Çelikte kullanılan alaşım elementleri, çelik gibi malzemelerin özelliklerini değiştirerek veya geliştirerek çeşitli etkilere sahip olabilir.
Alaşım ve Alaşım Elementleri Ne Demektir?
Birinin metal olması koşulu ile en az iki elementin birleşiminden oluşan bileşiğe Alaşım denir. Örneğin; dökme demir bir alaşımdır ve demir ve karbon gibi metal ve ametal iki elementin birleşiminden oluşur. Bu karışımın yüzde 85-90 gibi oranını demir oluşturur ki ana element olarak adlandırılır. Karışımlarda diğer elementler ise oransal olarak daha azdır ve bunlara alaşım elementleri denir.
Alaşım elementleri, çelik gibi malzemelerin özelliklerini değiştirerek veya geliştirerek çeşitli etkilere sahip olabilir. İşte alaşım elementlerinin çelik üzerindeki bazı etkileri:
- Mukavemet Artışı: Bazı alaşım elementleri, çeliğin mukavemetini artırabilir. Örneğin, karbon çeliklerde karbon miktarının artırılması, çeliğin sertliğini ve dayanıklılığını artırırken, çekme mukavemetini yükseltebilir.
- Korozyon Direnci: Bazı alaşım elementleri, çeliğin korozyon direncini artırabilir. Örneğin, krom elementi çeliğe korozyon direnci kazandırabilir. Paslanmaz çeliklerde krom ve nikel gibi alaşım elementlerinin kullanılması, çeliğin paslanmaya karşı direncini artırır.
- Sertlik Artışı: Bazı alaşım elementleri, çeliğin sertliğini artırabilir. Örneğin, mangan çeliğin sertliğini artırmak için kullanılabilir. Bu, çeliğin aşınma direncini ve kesme performansını artırabilir.
- Duktilite ve Darbe Dayanımı: Bazı alaşım elementleri, çeliğin duktilitesini ve darbe dayanımını artırabilir. Örneğin, nikel ve molybdenum gibi elementler çeliğin çatlamaya karşı direncini artırabilir ve düşük sıcaklıklarda bile mukavemetini korumasına yardımcı olabilir.
- Sıcaklık Dayanımı: Bazı alaşım elementleri, çeliğin yüksek sıcaklıklara dayanma yeteneğini artırabilir. Örneğin, tungsten ve molibden gibi alaşım elementleri yüksek sıcaklıklarda çeliklerin dayanıklılığını artırabilir ve yumuşama sıcaklığını yükseltebilir.
- Mıknatıslanma Özelliği: Bazı alaşım elementleri, çeliğin mıknatıslanma özelliğini değiştirebilir. Örneğin, nikel eklenerek çelik manyetik olmaktan çıkarılabilir ve paslanmaz çelik elde edilebilir.
Çelikte kullanılan alaşım elementleri çelik üzerindeki kullanılan elementin türüne, miktarına ve çelik alaşımının bileşimine bağlı olarak değişik etkiler yaratır. Bu nedenle, çelik tasarımında ve üretiminde alaşım elementlerinin dikkatli bir şekilde seçilmesi ve kullanılması önemlidir.
Çelikte Kullanılan Alaşım Elementleri ve Faydalı Etkileri Nelerdir?
Maksimum %2,06 karbon içeren demir karbon alaşımları çelik olarak adlandırılır.
Alüminyum (Al):
Alaşım elementleri içerisinde yer alan Alüminyum kavlanmaya karşı dayanıklılık sağlar. Oksijen gidermek için kullanılır. Akma dayanımı ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir. 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.
Azot(N):
Alaşım elementleri içinde en istenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur ve eğme özelliklerini kötüleştirir.
Bakır (Cu):
Çekme dayanımını arttırır. Buna karşın yüzde uzamayı ve şekillenebilirliği azaltır. Ayrıca korozyon direncini de yükseltir.
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.
Kalay (Sn):
Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez. Fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır.
Karbon (C ):
Mukavemet ve sertleşme kabiliyeti sağlar. Şekillenebilirliği ve kaynak kabiliyetini azaltır.
Çeliğin özelliğini belirleyen en önemli elementlerden biri Karbon dur. Karbon oranının yükselmesi ile çeliğin sertliği ve dayanımı artar.
Bunun yanında elastikiyet, dövülme, kaynak yapılabilme ve talaşlı işlenebilme özellikleri düşer. Sertleşme kabiliyeti sağlar. Sertlik artışında belirleyici element olduğu için soğuk iş takım çeliklerinde yüksek oranda bulunurlar.
Ferritik karbon çeliği alaşımlarının , kazan ortamlarındaki östenitik paslanmaz çelik alaşımlarının çatlak duyarlılığına benzer şekilde seyreltik sulu kloridlere ve / veya konsantre kostik tuzlara (sodyum hidroksit, potasyum hidroksit vb.) maruz kaldıklarında çatlak oluşumu ve büyümesi gibi sorunlara maruz kalırlar .
Bu tuzlar kazan ortamında ıslanma / kuruma nedeniyle oluşabilir. Kazan besleme suyunu sağlamak için kullanılan yumuşatılmış su kaynağı bir klorür kaynağı olabilir. Bir başka klorür kaynağı, bir kondansatörün buhar tarafına sızan soğutma suyu olabilir .
Klorürler suda yüksek çözünmüş oksijen içeriği ile birlikte mevcutsa , gerilmiş östenitik paslanmaz çeliklerde ciddi çatlamalar meydana gelebilir.
Bunun bir örneği, 304 SS veya 316 SS’den imal edilen hava giderme ünitelerinin üst alanlarında görülebilir , burada metal yüzey üzerinde klorür tuzları konsantre olduğunda ve çözünmüş oksijen mevcut olduğunda kırılgan çatlama gelişebilir.
Kobalt (Co):
Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır. Aşınma mukavemeti sağlar.
Çeliğin sıcaklığa mukavemetini arttırır. Bu yüzden sıcak iş çeliklerinde ve yüksek hız çeliklerinde kullanılır. Karbür oluşturmaz ama karbon atomlarının yerini tutarak matrisde çözünür. Yüksek hız çeliklerinin martensitik yapısını kuvvetlendirerek sertliği ve sıcak sertliği sağlar.
Krom (Cr):
Sertleşme derinliği, ısıl mukavemet ve korozyona dayanıklılık sağlar. % 13’den fazla ilavelerde korozyon dayanımı artar. Krom paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir. Çeliğe yüksek aşınma dayanımı sağlar.
En çok uygulama alanı paslanmaz çeliklerde görülür.Krom çelikte karbür yapıcı bir elementtir. Çelikte Cr23C6 (KYM) veya Cr7C3 (Hegzagonal) karbürü şeklinde yer alır.
Kurşun (Pb):
Haddelenebilirliği azaltır. Haddeleme sırasında kopmalara neden olur, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler. Çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetini arttırır. Bu yüzden otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır.
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.
Kükürt çelik içinde çeliğin içinde çeliğin üretiminden kalan bir elementtir ve yukarıda belirtilen özellikler nedeniyle yapıdan mümkün mertebe uzaklaştırılır. Sadece talaşlı şekillendirmeye uygun otomat çeliklerinde Kükürt miktarı yüksek tutulur.
Mangan/Manganez (Mn):
Dayanımı arttırır. Sertleşme derinliği, kaynak kabiliyeti ve sünekliği geliştirir. Nikel gibi tokluğu yükseltir. Kükürt ile bağlanarak MnS, Kükürdün sebep olacağı kırılganlığı (kırılgan FeS bileşimini) engeller.
%1 in altında mangan çelikte deoksidan olarak dökümden gelir. %1 in üstünde mangan içeren çeliklerde maksimum sertliğe düşük östenitleme sıcaklığında ulaşılabilir.
Dönüşüm sıcaklığını aşağılara düşürür. Bu yüzden mangan içeren çeliklerde çarpılma riski daha azdır.
Molibden (Mo):
Isıl mukavemet, temper (meneviş) gevrekliği, korozyona ve aşınmaya dayanıklılık sağlar. Molibden, Ferrit ve Karbür yapıcı bir elementtir. Mo2C şeklinde sertliği yüksek karbür oluşturur. Manganın etkisini ortadan kaldırır. Östenizasyon sıcaklığını ve Temperleme direncini arttırır.
Nikel (Ni):
Nikelin darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı arttırır. Nikel östenitik paslanmaz çeliklerin Kromdan sonra ikinci en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmaz çeliklerde ki Nikel miktarı %7-20 arasındadır.
Çelikte karbür oluşturmaz. Çeliğin tokluğunu arttırdığından sementasyon çeliklerinde ilave edilir. Krom ile birlikte korozyon dayanımını arttırır. Plastik kalıp çeliklerinde parlatılabilirlik özelliğini arttırır.
Silisyum (Si):
Yüksek sıcaklığa dayanıklılık ve manyetik özellikleri geliştirir. Çekme dayanımını ve elastikiyeti geliştirir. Oksijen giderici olarak çelikte yer alır ve deoksidan olarak kullanılır. Silisyumda Mangan gibi Demir cevherinden geldiğinden çelikte mevcuttur.
Titanyum (Ti):
Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır. Ancak bu etkisi vanadyumun etkisinden daha yüksektir.
Tungsten/Wolfram(W):
Isıl sertlik, temperlenmeye dayanıklılık, aşınma mukavemeti sağlar. Yükselen sıcaklıkta sertliği korur. Bu nedenle hız çeliklerinde vs. yararlanılır.
Etki olarak Molibden ile benzerlik gösterir. Karbür yapıcı bir elementtir. Östenit tane boyutunu küçültür ve yüksek sıcaklıkta östenitlemede tanelerin büyümesine engel olur (%1.60).
Tungsten in olduğu yerde yüksek aşınma direnci vardır. Yapıda yüksek aşınma dayanımlı W2C (Hegzagonal), WC(KYM) karbürlerini oluşturur.
Vanadyum (V):
Isıl mukavemet, temperlemeye dayanıklılık sağlar. Yüksek sıcaklık mukavemetini arttırır vee sertleşme kabiliyetini geliştirir.
Tane küçültücü ve karbür yapıcı bir etkisi vardır. Yapıda VC (KYM) karbürü olarak yer alır ve tane sınırlarına yerleşir. Yüksek sıcaklığa çıkıldığında tanelerin büyümesine engel olur. Oluşturduğu karbür en yüksek sertliğe sahiptir.
