Elementlerin çeliğe etkisi

ELEMENTLERİN ÇELİĞE ETKİSİ

Ham demirin içerisinde bulunan %4 ağırlıktaki karbonun çeşitli yöntemlerle %2’nin altına düşürülmesiyle çelikler elde edilir. Çelikler içlerinde %0.1<C<%2 oranında karbon içerirler. Çelikler içerisindeki karbon bileşimine göre farklı özellikler gösterirler. Az karbonlu çelikler genel amaçlar için kullanılan en ucuz çelik türüdür. Sünekliği yüksektir, kolay işlenir ve su verme ile sertleşmez. Orta karbonlu çelikler genellikle daha yüksek mukavemetli olup su verme ile sertleşebilirler. Yüksek karbonlu çelikler çok sert olup işlenmesi zordur. Genellikle takım ve kalıp üretimine elverişlidir. Çeliğin bünyesinde karbonun haricinde çeşitli alaşım elementlerinden belirli oranlarda katarak daha yüksek dayanımlara ve sıcağa, soğuğa, korozyona daha dayanıklı yapılar elde edilebilir. Örneğin belirli bir karbon bileşiminde çelik göz önüne alındığında katılan alaşım elementlerinden kromun çeliğe sertlik, nikel ve manganezin ise tokluk kazandırdığı bilinmektedir.
Kromun çeliğe sertlik ve aşınma dayanımı kazandırdığı söylenirken şüphesiz %2 C ve %12 Cr’lu takım çeliği göz önünde tutulmuştur. Çünkü bu çelik sertleştirme işleminden sonra gerçekten sert ve aşınmaya dayanıklı bir yapıdadır. Bununla beraber eğer %0.10 C ve %12 Cr‘lu çelik seçilirse elde edilen sertlik çok yüksek olmaz.
Aynı şekilde manganez. % 13 oranında katıldığında çeliğe tokluk kazandırır (Hadfield çeliği).%1 ile %5 oranında kullanıldığında çeliğin özelliklerine değişken bir etki gösterir. Bu durumda Çeliğin tokluğu ya azalır yada artar.
Alaşım elementleri çeliğin farklı bir iç yapıya ulaşmasını sağlayarak pratikte istenilen çekme mukavemeti, akma sınırı, çentik darbe sünekliği, gibi mekanik özellikler ile kaynak edilebilme kabiliyeti, sertleşme kabiliyeti gibi işlenebilme özelliklerinin iyileştirilmesinde etkili olur. Bir iç yapı genellikle bir ısıl işlem sonucunda elde edilir. Bunun sonucu olarak alaşımlı çeliklerin hemen hemen tamamının ısıl işlemden sonra kullanıldığını söylemek mümkündür.
Alaşım elementlerinin en önemli özelliği belli bir fazın oluşumunu geliştirmek veya onu kararlı hale getirmektir. Bu özelliği veren alaşım elementlerini:
a) Ostenit oluşturucu
b) Ferrit oluşturucu
c) Nitrür oluşturuculardır
Ostenit oluşturucu elementler :
Manganez, nikel, kobalt, azot, çinko bu gruba ait olan elementlerdir. Bu elementler yüksek oranlarda bulunurlarsa, ostenit alanını genişleterek oda sıcaklığına ve daha aşağılara indirirler. Böylece oda sıcaklığında bile kübik yüzey merkezli kristal kafesine sahip olan ostenitik çelikler meydana gelir.
Büyük oranlarda Ni ve Mn, çeliği oda sıcaklığında bile ostenitik halde tutar. Buna en tipik örnek olarak bileşimi (genel olarak) %1 C, % 13 Mn ve %1.2 Cr olan Hadfield çeliği verilebilir. Bu çelikte Mn ile C ostenitin kararlı hale gelmesinde önemli rol oynarlar. Diğer bir örnek %18Cr, %8 Ni ostenitik paslanmaz çeliklerdir. Ostenitik çeliklerin kendine özgü özelikleri vardır. Bunlar:
· En iyi şekil değiştirebilme kabiliyeti. Kübik yüzey merkezli kristal kafesi nedeniyle düşük sıcaklıklarda (-200°C) dahi sünekliklerini kaybetmezler.
· Düşük akma sınırı ve daha yüksek çekme mukavemetine sahiptirler
· Manyetik değildirler ve dönüşüme uğramazlar. Bu nedenle sertleştirme ve normalizasyon mümkün değildir.
· Korozyona dayanıklıdırlar.
Ostenitik yapı :
Yaklaşık olarak %1.2 C ve %12 Mn içeren X120Mn12 Manganez sert çelikleri bu yapıya sahiptir. Su verilmiş durumda üretimden çıktıkları için tamamen ostenitik yani sünek fakat sert olmayan bir yapıya sahiptirler. Çelik böylece kuvvetli olarak soğuk sertleştirilir. Merkez ise değişmez ve sünek kalır. Sürtünme şeklindeki aşınmalara karşı uygun değildir. Sadece basma şeklindeki bölgesel darbelerin çeliği akma sınırına kadar etkilediği durumlar için bu çelik kullanılır. Böyle etkilere maruz kalan yapı parçaları olarak tren yolu makasları ve sert maddeler için çeneli ve darbe
li kırıcıları sayabiliriz. Soğuk sertleştirilmiş tabaka zamanla aşınmasına rağmen devamlı olarak kendini yeniler.
Ferrit oluşturan elementler :
Bu grubun en önemli elementleri Krom (Cr), Silisyum (Si), Molibden (Mo), Vanadyum(V),Titanyum (Ti), ve Alüminyum (Al) ‘dur. Bu alaşım elementlerinin büyük bir kısmı kübik hacim merkezli sistemde kristalleşir. Eğer yüksek oranlarda bulunurlarsa demiri de kübik merkezli olarak kalmaya zorlarlar. Bu çelikler katılaşma sırasında dönüşmeye uğramadan soğudukları için ferritik çelikler olarak adlandırılırlar.
Sadece düşük krom oranlarına sahip çelikler soğuma sırasında kübik yüzey merkezli olabilirler. Ostenit alanının altında tekrar kübik hacim merkezli hale dönerek ferritik olurlar.
Ferritik çeliğe bir örnek olarak transformatör saçlarını malzemesini verebiliriz. Bu malzeme %3 Si içeren düşük karbonlu bir çeliktir.
Ferritik çeliklerin kendine özgü özellikleri vardır.Bunlar: 

· Manyetiklerdir, kısmen kendilerine özgü manyetik özelliklere sahiptirler.
· Isıya dayanıklıdırlar, kısmen yüksek sıcaklığa dayanabilirler (kav oluşmasına rastlanmaz)
· Korozyona dayanıklıdırlar. Ancak bunun için saf ferritik olmaları gerekir.
· Soğuk şekil değiştirmeleri zordur, soğukta gevrek bir yapıya sahiptirler.
· Dönüşmeye uğramazlar, sertleştirme veya normalizasyon işlemlerinin uygulanması mümkün değildir.
Krom ve karbon miktarına bağlı olarak oluşturulan diyagramda çelikler beş bölgeye ayrılmıştır:
Bölge 1: Düşük karbonlu, korozyona dayanıklı yüksek krom miktarında yüksek sıcaklığa dayanıklı, dönüşüm yapmayan
ferritik çeliklerdir.
Kullanım alanları:
X 8 Cr 17 malzeme numarası 4016 olan çelik, mutfak aletlerinin, dükkanlarda kullanılan bağlantı ve kaplamaların yapıldığı korozyona dayanıklı çelikler.
X 10 Cr Al 24, malzeme numarası 4762 olan çelik, yüksek sıcaklığa dayanıklı çelik (yaklaşık 1200°C ‘ye kadar). Alevle doğrudan temasta olan fırın ve kazan parçalarının imalinde kullanılır.
Bölge 2: Daha yüksek karbon miktarlarına sahip olduklarından ıslah edilebilen ve sertleştirilebilen korozyona dayanıklı çeliklerdir.
Kullanım alanları:
X 40 Cr 13, malzeme numarası 4034 olan çelik, suni reçine pres kalıpları, her çeşit bıçaklar ve hadde merdanelerine ait yatakların yapımında kullanılan çeliklerdir.
Bölge 3: Yüksek aşınma ve kesme (makaslama) mukavemetine sahip olan sertleştirme ile kendini çok az çeken çeliklerdir. İç yapı ledeburittir.
Kullanım alanları:
X 120 Cr 12, malzeme numarası 2080 olan çelik, hareketli kesme ve delme aletlerinde kullanılan soğuk işlem çeliklerdir.
Bölge 4: Düşük krom miktarlı sementasyon ve ıslah çelikleridir. Normalizasyon işlemine tabi tutulmuş durumdaki iç yapı ferritik-perlitiktir. Cr burada daha kalın kesitlerde ıslah işlemini malzemenin bütününde gerçekleştirir.
Kullanım alanları:
41 Cr 4 malzeme numarası 7035 olan çelik, DIN 17200 ‘e göre ıslah çeliğidir.
Bölge 5: Perlit üstü yapıda olan düşük alaşımlı takım çelikleridir. Sertleştirme sonrası krom karbürler martenzitik ana kütle içerisine yerleşerek çeliğe iyi bir aşınma mukavemeti ve yeterli derecede aşınma mukavemeti kazandırırlar.
Kullanım alanları:
100 Cr 6, malzeme numarası 3505 olan çelik, ölçü aletleri, spiral matkaplar (deliciler), raybalar ve hadde yataklarının yapımında kullanılır.
Karbürler :
Krom gibi ferrit oluşturan elementler (krom) aynı zamanda karbür yapıcıdırlar. Karbür yapıcıların çoğunluğu da demire bağlı olarak ferrit oluşturucu özelliktedirler. Karbür oluşturan elementlerin karbona olan afiniteleri sırayla aşağıdaki gibidir (soldan sağa artar).
Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr
Bu elementler takım çelikleri için çok önemlidir çünkü sert karbürler oluşturup talaş kaldırmaya ve aşınmaya karşı dirençleri yükselir.
Nitrür oluşturucular :
Tüm karbon oluşturucular aynı zamanda nitrür yapıcı elementlerdir. Azot, çeliğin yüzeyine nitrürleme yoluyla sokulabilir. Farklı alaşım elementlerinin sert nitrürler oluşturarak veya çökelme sertleşmesi yoluyla çeliğin sertliğini arttırma eğilimleri incelendiğinde; Cr, Ti, Mo, Al ve V gibi nitrür oluşturucu elementlerin sertlikte artışa neden olduğu gözlenmiştir. Buna karşılık Ni gibi nitrür oluşturamayan elementlerin sertlikte önemli bir artışa neden olmadığı görülmüştür.
Birden fazla elementin çeliğe etkisi :
Alaşımlı çeliklerin büyük bir kısmı sadece bir tek alaşım elementi değil, iki veya daha fazlasını içerirler. Burada karbon alaşım elementi olarak sayılmaz. Si ve Mn ‘da her çelikte bulunduğu için miktarları % 0.5 Si ve % 0.8 Mn ‘ı geçerse alaşım elementi sayılırlar.
Birden fazla elementin iç yapıya etkisi zannedildiği kadar kolay açıklanamaz. Buna örnek olarak krom-nikel alaşımlarını inceleyelim.
Krom ve nikelin etkileri birbirinin tersidir. Şöyle ki:
Krom (Cr): Karbür oluşturur. Ostenit bölgesini kapalı duruma getirir ve ferritik çelikleri oluşturur.
Nikel (Ni): Katı eriyik oluşturur. Ostenit alanını genişletir ve ostenitik çelikleri oluşturur.
Her iki elementin çelikte bulunması zannedildiği gibi etkileri ortadan kaldırmaz. Aksine krom nikelin etkisini kuvvetlendirir.
Örnek:
X 12 Cr Ni 18 8, malzeme numarası 4300 olan çelik 1912 yılında Krupp tarafından patent bürosuna bildirilmiştir ve bugün birçok firma tarafından çeşitli ticari isimler altında üretilmektedir. (V2A, Nırosta, Remanit ve Novonax gibi.)
Ferritin sertliğine etkileri :
Ferrit içinde katı eriyik oluşturan tüm alaşım elementleri ferritin sertliğine etki ederler. Çeliklerde en çok bulunan alaşım elementlerinden Si ve Mn ferritin sertliğine en fazla etkide bulunan iki elementtir. Cr ise en az etkiyi gösterir. Bu nedenle Cr soğuk işlem görecek çeliklerde kullanılan en uygun alaşım elementidir.
Tane büyümesine etkileri :
Tane büyümesini sınırlandırılmasında en önemli element vanadyumdur. Vanadyumun çelik içinde çok düşük oranlarda (%0.1) kullanımı bile sertleştirme işlemi sırasında tane büyümesini durdurmak için yeterlidir. Bunun nedeni vanadyumun sertleştirme sıcaklıklarında homojen dağılmış karbürler ve nitrürler şeklinde bulunmasıdır. Bu tür karbürleri veya nitrürleri katı eriyik içine alabilmek için yüksek sıcaklığa çıkarmak gerekir. Bu nedenle alışılagelmiş sertleşme sıcaklıklarında vanadyum bileşikleri tane büyümesi için bir engel teşkil ederler. Eğer sıcaklık normalinden daha yüksek değere çıkartılırsa vanadyum bileşikleri çözündürülebilir. Ancak bu durumda çeliğin tane boyutunun büyümesi söz konusu olabilir. Böyle bir özellikte çeliğin mekanik özelliklerinde (darbe mukavemeti başta) düşme görülür. Ti ve Nb da vanadyuma benzer etkiler gösteren iki elementtir. Yüksek hız çeliklerinde ve diğer alaşımlı takım çeliklerinde W, Mo çi
ft karbürleri de VC ve VN ve benzer şekilde tane büyümesini engeller.
Yüzey sertleştirmede kullanılan ince taneli çeliklerin imalinde istenilen etki (sertleştirme) ergimiş metale Al ilavesi ile sağlanır. Bunun için uygulanan pratik yöntem, önce oksijen miktarını belli bir seviyeye indirmek ve sonra çeliğe azot miktarına bağlı olarak Al ilave etmektir. Çelik soğuk iken Al-N partiküllerinin dağılımı sağlanır ve çeliğin normal sertleştirme sıcaklığında tane büyümesi bu partiküller tarafından engellenir.
Ötektoid noktasına etkileri :
Ostenit oluşturucu elementler A1 sıcaklığını düşürücü , ferrit oluşturucu elementler ise yükseltici etki gösterirler. Örneğin % 12 Cr ve % 0.4 C içeren ötektoid bileşiminde bir krom çeliği için ötektoid karbon sıcaklığından daha yüksek ostenitleme sıcaklığı gerekirken % 3 Ni içeren çelik 700°C ‘nin altında ostenitik hale geçer. Bu hususların A1 sıcaklığı civarında kullanılan çelikler için büyük önemi vardır. Ötektoid nokta, % 0.8 C oranında ve 723°C sıcaklıkta oluşur. Örneğin % 5 Cr ‘lu çeliğin ötektoid noktası %0.5 C içeriğindedir. Tüm alaşım elementleri bu noktanın karbon konsantrasyonunu düşürür.
Martenzitin oluştuğu sıcaklığa (Ms) etkisi :
Co dışındaki tüm alaşım elementleri Ms (martenzit dönüşümünün başladığı sıcaklık) ve Mf (martenzit dönüşümünün bittiği sıcaklık ) değerlerini düşürürler. % 0.5 ‘den daha yüksek karbon içeren çeliklerin büyük bir çoğunluğunun Mf ‘i oda sıcaklığının altındadır. Bu durum, çeliklerin sertleştirme sonrası pratik olarak bir miktar dönüşmemiş ostenit içerdikleri anlamına gelir. Aşağıda verilen bağıntıda her bir alaşım elementinin % konsantrasyonunu kullanarak Ms saptanabilir.
Bu bağıntı tüm alaşım elementlerinin ostenit içerisinde çözünmeleri söz konusu olduğunda geçerlidir.
Ms=561-474C-33Mn-17Ni-17Cr-21Mo
Yüksek ve orta alaşımlı çelikler için Stuhlmann, Ms için aşağıdaki bağıntıyı önermektedir.
Ms (°C)=550-350C-40Mn-20Cr-10Mo-17Ni-8W-35V-10Cu+15Co+30Al
Tüm alaşım elementlerinin arasından Ms ‘e en fazla etki eden karbondur.
İzotermal dönüşüm süresinde perlit ve beynit dönüşümüne etkileri :
Co dışındaki bütün alaşım elementleri ferrit ve sementit oluşumunu geciktirirler. TTT diyagramlarında eğrileri sola doğru kaydırırlar. Alaşım elementlerinin dönüşümlere etkilerini formüle edecek bir kuralı saptamak oldukça zordur. Ancak bazı elementlerin diğerlerine oranla beynitik dönüşümleri daha fazla etkiledikleri, diğerlerinin de bu konuda ters davrandıkları kesin olarak tespit edilmiştir.
Belli elementler belirli bir orandan fazla kullanıldıklarında dönüşümleri kesin olmamakla beraber arttırabilirler. Ancak bunların ilave miktarları mevcut diğer alaşım elementleriyle sınırlandırılır. Yüzey sertleştirme işlemi uygulanan çelikler ve takım çelikleri için perlit-beynit dönüşümünün başlaması için geçen süre, karbon miktarı %1 ‘i aştığından azalır. Takım çelikleri ve yapı çeliklerinde Si konsantrasyonu %1.5 ve daha fazla olduğunda perlit dönüşümü hızlanır.
Sade karbonlu çelikler için C miktarında %0.30 ‘dan %1 ‘e kademeli bir artış, ihmal edilebilir bir etki sağlar. Fazla etkiler ancak alaşım elementlerinin kombinasyonuyla sağlanır.
Kaynak kabiliyetine etkisi :
Bir çeliğin ergitme kaynağına uygun olması, büyük ölçüde içerdiği karbon miktarına bağlıdır. Ayrıca alaşım elementleri de mevcut ise kaynak dikişinin soğuması sırasında havanın ve parçanın soğuk kısımlarının etkisi ile sertleşme yani kaynak bölgesinde kısmen martenzit oluşur. Bundan dolayı gevrekleşen malzeme, soğuma sırasında oluşan kendini çekme sonucu çatlar.
Bileşimdeki alaşım elementlerinin aynı şekilde etki eden bir eşdeğer karbon miktarı şeklinde hesaplanır. Bu hesaplama için deneysel yollarla bulunmuş karbon eşdeğeri formüllerinden yararlanılır. Örneğin:
Ceş=C+MN/6+Cr/5+Ni/15+Mo/7 % ‘de oranı
Karbon eşdeğeri bir nevi kabul edilen miktarı olarak düşünülebilir. Bu değere göre çelikler aşağıdaki gibi sınıflandırılır:
Ceş < % 0.45 ise İyi kaynak edilir
Ceş < % 0.6 ise Şartlı kaynak edilir
Ceş > % 0.6 ise Zor kaynak edilir
Şartlı kaynak edilebilmenin anlamı, malzemenin ancak ön ısıtma veya tamamlayıcı bir ısıl işlem gibi belirli şartlar altında kaynak edilebilmesidir.
Zor kaynak edilebilir çelikler ostenitik elektrodlar (Cr-Ni-Mn alaşımlı çelik) ile kaynak edilebilir. Kaynak metali bu malzemeden meydana geleceğinden sertleşmez ve akma sınırı düşük olur. Soğuma sırasında oluşan kendini çekmede ise kaynak metali bir miktar plastik değişmeye uğrayarak kendini bırakır. Böylece kaynak bölgesindeki gerilmeler tehlikeli bir büyüklüğe erişmez.
Krom ve silisyum elementleri kaynak işlemi sırasında yanarlar ve yüksek sıcaklıklarda ergiyen oksitler oluştururlar. Bu oksitler kaynak dikişinin kenarlarının akarak birleşmesini önler. Aynı şekilde birlikte yanan Manganezin oluşan oksidi diğer oksitlerin ergime noktalarını düşürür. Böylece Mn diğer elementlerin olumsuz etkisini telafi eder.
Sertleşme kabiliyetine etkisi :
Alaşımlı çeliklerin sertleşme derinlikleri, alaşımsız çeliklerinkinden fazladır.
Alaşımlı çeliklere daha fazla su verilir.
Sertliğin derecesini (Rockwell birimi olarak) karbon miktarı tayin eder ve bu değer HRc=65…..66 ‘dan daha yüksek olamaz.
a) Alaşım elementlerinin sertleşme derinliğine etkisi
Uçtan su verme eğrileri ile alaşım elementlerinin sertleşme derinliğine etkisi çok iyi takip edilebilmektedir. Bu eğriler Jominy deneyi olarak bilinen uçtan su verme deneyi ile tespit edilir. Örnek olarak % 0.6 C ‘lu C 60 yüksek sertliğe sahip olmasına rağmen sertleşme derinliği düşüktür. % 0.3 C, 5 2.5 Cr ve % 0.2 Mo içeren alaşımlı çeliğin (30 Cr Mo V 9) sertliği daha düşük olmasına rağmen sertlik uçtan uzaklaştıkça düşük miktarda azalır. Yani sertleşme derinliği daha fazladır. Bir diğer çelik türü; 42 Cr Mo 4 özellikleri bakımından bu iki çeliğin arasında kalır. Ancak % 1 Cr ve % 0.2 Mo içermektedir. Bu sebepten dolayı, daha yüksek alaşımlı olan 30 Cr Mo V 9 ‘ a göre sertleşme derinliği daha düşüktür. Fakat karbon miktarı daha yüksek olduğundan yüzey sertliği daha yüksektir.
b) Alaşım elementlerinin ostenit dönüşüm hızına etkisi
Demir-karbon denge diyagramı konusunda ostenitin PSK eğrisi (723°C) altında perlit haline dönüştüğü söylenmişti. Dönüşüm sıcaklığı ve hızı ile ilgili daha kesin değerlerin verilmesi, demir karbon diyagramında mümkün değildir, çünkü bu denge diyagramı diğer bütün diyagramlar gibi çok yavaş soğuma için geçerlidir.
Ostenitin hızlı soğuma sırasındaki dönüşümü, zaman sıcaklık dönüşüm diyagramından (TTT diyagramından ) takip edilebilir. Üretilen çeliklerin büyük bir kısmının TTT diyagramları vardır. Bu tip diyagramların çizilmesi için çok geniş kapsamlı seri halde deneyler yapılmalıdır.
TTT diyagramlarından ostenitin ne kadar zaman içerisinde ve hangi sıcaklıkta diğer yapı şekline dönüşmeye başladığı ve bu dönüşümün ne zaman tamamlandığı görülebilir. Ostenitin dönüştüğü diğer iç yapılar; ferrit, perlit, ara kademe iç yapısı ve martenzittir. Ayrıca diyagramlar çeliğin bileşen miktarını yüzde oranı olarak ve oluşan iç yapının oda sıcaklığındaki sertliğini vermektedirler.
Alaşım elementlerinin çeliğin özelliklerine genel faydalı etkileri;

Karbon: Mukavemet ve sertleşme kabiliyeti sağlar
Krom: Sertleşme derinliği, ısıl mukavemet, korozyona dayanıklılık sağlar
Nikel: Sertleşme derinliği, süneklik, ısıl genleşme
Manganez: Sertleşme derinliği, süneklik, sementit oluşumu
Silisyum: Yüksek sıcaklığa dayanıklılık,manyetik özellikler, grafit oluşturma
Molibden: Isıl mukavemet, temper gevrekliği, korozyona dayanıklılık
Vanadyum: Isıl mukavemet, temperlenmeye dayanıklılık
Tungsten: Isıl sertlik, temperlenmeye dayanıklılık, aşınma mukavemeti
Kobalt: Isılı mukavemet, manyetik özellikler,aşınma mukavemeti
Alüminyum: Kavlanmaya karşı dayanıklılık

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÇELİKLERE ETKİLERİ
Maksimum %2,06 karbon içeren demir karbon alaşımları çelik olarak adlandırılır. Çelikler halen günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grubunu oluşturmaktadır. Çelikler yalın karbonlu olabileceği gibi, çeşitli özelliklerin geliştirilebilmesi için bazı alaşım elementleri içerebilirler. Çelik bünyesinde bulunan elementler; istenerek katılan alaşım elementleri ve bunların yanında uzaklaştırılmak istenen, özelliklere kötü yönde etkili elementlerdir. Çeliklerin alaşım elementleri ve etkileri şunlardır:
Karbon (C): Çeliklerin temel alaşım elementi olan karbon, çeliklerin üretim işlemleri sırasında yapıdaki yerini alır. Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyen faktördür. Karbon, çeliğin akma ve çekme mukavemetini artırır, yüzde uzamayı, şekillenebilirliği ve kaynak kabiliyetini azaltır. İşlenebilirliğin ön planda olduğu çeliklerde karbon miktarı düşük tutulmalı, dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır.
Düşük karbonlu yumuşak çeliklerin şekillendirilmesi sırasında meydana gelebilecek en önemli problem mavi gevrekliktir. Bu olay karbon (ve/veya azot) atomlarının küçük çaplı olması nedeniyle kolay yayınmalarından kaynaklanır ve işleme sırasında kırılganlık yaratır.
Mavi Gevreklik: Yumuşak çelikler 270-350 0C arasında şekillendirilirlerse küçük çaplı atomlar hızlı bir şekilde yayınır. Yayınan atomlar dislokasyonları kilitleyerek malzemenin akma sınırı noktasını yükseltir. Dolayısıyla malzeme daha gevrek davranır. Sözü edilen sıcaklıklar arasında çeliğin aldığı renk mavi olduğu için bu olaya mavi gevreklik denir.
Mangan (Mn): Mangan da karbon gibi üretim işlemlerinde çelik yapısında yer alan bir elementtir ve çeliğin dayanımını arttıran etki gösterir. Bunun yanında sertleşebilme ve kaynak kabiliyetini de artırır, östenit kararlaştırıcı bir elementtir. Manganın en önemli özelliği kükürtle MnS bileşiği yapması ve demir kükürt FeS bileşiği oluşumunu engellemesidir. FeS sıcak kırılganlığa neden olur. 
Silisyum (Si):
 Silisyum oksijen giderici olarak kullanıldığı için çelik içinde yer alır. Çeliğin akma, çekme dayanımını ve elastikiyetini artırır. Çelik yapısındaki silisyum miktarı azaldıkça tufal yapma oranı artar.
Silisyum ucuz bir alaşım elementidir, yaygın olarak yüksek elastikiyet gerektiren yay çeliklerinde kullanılır. Ayrıca elektriksel akım zaiyatını önleyen bir elementtir.
Silisyum miktarı fazla olan filmaşinler çok küçük çaplara indirilmeleri zordur. Çünkü silisyum, malzeme tel haline getirilirken teli sertleştirir ve kopmalara neden olur. Filmaşinlerde bu yüzden düşük silisyum tercih edeler.
Fosfor (P): Fosfor çeliğin akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve eğme özelliklerini çok fazla kötüleştirir, soğuk kırılganlık yaratır, talaşlı şekillendirme kabiliyetini arttırır. Fosfor çelik içinde üretim işlemlerinden kalan bir elementtir ve istenmeyen özellikleri nedeniyle mümkün mertebe yapıdan uzaklaştırılır.
Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum fosfor miktarı %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.
Kükürt (S): Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzde uzamasına ve tokluğuna etkisi çok fazladır. Kükürt malzemenin tokluğunu ve sünekliğini önemli ölçüde azaltır. Ayrıca kaynaklanabilirliği kötü yönde etkiler. Kükürt demirle birleşerek FeS fazını oluşturur. Bu faz düşük ergime sıcaklığına sahip olduğu için haddeleme sıcaklığında ergiyerek sıcak kırılganlığa sebep olur. Bu olumsuz etki kükürdün manganla birleşmesi sağlanarak önlenir.
Kükürt çelik içinde çeliğin üretiminden kalan bir elementtir ve yukarıda belirtilen istenmeyen özellikleri nedeniyle yapıdan mümkün mertebe uzaklaştırılır. Sadece talaşlı şekillendirilmeye uygun otamat çeliklerinde kükürt miktarı yüksek tutulur.
Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum kükürt miktarı %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.
Krom (Cr): Krom paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir. Krom, korozyon ve oksidasyon direnci sağlar. Sertleşebilme kabiliyetini artırır. Yüksek karbonlu çeliklerde aşınma direncini yükseltir. Krom karbon ile tane sınırlarında biriken Cr23C6 bileşiğini oluşturur. Oluşan bu bileşik paslanmaz çeliklerde tane sınırlarındaki krom miktarını paslanmazlık sınırı olan %12 nin altına çeker. Bu bileşik yüksek sıcaklıklarda karbon yayınımının hızlanması ile kolayca meydana gelir ve kaynaklı paslanmaz çeliklerde, kaynak dikişi yakınlarında kaynak bozulmalarına neden olur.
Nikel (Ni): Nikelin darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır. Nikel östenitik paslanmaz çeliklerin kromdan sonra ikinci en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmaz çeliklerde ki nikel miktarı %7-20 arasındadır. Nikel östenit kararlaştırıcı bir elementtir ve östenitik paslanmaz çeliklerin, adından da anlaşılacağı gibi oda sıcaklığında bile kafes yapısı KYM dir. KYM kafes yapısı östenitik paslanmaz çeliklere yüksek şekillendirilebilme özelliği kazandırır.
Molibden (Mo): Tane büyümesini önler, sertleşebilme kabiliyetini artırır. Meneviş gevrekliğini giderir. Meneviş sıcaklığından yavaş soğumalarda bazı alaşımların tane sınırlarında karbür çökelmesi meydana gelir, bu da kırılganlığa neden olur. Molibden bu olumsuz etkiyi ortadan kaldırır. Ayrıca molibden çeliklerin sürünme dayancına ve aşınma direncin
i yükseltir. Alaşımlı takım çeliklerinde önemli bir alaşım elementidir.
Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği için korozyon direncini önemli ölçüde artırır.
Bazı mikro alaşımlı çeliklerde nitrür veya karbonitrür oluşturan alaşım elementi olarak molibden kullanılır.
Kobalt (Co): Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır.
Tungsten (W): Aşınma direncini artıran, sıcakta sertliğin muhafazasını sağlayan bir alaşım elementidir. Özellikle hız çeliklerinde olmak üzere alaşımlı takım çeliklerinde yaygın olarak kullanılan bir alaşım elementidir.
Vanadyum (V): Tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını oldukça artırır. Ayrıca sertleşebilme kabiliyetini artırır, menevişleme ve ikinci sertleşmede olumlu etkileri vardır. Alaşımlı takım çeliklerinde kullanım yeri olan bir alaşım elementidir.
Vanadyum, tane küçültücü ve karbür yapıcı etkisi ile,mikro alaşımlı çeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanılan bir mikro alaşım elementidir. Mikro alaşımlı çeliklerde alaşım elementleri toplamı %0,25 i geçmez. Bu elementler tek, ikili ve üçlü kompozisyonlar halinde mikro yapı içerisinde oluşturdukları karbonitrür çökeltileri ile tane boyutunu inceltmelerinin yanı sıra çökelti sertleşmesi mekanizmasıyla dayanımı artırırlar.
Titanyum (Ti): Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır. Ancak bu etkisi vanadyumun etkisinden daha yüksektir. Mikro alaşımlı çeliklerde mikro alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini giderebilmek için karbür oluşturucu alaşım elementi olarak kullanılır.
Niyobyum (Nb): Mikro alaşımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde titanyumun yaptığı etkiye yapar ve titanyumla birlikte veya tek başına kullanılır.
Alüminyum (Al): Oksijen gidermek için kullanılır. Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir. Yüksek alüminyum miktarı sürekli dökümlerde nozul tıkanmalarına sebep olur.
Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temel alaşım elementidir. Bazı mikro alaşımlı çeliklerde de nitrür ve karbonitrür oluşturan mikro alaşım elementi olarak da kullanılır.
Kalay (Sn): Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır. Kalay düşük ergime sıcaklığına sahip bileşikler yaparak haddeleme sırasında kopmalara neden olur.
Bakır (Cu): Akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve şekillenebilirliği azaltır. Soğuk çekilebilirliği kötü yönde etkiler. Bu yüzden filmşinlerde ki bakır oranın olabildiğince düşük olması istenir. Korozyon dinencini yükselten etki gösterir.
Kurşun (Pb): Haddelenebilirliği azaltır. Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler. Sürekli dökümlerde sorunlara sebebiyet verir. Kurşun çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetine artırır, bu yüzden otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır.
Azot (N): İstenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur, eğme özelliklerini çok kötüleştirir.

Hidrojen(H): Hidrojen gevrekliğine neden olur. Azottan daha tehlikelidir. malzemenin elastikiyetini azaltır.

 

Birincil Alaşımlama Elementleri

C (Karbon), Mn (Mangan), Si (Silis) çeliğin metalurjik özelliklerini oluşturan ve sıvı çelik oluşumu esnasındaki sıvı çeliğe eklenen ana maddelerdir.

C (Karbon)

  • Çeliğin soğuma esnasındaki çeliğe asıl sertliğini veren ana elementtir.
  • Çeliğin çekme mukavemetini artırır.
  • Çeliğin sünekliğini azaltır.Çeliğe eklenen karbon miktarı arttıkça süneklik azalır.
  • Çeliğe eklenen karbon miktarı arttıkça kaynaklanabilirlik kabiliyeti azalır.
  • Sıvı çelik üretiminde karbon oranı arttıkça cüruf kalınlığı artmaktadır.

 

Mn (Mangan)

  • Çeliğin mukavemetini artırır.
  • Çeliğin tokluğunu artırır.
  • Çelikte şekillenebilirliği artırmaktadır.
  • Çeliğin sertliğini artırır, sünekliğini azaltır.
  • Çeliğin kaynaklanabilirliğini düşürür.
  • Haddeleme esnasında “Hot Shortness” denilen sıcak yırtılmayı engellemeye yardımcıdır.
  • Çelikteki kükürtü (S) bağlayarak kükürtün çeliğe verdiği zararı engeller.Kükürt demir ile FeS oluşturur ve bu bileşik çelikte çatlamalara neden olur.Mangan FeS oluşumundaki kükürtü bağlayarak MnS oluşturarak kükürtün zararını azaltır.

 

Si (Silis)

  • Çelik üretimi esnasındaki oksijeni Silisyum dioksit olarak kendine bağlar ve oksijenin çelik içindeki oluşturduğu gaz boşluklarını azaltır.
  • Kütük döküm kalitelerinde birincil deoksidasyon malzemesi olarak kullanılır.
  • Elektrik çeliklerinde birincil alaşım elementidir.
  • Çeliğin mukavemetini, sertliğini ve iletkenliğini artırır.

İkincil alaşımlama elementleri

Sıvı çeliğe birincil alaşımlama elementlerinden sonra eklenen elementlerdir. Cr (Krom), Mo (Molibden), Al (Alüminyum), V (Vanadyum), Nb (Niyobyum), B (Bor), Co (Kobalt) ve W(Tungsten). Cu, Ni, Mo, Cr elementleri aynı zamanda alaşım olarak kullanılmadığında kalıntı elementler olarak adlandırılır.

Al (Alüminyum)

  • Çok güçlü bir deoksidasyon malzemesidir.
  • Çelik üretim aşamasında azotu bağlar.
  • Alüminyum oksit inklüzyonları oluşur ve çelik için çok tehlikelidir.
  • Kütük dökümde Al ile döküm yapmak çok zordur.

Cu (Bakır)

  • Sıcak yırtılmalara sebep olur.
  • Çeliğin mukavemetini artırır.
  • Çelikte elektriksel iletkenlik sağlar.

Ni (Nikel)

  • Çeliğin sertliğini artırır.
  • Çelikte sünekliği düşürür.
  • Çeliğin kaynaklabilirlik özelliğini artırır.
  • Çeliğin tokluğunu artırır.

Cr (Krom)

  • Çeliğin sertliğini artırmaktadır.
  • Çelikte sünekliği düşürür.
  • Çeliğin korozyon direncini artırır.
  • Paslanmaz çeliklerde kullanılır.

Mo (Molibden)

  • Çeliğin sertliğini artırır.
  • Çelikte süneklik sağlar.
  • Korozyona karşı direncini artırır.
  • Çeliğin tokluğunu artırır.

V (Vanadyum)

  • Çok düşük miktarlarda kullanıldığında çeliğin sıcağa dayanımını artırır.
  • Vanadyum, alaşımlı makine yapı çelikleri tane yapılarının ince olmasını ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesini sağlar.Aynı zamanda çelik kesici uçlarının, daha uzun zaman keskin kalmasını sağlar.
  • Çeliğin akma mukavemetini, tokluk ve sertliğini artırır.
  • Çelik üretim prosesinde azotu bağlar.

Nb (Niyobyum)

  • Çeliğin akma-çekme mukavemetini artırır.
  • Çeliğin sertliğini artırır.
  • Çelik üretim proseslerinde azotu bağlar.

B (Bor)

  • Çelikte sertlik artırmada çok etkilidir.
  • Çelik içerisinde çok az miktarlarda kullanılır.
  • Çelik üretim sürecinde genel olarak azotu bağlamak ve mukavemet sağlamak için kullanılır.

Co (Kobalt)

  • Radyoaktif ve çok pahalı olmasından dolayı pek fazla kullanılmaz.
  • Yüksek sıcaklıklarda tane büyümesini yavaşlattığı için, daha çok hız çeliklerine ve sıcağa dayanıklı çeliklere ilave edilir.

W (Tungsten,Volfram)

  • Genelde takım çeliklerinde kullanılır.
  • Çok pahalı olduklarından normal karbon çeliklerinde pek fazla kullanılmazlar.
  • Volframın karbür meydana getirmeye karşı kuvvetli bir eğilimi olup, yüksek çalışma sıcaklığında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında tercih edilir.
  • Volfram; çeliğin dayanımını artıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarlar sertliğinin artmasını, kullanma ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar.

 

Zararlı elementler

Bu elementler genellikle çeliğin yapısına zarar verdiği için zararlı tabiriyle kullanılır.

S (Kükürt)

  • Çeliğin haddelenmesinde zorluk çıkarır.
  • Çeliğin darbe enerjisini ve kaynaklanabilirliğini düşürür.
  • Sıcak yırtılmalara neden olur.
  • Çelikteki demirler ile FeS oluşturarak inklüzyonlara sebep olur.
  • Çeliğin yüzey kalitesini kötü etkiler.
  • Sürekli döküm makinelerinde soğuma esnasında çatlaklara neden olurlar.
  • Normal olarak müsaade edilen miktar en çok %0,025-0,050 arasında sınırlandırılır.

P (Fosfor)

  • Genel olarak çelikte zararlı olarak bilinir. Yüksek nitelikteki çeliklerde fosfor yüzdesi en çok olarak 0,030 – 0,050 arasında tutulur.
  • Çeliğin şekillenebilirliğini ve darbe mukavemetini düşürür.
  • Çeliğin iç ve yüzey kalitesiniz olumsuz olarak etkiler.

 

 

 

Atakan İLKBAL tarafından 5 makale yayınlandı.

Cevap bırakın