çeliğin yalnızca su verilmiş uca yakın bölgelerde güçlü biçimde sertleştiğine işaret edebilir. Daha yatık bir eğri ise test koşulları altında sertliğin bu uçtan daha uzakta da korunduğunu gösterir. Ancak bu gözlemlerden, mümkün olan her bileşen hakkında evrensel bir sonuç çıkarılmamalıdır. Gerçek parçaların çapları, şekilleri, fırın geçmişleri, transfer süreleri ve su verme ortamları farklıdır. Jominy eğrisi, tepkinin standartlaştırılmış bir karşılaştırmasıdır; her geometri için doğrudan bir sertlik haritası değildir.

ASTM A255, malzeme bir kalite tanımıyla belirtilirken de önem taşır. Bir karbonlu veya düşük alaşımlı çelik için raporlanan sonuç; kaliteyi, uygun olduğu durumlarda ergitme veya numune kimliğini, test kaydı açısından ilgiliyse numune yönlenmesini ve yöntemin geçerli baskısını belirtmelidir. ASM International’ın belirttiği üzere çeliğin bileşimi ve östenit tane boyutu, sertleşebilirlik üzerinde başlıca etkilere sahiptir. Bu nedenle eğri hem test edilen malzemeye hem de malzemenin önceki ısıl durumuna bağlıdır.

ISO 642:2024 ve en az 100 mm uzunluğundaki 25 mm’lik test parçası

ISO 642:2024, Çelik—Uçtan su verme yoluyla sertleşebilirlik testi (Jominy testi), 25 mm çapında ve en az 100 mm uzunluğunda bir test parçası tanımlar. Bu geometri ASTM düzenine benzer; ancak “benzer” ifadesi “özdeş” anlamına gelmez. 25 mm çap, 1 inçten veya 25,4 mm’den yaklaşık 0,4 mm daha küçüktür. Bu fark önemsiz görünebilir; ancak standartlara dayalı bir test, görsel benzerlikle değil, belirtilen boyutlar ve prosedürlerle tanımlanır.

ISO tanımı ayrıca bir minimum uzunluk belirler: test parçası en az 100 mm uzunluğunda olmalıdır. Çap ve uzunluk; ısıtma, konumlandırma, uçtan su verme, yüzey hazırlığı, sertlik testi ve sonuçların sunulmasına ilişkin gerekliliklerle birlikte değerlendirilir. Bir laboratuvar, herhangi bir çubuğu su jeti altına yerleştirip sertliği grafiğe geçirerek ISO 642:2024’e uygunluk sağlayamaz. Sonucu belirleyen, yöntemin bütünüdür.

Bu husus, veriler laboratuvarlar arasında aktarıldığında veya yayımlanmış eğrilerle karşılaştırıldığında özellikle önemlidir. İki kayıtta da “Jominy” sözcüğü kullanılabilir; ancak kayıtlardan biri ISO 642:2024’ü, diğeri ASTM A255-20’yi belirtiyor olabilir. Nominal test ilkeleri aynıdır: ısıtılmış bir çelik parçasının bir ucuna su verilir ve sertlik giderek artan uzaklıklarda ölçülür. Bununla birlikte, eğriler doğrudan eşdeğer kabul edilmeden önce boyutsal ve prosedürel gereklilikler kontrol edilmelidir.

ISO test parçası için belirlenen minimum uzunluk da numune boyutunun yalıtılmış bir sayı olmadığını gösterir. Amaçlanan soğuma tepkisi aralığını ve ölçüm konumlarını sağlamak üzere su verilmiş ucun ötesinde yeterli miktarda malzeme bulunmalıdır. Uzunluğun, uç koşulunun, düzeneğin, su iletiminin veya zamanlamanın değiştirilmesi ısıl geçmişi değiştirebilir. Bu durumda ölçülen eğri, ISO 642:2024’te belirtilen tepkiyi değil, değiştirilmiş testi tanımlar.

Standartlar ve numune boyutları neden birbiriyle karıştırılmamalıdır?

ASTM A255 ve ISO 642:2024, birbiriyle yakından ilişkili uçtan su verme testlerini tanımlar; ancak standartlar tanımsız bir “Jominy değeri” içinde birleştirilmek yerine açıkça belirtilmelidir. ASTM yöntemi, 1 inç çapında silindirik bir numune tanımlar. ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir test parçası tanımlar. Bunlar, birbirinin yerine kullanılamayacak etiketler değil, belirli boyutsal gerekliliklerdir.

Bu nedenle güvenilir bir rapor; standardı ve baskısını, numune boyutlarını, çelik kimliğini, östenitleme koşullarını, su verme ayrıntılarını, sertlik ölçeğini, ölçüm uzaklıklarını ve elde edilen eğriyi veya veri tablosunu belirtmelidir. Bir laboratuvar gerekli bir boyutu veya prosedürü değiştirirse rapor, tam uygunluk ima etmek yerine testin değiştirilmiş olduğunu belirtmelidir.

Bu raporlama disiplini, yaygın bir hatayı önler: tek bir sertlik değerini sertleşebilirlikle eşleştirmek. 10 mm, 20 mm veya başka bir uzaklıkta alınan sertlik ölçümü, tepki eğrisi üzerindeki tek bir noktayı tanımlar. Sertleşmenin bütün derinliğini veya dağılımını ortaya koymaz. Materials Education Foundation, Jominy testini çeliğin sertleşebilirliğini belirlemek amacıyla su verilmiş uçtan artan uzaklıklarda sertlik ölçen bir test olarak tanımlar; birden çok ölçüm konumu yöntemin temel unsurudur.

Standart, sonucun bir parçasıdır. Standart belirtilmediğinde “Jominy sertliği” ifadesi; hangi numune geometrisinin, soğutma düzeninin, hazırlama işlemlerinin ve ölçüm kurallarının kullanıldığı sorularını yanıtsız bırakır. Standart tanımlandığında ise eğrinin anlamı belirlenmiş olur ve uygun ihtiyatla karşılaştırma yapılabilir.

Su Verme Mesafesinden Sertleşebilirlik Eğrisine

Jominy testi, tek bir su verilmiş numuneden bir dizi sertlik gözlemi elde edilmesini sağlar. Temel değişken, çeliğin tek bir noktada ne kadar sert olduğu değildir. Temel değişken, su verilen uçtan uzaklık arttıkça yerel soğuma hızı yavaşlarken ölçülen sertliğin nasıl değiştiğidir.

ASTM A255-20, sertleşebilirliği çeliğin su verme sırasında sertleştiği derinlik olarak tanımlar. Bu standardın nicel uçtan su verme yöntemi, çapı 1 inç olan silindirik bir numune kullanır (ASTM International, 2020). ISO 642:2024 ise uçtan su verme testi için çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir çelik deney parçası öngörür (International Organization for Standardization, 2024). Bu boyutlar birbirine yakındır; ancak her testin tanımıymış gibi birbirinin yerine kullanılmamalıdır. Uygulanabilir standart; numuneyi, ısıtmayı, su vermeyi, sertlik yöntemini ve raporlama gerekliliklerini belirler.

Test, silindirik parçanın belirtilen östenitleme sıcaklığına ısıtılmasıyla başlar. Daha sonra parçanın bir ucu su jetiyle soğutulurken çubuğun geri kalanı havada soğur. University of Illinois, bu aşamaları Jominy prosedürünün temeli olarak tanımlar (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024). Su verilen uç ısıyı en hızlı kaybettiğinden en şiddetli soğumaya maruz kalır. Çubuk boyunca uzaklık arttıkça soğuma giderek daha az şiddetli hâle gelir. University of Cambridge, bu düzenlemenin numune boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşturduğunu belirtir (University of Cambridge, 2012).

Sertlik ölçüm yüzeylerinin hazırlanması

Tufal, dekarbürize olmuş malzeme, kaba işleme izleri veya düzgün olmayan bir oksit tabakasıyla kaplı bir yüzeyde sertlik güvenilir biçimde ölçülemez. Numune öngörülen su verme işlemini tamamladıktan ve elleçlenebilecek kadar soğuduktan sonra, okumaların yapılacağı yüzey hazırlanır. Böylece batıcı uç, değişime uğramış veya hasar görmüş malzemeyle değil, sağlam çelikle temas eder.

Su verilen uç, ilgili tek konum değildir. Ölçüm yüzeyi bu uçtan başlayarak boyuna uzanır ve sertlik okumalarının bilinen mesafelerde alınmasına olanak verir. Bu nedenle yüzey hazırlama işlemi, çubuk boyunca makul ölçüde düz ve temiz bir şerit oluşturmalıdır. Taşlama veya talaşlı işleme, tufalı ve ısıdan etkilenmiş yüzeye yakın tabakayı uzaklaştırırken kontrollü son işlem; oluklar, dalgalılık veya aşırı taşlama ısısından kaynaklanan hataları sınırlar. Hazırlama işlemi yeni bir termal etki oluşturmamalı veya amaçlanan numune geometrisi ile ölçüm konumlarını değiştirecek kadar fazla malzeme kaldırmamalıdır.

Kesin son işlem uygulaması, sertlik skalası, aralıklar ve raporlama biçimi seçilen test standardına bağlıdır. ASTM A255-20 ile ISO 642:2024 gelişigüzel biçimde birleştirilmemelidir: ASTM gerekliliklerini izleyen bir laboratuvar numuneyi ASTM’nin belirttiği şekilde hazırlamalı ve ölçmelidir; ISO testi ise ISO 642’ye uygun yürütülmelidir. Buradaki konu kozmetik değil, prosedüre ilişkindir. Tufal veya dekarbürize olmuş çelik üzerinde oluşturulan bir sertlik izi, altındaki su verilmiş çeliğin durumundan ziyade yüzeyin durumunu gösterebilir.

Sertlik okumalarının birbirinden bağımsız kalması için yüzeyin izler arasında yeterli genişliğe ve aralığa da sahip olması gerekir. Birbirine çok yakın, kenara fazla yakın veya gözle görülebilir kusurlu bir bölgeye yerleştirilen izler sonucu bozabilir. Yüzey kavisli veya kötü işlenmişse batıcı uç doğru biçimde oturmayabilir. Bu nedenlerle Jominy sonucu, çubuğun herhangi bir yerinde gelişigüzel yapılan bir sertlik kontrolü değil, kontrollü bir ölçüm dizisidir.

Artan mesafelerde sertliğin ölçülmesi

Ölçüm yüzeyi hazırlandıktan sonra sertlik, su verilen uçtan başlayarak artan bir dizi mesafede kaydedilir. İlk okuma, testteki en şiddetli koşul altında soğuyan çeliği temsil eder. Sonraki okumalar daha yavaş soğuyan konumları temsil eder. Mesafe, numune boyunca su verilen uçtan itibaren ölçülür ve her okuma kesin konumuyla birlikte kaydedilir.

Materials Education Foundation, Jominy testini çeliğin sertleşebilirliğini belirlemek amacıyla su verilen uçtan artan mesafelerde sertlik ölçülmesi olarak tanımlar (Materials Education Foundation, 2024). Bu ifade temel ayrımı ortaya koyar: Test yalnızca “Bu çelik ne kadar sert?” sorusunu sormaz. “Belirli bir numune boyunca soğuma koşulu değiştikçe çeliğin sertlik tepkisi nasıl değişiyor?” sorusunu sorar.

Sertlik skalası belirtilmelidir. Birçok çelik Jominy sonucunda, malzeme bu skala için yeterince sert olduğunda sertlik Rockwell C kullanılarak raporlanır; ancak izin verilen yöntemi seçilen standart ve ölçülen aralık belirler. Skalası belirtilmeyen bir değer eksiktir. “52” değeri HRC’yi, başka bir Rockwell skalasını veya farklı bir sertlik yöntemini ifade edebilir; bu değerler aynı özelliği tanımlıyormuş gibi karşılaştırılamaz.

Su verilen uca yakın tek bir okuma, tek bir şiddetli soğuma koşulu altında elde edilen sertliği gösterebilir. Ancak bu sertliğin ne kadar uzağa kadar devam ettiğini ortaya koymaz. Benzer şekilde, uçtan daha uzakta alınan bir sertlik okuması daha yavaş soğumayı yansıtabilir; fakat tek başına yüksek sertlikten düşük sertliğe kadar olan geçişin tamamını tanımlayamaz. Sertleşebilirlik tek bir sertlik sayısı değil, tepkinin dağılımıdır.

ASM International’a göre çelik kimyası ve östenit tane boyutu bu tepkinin başlıca etkileyenleridir (ASM International, 1990). Karbon, dönüşümle oluşan yapının ulaşabileceği sertliği etkilerken alaşım elementleri ve tane boyutu, rakip dönüşümler için gerekli soğuma koşullarını etkiler. Jominy eğrisi, belirtilen test geçmişi altında bu faktörlerin birleşik sonucunu kaydeder. Bileşimi veya tane boyutunu tek başına izole etmez.

Sertliğin su verilen uçtan uzaklığa karşı grafiğe geçirilmesi

Okumalar, dikey eksende sertliğin ve yatay eksende su verilen uçtan uzaklığın gösterildiği bir grafik oluşturulduğunda sertleşebilirlik eğrisine dönüşür. Dikey eksende, uygun olduğu durumlarda HRC gibi sertlik skalası belirtilmelidir. Yatay eksende mesafe birimleri ve referans noktası belirtilmelidir: sıfır, su verilen uçtur; artan mesafe ise giderek daha az şiddetli soğuma anlamına gelir.

Eğri normal olarak su verilen uca en yakın noktada ölçülen sertlikle başlar ve çubuk boyunca sertlik tepkisini izler. Dik bir düşüş, kısa bir mesafe içinde sertliğin önemli ölçüde azaldığı anlamına gelir. Pratik açıdan bu, çeliğin yüksek su verilmiş sertliğini bu test numunesinin yalnızca nispeten sınırlı bir bölümünde koruduğunu gösterir. Daha kademeli bir düşüş ise ölçülen sertliğin su verilen uçtan daha uzakta hâlâ yüksek kaldığına ve Jominy soğuma gradyanı altında daha büyük sertleşme derinliğine işaret eder. İlk nokta kadar eğrinin şekli de önemlidir.

Eğri, tek bir seçilmiş değerle değiştirilmek yerine ölçülen gözlemlerden oluşturulmalıdır. Tekrarlı testler, izin verilen uydurma yöntemleri, ölçüm belirsizliği ve ASTM A255-20 veya ISO 642:2024 kapsamındaki raporlama kuralları nihai sonucun nasıl sunulacağını belirler. Düzgün bir çizgi eğilimin gösterilmesine yardımcı olabilir; ancak dağınık okumaları gizlememeli veya ölçümlerin desteklemediği bir kesinlik izlenimi oluşturmamalıdır.

Jominy eğrisi, tanımlanmış bir uçtan su verme geçmişine verilen tepkidir. Aynı gereklilikler altında test edilen çelikleri karşılaştırabilir ve sertliğin mesafeyle nasıl değiştiğini gösterebilir. Ancak tek başına, belirli bir tankta su verilen kalın bir dişli, levha, mil veya döküm parçadaki kesin sertlik profilini öngöremez. Parça geometrisi, karıştırma, soğutma ortamı, transfer süresi, östenitleme uygulaması ve başlangıç mikroyapısı soğuma geçmişini değiştirir. Bu nedenle eğri, belirtilen test koşulları altındaki sertleşebilirliğin kanıtıdır; tek bir parçaya yönelik ısıl işlem analizinin yerine geçmez.

Soğuma Hızı, Dönüşüm ve Eğrinin Anlamı

Çubuk boyunca sürekli soğuma koşulları

Bir Jominy numunesi, bir uçtan diğer uca tek bir su verme şiddetine maruz kalmaz. Bir gradyan yaşar. Standardize edilmiş deneyde silindirik bir çelik numune önce östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılır, ardından bir ucu su jetiyle temas ettirilirken numunenin geri kalanı havada soğur. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, bu süreci temel Jominy prosedürü olarak tanımlar (2024). Su ile soğutulan uç ısıyı hızla kaybeder; daha uzaktaki konumlar ise daha az doğrudan soğutma alır ve ısıyı esas olarak numune ve çevresindeki hava üzerinden değiş tokuş eder.

University of Cambridge’in deney açıklamasında belirttiği gibi, bu düzenleme çubuk boyunca sürekli bir soğuma koşulları aralığı oluşturur (2012). Kesin soğuma geçmişi yalnızca mesafeye bağlı değildir. Aynı zamanda numune geometrisine, başlangıç sıcaklığına, su jetinin düzenine, su verme koşullarına, açıkta kalan yüzeylere ve çeliğin ısıl özelliklerine de bağlıdır. Bu nedenle mesafe, deneyde kontrol edilen bir konumdur; her numune veya her üretim parçası için geçerli tek bir soğuma hızına yönelik evrensel bir dönüşüm değildir.

Boyutlar yöntemin bir parçasıdır; önemsiz ayrıntılar değildir. ASTM A255-20, çapı 1 inç olan silindirik bir numune ile gerçekleştirilen nicel uçtan su verme deneyini belirtir. ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir deney parçasını belirtir. Sonuçlar karşılaştırılırken bu tanımlamalar ve boyutlar gelişigüzel biçimde birbiriyle karıştırılmamalıdır; çünkü geometri veya prosedürdeki bir değişiklik ısı akışını ve dolayısıyla dönüşüm tepkisini değiştirebilir. Bir Jominy eğrisi, yalnızca üretildiği standart ve deney koşullarıyla ilişkili olarak anlam taşır.

Çubuk ayrıca basit bir “yüzey ile merkez” soğuma düzenine sahip minyatür bir parça değildir. Yağ, su, polimer çözeltisi veya gaz içinde su verilen bir parça, şekli ve yüzeylerindeki ısı transferi tarafından belirlenen uzaysal bir soğuma alanı geliştirir. Jominy numunesi bunun yerine tekrarlanabilir bir laboratuvar gradyanı sağlar. Tek bir deneyde birçok soğuma şiddetini örnekler, ancak her parça geometrisini yeniden oluşturmaz.

Bu ayrım önemlidir; çünkü sertleşebilirlik, tanımlanmış bir ısıl geçmişe verilen tepkidir. ASTM A255-20 bunu, su verme sırasında çeliğin sertleştiği derinlik olarak tanımlar. Karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler hakkındaki ASM bölümü de aynı özelliği, su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak açıklar (ASM International, 1990). Her iki tanım da sertleşebilirliğin, su verme öncesindeki veya sonrasındaki çeliğin sertlik sayısı olduğunu belirtmez.

Su verme sırasında östenit dönüşümü

Isıtma, seçilen östenitleme işleminin kalite ve mevcut durum için uygun olması koşuluyla, başlangıç yapısını östenite dönüştürür. Ardından su verme, belirli bir konumdaki ısıyı yeterince hızlı veya yeterince yavaş uzaklaştırarak östenit soğurken hangi dönüşümlerin gerçekleşebileceğini belirler. Temel soru, numunenin yalnızca ne kadar soğuduğu değildir. Önemli olan, malzeme daha düşük sıcaklıktaki dönüşüm koşullarına ulaşmadan önce östenitin, difüzyon kontrollü ürünlerin oluşabileceği sıcaklık aralıklarında ne kadar süre kaldığıdır.

Su verilen uca yakın bölgede soğuma geçmişi, aksi takdirde ferrit, perlit veya beynitik bileşenler oluşturacak dönüşümleri baskılayabilir ve östenitin daha büyük bir bölümünün daha ileri soğuma sırasında martenzite dönüşmesine olanak sağlayabilir. Su verilen uçtan uzaklaştıkça daha düşük şiddetteki ısıl yol, rekabet eden dönüşümlerin başlama fırsatını artırır. Böylece son yapı farklı bir dönüşüm ürünleri karışımı içerebilir ve sertlik buna bağlı olarak azalabilir. Eğri bu değişimi kaydeder; ancak tek başına her bir bileşeni tanımlamaz veya bir faz oranı vermez.

Bu sınırlama önemlidir. Bir sertlik ölçümü, eksiksiz bir dönüşüm diyagramı ortaya koyamaz; aynı cihaz ve koşullar için bu hızlar ayrıca belirlenmediği sürece, bir Jominy eğrisi doğrudan soğuma hızlarının listesi olarak da okunamaz. Eğri dolaylı bir kayıttır: her mesafe, bu deneydeki belirli bir ısıl tepkiye karşılık gelir ve ölçülen sertlik, bu tepki sonucunda oluşan mikroyapıyı yansıtır.

Bileşim, soğuma sırasında dönüşümlerin ne ölçüde geciktirileceğini veya gerçekleşmesine izin verileceğini belirler. Karbon, martenzitin ulaşabileceği sertliği güçlü biçimde etkilerken alaşım elementleri dönüşüm davranışını değiştirebilir ve su vermenin sert martenzitik bir yapı oluşturduğu derinliği artırabilir. Östenit tane boyutu da önemlidir. ASM, çelik bileşimi ile östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca faktörler olarak tanımlar (ASM International, 1990). Daha büyük bir önceki östenit tane boyutu, çekirdeklenme koşullarını ve dönüşüm kinetiğini değiştirebilir. Bu nedenle nominal olarak aynı kalitedeki iki numune, ısıl geçmişleri veya tane yapıları farklıysa farklı eğriler oluşturabilir.

Dolayısıyla deney, soyut bir kalite etiketinin değil, belirli bir malzeme durumunun tepkisini ölçer. Östenitleme sıcaklığı, bekletme süresi, önceki işlemler, tane boyutu, yüzey durumu ve su verme ayrıntılarının tümü östenitin neye dönüşeceğini etkiler. Bir durumdan elde edilen sonuç, bu tanımlamaya sahip her ısıl işlemin aynı eğriyi oluşturacağının kanıtı olarak değerlendirilmemelidir.

Sertlik neden mesafeyle değişir?

Sertlik mesafeyle değişir; çünkü mesafe soğuma geçmişini, soğuma geçmişi de ortaya çıkan mikroyapıyı değiştirir. Su verilen uca yakın bölgede numune ısıyı en yüksek şiddette kaybeder. Daha uzakta ise ısı çubukta daha uzun süre kalır ve farklı koşullar altında uzaklaşır. Bu nedenle oluşan yapılar, uç yakınında ağırlıklı olarak martenzitik malzemeden daha düşük şiddette soğuyan konumlardaki daha yumuşak dönüşüm ürünlerini içeren karışımlara kadar değişebilir. Kesin geçiş kaliteye ve malzeme durumuna bağlıdır; genel bir diyagramdan uydurulmamalı, ölçülmelidir.

Karbon içeriği ölçülen değere katkıda bulunur; ancak eğrinin tamamını açıklamaz. Martenzit sertliği karbondan güçlü biçimde etkilendiğinden, sertleşme tepkileri başka açılardan benzer olsa bile farklı karbon içeriklerine sahip iki çelik farklı sertlik düzeyleri gösterebilir. Buna karşılık, alaşım elementleri, tane boyutu, temizlik veya östenitleme uygulaması dönüşüm davranışını değiştirdiğinde, benzer karbon içeriğine sahip çelikler aynı Jominy mesafesinde farklı sertlik gösterebilir.

Ölçülen değer ayrıca sertlik yöntemine ve deney hazırlığına da bağlıdır. Yüzey dekarbürizasyonu, pürüzlülük, hizalama, izler arasındaki mesafe, ölçüm skalası ve yerel kusurlar sonucu bozabilir. Deney genellikle su verilen uçtan art arda mesafelerde, boyuna düz veya başka şekilde belirtilmiş bir ölçüm yüzeyi hazırlandıktan sonra gerçekleştirilir; ardından sertlik mesafeye karşı çizilir. Materials Education Foundation, bu temel yorumu şöyle açıklar: sertleşebilirliği belirlemek için su verilen uçtan artan mesafelerde sertlik ölçülür (2024).

Dolayısıyla çizilen çizgi, çeliğin tamamı için doğrudan bir sertlik derecelendirmesi değildir. Jominy ısıl gradyanı altındaki sertlik tepkisinin bir haritasıdır. Su verilen uçtan uzakta görece yüksek bir değer, çeliğin ucun maruz kaldığından daha düşük şiddetteki bir soğuma koşulunda sertleşme tepkisini koruduğunu gösterir. Hızlı bir düşüş, soğuma şiddeti azaldıkça mikroyapının yumuşadığını gösterir. Bu ifadeler, tek başına alınmış bir sertlik sayısına dayalı evrensel bir sıralamayı değil, tepki eğrisinin şeklini ve konumunu açıklar.

Bir parça mühendisi, parçadaki beklenen soğuma koşullarıyla çeliğin soğuma tepkisini karşılaştırmak için eğriden yararlanabilir; ancak önce kesit boyutunu, geometriyi, su verme ortamını ve ısıl işlem uygulamasını dikkate almalıdır. Jominy sonucu, bir parçanın her karşılık gelen konumunda aynı sertliğe sahip olacağını kanıtlamaz. Çeliğin soğuma şiddeti azaldıkça nasıl dönüştüğü hakkında kontrollü kanıt sağlar. Eğrinin anlamı budur ve sertleşebilirliğin sertlikten ayrı tutulması bu nedenle gereklidir.

Bileşim ve Östenit Tane Boyutu

Sertleşebilirlik, sertliğin eş anlamlısı değildir. ASTM A255-20, sertleşebilirliği çeliğin su verme sırasında sertleştiği derinlik olarak tanımlarken ASM Handbook, bunu su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak açıklar. Bir çelik, su verilmiş yüzeye yakın bölgede yüksek sertliğe ulaşabilir, ancak iç kısma doğru sertliğini hızla kaybedebilir. Başka bir çelik ise benzer bir yüzey sertliği gösterirken martenziti ve dolayısıyla kullanılabilir sertliği su verilmiş yüzeyden daha uzakta koruyabilir.

Bu ayrım, Jominy uçtan su verme deneyinde açıkça görülür. ASTM A255-20, çapı 1 inç olan silindirik bir deney numunesi belirtir; ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir deney parçası belirtir. Sonuçlar karşılaştırılırken bu boyutlar birbirinin yerine kullanılabilecek ayrıntılar değildir. Numune, belirtilen östenitleme koşuluna kadar ısıtılır, dikey olarak asılır ve bir ucundan su jetiyle soğutulur. University of Illinois, sertlik ölçümlerinin su verilen uçtan artan mesafelerde alındığını belirtirken University of Cambridge, suyla soğutulan uç ile havayla soğuyan geri kalan bölümün çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşturduğunu açıklar. Sertliğin mesafeye karşı grafiği, Jominy sertleşebilirlik eğrisidir.

Eğri; bileşimin, önceki ısıl geçmişin, numune geometrisinin, östenitleme işleminin ve uygulanan soğutma düzeninin bir yanıtıdır. Deney koşullarından bağımsız tek bir malzeme sabiti değildir. ASM International, çelik bileşimi ile östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca faktörler olarak tanımlar. Bu faktörler farklı mekanizmalar üzerinden etki eder ve “Çelik ne kadar serttir?” sorusuna indirgenmemelidir.

Çelik bileşiminin rolü

SertleşebilirlikSertleşebilirlik Tanımlanmış bir söndürme sırasında çeliğin daha büyük bir derinliğe kadar sertlik geliştirme ve bu sertliği koruma yeteneğidir; maksimum sertlikten farklıdır.

Bileşim, sertleşebilirliği esas olarak soğuma sırasında östenitin dönüşüme uğradığı sıcaklıkları ve hızları değiştirerek etkiler. Mangan, krom, nikel ve molibden gibi alaşım elementleri, östenitten ferrit, perlit veya bainite dönüşümleri geciktirebilir. Bu dönüşümler daha uzun sürelere kaydırıldığında, kesitin daha büyük bir bölümü su verme sırasında bu dönüşümlerden kaçınarak bunun yerine martenzit oluşturabilir. Soğuma hızı ve çeliğin karbon içeriği martenzit oluşumuna izin verdiği sürece sonuç, daha derin bir sertlik profili olur.

Karbon da bu tabloda rol oynar, ancak rollerinin birbirinden ayrılması gerekir. Karbon, martenzitin ulaşabileceği sertliğe güçlü biçimde katkıda bulunur. Buna karşılık alaşım ilaveleri, özellikle dönüşüm kinetiğini ve dolayısıyla kesit boyunca difüzyonla oluşan ürünleri bastırmak için gereken soğuma hızını değiştirmede önemlidir. Karbon da dönüşüm davranışını değiştirdiğinden bu ayrım mutlak değildir; bu, vurguya dayalı bir ayrımdır. “Daha fazla alaşım, daha sert çelik demektir” ifadesi fazlasıyla kabadır. Daha doğru ifade, alaşım içeriğinin belirli bir soğuma geçmişini derinlikte martenzit oluşturma bakımından daha elverişli hâle getirebileceği; buna karşılık karbonun, temperleme ve mikroyapı gibi faktörlerle birlikte, bu martenzitin ulaşabileceği sertliği büyük ölçüde belirlediğidir.

Bu nedenle bileşim, kesin kalite, spesifikasyon ve geçerli gösterim esas alınarak tanımlanmalıdır. Örneğin “4140”, krom-molibden alaşımlı bir çelik gösterimini ifade eder; ancak bildirilen bir sonuç için yine de ilgili ürün spesifikasyonu, kimyasal bileşim sınırları, ısıl işlem ve deney yöntemi gereklidir. Kalite adı, izin verilen bileşim aralıklarını ortadan kaldırmaz. Aynı gösterim kapsamındaki iki ergitme, bu sınırlar içinde farklı konumlarda bulunabilir ve karbon ya da alaşım içeriğindeki küçük değişiklikler dönüşüm davranışını değiştirebilir. “Düşük alaşımlı çelik”, yararlı bir aile tanımıdır; ancak iki Jominy eğrisini karşılaştırmak için yeterli bir kimyasal tanım değildir.

Aynı dikkat karbon çelikleri ve sementasyonla sertleştirilen kaliteler için de geçerlidir. Sade karbonlu bir çelik ile nikel-krom-molibdenli bir çelik, su verilen uçta benzer sertliklere sahip olabilir; ancak eğimleri ve sertliğin korunduğu mesafeler farklı olabilir. Buna karşılık yüksek karbonlu bir bileşim, yüzeye yakın bölgede yüksek sertlik oluşturabilir, ancak büyük bir kesitte derinlemesine sertleşmeyebilir. Eğri, incelenen soğutma koşuluna ilişkin kanıtı sağlar; yalnızca nominal kalite bunu sağlamaz.

Jominy sonucu, her parça şekline doğrudan aktarılamaz. Silindirik bir çubuk, bir levha ve karmaşık bir dövme ısıyı farklı biçimlerde kaybeder. Kesit boyutu, yüzey durumu, soğutma ortamının hareketlendirilmesi ve köşelerin varlığı yerel soğuma geçmişini değiştirir. Grossman sertleşebilirlik analizi ve diğer mühendislik yöntemleri, malzeme yanıtını su verme şiddeti ve kesit geometrisiyle ilişkilendirebilir; ancak tek başına bir Jominy eğrisi, gelişigüzel bir parçanın her noktasındaki sertliği belirtmez.

Karbon içeriği ve ulaşılabilir martenzitik sertlik

Östenit, difüzyonla gerçekleşen dönüşümü önleyecek veya sınırlayacak kadar hızlı soğutulduğunda martenzit oluşur; ancak bu martenzitin sertliği, su verme öncesinde östenitte çözünmüş olan karbondan güçlü biçimde etkilenir. Yararlı karbon aralığı içinde karbonun artırılması, genel olarak temperlenmemiş martenzitin ulaşabileceği sertliği yükseltir; çünkü karbon martenzitik kafesi çarpıtır ve deformasyona karşı direnci artırır. Bu, bir sertlik etkisidir; karbon içeriğinin sertleşebilirliğin eksiksiz bir ölçütü olarak kullanılmasını haklı çıkarmaz.

Düşük karbonlu bir çelik, uygun bir soğuma geçmişi altında kesit boyunca sertleşebilir ve yine de daha yüksek karbonlu bir çeliğe göre daha düşük bir maksimum sertlik gösterebilir. Yüksek karbonlu çelik, Jominy ucunda çok yüksek bir sertlik gösterebilir; ancak bileşimi perlit, ferrit veya bainit oluşumunu yeterince geciktirmiyorsa mesafeyle birlikte sertlikte dik bir düşüş görülebilir. Düşük karbonlu alaşımlı çelik daha düşük bir sertlik üst sınırı gösterebilir, ancak bu sertliği su verilen uçtan daha uzakta koruyabilir. Bunlar farklı sonuçlardır: ulaşılabilir martenzitik sertlik ve sertleşme derinliği.

Karbon, östenitleme sırasında östenitin miktarını ve kararlılığını da etkiler. Karbon yeterince çözünmezse östenitin bileşimi nominal kütlesel bileşimden farklılaşır; aşırı çözünme gerçekleşirse tane büyümesi ve başka değişiklikler meydana gelebilir. Dolayısıyla ölçülen eğri yalnızca kimyayı değil, seçilen östenitleme sıcaklığını ve bekletme uygulamasını da yansıtır. Su verme sonrasında temperleme sertliği daha da değiştirir; bu nedenle temperlenmiş bir sertlik profili ile su verilmiş durumdaki bir Jominy eğrisi, ikisi de aynı durumu temsil ediyormuş gibi karşılaştırılmamalıdır.

Bu nedenle su verilen uçtaki sertlik sayısı tek başına eksik bir kanıttır. Bu değer, yerel martenzitik bileşimin sağlayabileceği sertliği gösterebilir; ancak sertliğin ne kadar hızlı azaldığını, karma mikroyapıların nerede başladığını veya daha büyük bir kesitin ne kadarının sertleşebileceğini göstermez. İlgili ölçüm, mesafeye bağlı eğridir.

Östenit tane boyutunun sertleşebilirlik üzerindeki etkisi

Önceki östenit tane boyutu sertleşebilirliği etkiler; çünkü ferrit ve perlit gibi dönüşüm ürünleri çoğunlukla östenit tane sınırlarında çekirdeklenir. Daha iri östenit taneleri, birim hacim başına daha az tane sınırı alanı sağlar; bu da potansiyel çekirdeklenme bölgelerinin sayısını azaltır ve soğuma sırasında difüzyonla gerçekleşen dönüşümü geciktirme eğilimi yaratır. Bu gecikme, daha düşük bir soğuma hızında martenzit oluşmasına olanak tanıyabilir; dolayısıyla daha iri önceki östenit tane boyutu, ölçülen sertleşebilirliği artırabilir.

Bu etki karşılıksız bir iyileşme değildir. Tane büyümesi tokluğu azaltabilir ve boyutsal davranışı değiştirebilir; ayrıca aşırı tane boyutu, görünürdeki sertleşme derinliğini artırsa bile kabul edilemez olabilir. İnce taneler genellikle difüzyonla gerçekleşen dönüşümü daha erken başlatır; ancak daha iyi tokluk ve daha kararlı mekanik performans sağlayabilir. Uygun seçim, tek bir Jominy mesafesini en üst düzeye çıkarmaya değil, parçaya, ısıl işleme ve gerekli özelliklere bağlıdır.

Tane boyutu, önceki ısıl işlem geçmişi bilinmeden eğrilerin neden karşılaştırılamayacağını da açıklar. Aynı spesifikasyondan kesilen iki numune, biri normalize edilmiş, diğeri daha yüksek bir östenitleme sıcaklığında daha uzun süre bekletilmişse veya ısıtma ve soğutma uygulamaları farklı önceki östenit tane boyutları oluşturmuşsa farklı sonuçlar verebilir. Karbürler, çözünmemiş alaşımca zengin parçacıklar ve segregasyon da su verme sırasında mevcut olan östenit bileşimini etkileyebilir. Bu nedenle deney raporu, kimyasal bileşimin yanı sıra östenitleme sıcaklığını, bekletme süresini, numunenin durumunu ve ölçüm prosedürünü de belirtmelidir.

Bir Jominy eğrisi, bu değişkenler kontrol edildiğinde anlamlıdır. Bileşim, diğer unsurların yanı sıra, dönüşüm kinetiğinin soğumaya nasıl yanıt verdiğini belirler; karbon oluşan martenzitin sertliğini belirlemeye yardımcı olur; östenit tane boyutu ise rakip dönüşümlerin başlama kolaylığını değiştirir. Bunlar birlikte, sertleşebilirliğin bir sertlik etiketi değil, ölçülmüş bir yanıt olmasının nedenini açıklar. Kalite, tane boyutu, önceki işlem, numune boyutları ve deney standardı açıkça kontrol altında tutulduğunda eğri, savunulabilir bir karşılaştırmayı destekleyebilir. Bunlar olmadan bir sertlik değeri veya etiketsiz bir eğri, deneyin önlemeyi amaçladığı tam karışıklığa yol açar.

Karbon Çelikleri, Düşük Alaşımlı Çelikler ve Kalite Karşılaştırmaları

Karbon çeliğinin su vermeye tepkisi

Karbon çeliğinin tek ve sabit bir sertleşebilirlik tepkisi yoktur. Davranışı; karbon içeriğine, önceki östenit tane boyutuna, kesit boyutuna, östenitleştirme uygulamasına ve su verme şiddetine bağlıdır. Karbon içeriği, martenzitin ulaşabileceği sertliği güçlü biçimde etkiler; ancak bu olgu tek başına belirli bir çeliğin su verilmiş yüzeyden itibaren ne kadar derine sertleşeceğini göstermez. Küçük bir numune yüksek yüzey sertliği geliştirebilirken, daha büyük bir kesitin merkezine doğru iç kısım daha yavaş soğuduğu için ferrit, perlit veya beynit kalabilir.

Bu ayrım, 1990 yılında yayımlanan ASM bölümü Karbon ve Düşük Alaşımlı Çeliklerin Sertleşebilirliği’nin merkezinde yer alır. Bölüm, sertleşebilirliği, su verme sonucunda oluşan sertliğin tek bir noktada ölçülen maksimum değerinden ziyade, sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak tanımlar. ASTM A255-20 de yakından ilişkili bir ifade kullanarak sertleşebilirliği “çeliğin su verildiğinde sertleştiği derinlik” olarak tanımlar (ASTM International, 2020). Buna göre sertlik, belirli bir noktada gözlenen bir değerdir; sertleşebilirlik ise malzeme boyunca görülen tepki örüntüsünü açıklar.

Sade karbonlu bir çelikte karbonun artırılması, çeliğin mikroyapısı ve ısıl işlemi dikkate alınmak kaydıyla, genel olarak tamamen martenzitik bölgelerin ulaşabileceği sertliği yükseltir. Ancak daha yüksek karbon içeren her kalitenin her su verme koşulunda daha derin veya daha homojen sertleşmiş bir bölge oluşturacağı sonucu çıkarılamaz. Karbon ayrıca östenitin dönüşüm davranışını etkiler; manganez ve kalıntı elementler de kalite genel olarak “karbon çeliği” olarak tanımlansa bile tepkiyi değiştirebilir. Gerçek kimyasal bileşim aralığı önem taşır.

Jominy uçtan su verme deneyi, bu mekânsal tepkiyi görünür kılar. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory tarafından açıklandığı üzere silindirik bir numune, belirtilen östenitleştirme sıcaklığına kadar ısıtılır ve bir ucu su jetiyle su verilir (University of Illinois, 2024). Daha sonra sertlik, su verilen uçtan giderek artan uzaklıklarda ölçülür. Elde edilen sertlik-uzaklık grafiği Jominy eğrisidir.

Bu eğri, numunenin her yerinde aynı hızla soğumamasından kaynaklanır. Cambridge materials-transformation kaynağının açıkladığı gibi, bir uçta suyla soğutma ve çubuğun geri kalanında havayla soğutma, çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşturur (University of Cambridge, 2012). Jetin yakınında östenit en şiddetli soğumaya maruz kalır; daha uzakta soğuma hızı azalır. Sertliği uzaklıkla birlikte keskin biçimde düşen bir karbon çeliğinin sertleşebilirlik tepkisi, su verilen uçta aynı sertliği gösterse bile, numune boyunca daha uzak mesafelerde benzer sertliği koruyan bir çeliğinkinden farklıdır.

Deney geometrisi ve prosedür, sonuçla birlikte değerlendirilmelidir. ASTM A255-20, kantitatif uçtan su verme deneyi için 1 inç çapında silindirik bir numune belirtir. ISO 642:2024 ise çelik uçtan su verme deneyi için 25 mm çapında ve en az 100 mm uzunluğunda bir deney parçası belirtir. Bu boyutlar birbirine yakın olsa da sessizce birbirinin yerine kullanılabilecek şartnameler olarak değerlendirilmemelidir. Östenitleştirme sıcaklığı, bekletme süresi, fırın atmosferi, transfer süresi, su sıcaklığı, jet koşulları, sertlik skalası, ölçüm aralıkları ve yüzey hazırlığı bildirilen eğrinin tümünü etkileyebilir.

Düşük alaşım ilaveleri ve kesit boyunca sertleşme tepkisi

Düşük alaşım ilaveleri, soğuma sırasında martenzit oluşumuyla rekabet eden dönüşümleri esas olarak geciktirerek sertleşebilirliği değiştirir. Manganez, krom, molibden ve nikel; ferrit, perlit ve beynit oluşumunun sıcaklığını ve zamanlamasını değiştirebilir. Bu dönüşümler ertelendiğinde, daha yavaş soğuyan bir iç bölge dahi martenzitik aralığa ulaşabilir. Birçok alaşımlı çelikte daha yüksek kesit boyunca sertleşme tepkisinin metalurjik temeli budur.

Etkisi, basit bir “daha fazla alaşım = daha fazla sertlik” kuralı değildir. Alaşım elementleri; sertleşebilirliği, karbür oluşumunu, menevişleme tepkisini, kalıntı östeniti ve nihai mikroyapının sertliğini farklı mekanizmalar yoluyla etkileyebilir. Örneğin krom ve molibden karbür topluluklarında yer alabilir ve dönüşüm kinetiğini etkileyebilir; nikel ise güçlü bir karbür oluşturucu elementle tamamen aynı şekilde davranmadan dönüşüm davranışını değiştirir. Manganez sertleşebilirliği artırabilir; ancak etkisi karbon, kükürt kontrolü, önceki işlem geçmişi ve bileşimin geri kalanıyla birlikte değerlendirilmelidir. Borun küçük miktarlardaki ilaveleri, doğru metalurjik koşulda bulunduğunda sertleşebilirlik üzerinde önemli bir etki yaratabilir; ancak sonuç karbon, azot, titanyum veya alüminyum uygulaması ve işlem geçmişine bağlıdır.

ASM, çelik bileşimini ve östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca faktörler olarak tanımlar (ASM International, 1990). Tane boyutu önemlidir; çünkü daha büyük önceki östenit taneleri, bazı difüzyonlu dönüşüm ürünlerinin çekirdeklenmesi için daha az tane sınırı alanı sağlar. Bununla birlikte tane irileşmesi koşulsuz bir iyileşme değildir: tokluğu ve boyutsal davranışı olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle yalnızca ölçülmüş bir eğriye dayanan bir karşılaştırma, amaçlanan ısıl işlem farklıysa yine eksik kalabilir.

“Kesit boyunca sertleşme” terimi de aynı özeni gerektirir. Bu terim, bir çelik parçanın her kesitinin homojen biçimde martenzitik hâle geleceği anlamına gelmez. Jominy eğrisi, soğuma hızlarının bir gradyanına verilen standartlaştırılmış tepkiyi sağlar; her çap, geometri, karıştırma koşulu veya su verme ortamı için doğrudan bir öngörü sunmaz. Mühendislik yöntemleri, kesit boyutu ve soğuma ilişkileriyle birlikte Jominy verilerini kullanabilir; ancak öngörülen sonuç yine bu yöntemlerin dayandığı varsayımlara bağlıdır. Suda su verilen bir çubuk, yağda su verilen bir dişli ve polimer çözeltisinde su verilen bir levha aynı evrensel soğuma geçmişine sahip değildir.

Ayrıca Jominy ucundaki yüksek sertlik değeri, derin sertleşmeyi kanıtlamaz. Uç en şiddetli soğumaya maruz kalır ve sertliği kısa bir mesafe sonra hızla azalan bir çelikte bile martenzit oluşturabilir. Buna karşılık, ölçülen daha düşük bir sertlik; tek başına düşük sertleşebilirliği değil, karbon içeriğini, menevişlemeyi, kalıntı östeniti veya faz karışımını yansıtabilir. Ölçüm, ısıl işlem ve mikroyapıyla birlikte yorumlanmalıdır.

Kalite tanımları neden deney verilerinin yerini tutmaz?

Bir tanımlama, bir şartnameyi, nominal bileşimi veya kimyasal aralığı belirtir; ölçülmüş bir Jominy eğrisi sağlamaz. “Karbon çeliği” ile “düşük alaşımlı çelik” karşılaştırması, sertleşebilirlik hakkında bir iddiayı desteklemek için fazla geneldir. Adı belirtilmiş kaliteler arasındaki karşılaştırmalar dahi tam olarak belirtilen tanımlamayı, uygulanabilir standardı, ısıl işlem veya ürün kimyasal bileşimini ve deney malzemesinin durumunu gerektirir.

Savunulabilir bir karşılaştırmada en az beş unsur belirtilmelidir: çeliğin tanımlaması ve geçerli standardı; ilgili alaşım ve kalıntı elementleri de içeren ölçülmüş kimyasal bileşim aralığı; östenitleştirme sıcaklığı ve bekletme işlemi; su verme ekipmanı ve ortamı; ölçüm yöntemi ve sertlik skalası. Ayrıca sonucun ASTM A255, ISO 642, tanımlanmış başka bir prosedür veya tesise özgü bir deneyden elde edilip edilmediği de belirtilmelidir. 1 inçlik ASTM numunesinden elde edilen bir eğri, nominal deney parçası boyutları benzer olsa bile otomatik olarak ISO 642 sonucuymuş gibi sunulmamalıdır.

Üretim değişkenliği, bir tanımlamanın ortaya koyabileceklerini daha da sınırlar. Aynı tanımlama altında satılan iki ergitme, izin verilen kimyasal bileşim aralığı içinde birbirinden farklı olabilir. Tane boyutu, dövme redüksiyonu, normalizasyon geçmişi, dekarbürizasyon ve östenitleştirme uygulamasındaki farklılıklar ölçülen tepkiyi değiştirebilir. Bu nedenle yayımlanmış nominal bileşim, belirli bir sertleşebilirlik eğrisinin kanıtı değil, bağlamıdır.

Materials Education Foundation, Jominy yöntemini, çelik sertleşebilirliğini belirlemek amacıyla su verilen uçtan giderek artan uzaklıklarda sertliğin ölçülmesi olarak tanımlar (Materials Education Foundation, 2024). Bu ifade, deneyin uygun sınırını ortaya koyar: yöntem, tanımlanmış bir soğuma gradyanı tarafından oluşturulan sertlik tepkisini ölçer. Bir kalite adını evrensel bir performans sıralamasına dönüştürmez ve soğuma koşullarının veya geometrinin farklı olduğu durumlarda kesite özgü doğrulamanın yerini tutmaz.

Bu nedenle sağlıklı bir kalite karşılaştırması şu soruyu sorar: “Hangi tepki, hangi koşullar altında ölçüldü?” Yalnızca hangi tanımlamanın sözde daha sert olduğunu sormaz. Sertleşebilirliği ele alan yalnızca ilk sorudur.

Jominy Eğrilerini Okuma ve Karşılaştırma

Jominy eğrisi, bir çelik numunesinin su verilmiş ucundan olan mesafeye karşı ölçülen sertliğin grafikle gösterimidir. Yatay eksen normal olarak suyla soğutulan uçtan başlar ve havayla soğutulan uca doğru ilerler; dikey eksen ise Rockwell C (HRC), Rockwell B (HRB) veya Vickers sertliği (HV) gibi belirtilmiş bir ölçekteki sertliği gösterir. Eğri, tek bir sertlik derecesi olarak değil, çeliğin kontrollü bir soğuma koşulları aralığına verdiği tepkinin kaydı olarak okunmalıdır.

ASTM A255-20, sertleşebilirliği, su verme sırasında çeliğin sertleştiği derinlik olarak tanımlar ve 1 inç çapında silindirik numune ile gerçekleştirilen kantitatif uçtan su verme deneyini belirtir. ISO 642:2024 ise 25 mm çapında ve en az 100 mm uzunluğunda bir deney parçasını tanımlar. Bu ölçüler birbirine yakındır; ancak standartlar varsayılan olarak birbirinin yerine kullanılamaz. Deneyi, uygulanabilir doküman belirler.

Su verilmiş uca yakın eğri yüksekliği

Eğrinin sol taraftaki veya su verilmiş uç bölümü, deneydeki en şiddetli soğuma koşulu altında elde edilen sertliği gösterir. Bu bölgedeki yüksek bir değer, test edilen malzemenin, uygulanan belirli östenitleme ve su verme uygulaması altında yüzeye yakın bir bölgede sert bir dönüşüm ürünü oluşturduğunu gösterir. Ancak bu durum tek başına yüksek sertleşebilirliği kanıtlamaz.

Bu ayrım önemlidir; çünkü karbon içeriği martenzitin sertliği üzerinde güçlü bir etkiye sahipken, sertleşebilirlik aynı zamanda soğuma sırasında perlit veya beynit gibi dönüşümlerin ne ölçüde bastırılabildiğine de bağlıdır. İki çelik, su verilmiş uca yakın bölgede benzer sertlik değerlerine ulaşabilir, ancak numune boyunca daha ileride önemli ölçüde farklılaşabilir. Sertliği daha yavaş düşen çelik, daha yavaş soğuma altında sert bir mikroyapıyı korumuş ve bu nedenle bu deneyde daha büyük bir sertleşme derinliği göstermiştir.

Su verilmiş uçtaki değer, yalnızca kaliteye özgü olmayan koşullardan da etkilenebilir. Östenitleme sıcaklığı ve bekletme süresi, östenitin durumunu etkiler. ASM International’ın çelik sertliği ve sertleşebilirliği üzerine 1990 tarihli çalışmasında bildirdiği üzere, östenit tane boyutu sertleşebilirliği etkileyen başlıca faktörlerden biridir ve aşırı tane büyümesi eğriyi değiştirebilir. Yüzey dekarbürizasyonu, oksidasyon, taşlama hasarı, su jetinin yanlış hizalanması veya kenara fazla yakın yerleştirilmiş bir sertlik izi ilk okumaları bozabilir.

Bu nedenle daha yüksekten başlayan bir eğri otomatik olarak “daha sertleşebilir” şeklinde tanımlanmamalıdır. Uçta daha yüksek su verilmiş durum sertliğine, daha yüksek sertleşebilirliğe veya her ikisine birden sahip olabilir. Bu etkileri birbirinden ayırmak için gerekli kanıtı profilin geri kalanı sağlar.

Eğri yüksekliği, yerel sertlik tepkisinin söz konusu olduğu durumlarda yine de yararlı olabilir. Örneğin bir spesifikasyon, belirtilen bir Jominy mesafesinde minimum sertlik gerektirebilir. Bu gereklilik, eğrinin genel anlamının tanımı değil, bir kabul kriteridir. Ölçülen bir değerin uygun olup olmadığı, uygulanabilir malzeme veya ürün spesifikasyonuna göre belirlenmelidir.

Eğrinin şekli ve mesafe boyunca sertliğin korunması

Jominy eğrisinin temel özelliği, mesafe arttıkça sertliğin kaybolma hızıdır. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory tarafından açıklanan prosedürde, silindirik bir numune östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılır, bir ucu su jetiyle su verilir, artan mesafelerde sertlik ölçülür ve sonuçlar grafikle gösterilir. University of Cambridge, bunun neden bir profil oluşturduğunu açıklar: su verilmiş uç hızla soğurken, daha uzaktaki konumlar havada giderek daha yavaş soğur.

Dik bir aşağı eğim, sertliğin kısa bir mesafe içinde kaybedildiği anlamına gelir. Bu çelik, hızlı soğumadan daha yavaş soğumaya geçişe güçlü tepki verir. Daha yatay bir eğri ise sertliğin su verilmiş uçtan daha uzakta korunduğunu gösterir. Pratik metalurjik açıdan bu ikinci tepki, numunenin daha büyük bir derinliğinin, uçta mevcut olandan daha az şiddetli soğuma altında sert bir yapıya dönüşebildiğini gösterir.

Eğrinin düz bir çizgi olması gerekmez. Uç yakınında keskin biçimde düşebilir, orta bölgede yataylaşabilir veya farklı soğuma hızlarında meydana gelen dönüşümlerle ilişkili bir eğim değişikliği gösterebilir. Kısa bir plato, ardından bir düşüş ve ikinci bir yataylaşma görülmesi, tek bir “ortalama sertleşebilirlik” sayısına indirgenmemeli; tepkilerin bir dizisi olarak okunmalıdır. Şekil; bileşimi, östenit tane boyutunu, önceki mikroyapıyı ve deneyde kullanılan ısıl geçmişi yansıtır. ASM’nin karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler üzerine 1990 tarihli bölümü, sertleşebilirliği su verme ile oluşturulan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen bir özellik olarak açıklar; bu nedenle profilin tamamı önemlidir.

Belirli bir mesafede daha yüksek kalan bir eğri, o deney koşulu altında daha fazla sertliğin korunduğunu gösterir. Bu durum, bir üretim parçasının her bölümünün aynı sertliğe sahip olacağını kanıtlamaz. Gerçek bir parça farklı bir geometriye, kütleye, yüzey durumuna ve soğuma yoluna sahiptir. Jominy sonucundan öngörülen parça tepkisine geçiş, tanımlanmış bir soğuma modeli veya Grossman analizi gibi bir yöntem gerektirir; yalnızca görsel karşılaştırma bu dönüşümü sağlayamaz.

Daha yüksek bir eğri, bir kaliteyi evrensel olarak daha üstün de yapmaz. Bir tasarım; sertlik, tokluk, deformasyon kontrolü, kaynaklanabilirlik ve temperleme tepkisinin belirli bir bileşimini gerektirebilir. Jominy deneyi, tanımlanmış tek bir su verme geçmişine verilen tek bir tepkiyi ele alır. Mekanik deneylerin veya bitmiş parçayı yöneten bir spesifikasyonun yerini tutmaz.

Eğrileri karşılaştırırken karşılık gelen mesafeleri ve karşılık gelen sertlik ölçeklerini karşılaştırın. HRC cinsinden çizilmiş bir eğri, uygun ve belirtilmiş bir dönüşüm yöntemi olmadan HV cinsinden çizilmiş bir eğriyle sayısal olarak sıralanamaz. Sertlik dönüşümleri, özellikle farklı mikroyapılar arasında, kesin fiziksel özdeşlikler değildir. Grafik sunum yöntemi de önemlidir: düz çizgilerle birleştirilen noktalar, uydurulmuş bir eğri ve enterpolasyonlu bir tablo aynı ölçümleri farklı biçimlerde sunabilir.

Saçılma, tekrarlanabilirlik ve karşılaştırma koşulları

Gerçek Jominy verilerinde saçılma bulunur. Değişimin bir kısmı sertlik ölçümünden kaynaklanır; ancak daha büyük farklılıklar numune hazırlama ve ısıl uygulamadan doğabilir. Uç yüzeyi amaçlanan su jetini almalı, numune doğru şekilde merkezlenmeli ve sertlik izi, dekarbürize malzeme veya pürüzlü bir yüzey bırakılmadan hazırlanmalıdır. Ölçümler, geçerli prosedüre uygun aralıklarla yapılmalı ve raporlanmalıdır.

Tek bir düzensiz nokta, metalurjik bir keşif olarak değerlendirilmemelidir. Öncelikle bu noktanın beklenen ölçüm tekrarlanabilirliğinin dışında olup olmadığını, izler arasındaki mesafenin yeterli olup olmadığını ve numune yüzeyinin veya sertlik ölçeğinin doğru olup olmadığını kontrol edin. Eğri şeklindeki aynı değişimi gösteren tekrarlı deneyler, tek başına yüksek veya düşük bir okumadan daha fazla önem taşır.

Anlamlı bir karşılaştırma, yalnızca nominal kalite tanımı aynı olan numunelerin test edilmesini gerektirmez. Aynı standart, numune ölçüleri, yüzey hazırlığı, östenitleme sıcaklığı, bekletme uygulaması, transfer süresi, su verme düzeni, sertlik ölçeği, ölçüm konumları ve raporlama yöntemi kullanılmalıdır. ASTM A255-20, 1 inç çapında bir numune belirtirken ISO 642:2024, 25 mm çap ve en az 100 mm uzunluk belirtir; bu standartlar kapsamında elde edilen sonuçlar, sessizce birleştirilmek yerine ilgili standarda göre etiketlenmelidir.

Çeliğin önceki durumu da dikkate alınmalıdır. Bileşim önemlidir; ancak ısıtma sırasında oluşturulan östenit tane boyutu da önem taşır. Bir ısıl işlemden elde edilen laboratuvar eğrisi, östenitleme uygulaması farklıysa aynı tanıma sahip her ergiyi temsil ediyor kabul edilemez. Eğrinin yeniden üretildiği her yerde deney koşullarının belirtilmesinin nedenlerinden biri budur.

Son olarak, yorumu uygunluk değerlendirmesinden ayırın. Eğrinin okunması, sertliğin hızla düştüğünü, su verilmiş uçtan uzaklaştıkça sertliğin korunduğunu veya tekrarlı deneylerde saçılma bulunduğunu gösterebilir. İzin verilen aralığı, minimum değeri, numune alma gerekliliğini ve kabul kararını yalnızca uygulanabilir spesifikasyon belirleyebilir. Jominy eğrisi, tanımlanmış koşullar altında sertleşebilirliğin kanıtıdır; tek başına bir ürün önerisi, kalite sıralaması veya malzemeye ilişkin kabul şartlarının yerine geçen bir unsur değildir.

Jominy, Grossman ve Hava Sertleşebilirliği Deneyleri

Sertleşebilirlik, sertlik ile aynı özellik değildir. ASTM A255-20, sertleşebilirliği “çelik su verildiğinde sertleşeceği derinlik” olarak tanımlarken sertlik, belirli bir deney yöntemiyle belirli bir konumda ölçülen direnci ifade eder. Bir çelik yüksek yüzey sertliği gösterebilir, ancak yüzeyin altında yalnızca kısa bir mesafe boyunca sertleşebilir. Başka bir çelik ise yüzeyde benzer bir sertliğe ulaşabilir ve bu sertliği kesit içinde çok daha uzak bir mesafeye kadar koruyabilir.

ASM Handbook, Jominy, Grossman ve hava sertleşebilirliği deneylerini bu davranışı incelemeye yönelik ilişkili yöntemler olarak ele alır; bunlar birbirinin yerine kullanılabilen deneyler değildir. Her biri farklı bir ısıl geçmiş oluşturur. Jominy, tek bir numune boyunca kontrollü bir soğuma hızı aralığı oluşturur; Grossman analizi, bir çeliğin tepkisini su verme şiddeti ve parça boyutuyla ilişkilendirir; hava sertleşebilirliği deneyi ise belirtilen soğutma ortamı hava olduğunda ne meydana geldiğini inceler. Tanımlanmış bir dönüşüm veya model bulunmadıkça, bir yöntemden elde edilen sonuç başka bir yöntemin sonucu yerine kullanılamaz.

Jominy uçtan su verme yöntemi

Jominy uçtan su verme deneyi, tek bir silindirik numuneden sertleşebilirlik eğrisi elde etmenin standardize edilmiş bir yöntemidir. ASTM A255-20, kantitatif uçtan su verme deneyi için 1 inç çapında silindirik bir numune öngörür. ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan bir çelik deney parçası belirtir. Bu boyutlar pratik açıdan birbirine yakındır; ancak standartlar, numunenin hazırlanması, ısıtılması, su verilmesi, sertlik ölçümü ve raporlanmasına ilişkin kendi gereklilikleri bulunan ayrı dokümanlardır.

Temel işlem sırası basittir. İşlenmiş bir numune, belirtilen östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılır, öngörülen ısıl koşulun sağlanması için yeterince bekletilir ve bir düzeneğe aktarılır. Bir su jeti numunenin bir ucuna çarpar. University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024 tarihli Jominy prosedüründe bu ısıtma ve tek uçtan su verme işlemini açıklar. Soğutmanın ardından numune boyunca genellikle bir düz yüzey hazırlanır ve sertlik okumaları, su verilen uçtan artan mesafelerde alınır.

Deneye değerini kazandıran, fiziksel temeldir. Su verilen uç en şiddetli soğumaya maruz kalırken, daha uzaktaki konumlar dolaylı olarak ve kısmen hava ile soğutuldukları için giderek daha düşük soğuma hızlarına maruz kalır. University of Cambridge, bu düzenlemenin çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşturduğunu açıklar. Bu nedenle sertliğin mesafeye karşı grafiği, soğuma hızı azaldıkça çeliğin ölçülen sertlik tepkisinin nasıl değiştiğini gösterir.

Su verilen uca yakın bölgelerde sertlik, karbon içeriğine ve östenitin perlit veya beynit gibi daha yumuşak ürünlere değil, martenzite dönüşüp dönüşmediğine büyük ölçüde bağlıdır. Uçtan uzaklaştıkça alaşım elementleri ve östenit tane boyutu önem kazanır; çünkü bunlar daha yavaş soğuma sırasında difüzyon kontrollü dönüşümleri geciktirir. ASM International, sertlik ve sertleşebilirliğe ilişkin 1990 tarihli çalışmasında çelik bileşimini ve östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca unsurlar olarak tanımlamıştır.

Eğri, tek bir sertlik sayısı değil, elde edilen sonuçtur. Eğrinin şekli, bir çeliğin belirli bir sertlik tepkisini ne kadar derinliğe kadar koruduğunu gösterebilir; ancak her gerçek parçadaki sertlik dağılımını doğrudan ifade etmez. Bir çubuk, dişli, levha veya dövme parçasının kendine özgü çapı, geometrisi, yüzey durumu, östenitleme geçmişi ve soğuma yolu vardır. Jominy numunesi ayrıca kalın bir parçanın her yerinde tekrarlanmayan, özel bir tek boyutlu ısıl gradyana sahiptir.

Bir Jominy eğrisi, tek başına bir parçanın yağda, suda, polimerde veya havada merkezine kadar tamamen sertleşeceğini ortaya koyamaz. Aynı şekilde, su verilen uçtan alınan tek bir sertlik değeri de çeliğin sertleşebilirliğinin tamamını tanımlayamaz. Eğri, amaçlanan kesit boyutu ve su verme geçmişi dikkate alınarak yorumlanmalıdır.

Grossman kritik çap analizi

Grossman analizi farklı bir mühendislik sorusuna yanıt verir: Çeliğin dönüşüm tepkisi, kesitin boyutu ve su verme şiddeti, sertleşme derinliğini belirlemek üzere nasıl bir araya gelir? Bu analiz, çoğu zaman birbirine karıştırılan iki kavramı birbirinden ayırır. Çeliğin kendine özgü bir sertleşme tepkisi vardır; soğutucu ve parça geometrisi ise ısının ne kadar hızlı uzaklaştırılacağını belirler.

Grossman H faktörüGrossman H faktörü Söndürme şiddetini temsil etmek için kullanılan; yüzeydeki ısı geçişini kesit boyutu ve çeliğin sertleşme yanıtıyla ilişkilendiren parametre.

Yöntemde, yüzeydeki ısı transferinin etkinliğini tanımlamak için genellikle Grossman $H$ faktörüyle ifade edilen su verme şiddeti kullanılır. Daha şiddetli bir su verme, daha az şiddetli bir su vermeye kıyasla ısıyı daha hızlı uzaklaştırır; ancak gerçek sonuç aynı zamanda karıştırma, sıcaklık, buhar filmi davranışı, yüzey durumu ve parçanın şekline de bağlıdır. Grossman analizi daha sonra bu şiddeti kesit boyutuyla ve sınırlayıcı bir sertleşme koşuluyla ilişkilendirir.

İdeal kritik çap, idealize edilmiş bir su verme koşulu altında belirli bir merkez koşuluna ulaşacak varsayımsal yuvarlak bir çubuğun çapıdır. Gerçek kritik çap ise seçilen su verme şiddetini parçaya uygular. Bu terimler, Jominy mesafesinin alternatif adları değildir. Jominy mesafesi, bir deney çubuğu boyunca ölçülen bir konumdur; kritik çap ise su verme şiddeti ile çeliğin tepkisinin analiz edilmesi yoluyla elde edilen bir kesit boyutu sonucudur.

Jominy verileri, Grossman hesaplamaları veya diyagramları için çeliğin tepkisine ilişkin girdiyi sağlayabilir; ancak hesaplama, geometri ve ısı transferi hakkında ek varsayımlar içerir. Bu nedenle aynı çelik ergitmesinden üretilen iki parça, boyutları veya su verme koşulları farklıysa farklı derinliklere kadar sertleşebilir. Aynı çelik, farklı $H$ değerleri altında farklı kritik çaplar da verebilir. Dolayısıyla Grossman analizi, laboratuvar tepkisi ile tanımlanmış bir su verme durumu arasında köprü kurar; bağımsız bir sertlik deneyi değildir.

Hava sertleşebilirliği deneyleri

Hava sertleşebilirliği deneyleri, Jominy su jetini uygulamak veya bir Grossman su verme şiddeti değeri atamak yerine, bir çeliği hava ile soğutma koşulları altında inceler. Numune, belirtilen prosedüre göre östenitlenir, fırından çıkarılır ve deney koşulları altında havada soğutulur. Daha sonra yöntemin gerektirdiği şekilde sertlik, mikroyapı veya kesit boyunca sertlik değişimi ölçülür.

Bu ayrım önemlidir; çünkü “hava sertleşmesi”, çeliğin boyuttan bağımsız olarak sabit bir sertliğe sahip olduğu anlamına gelmez. Durgun hava, zorlanmış hava ve kontrollü atmosfer altında soğutma, farklı ısı transferi koşulları oluşturur. Küçük bir numune, önemli miktarda martenzit oluşturacak kadar hızlı soğuyabilirken daha büyük bir kesitin merkezi daha yavaş soğur ve farklı bir dönüşüm ürünleri karışımı oluşturur. Fırın sıcaklığı, numune boyutları, destekler, hava akışı ve yüzey durumu ölçülen tepkiyi etkileyebilir.

Dolayısıyla hava sertleşebilirliği sonucu, belirtilen hava ile soğutma geçmişi altındaki davranışı tanımlar. Aynı sürekli uçtan uca soğuma gradyanını oluşturmadığı için Jominy eğrisinin yerine geçmez. Kendi başına su verme şiddeti ile çeşitli kesit boyutları arasındaki ilişkiyi ifade etmediği için Grossman analizinin de yerine geçmez. Bu üç yöntem birbirine komşu sorulara yanıt verir; ancak çıktılarının anlamları farklı kalır.

ASM’nin karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklere ilişkin 1990 tarihli bölümü, sertleşebilirliği su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak tanımlar. Bu ifade, pratikte uygulanacak ölçüttür: yalnızca tek bir noktanın ne kadar sertleştiğini değil, belirtilen bir ısıl geçmiş sonrasında sertliğin nasıl dağıldığını sorgulamak gerekir.

Jominy Eğrisinden Gerçek Bir Komponente

Bir Jominy eğrisi, çeliğin kontrollü tek bir soğutma düzenine verdiği yanıtı tanımlar. Ek analiz yapılmaksızın, bitmiş bir komponentin her noktasındaki sertliği öngörmez. Bu ayrım önemlidir; çünkü standart bir deney parçası küçük ve basittir ve belirlenmiş bir yöntemle soğutulur. Buna karşılık bir komponentte ince kenarlar, kalın göbekler, delikler, köşeler, değişen yüzey koşulları ve çok farklı hızlarda soğuyan bölgeler bulunabilir.

ASTM A255-20, sertleşebilirliği, çeliğin su verildiğinde sertleştiği derinlik olarak tanımlar. Bu standardın nicel uçtan su verme prosedüründe çapı 1 inç olan silindirik bir numune kullanılır. ISO 642:2024 ise çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan çelik bir uçtan su verme deney parçasını belirtir. Bu boyutlar ve öngörülen deney koşulları; ergitmeler, kalite sınıfları veya proses koşulları arasında tekrarlanabilir bir karşılaştırma sağlar. Ancak numuneyi bir makine parçasının ölçekli modeli hâline getirmez.

University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory tarafından açıklanan prosedürde numune östenitleme sıcaklığına ısıtılır ve bir ucu su jetiyle su verilir. Daha sonra sertlik, su verilen uçtan artan uzaklıklarda ölçülür. Elde edilen sertlik-uzaklık grafiği Jominy eğrisidir. University of Cambridge’in açıkladığı gibi, suyla soğutulan uç ile havayla soğuyan geri kalan bölüm, çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşturur. Dolayısıyla her konum, aynı numune içindeki farklı bir ısıl yanıtı temsil eder.

Bu yanıt yararlıdır, ancak dikkatli biçimde yorumlanmalıdır.

Kesit kalınlığı ve ısıl gradyanlar

Bir komponentin kesit kalınlığı, dönüşüm başlamadan önce iç kısmından ne kadar ısının uzaklaştırılması gerektiğini belirler. İnce bir duvarın yüzeye olan ısı akış yolu kısadır ve kesitinin büyük bölümü boyunca hızla soğuyabilir. Kalın bir çıkıntı, mil, flanş veya dişli taslağı merkezinde ısıyı tutar; bileşime ve gerçek ısıl çevrime bağlı olarak yüzey martenzitik dönüşüm aralığından geçerken çekirdek, beynit, perlit veya ferrit oluşmasına yetecek kadar yavaş soğuyabilir.

Jominy çubuğunda da bir ısıl gradyan bulunur, ancak bu, boyuna yönde kasıtlı olarak düzenlenmiş bir gradyandır. Su verilen uç en güçlü doğrudan soğutmayı alırken, daha uzaktaki konumlar giderek daha yavaş soğur. Gerçek bir komponentte ise genellikle birden fazla yönde gradyan bulunur. Isı çekirdekten yüzeye radyal olarak, bir uca doğru eksenel olarak ve komşu özellikler üzerinden akabilir. Bir köşe, birkaç yüzey üzerinden ısı kaybedebilir. Bir delik, soğuma yolunu iç taraftan değiştirebilir; fikstürle temas ise yerel olarak ısı akışını kısıtlayabilir veya ilave bir ısı emici sağlayabilir.

Bu fark, kesit boyutunu basit bir boyutsal düzeltmeden daha önemli hâle getirir. Dış yüzeyden aynı uzaklıkta bulunan iki konum, biri bir köşeye yakın, diğeri ise kalın bir kesitin merkezinde bulunuyorsa farklı soğuma geçmişleri yaşayabilir. Örneğin silindirik bir çubuğun merkezi, her ikisi de aynı çelik kalitesinde olsa bile, yalnızca aynı çelik içinde bulunmaları nedeniyle yüzeye yakın bir noktaya eşdeğer değildir. Aynı şekilde, büyük bir komponentin merkezi de Jominy eğrisinin uzak ucuyla otomatik olarak temsil edilemez. Komponentin geometrisi ısı akış alanını belirler; su verme işlemi ise bu alanın ısıyı ne kadar hızlı kaybedeceğini belirler.

Bileşim ve östenit tane boyutu hâlâ önemli başlangıç değişkenleridir. ASM International, her ikisini de sertleşebilirlik üzerindeki başlıca etkiler arasında tanımlar. Östenitleme sıcaklığı, bekletme süresi, önceki mikroyapı ve tane büyümesi de su verme işlemine sunulan dönüşüm yanıtını değiştirebilir. Bu nedenle, bir ısıl işlem koşulundan elde edilen Jominy sonucu, bir komponente uygulanırken o koşuldan ayrı değerlendirilmemelidir.

Yüzey durumu başka bir karmaşıklık yaratır. Tufal, dekarbürizasyon, işleme izleri, kaplamalar ve kalıntılar çelik ile su verme ortamı arasındaki teması değiştirebilir. Dekarbürize bir yüzey, alttaki çelik önemli ölçüde farklı bir yanıt verse bile daha düşük ölçülmüş sertlik gösterebilir. Pürüzlü veya kirlenmiş bir yüzey, su verme sırasında buharı tutabilir ya da sıvı temasını azaltabilir. Bu nedenle, böyle bir tabaka işlenerek uzaklaştırıldıktan sonra ölçülen sertlik, doğrudan su verilmiş yüzeyde ölçülen sertlikten farklı olabilir.

Su verme ortamı ve su verme şiddeti

Jominy cihazındaki su, “hızlı su verme” için genel bir simge değildir. Jetin debisi, sıcaklığı, basıncı, hizalanması ve maruz kalan alanı kontrol edilir; çünkü bunlar su verilen uçtaki ısı transferini etkiler. Numunenin karşı taraftaki bölümleri havada soğur. Buna karşılık üretim komponenti; karıştırılan suya, polimer çözeltisine, yağa, ergimiş tuza veya her biri farklı bir soğuma yolu oluşturan başka bir ortama daldırılabilir.

Su verme şiddeti, bir su verme sisteminin bir referans koşula göre ısıyı uzaklaştırma yeteneğini tanımlar. Bu özellik yalnızca ortama değil; karıştırmaya, akışkan sıcaklığına, dolaşıma, parçanın yönelimine, buhar filmi davranışına ve maruz kalan yüzeyin hacme oranına da bağlıdır. Büyük bir parçanın çevresindeki durağan bir sıvı, küçük bir parçanın çevresindeki hareketli bir sıvıya göre ısıyı çok daha az etkili biçimde uzaklaştırabilir. Hatta aynı tankta bile güçlü akışa bakan yüzeyler, korunaklı yüzeylerden farklı hızlarda soğuyabilir.

Karıştırma, özellikle sıcak çeliğin çevresinde bir buhar örtüsünün oluşabileceği su vermenin ilk aşamasında önemlidir. Hareket, bu örtüyü parçalayabilir ve daha soğuk sıvıyla teması yenileyebilir. Ancak parça fırından yavaş aktarılırsa, amaçlanan su verme başlamadan önce soğumaya başlar. Bu nedenle aktarım süresi yalnızca bir taşıma ayrıntısı değil, ısıl geçmişin bir parçasıdır. Süresi bilinmeyen bir gecikme, nominal olarak aynı su verme işleminin Jominy koşuluyla karşılaştırılmasını güçleştirir.

Ortam, tek bir parçanın içinde de yerel farklılıklar oluşturabilir. Düşey bir mil, sıvıyı yatay bir mile göre farklı biçimde tahliye edebilir. Kör bir delik buharı hapsedebilir. Dar kanallar akışı kısıtlayabilir; geniş düz yüzeyler ise kalıcı buhar filmleri oluşturabilir. Bu etkiler, tek bir Jominy eğrisinin ortaya koyamayacağı sertlik saçılmalarına neden olabilir.

Bu nedenle, seçilmiş bir uzaklıkta belirli bir Jominy sertliğine sahip bir çeliğe, yalnızca uzaklığa dayanarak garanti edilmiş bir komponent sertliği atanamaz. Eğri, malzemenin bilinen bir soğuma koşulları aralığına nasıl yanıt verdiğini gösterir. Ancak bir komponent konumundaki soğuma hızını belirtmez ve söz konusu konumda Jominy konumundakinin aynısı olan bir mikroyapının oluşacağını da ortaya koymaz.

Laboratuvar yanıtının komponent konumlarıyla ilişkilendirilmesi

Pratik soru “Bu kaliteye ait çeliğin sertliği nedir?” değil, “Bu konum hangi soğuma geçmişini yaşayacak ve çelik bu geçmiş altında hangi sertlik ile mikroyapıyı oluşturacak?” sorusudur. Jominy eğrisi yanıtın bir bölümünü sağlar. Bir komponent değerlendirmesi ise geri kalanını sağlamalıdır.

Mühendisler genellikle kesit geometrisi ve su verme uygulamasından yararlanarak yerel soğuma koşullarını tahmin eder, ardından bu koşulları standartlaştırılmış sertleşebilirlik verileriyle karşılaştırır veya Grossman yaklaşımı gibi bir kesit boyutu yöntemini kullanır. Karşılaştırma, malzeme yanıtı ile proses sonucu arasındaki ayrımı korumalıdır. Jominy verileri birincisini tanımlar; hesaplanan veya ölçülen soğuma yolu ise bunu ikincisine bağlar.

Konumlar ayrı ayrı değerlendirilmelidir. Kalın bir milin yüzeyi büyük ölçüde martenzitik hâle gelecek kadar hızlı soğuyabilirken, merkezi karışık bir yapı ve daha düşük sertlik geliştirebilir. İnce bir gövde, kesiti boyunca sertleşebilir; ancak yakındaki bir göbek sertleşmeyebilir. Bir radyüs, bitişiğindeki gövdeden daha hızlı soğuyabilirken, dişli bir girinti veya kör delik, akışkan hareketi kısıtlandığı için daha yavaş soğuyabilir. Bu tahminleri doğrulamak için sertlik taramaları, metalografik numuneler, termokupllar veya doğrulanmış ısı transferi hesaplamaları gerekebilir.

İlgili konum, spesifikasyon tarafından da tanımlanır. Bir teknik resim; yüzeyde, belirtilen bir derinlikte veya referans kesitin merkezinde sertlik ölçülmesini isteyebilir. Bunlar farklı kabul noktalarıdır. Yalnızca erişilmesi en kolay açık yüzeyin ölçülmesi, yumuşak bir çekirdeği veya yerel olarak aşırı sert bir kenarı gözden kaçırabilir.

Bu nedenle Jominy eğrisi, bir parçanın her konumunun belirli bir sertliğe ulaşacağını garanti eden bir araç değil, karşılaştırmalı bir malzeme yanıtı aracıdır. ASTM A255-20 ve ISO 642:2024, numune geometrisini ve soğutma koşullarını kontrol ederek deneyi tekrarlanabilir hâle getirir. Sonucun sorumlu biçimde uygulanması; bu verilerin komponentin kesit kalınlığı, geometrisi, yüzey durumu, aktarım süresi, su verme ortamı, karıştırma koşulları ve yerel ısıl geçmişiyle ilişkilendirilmesini gerektirir. Bir sertlik sayısı, ancak onu oluşturan soğuma yolu da anlaşıldığında anlam kazanır.

Yaygın Yanlış Yorumlar ve Raporlama Hataları

Sertleşebilirliği sertlikle aynı şey olarak adlandırmak

Sertlik ve sertleşebilirlik ilişkilidir, ancak aynı özellik değildir. Sertlik, bir malzemenin batmaya karşı direncidir ve genellikle Rockwell, Brinell veya Vickers ölçümüyle raporlanır. Sertleşebilirlik ise belirli bir su verme işlemi sırasında çeliğin ne ölçüde ve ne kadar tutarlı biçimde martenzitik veya başka türde sert dönüşüm yapıları geliştirebildiğini açıklar. ASTM A255-20, sertleşebilirliği “çeliğin su verildiğinde sertleşeceği derinlik” olarak tanımlar (ASTM International, 2020). Bu tanım, tek bir konumdan alınan tek bir sertlik sayısını değil, kesit boyunca gösterilen tepkiyi ifade eder.

Bu ayrım önemlidir; çünkü karbon içeriği martenzitin ulaşabileceği sertliği güçlü biçimde etkilerken, alaşım elementleri ve östenit tane boyutu bu martenzitin oluşması için gereken soğutma şiddetini güçlü biçimde etkiler. ASM International, çelik bileşimini ve östenit tane boyutunu sertleşebilirlik üzerindeki başlıca etkiler arasında tanımlar (ASM International, 1990). Yüksek karbonlu bir çelik, su verilen uca yakın bölgede çok yüksek bir sertlik gösterebilir, ancak kısa bir mesafe sonra sertliğini hızla kaybedebilir. Daha düşük karbonlu bir alaşımlı çelik, daha düşük bir azami sertlik gösterebilir, ancak su verilen yüzeyden daha uzakta da kullanışlı bir sertliği koruyabilir. İlk çeliği yalnızca uç sertliği daha yüksek olduğu için “daha sertleşebilir” olarak adlandırmak, sertlik potansiyelini sertleşme derinliğiyle karıştırır.

Aynı hata, bir rapor yalnızca azami değeri verdiğinde de ortaya çıkar. “Jominy sertliği: 62 HRC” ifadesi, su verilen uçtan olan mesafe belirtilmedikçe bir sertleşebilirlik sonucunu tanımlamaz. Mesafe belirtilse bile bu sayı, tepki eğrisi üzerindeki yalnızca tek bir noktadır. Jominy deneyi, su verilen uçtan artan mesafelerde sertliği ölçer ve elde edilen sertlik–mesafe grafiği, Materials Education Foundation tarafından açıklandığı üzere sertleşebilirlik eğrisidir (2024). Eğri, yerel soğutma hızı daha az şiddetli hâle geldikçe çeliğin nasıl tepki verdiğini gösterir.

Bu nedenle, uçtan daha uzakta ölçülen düşük bir değer yorumlanırken karbon içeriği dikkate alınmalıdır. Uca yakın bölgede 60 HRC’den belirli bir mesafede 35 HRC’ye düşüş, orta karbonlu bir çelik için düşük karbonlu bir çelikteki düşüşle aynı anlamı taşımaz. Yorum ayrıca ölçülen bölgenin martenzit, beynit, perlit veya bunların bir karışımını içerip içermediğine ve kullanılan sertlik ölçeğine bağlıdır. Tek bir sertlik değeri, dönüşmüş mikroyapıyı belirleyemez veya gerekli sertliğin korunduğu derinliği ortaya koyamaz.

Su verilen ucun çeliğin tamamını temsil ettiğini varsaymak

Su verilen uç, bir Jominy numunesinin en hızlı soğuyan kısmıdır; çubuğun tamamının temsili bir ortalaması değildir. Standart düzende bir uç su jetiyle temas ederken numunenin geri kalanı havada soğur. Bu durum, numune boyunca sürekli bir soğutma hızı aralığı oluşturur: uçta şiddetli soğutmadan, artan mesafeyle birlikte giderek daha yavaş soğumaya kadar. University of Cambridge bu gradyanı deneyin fiziksel temeli olarak açıklar (2012); University of Illinois prosedürü ise silindirik bir numunenin östenitleme sıcaklığına kadar ısıtılmasını, bir ucun su jetiyle su verilmesini ve artan mesafelerde sertlik ölçülmesini öngörür (2024).

Bu düzenek, ucu kullanışlı kılar, ancak kapsamını sınırlar. Uç, deneydeki en yüksek soğutma şiddeti için bir referans noktası sağlar ve hazırlanan ölçüm izi boyunca genellikle en yüksek sertliği oluşturur. Bununla birlikte, büyük bir üretim kesitinin aynı derinliğe kadar sertleşeceğini kanıtlamaz. Kesit boyutu, parça geometrisi, yüzey durumu, fırın uygulaması, transfer süresi, soğutma ortamının hareketi ve gerçek soğuma geçmişi, Jominy düzeneğinden farklı olabilir. Jominy eğrisi, kontrollü koşullardaki bir malzeme tepkisidir; olası her parça için doğrudan bir sertlik haritası değildir.

Yüksek uç sertliği de derin sertleşebilirliği kanıtlamaz. Çelik, iç kısmı daha yavaş soğuma sırasında daha yumuşak ürünlere dönüşecek olsa bile uç, sert bir yapı oluşturacak kadar hızlı soğuyabilir. Derin sertleşebilirliğin kanıtı, eğrinin biçiminden ve sürekliliğinden gelir: soğutma daha az şiddetli hâle gelirken belirli bir mesafede korunan sertlik. İlgili mesafe belirtilmeli ve gerekli sertlik ölçütü tanımlanmalıdır.

Bunun tersi hata da yaygındır. Uçtan daha uzakta ölçülen düşük sertlik, otomatik olarak çeliğin kalitesinin düşük olduğunu veya deneyin başarısız olduğunu göstermez. Bu durum çeliğin karbon seviyesini, östenit tane boyutunu, alaşım içeriğini, östenitleme işlemini veya o konumda daha yumuşak bir karışımın oluşmasını yansıtabilir. ASM’nin karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklere ilişkin yaklaşımı, sertleşebilirliği su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını yöneten özellik olarak tanımlar (ASM International, 1990). Burada önemli kelime “dağılım”dır: numune boyunca meydana gelen değişim sonuçtur; göz ardı edilmesi gereken istenmeyen bir karmaşıklık değildir.

Bir Jominy eğrisi, yalnızca uygun bir soğuma modeli, kesit boyutu yöntemi veya doğrulanmış bir korelasyonla birleştirildiğinde parça tahminlerini destekleyebilir. Limited evidence

Jominy eğrisi, deney prosedürü kapsamındaki karşılaştırmalı sertleşme tepkisini ortaya koyabilir. Ancak tek başına, yağda, polimerde, gazda veya başka bir ortamda su verilen bir parçanın nihai sertlik profilini belirleyemez. Jominy sonucunu tahmini parça sertliğine dönüştürmek için, geometri ve soğuma hakkındaki varsayımları içeren belirli bir yöntem gerekir.

Bir sonucu standart ve deney koşulları olmadan raporlamak

Deney standardı ve koşulları belirtilmeyen bir Jominy sonucu eksiktir. “10 mm’de Jominy sertliği” ifadesi, raporda numune geometrisi, östenitleme işlemi, su verme düzeni, sertlik yöntemi ve mesafe tanımı da belirtilmedikçe güvenilir bir karşılaştırma için yeterli bilgi sağlamaz.

ASTM A255-20, 1 inç çapında silindirik bir numuneyle gerçekleştirilen uçtan su verme deneyini tanımlar (ASTM International, 2020). ISO 642:2024, 25 mm çapında ve en az 100 mm uzunluğunda bir çelik uçtan su verme deney parçasını tanımlar (International Organization for Standardization, 2024). Bu boyutlar çap bakımından birbirine yakın olsa da, her iki prosedür de Jominy deneyi olarak adlandırılıyor diye birbirinin yerine kullanılamaz. Rapor, yalnızca tek bir prosedür varmış gibi “standart Jominy” ifadesini kullanmak yerine ASTM A255-20 veya ISO 642:2024 gibi geçerli standardı belirtmelidir.

Isıl işlem de raporlanmalıdır. Buna çelik tanımı, numunenin durumu, östenitleme sıcaklığı, bekletme süresi, ilgili durumlarda fırın atmosferi ve su verme işlemine kadar geçen transfer süresi dahildir. Su jeti düzeni, su sıcaklığı veya belirtilen sıcaklık aralığı, nozülün durumu ve su verme süresi soğuma geçmişini etkileyebilir. Deney belirtilen standarttan sapıyorsa, bu sapma sonuç bölümünde yer almalıdır.

Sertlik verileri de aynı ölçüde kesinlik gerektirir. Ölçümlerin HRC, HRB, HBW, HV veya başka bir ölçekle verildiği belirtilmeli; gerekli olduğunda cihaz veya yöntem tanımlanmalı ve sertlik izinin aralığı ile hazırlanma biçimi kaydedilmelidir. “Uçtan 10 mm” ifadesi, numune üzerindeki belirsiz bir konumu değil, su verilen yüzden itibaren belirtilen yüzey boyunca ölçülen mesafeyi ifade etmelidir. Bir standart belirli bir taşlama payı, düz yüzey veya ölçüm çizgisi tanımlıyorsa bu ayrıntı korunmalıdır.

Son olarak yalnızca en yüksek değeri değil, tam eğriyi veya tek tek mesafe–sertlik çiftlerini raporlayın. Mevcut olduğunda numune kimliğini ve çeliğin kimyasal bileşimini veya kalite tanımını ekleyin. Savunulabilir bir ifade şu şekilde olabilir: “Jominy uçtan su verme sertleşebilirliği, 1 inç çapında bir numune üzerinde ASTM A255-20’ye göre test edilmiş; numune belirtilen sıcaklıkta östenitlenmiş, bir ucundan su verilmiş ve standart mesafelerde HRC cinsinden ölçülmüştür.” Bu koşullar olmadan sayı, sertleşebilirliğe anlam kazandıran soğuma geçmişinden kopuk bir sertlik gözleminden ibarettir.

Sertleşebilirlik Sonucunun Nasıl Belirtileceği ve Belgeleneceği

Bir sertleşebilirlik sonucu; çelik, numune, ısıl çevrim, su verme, ölçüm yöntemi ve raporlama biçimi birlikte tanımlandığında anlamlıdır. Bu bilgiler olmadan verilen bir sertlik sayısı, yalnızca ölçülen tek bir koşulu tanımlar; çeliğin ne kadar derinliğe veya ne ölçüde homojen olarak sertleşebileceğini ortaya koymaz. ASTM A255-20, sertleşebilirliği çeliğin su verildiğinde sertleştiği derinlik olarak tanımlarken, karbonlu ve düşük alaşımlı çelikler hakkındaki ASM bölümü bunu, su verme sonucunda oluşan sertliğin derinliğini ve dağılımını belirleyen özellik olarak açıklar. Bu nedenle kayıt, yalnızca su verilen uca yakın elde edilen en yüksek değeri değil, eksiksiz deney geçmişini korumalıdır.

Gerekli Malzeme ve Isıl İşlem Kimliği

Malzeme tanımıyla, satın alma belgesinde, malzeme sertifikasında veya geçerli spesifikasyonda tam olarak yer aldığı biçimiyle başlayın. Kaliteyi, standardı, ergitme veya döküm numarasını, ürün biçimini ve numune kimliğini kaydedin. Örneğin, geçerli gereklilik ASTM A193/A193M Grade B7, EN 10083-3:2006 42CrMo4 veya belirtilmiş başka bir tanım olarak yazılmışsa yalnızca “AISI 4140” ifadesi yetersiz kalabilir. Resmî tanımı atölye kısaltmasıyla değiştirmeyin. Malzeme deneyden önce normalize edilmiş, tavlanmış, dövülmüş, haddelenmiş veya başka bir işleme tabi tutulmuşsa bu durumu belirtin ve ilgili önceki ısıl işlemleri tanımlayın.

Ergitme numarası özellikle önemlidir; çünkü sertleşebilirlik bileşime ve önceki metalürjik geçmişe bağlıdır. ASM International, çelik bileşimini ve östenit tane boyutunu sertleşebilirliği etkileyen başlıca faktörler olarak tanımlar. Bu nedenle rapor, Jominy numunesini, mevcut olduğu durumlarda kimyasal analiz veya sertifikalı ergitme kaydıyla ilişkilendirmelidir; buna, geçerli spesifikasyonun kontrol ettiği karbon ve alaşım elementleri de dâhildir. Tane boyutu ölçülmüşse yöntemi ve sonucu kaydedin; ölçülmemişse östenit tane yapısının bilindiğini ima etmeyin.

Yorumlamayı etkilediği durumlarda numunenin yönelimini ve ürün içindeki konumunu tanımlayın. Bir çubuğun merkezi, yüzey numunesi, dövülmüş kesit ve haddelenmiş kesit aynı ısıl veya deformasyon geçmişini temsil etmeyebilir. Numunenin tedarik edilen üründen doğrudan işlenip işlenmediğini veya aynı ergitmeden ayrı olarak üretilip üretilmediğini kaydedin.

Östenitleme kaydı; fırını veya ısıtma yöntemini, hedef sıcaklığı, gerçek sıcaklık aralığını, bekletme süresini ve bekletme süresinin dayanağını (örneğin numunenin sıcaklığa ulaşmasından sonra geçen süre) belirtmelidir. Kullanılan fırın atmosferini veya korumayı da belirtin; çünkü oksidasyon, dekarbürizasyon ve karbürizasyon sertlik profilini değiştirebilir. Numunenin önceden ısıtılmış fırına mı yüklendiğini yoksa fırınla birlikte mi ısıtıldığını kaydedin ve görülebilir tufal veya yüzey hasarını not edin. Bu ayrıntılar, küçük bir dekarbürize tabakanın ilk sertlik okumalarını bozabileceği su verilen uçta önem taşır.

Standart, Geometri ve Su Verme Ayrıntıları

Her raporda deney standardını ve baskısını belirtin. ASTM A255-20, 1 inç çapında silindirik numune kullanılarak gerçekleştirilen nicel uçtan su verme veya Jominy deneyini tanımlar. ISO 642:2024, çapı 25 mm ve uzunluğu en az 100 mm olan çelik bir uçtan su verme deney parçasını tanımlar. Bu tanımlar pratik boyut bakımından birbirine yakın olsa da birbirinin yerine kullanılabilecek talimatlar değildir. Rapor, çalışmanın ASTM A255-20, ISO 642:2024 veya bunlardan türetilmiş bir müşteri ya da ulusal prosedüre göre yürütülüp yürütülmediğini belirtmelidir.

Çap, uzunluk, uç hazırlığı, pahlar ve su verilen yüzeyin durumu dâhil olmak üzere, numune boyutlarını fiilen ölçüldüğü şekliyle kaydedin. Boyutlar belirtilen standarttan farklıysa, sonucu standarda uygun olarak sunmadan önce sapmayı belgelendirin. Rapor ayrıca numune numarasını belirtmeli ve birden fazla parça deney edilmişse her eğriyi birbirinden ayırmalıdır; eğrilerin farkına varılmadan ortalaması alınmamalıdır.

Soğuma geçmişinin yeniden oluşturulabilmesi için su verme düzeni yeterli ayrıntıyla açıklanmalıdır. University of Illinois prosedüründe silindirik numune östenitleme sıcaklığına ısıtılır ve bir ucu su jetiyle suya verilir. University of Cambridge, bu düzenin neden yararlı bir profil oluşturduğunu açıklar: su verilen uç hızla soğurken çubuğun geri kalanı havada soğur ve çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızı aralığı oluşur. Hangi ucun suya verildiğini, numunenin nasıl desteklendiğini ve su kaynağını ve durumunu belirtin. Jet sıcaklığını, belirtilmişse nozul veya orifis bilgilerini, su basıncını veya debisini, jet hizalamasını ve nozul ile numune ucu arasındaki mesafeyi kaydedin. Ayrıca fırından çıkarma ile su verme işleminin başlatılması arasındaki süreyi de kaydedin.

Sonucu yalnızca “su verilmiş” olarak tanımlamayın. Su sıcaklığı, debi kararlılığı, jet şekli, numunenin konumu ve transfer gecikmesi soğuma tepkisini değiştirebilir. Rapor, düzenin deneyden önce kontrol edilip edilmediğini ve herhangi bir kesinti, sıçrama, hizasızlık veya olağandışı soğuma olayının meydana gelip gelmediğini belirtmelidir. Bir sapma otomatik olarak deneyin geçersiz olduğu anlamına gelmez; ancak sonucu değerlendiren herkes tarafından görülebilmelidir.

Isıl çevrim ve su verme kaydı, benzersiz bir deney numarası aracılığıyla malzeme kimliğiyle ilişkilendirilmelidir. Bu bağlantı, sonuçlar bir elektronik tabloya veya sertifikaya kopyalandığında bir eğrinin ısıl işlem koşullarından ayrılmasını önler.

Sertlik Verileri, Eğrinin Sunumu ve İzlenebilirlik

Su verme işleminden sonra sertlik yöntemini, skalayı, cihazı, indenterı, yükü, kalibrasyon durumunu ve deney yüzeyinin hazırlanmasını tanımlayın. Rapor, okumaların Rockwell C, Rockwell B, Vickers veya izin verilen başka bir skalada alınıp alınmadığını belirtmelidir; tek başına “sertlik” ifadesi eksiktir. Özellikle sonuçlar kabul amacıyla kullanıldığında cihaz kimliğini ve doğrulama durumunu kaydedin.

Jominy yöntemi, su verilen uçtan artan mesafelerde sertliği ölçer. Materials Education Foundation, mesafeye bağlı bu tepkiyi çeliğin sertleşebilirliğinin belirlenmesinin temeli olarak tanımlar. Sıfır mesafe için referans noktasını, ölçüm tarafındaki yüzey hazırlığını ve her ölçüm konumunu belirtin. Mesafeler birimleriyle birlikte verilmeli ve genel bir şablondan çıkarılmak yerine ölçüldüğü şekliyle raporlanmalıdır. Deneyden önce yüzey taşlanmış veya işlenmişse kaldırılan miktarı ve hazırlama yönünü kaydedin.

Herhangi bir yumuşatılmış veya uydurulmuş eğriden önce ham okumaları bir tabloda sunun. Yararlı bir tablo; numune numarasını, su verilen uçtan mesafeyi, sertlik değerini, sertlik skalasını, tekrarlı okumaları, hesaplanmışsa ortalamayı ve açıklamaları içerir. Karşılıklı taraflar veya birden fazla iz ölçülmüşse her izi tanımlayın. Yalnızca ortalama değeri bildirerek saçılmayı gizlemeyin. Bir eğri, düşey eksende sertliği ve yatay eksende su verilen uçtan mesafeyi göstermeli; başlıkta birimler, skala, numune kimliği, deney standardı ve sertlik skalası yer almalıdır. İnterpolasyon, eğri uydurma veya sertlik skalaları arasında dönüşüm kullanılmışsa yöntemi belirtin ve özgün okumaları koruyun.

Eğri, belgelendirilmiş uçtan su verme geçmişinin oluşturduğu sertlik tepkisini gösterir. Tek başına belirli bir üretim parçasındaki sertliği ortaya koymaz, belirli bir mikroyapıyı garanti etmez veya farklı bir su verme, kesit boyutu ya da temperleme işleminden sonraki performansı öngörmez. Bileşim, östenit tane boyutu, numune geometrisi, transfer süresi ve su verme koşulları yorumlamayı etkiler. Tek bir sertlik değeri, su verilen uçtan alınmış olsa bile, mesafe-sertlik kaydının yerini tutamaz.

Son olarak kabul kriterini, ölçülen sonuçtan ayrı olarak tanımlayın. ASTM A255-20 ve ISO 642:2024 deney çerçeveleri sağlar; bir eğrinin veya tablolanmış değerin geçip geçmediğini geçerli malzeme spesifikasyonu, teknik resim, satın alma gerekliliği veya müşteri belgesi belirler. Uygulanabildiği durumlarda rapor, bu gerekliliği ve revizyonunu aynen belirtmelidir. Herhangi bir kabul sınırı belirtilmemişse sonucun betimleyici olduğunu ifade edin ve asgari sertlik, azami mesafe, kalite sıralaması veya geçti/kaldı sonucu uydurmayın. Özgün cihaz dosyasını, kalibrasyon kaydını, ısıl işlem günlüğünü, ilgili durumlarda numune fotoğraflarını, ham tabloyu, çizilmiş eğriyi, operatör kimliğini, deney tarihini ve sapmaları aynı izlenebilir deney numarası altında saklayın.

Jominy Yönteminin Sınırları

Jominy uçtan su verme testi, kontrollü bir karşılaştırmadır; her türlü su verme işleminin küçültülmüş bir versiyonu değildir. ASTM A255-20, sertleşebilirliği “çelik su verildiğinde sertleşen derinlik” olarak tanımlar ve nicel uçtan su verme testi için 1 inç çapında silindirik bir numune öngörür (ASTM International, 2020). ISO 642:2024 ise 25 mm çapında ve en az 100 mm uzunluğunda bir deney parçası tanımlar (International Organization for Standardization, 2024). Bu boyutlar, östenitleme işlemi, su jeti düzeni ve sertlik ölçüm prosedürü, sonucun bir parçasıdır. Bunları değiştirirseniz yanıt da değişebilir.

Dolayısıyla bir Jominy eğrisi, belirli bir soruyu yanıtlar: belirli bir ısıl geçmişten sonra standart bir numunenin bir ucundan olan mesafeye bağlı olarak sertlik nasıl değişir? Bu eğri, bir çeliğin “ne kadar sert” olduğuna ilişkin tek ve geometriden bağımsız bir sayı vermez. Ayrıca üretim parçasının aynı sertlik profilini geliştireceğini de garanti etmez.

Tek boyutlu soğutmanın temsil edebilecekleri

Test, silindirik numunenin belirtilen östenitleme sıcaklığına ısıtılmasıyla başlar. Daha sonra çubuğun geri kalanı havada soğurken bir ucu su jetiyle su verilir. University of Illinois bu sıralamayı testin temeli olarak açıklar (University of Illinois Materials Technology and Innovation Laboratory, 2024); University of Cambridge ise bunun çubuk boyunca sürekli bir soğuma hızları aralığı oluşturduğunu açıklar (University of Cambridge, 2012). Su verilen uca yakın bölgede ısı hızla uzaklaştırılır. Daha uzakta ise ısının soğutulan uca doğru iletilmesi ve açık yüzeyden dışarı atılması gerekir; bu nedenle soğuma hızı kademeli olarak azalır.

Bu düzenek yararlıdır, çünkü tek bir numune birçok soğutma şiddetini örnekler. Elde edilen sertlik-mesafe eğrisi, bir kalite sınıfının su verilen uçtan daha uzakta martensitik sertliği koruyup korumadığını gösterebilir; bu bölgelerde beynit veya ferrit ve perlit gibi dönüşüm ürünlerinin oluşma olasılığı artar. Ayrıca tek bir sertlik okuması yerine yanıtın dağılımını gösterir. Bu nedenle uzak bir konumdaki düşük sertlik, çeliğin su verme öncesinde “yumuşak” olduğunun kanıtı olarak yorumlanamaz; yerel soğuma hızının difüzyon kontrollü dönüşümü bastırmak için yetersiz olduğunu gösterebilir.

Tek boyutlu ısıl alan bir yaklaşımdır. Gerçek bir bileşen çeşitli yüzeyler üzerinden soğur; köşeler, delikler, kademeler, kama yuvaları veya temas arayüzleri içerebilir ve yönelime bağlı olarak değişen bir karıştırma etkisine maruz kalabilir. Yüzeyi dönüşmeye başlamışken merkez bölgesi sıcaklığını koruyabilir. Isı akışı radyal, eksenel veya belirgin ölçüde üç boyutlu olabilir. Jominy çubuğunda bu bileşene özgü sınır koşullarının hiçbiri bulunmaz.

Test, yağ, polimer, salamura, gaz veya kesintili su verme işlemlerinin kesin soğuma geçmişini de yeniden üretmez. Bir uca yöneltilen su jeti belirli bir sınır koşulu oluşturur; bu, bir tankın, püskürtme sisteminin, basınçlı gazın veya kademeli su verme işleminin evrensel bir ikamesi değildir. Prosedür sabit tutulduğunda eğri; ergitmelerin, bileşimlerin ve östenit tane koşullarının karşılaştırılmasını sağlayabilir, ancak çubuk boyunca olan mesafeyi doğrudan bir bileşen konumuna dönüştürmek için ısıl analiz veya doğrulanmış bir korelasyon gerekir.

Bileşim ve östenit tane boyutu büyük önem taşır. ASM, her ikisini de sertleşebilirlik üzerindeki başlıca etkiler arasında tanımlar (ASM International, 1990). Buna bağlı olarak Jominy sonucu; numunenin önceki işleminden, östenitleme sırasındaki tane büyümesinden ve çeliğin gerçek kimyasal bileşiminden de etkilenir. Tek başına kalite sınıfı tanımı bu değişkenleri ortadan kaldırmaz.

Hazırlama ve ölçüme duyarlılık

Jominy yöntemi, basit görünen bir testte birçok metalurjik kararı bir araya getirir. Numunenin belirtilen boyutlara ve yüzey koşuluna sahip olması, homojen biçimde ısıtılması, amaçlanan östenitik duruma ulaşması ve su verme düzeneğine hızla aktarılması gerekir. Gecikmeler, dekarbürizasyon, oksidasyon, yanlış fırın sıcaklığı veya değiştirilmiş bekletme süresi, su jeti daha başlamadan önce dönüşüm yanıtını değiştirebilir.

Su verme sonrasındaki yüzey hazırlığı da aynı ölçüde önemlidir. Sertlik okumaları normal olarak su verilen uçtan artan mesafelerde, hazırlanmış düz bir yüzey veya işlenmiş bir iz üzerinde alınır. Taşlama yüzeyi aşırı ısıtırsa, tufal kalırsa veya iz, önceki bir baskıya ya da kenara çok yakın yerleştirilirse ölçülen değer alttaki çeliği temsil etmeyebilir. Ölçüm yöntemi de önemlidir: Rockwell, Vickers veya başka bir skala, standardın gerekleri ve geçerli dönüşüm sınırları dikkate alınmadan gelişigüzel biçimde birbirinin yerine kullanılamaz.

Küçük hatalar, eğrinin dik bir bölümünün yakınında özellikle belirgin hâle gelir. Mesafedeki küçük bir hata, bir sertlik değerinin yanlış soğuma konumuyla ilişkilendirilmesine neden olabilir; baskı ölçümlerindeki saçılma ise neredeyse yatay bir bölgenin eğimli görünmesine yol açabilir. Yalnızca en yüksek sertliği veya yalnızca tek bir mesafedeki değeri raporlamak, yöntemi yararlı kılan dağılım bilgisini göz ardı eder. Materials Education Foundation, testi sertleşebilirliği belirlemek amacıyla su verilen uçtan artan mesafelerde sertlik ölçümü olarak tanımlar (Materials Education Foundation, 2024). Çoklu okumalar isteğe bağlı bir süsleme değildir; bunlar kanıtın kendisidir.

Bir eğrinin ayrıca bağlama ihtiyacı vardır. Raporda kullanılan standart, numune boyutları, östenitleme koşulları, su verme ortamı ve düzeni, sertlik skalası, ölçüm konumları ve prosedürden olası sapmalar belirtilmelidir. ASTM A255-20 kapsamında elde edilmiş bir eğriyi ISO 642:2024 kapsamında elde edilmiş bir eğriyle karşılaştırmak, ancak ilgili koşulların ve raporlama kurallarının eşdeğer olduğu doğrulandıktan sonra makul olabilir. Bu bilgiler olmadan “Jominy değeri” ifadesi eksiktir.

Başka bir değerlendirme yöntemine ihtiyaç duyulduğunda

Mühendislik sorusu çeliğin sertleşebilirliği ile su verme şiddeti arasındaki etkileşimle ilgili olduğunda Grossman analizi uygundur. Bu analiz, belirli bir geometride sertliği veya dönüşmüş derinliği tahmin etmek için çeliğin içsel yanıtını, çoğunlukla $H$ faktörüyle ifade edilen belirli bir su verme ortamının soğutma şiddetiyle birleştirir. Jominy eğrisi, kendi numunesi boyunca gerçekleşen yanıtı tanımlar; Grossman analizi ise su verme işlemi ve geometriye ilişkin bir model ekler. Bununla birlikte Jominy sonucunu bir üretim parçasının doğrudan ölçümüne dönüştürmez.

Havada sertleşebilirlik testi farklı bir sorunu ele alır. Durgun veya zorlanmış havada sertleşmesi amaçlanan çeliklerde hava soğutma testi, bu soğuma yolu sonucunda oluşan sertlik ve mikroyapıyı gösterebilir. Numune farklı bir ısıl geçmiş ve yüzey ısı transferi koşulu yaşadığından, bu testin çıktısı suyla yapılan uçtan su verme eğrisiyle birbirinin yerine kullanılamaz. Seçim, gerçek prosese göre yapılmalıdır.

Fırın yüklemesi, aktarım süresi, karıştırma, maskeleme, fikstürler, distorsiyon kontrolü veya su verme işleminin kesintiye uğraması sonucu etkileyebiliyorsa proses denemeleri gerekli hâle gelir. Temsili parçalarla yapılan bir deneme, standart bir çubuğun gösteremeyeceği etkileri ortaya çıkarabilir. Bununla birlikte sertlik, tasarım gerekliliğiyle ilişkili konumlarda ölçülmelidir; ayrıca martensiti beynit, ferrit, perlit veya temperlenmiş yapılardan ayırt etmek için metalografik inceleme gerekebilir.

Kritik bileşenlerde kalifikasyon bileşene özgü olmalıdır. Bir krank mili, dişli, mil veya kalın levha; termokupllar, sertlik taramaları, mikroyapı kontrolleri, artık gerilme veya distorsiyon ölçümleri ve üretimi temsil eden tekrarlı su verme işlemleri gerektirebilir. Jominy testi, ortak bir prosedür kapsamında çelikleri karşılaştırmak için değerini korur; ancak bu test, standartlaştırılmış bir yanıta ilişkin kanıttır — doğrulama gerekliliğinden muafiyet değildir.

Kaynaklar

1. [1]ASTM International. Standard Test Methods for Determining Hardenability of Steel. ASTM International standard, 2020. https://store.astm.org/a0255-20.html