Kriyojenik, Yunanca Kryos (soğuk ) ve Genes (doğum ) kelimelerinden türetilmiştir. Cryogenics Society of America, ‘ya göre kriyojenik sıcaklıklar 120K (-244F, -153C) altındaki sıcaklıklar olarak tanımlanır. Kriyojenik işlem ise, muamele sırasında meydana gelen morfolojik değişiklikler yoluyla servis ömrünü arttırmak için sıfırın altındaki sıcaklıklara (0 ° C’nin altında) bir malzeme gönderme işlemidir.
Önceleri havacılık uygulamaları için geliştirilmiş olan kriyojenik işlem, daha sonraları metallerin özelliklerini geliştirmek için 30 yılı aşkın bir süredir kullanılır hale gelmiştir.
Termodinamik yasalarına göre; mutlak sıfır olarak bilinen en düşük sıcaklık için bir sınır vardır. Moleküller mutlak sıfırda en düşük fakat sonlu enerji durumlarındadır. Mutlak sıfır, mutlak veya termodinamik sıcaklık ölçeğinin sıfırdır. -273.15 oC veya –459.67 oF’ye eşittir.
Kelvin ölçeği açısından, kriyojenik bölge genellikle yaklaşık 120 K (-153oC) altındaki bölge olarak kabul edilir. Ortak kalıcı gazlar, normal kaynama noktası (NBP) adı verilen aşağıdaki tabloda gösterilen sıcaklıklarda atmosfer basıncında gazdan sıvıya daha önce değişir. Bu tür sıvılar, kriyojenik sıvılar veya kriyojenler olarak bilinir.
| Kriyojenik | K | C | R | F |
| Metan | 111.7 | – 161.50 | 201.1 | -258.60 |
| Oksijen | 90.2 | -183.00 | 162.4 | -297.30 |
| Nitrojen | 77.4 | -195.80 | 139.3 | -320.40 |
| Hidrojen | 20.3 | -252.90 | 36.5 | -423.20 |
| Helyum | 4.2 | -269.00 | 7.6 | -452.10 |
| Mutlak Sıfır | 0.0 | -273.15 | 0.0 | -459.67 |
Takım Çeliklerinin Kriyojenik Prosesi Nasıl Olmalıdır?
Takım çeliklerinden üretilen kalıplardan istenen maksimum performansı elde etmek için özenli ısıl işlem adımlarına ihtiyaç duyulmaktadır.Özellikle yüksek krom içeren soğuk iş takım çeliklerine uygulanan kriyojenik işlem kalıp performansını önemli oranda artırmaktadır.
1937 yıllarında Gulyaeue tarafından, Kriyojenik işlem, yüksek hız çeliklerin sertleştirilmesi için kullanılmıştır. Ancak günümüzde ısıl işlem adımlarında fazla konu edilmemesine rağmen Kriyojenik işlem, kalıp performansında da önemli ölçüde artışlar sağlamaktadır.
Takım çelikleri ya da diğer metaller olsun, bir metal alaşımının özellikleri mikroyapısına bağlıdır. Soğuk iş takım çeliklerinde kriyojenik işlem nedeniyle meydana gelen kalıp performansındaki artış, doğrudan mikroyapı ile ilgilidir.
Soğuk iş takım çeliklerinin sertleştirilmesi sonrasında yapıda kalan kalıntıların, östenitin çelik özellikleri bakımından değişik etkileri söz konusudur.
Kalıntı östenitin takım çeliklerinde meydana getirdiği negatif özellikler şunlardır.
• Basma, akma ve maksimum mukavemetlerini azaltır
• Malzemenin yük taşıma kapasitesini düşürür
• Sertliği, aşınma ve çentik direncini azaltır.
• Taşlama işlemlerinde yanmaya ve ısı kontrolüne karşı duyarlılığı arttırır.
• Dişliler, yataklar ve ölçü aletleri kalıntı östenitin izotermal olarak dönüşebileceği sıcaklıklara maruz kalırlarsa servis sırasında istenmeyen boyut büyümelerine neden olabilirler.
Bunların dışında belirli orandaki kalıntı östenitin pozitif etkileri de vardır.
DIN 1.2379 normlu soğuk iş takım çeliğinde kalıntı östenitin giderilmesi amacı ile yüksek sıcaklıkta temperleme işlemi uygulanmaktadır. Böylece tel erezyonda oluşabilecek olası çatlamaların önüne geçilmektedir. Ancak bu yöntem kriyojenik işlem in sağladığı üstün özellikleri sağlamamaktadır.
Kriyojenik işlem sayesinde kalıntı östenit oda sıcaklığının altında martenzite dönüşür. Bunun dışında en önemli farklılık kriyojenik işlem sayesinde daha yoğun bir mikroyapı meydana gelir.
Ayrıca yapılan laboratuvar çalışmaları sonucunda:
• Kalıplardaki tokluk dayanımının ve aşınma direncinin arttığı gözlemlenmiştir.
• DIN 1.2379 normlu malzeme için kalıp ömrünün %600 arttığı tespit edilmiştir.
• Kesme bıçakları ile ilgili yapılan bir çalışmada; aşınma ömrü bakımından kriyojenik
temperlemeye uygulanan bıçağın çok daha fazla uzun ömürlü olduğu belirlenmiştir.
Ayrıca kriyojenik temperleme sayesinde metallerin titreşimi karakteristiğinde oluşan değişiklik ve elektrik rezistansında ortay çıkan azalma, değişik uygulamalar bakımından kriyojenik temperlemeyi daha uygun hale getirmiştir.
Sonuç olarak kriyojenik işlem özellikle yüksek kromlu soğuk iş takım çeliklerinde kesinlikle uygulanması gereken bir işlemdir. Böylece malzeme ömrü en az 4 kat artmaktadır.
