Arıtılamayan alaşım elementleri çeliğe aşağıdaki gibi etki etmektedir.
KARBON
Arıtılamayan alaşım elementleri içinde önemlilerinden biri olan Karbon miktarının artışı ile alaşımsız çeliklerde dayanım ve sertlik artar.
Karbon arttıkça çelikteki perlit oranı arttığından çekme dayanımı ve akma sınırı artar. %8 karbondan daha fazla olduğunda bünyeye giren sekonder sementit kristal tanecikleri bünyedeki bağıntıyı zayıflatır.
Dolayısı ile çekme mukavemeti düşmeye başlar, çelik kırılganlaşır. En yüksek sertlik değerine (67
RSD-C) % 0.6 karbon değerinde ulaşılır.
Kopma uzaması ve kesit daralması (kopmadaki büzülme) en fazla ferritik bünyededir. Kırılgan sementit bu özelliği devamlı olarak, bünyede arttıkça azalır. Çentik mukavemeti de aynı şekilde düşer.
Karbon miktarının artması ile sıcakta şekil alma kabiliyeti azalır. Dövülebilme sınırı yaklaşık % 2 karbon kadardır.
Yalnız ferrit soğukta şekillendirilebilir. Sementit miktarının artması ile bu işlem güçleşir, sınır yaklaşık %0.8 karbonlu alaşımdır. Karbon miktarı arttıkça soğuk şekillendirme için gerekli güç harcanması oranı da artar.
Kopma uzaması ve büzülme ile çok yakından ilgili olan kaynak kabiliyeti, iyi şekil alma kabiliyeti olan özelliklerde kaynak yapmada meydana genel gerilmeler malzeme esnemeleriyle tehlikesiz hale gelir. Sert çeliklerde ise kaynaktan doğan gerilmeler karşılanmaz.
SİLİSYUM
Yine arıtılamayan alaşım elementleri içinde önemli olanlarından biri Silisyum ise çelik üretiminde mukavemeti ve bünyedeki sıklığı arttırır. Oksijen giderici olarak kullanılan temel alaşım elemanlarındandır. Çelikte bulunan Silisyum miktarı, üretim tarzına bağlı olarak da değişir. Sakin dökülen alaşımsız çeliklerde en fazla %0.6 Silisyum bulunabilir.
Düşük alaşımlı çelikler ve yayçeliklerinde, %2’ye kadar çıkar. Elektroteknikte kullanılan çeliklerde %5 Silisyum içerir. %14-15 Silisyum içeren çeliklerde korozyona dayanım iyidir, ancak dövme işlemi uygulandığında kırılırlar.
Silisyum,
•Miktarı arttıkça çeliğin tane büyüklüğü de artar.
•Çekme mukavemeti, akma sınırı sertleşme derinliği, aşınma-tufallaşma dayanıklılığı ve
yaylanma(esneme) özellikleri artar.
•Kopma uzaması, şekil değiştirme, derin çekme kabiliyeti azalır.
•Elektrik direnci artar, grafik oluşumunu sağlar.
MANGAN
Arıtılamayan alaşım elementleri sınıfında bir diğer element olan Mangan, çeliğe demir cevherinden geçer ve Kükürt ve Oksijen li bağlantılar halinde bünyeye girer.
Birer reaksiyon ürünü olan Mangansülfür (MnS) ve Manganoksit (MnO) bağlantıları sıcak şekillendirmede beraber şekillendirilir ve çeliğe lifli bir kompozisyon verir. Bu sebeple liflilik yönünde mukavemet ve süneklik yüksek olsa da aksi yönde düşük değerler meydana gelir.
Mangan;
•Sertleşme kabiliyetini ve kaynak
kabiliyetini arttırır.
•%3 Mangan miktarına kadar, her %1 Mangan artışı ile çekme dayanımı yaklaşık 100 Mpa
artar.
•%3-8 Mangan miktarı arasında artış daha azdır ve %8 Mangan miktarından itibaren düşme
görülür.
•Çeliğin dövülebilirliğini ve sertleştirilebilirliliğini iyileştirir.
•Kaynak kabiliyetini olumsuz etkilemez.
Bu nedenle düşük karbonlu fakat yüksek dayanımlı
kaynak edilebilir çeliklerde; %1.62 ya kadar Mangan ilave edilir.
•Çeliğin yüzey kalitesini iyileştirir.
•Döküm malzemelerinde demir-karpid oluşumuna (sementit) yardım eder. (Yani metastabil
sistemin katılaşmasına yardım eder.)
•Alaşımsız çelikler %0.5 e kadar Mangan içerirler. Bundan daha yüksek Silisyum ve Mangan
lı çeliklerlerde düşük alaşımlı çelikler olarak sayılır.
•Çekme
mukavemetinin artmasına karşın, Mangan özgül uzama değerini çok az miktarda
düşürür.
•Ayrıca korozyon mukavemetini de arttırır.
•%7 Mangan kadar çekme mukavemetini, akma sınırını
•%1 Mangan a kadar dövülebilme ve ateşte kaynak kabiliyetini arttırır.
•Genel olarak sertleştirme derinliğine de arttırır.
•Dönüşüm noktalarını yüksek oranda, kopma uzamasını ise az miktarda düşürür.
•>%12 Mangan ve >%1 Karbon ile östenitik bünye elde edilir.
•Süneklik soğukta sertlik dolayısı ile yüksek aşınma mukavemeti sağlar.
FOSFOR
Alaşım elementleri içinde yer alan Fosfor, cevher ve ilavelerde ham demire ve çeliğe geçer. THOMAS yöntemi ile çelik elde etmede gereken bir maddedir ve Oksijen üfleme sırasında yanarak %0.08 ‘e kadar inebilir.
Fosfor;
•Çekme mukavemetini ve pasa karşı dayanıklılığı arttırır
•Çentik darbe dayanımını azaltır.
•Ferritin dayanımını arttırdığından, çeliğin dayanımını ve sertliğini arttırır.
Bazı çeliklerde meneviş kırılganlığı doğurabileceğinden ve olumlu etkilerini arttırmak için
Nikel ve/veya Molibden kullanılır. %0.2 ‘den fazla olduğunda kırılganlık meydana getirir.
Kaliteli çeliklerde fosfor %0.03-0.05 ‘den fazla olmamalıdır.
KÜKÜRT
Sülfidli çeliklerden ve koklardan ham demire ve birçok durumda yakıtlardan çeliğe geçer. Yüksek sıcaklıklarda Kükürt demirde kimyasal olarak bağlanır. Bünyeye de FeS olarak girer. Taneler üstünde büyük bağlantılı kabuklar halinde yüksek Kükürt miktarında kendini gösterir. Küçük miktarda bile çelik bloklarının çekirdek bölümünde sırçalar şeklinde oturur ve yüksek sıcaklıklarda eriyik şeklinde bulunur.
Sıcakta dövme yapıldığında kırılganlık oluşturur. 900 °C ‘de malzeme iyice kırılganlaşır. Çelikte bu yüzden az miktarda %0.025-0.045 arasında istenir.
Ancak otomat çelikleri hariç %0.2-0.3 ‘e kadar bilinçli olarak miktar arttırılır. Talaşlı imalatta bu sayede kırılgan talaş elde edilir, böylece kesme hızı artabilmektedir.
Manganın kükürte karşı ilgisi çok fazladır ve manganın demirden çekerek eriyikte ince tanecikler halinde yüksek sıcaklıklarda eriyen mangan sülfidi (MnS) meydana getirir. Bu halde sıcakta kırılganlığı önler. Kükürt ve fosfor miktarları çeliğin saflık ve iyilik derecesi için önemli unsuru oluşturur.
Fosfor ve kükürt değerleri azaldıkça da kalite iyileşir, buna göre çelikler üç gruba ayrılır.
I. Kütle halinde imal edilen ve piyasaya çekme mukavemetlerine göre sunulan çelikler:
Fosfor miktarı%0.08, kükürt miktarı %0.05
II. Kaliteli çelikler: (Analizlere göre piyasaya sunulur)
Fosfor miktarı %0.045, kükürt miktarı %0.045
III. Özel çelikler: (Analizlere göre piyasaya sunulur)
Fosfor miktarı %0.035,kükürt miktarı %0.035
Kaliteli çelikler ve özelikler, saflık ve homojenlikte üstün bir kaliteye sahip olurlar.
OKSİJEN:
Çelik üretiminde tazeleme sırasında demiroksit (FeO) halinde demire geçer. Demir sülfürle (FeS) birlikte cüruf meydana getirir. Kolay eridiğinden sıcakta, kırılganlık oluşturur. Bu nedenle %0.07 ‘nin altında tutulması gerekir.
Ancak çözümü; tazeleme esansında oksijenin demirden daha fazla ilgi gösterdiği mangan alüminyum ya da kalsiyum gibi maddelerin eriyik metale ilavesidir. Bu katkılarda meydana gelen oksitlerin erime sıcaklıkları da yükselir.
AZOT:
Alaşım elementlerin bir diğeri olan Azot, Thomas yönteminde eriyik içerisinde üflenen havadan çeliğe geçer. Diğer yöntemlerle üretilen çeliklerdeki azot miktarı daha az olur. Azot, çeliğin özelliğinin değişimini (ihtiyarlama) kolay hale getirir. Ayrışma önemli bir faktördür.
Ferritik 600°C ‘de Azot u alır.(Oda sıcaklığında alamaz) Normal soğumada azot atomları demirin α-kafes yapısı içinde kalır ve soğuk şekillendirmede bunlar kafes yapısının hatalı yerlerinde toplanıp bloklar meydana getirir.
Bunun sonucunda;
•yüksek akma sınırı
•düşük özgül uzama
•fazla miktarda çentik darbe mukavemeti düşüşü
meydana gelir.
İhtiyarlama oda sıcaklığında yavaş ve 250°C ‘ye kadar, ısıtmada çok hızlı olur. Soğuk şekillendirilmiş saçlar ve profiller kaynak yapıldıklarında şekil değiştirmeye uğrayan yerlerde kaynak sıcaklığından “ihtiyarlama “ olur. Buralar kırılgandır.
Gerilmelerden bu noktalarda (kırılganlık) kırılmalar meydana gelir. Düşük değerlerde azot ihtiva eden çeliklerde bu olaya rastlanmaz. (Siemens-Martin), oksijen üfleme ile elde edilen ve elektro çelikler.)
Diğer taraftan azot; pasa, aside ve sıcaklığıa dayanıklı çeliklere azotlu ferrokrom olarak katılır. Azot östenitik alanın genişlemesini sağlar.
Azot;
•Yarı ferritik çeliklerin ıslah kabiliyetini arttırır ve kolaylaştırır.
•Belli bir maksatla yapılan azot difüzyonu (Nitrasyon) çelik yüzeyinde çok yüksek sertlik sağlar. (Her çelikte aynı derecede değildir.)
HİDROJEN:
Nemli cevherden ve yakıt gazlarından su buharı halinde çeliğe az miktarda geçer. Katılaşmada gaz kabarcıkları meydana gelir. Bir kısım eriyik tarafından muhafaza edilir. H-atomu küçük oluşundan, yapıya girer ve kafes yapısı hatalı yerlerinden de moleküler halinde toplanır.
Gaz basıncından kısmi olarak bünyede çok küçük boşluklar meydana gelir. Bu iç çentiklerden malzeme çentik darbe dayancı azalır. Bu boşluklar özellikle Nikel ve Mangan alaşımlı çeliklerin büyük kesitlerinde fazlaca belirgindir. Bu çeliklerden Hidrojen in dışarı atılabilmesi için çok yavaş soğutulması gerekir.
Döküme hazır eriyiklerden vakum yolu ile Hidrojen ve mevcut diğer gazların %50 ‘si yok edilebilir. Metaller asitlerle muamele edildiklerinde Hidrojen meydana getirir. Dağlamadan sonra sünekliğin azalması bu olaydan dolayıdır. Ardından bir tavlama ile H-atomları tekrar dışarı atılır.
Kaynak: DİNÇEL, M. Cüneyt, ”Alaşımlı ve Alaşımsız Çelik Örneklerinde Normal Tavlama ve Sertleştirme İşlemleri Sonuçlarının Karşılaştırılması ve İrdelemeler”, İstanbul,1997
