Isıl işlem İngilizcede Heat Treatment olarak ifade edilmektedir. Anlam bakımından ise metallerin mekanik özelliklerini yani aslında sertlik, mukavemet ve benzeri durumları geliştirmek amacıyla uygulanan işlemlerin genel ismi olmaktadır. Bu açıdan da temelde metalurjik bir işlem türü olarak değerlendirilebilmektedir.
Isıl işlem genel kapsamda, metalleri belirli bir sıcaklıkta tavlayarak yapılarını arzu edilen faza getirmek amacıyla yapılmaktadır. Daha sonrasında ise metal ani bir şekilde soğutulmaktadır. Bu sayede de granüller oda sıcaklığında termodinamik bakımdan denge fazı (phase) olmayan bir faza hapsedilmiş olmaktadır. Bu faz genellikle malzemenin daha üstün mekanik özellikler gösterdiği bir faz olarak değerlendirilmektedir.
Isıl işlem teorik manada çok bilinmiyor olmasına rağmen sanayi devriminin öncelerinde de pratikte bilinen ve uygulanan bir işlemdir. Örneğin, demircilerin kılıçları sağlamlaştırmak amacıyla demiri ya da çeliği dövmesinin ardından suya daldırarak ani bir şekilde soğutması basit bir ısıl işlem yapısına sahip olmaktadır. Benzer uygulamalar çeşitli metal araçların keskinleştirilmesi, sertleştirilmesi veya aşınmaya karşı direncinin yükseltilmesi için de kullanılmıştır.
Çeliklere uygulanan temel ısıl işlemler iç yapının dönüşümüyle ilgilidir. Dönüşüm ürünlerinin çeşidi, bileşimi ve metalografik yapısı çeliğin fiziksel ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Bir çeliğin fiziksel ve mekanik özellikleri içerdiği dönüşüm ürünlerinin türüne, miktarına ve metalografik yapısına bağlıdır.
Isıl işlem bazı mekanik özellikleri iyileştirirken bazılarını da kötüleştirebilmektedir. Bu anlamda kullanım alanı için en uygun noktayı bulmak çok önemli olmaktadır. Isıl işlem sırasında; sıcaklık, zaman ve atmosferin eş zamanlı kontrolü ile en uygun şartların oluşması sağlanarak istenilen nitelikteki malzeme üretilebilmektedir.
Isıl İşlem Teknikleri
Tavlama
Bir malzemenin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin değiştirilerek sertliğini azaltan ve işlenebilir hale getiren ısıl işlem tavlama olarak adlandırılır. Bir malzemenin yeniden kristalleşme sıcağının üzerinde ısıtılması ve bu sıcaklığın bir süre korunması, ardından soğutulması işlemleri söz konusudur. Şekillendirme uygulamaları (haddeleme, soğuk şekil verme ve dövme) sonrası metaller tavlama işlemine ihtiyaç duymaktadır.
Karbürizasyon
Karbonizasyon işlemi metallerin yüzey özelliklerini yükseltmek için tercih edilen bir ısıl işlem tekniği olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu teknik ile metal karbon açısından zengin bir ortamda karbon elementlerinin metalin yüzeyinden difüzyon aracılığıyla geçebileceği bir sıcaklıkta tutulmakta ya da bekletilmektedir. İşlem süresi istenilen efektif sertlik derinliğine göre değişlik gösterebilmektedir.
Sertleştirme
Sertleştirme işlemi malzemenin daha önceden tespit edilmiş sertleştirme sıcaklarına kadar tavlanması daha sonra ise soğutulması ve sert dokunun kullanılmaya hazır hale getirilmesidir. Sertleştirme işleminde malzemenin mümkün olduğunca en yüksek sertlik derecesi ve yüksek dirence sahip olması arzu edilmektedir.