Demir ve Çelik Özellikleri Nelerdir?

Demir ve çelik, endüstride en yaygın kullanılan metaller arasında yer almaktadır. Demir ve çelik özellikleri hem de dayanıklılıkları nedeniyle inşaat, otomotiv, makine imalatı ve pek çok diğer sektörde sıklıkla tercih edilmektedirler.

Bu metallerin özellikleri, kullanım alanlarına göre değişmekle birlikte, temel fiziksel ve mekanik özelliklerin benzerlikleri vardır.

Dayanım , sertleştirilebilir olma, korozyana karşı direnç gibi özellikler nedeniyle üretimde oldukça önemlidir.

Demirin Özellikleri Nelerdir?

Demir, dördüncü en yaygın element olup, dünyanın kabuğunun büyük bir bölümünde bulunur. Saf demirin kimyasal sembolü “Fe”dir ve atom numarası 26’dır.

Oda sıcaklığında demir, ferromanyetik bir özelliğe sahiptir, yani manyetik alan oluşturabilir ve mıknatıs olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda manyetik özelliğini kaybeder.

Örnek olarak saf, karbon içermeyen demir, çok yumuşak ve zayıf olduğundan döküm malzemesi olarak kullanılamaz.

Ancak karbon miktarı arttıkça sertlik ve dayanım da artar.

Çeliğin Özellikleri Nelerdir?

Çelik, demir ve karbonun alaşımıdır ve çelikteki karbon miktarı %0.2 ila %2.1 arasında değişir. Karbon miktarı arttıkça, çeliğin sertlik ve dayanıklılığı artar.

Saf demir gibi çelik de manyetik özellik gösterir. Farklı alaşımlar ve işlemlerle çelik çeşitli tiplere ayrılabilir, bu sayede çeşitli endüstriyel ihtiyaçlara uygun çelikler elde edilir.

Çeliklerin kimyasal kompozisyonlarına göre sınıflandırılması¹

1. Karbonlu çelikler;
   • Düşük karbonlu (C<%0.25)
   • Orta karbonlu(%0.25<C<%0.55)
   • Yüksek karbonlu(%0.55<C)
2. Alaşımlı çelikler;
   • Düşük alaşımlı(Alaşım elementi oranları toplamı <%5) • Yüksek alaşımlı(Alaşım elementi oranları toplamı >%5)
3. İhtiva ettikleri(İçerdikleri) alaşım elementine göre;
   • Manganlı çelikler
   • Krom nikelli çelikler
   • Paslanmaz çelikler

Karbonun, yararlı etkisi ve üretim problemleri üzerindeki avantajı %0,9 karbona kadar devam eder ki bu alaşımlar genellikle ÇELİK olarak adlandırılır.

Karbon miktarı %2,0 ye kadar da ilave problemler ortaya çıkarır ki bunlar da YARI ÇELİK olarak isimlendirilir.

Aşınmaya karşı yüksek dayanıklılık gereken yerlerde de %2-%3,3 karbon bulunan BEYAZ PİK kullanılır.

Alaşımın kolay kırılabilir doğası gereği, ancak sınırlı olarak kullanılabilir.

Hakiki bir dökme demir içerisinde karbon, karpitler Fe3C halinde bulunur, sertlik ve kırılganlığı birlikte kazanır.

Beyaz ve MALLEABLE demir içinde, karbon aşırı durumdadır. Gerçekte MALLEABLE PİK, beyaz pike göre daha katı durumdadır.(Bu nedenle nispeten ince döküm parçalar üretimi ile sınırlanmıştır.)

Gri pik ve Küresel Grafitli Dökme Demir (SFERO ) ‘de katı demir içinde ergimesi artar, sonunda Fe3C ‘den ziyade grafit biçimler halinde şekillenir.(SEMENTİK, DEMİR KARPİT)

Gri dökme demirler içerisinde bulunan grafit pulları bir kertik tesiri yapar ve basınç altında kırılmaya sebep olur. Sonuçta gri dökme demir zayıf olur, çekme dayanımı en fazla 20.000-58.000p.s.i ( 150 – 400mPa) olur ve yüzde uzaması hiç yoktur.

Grafit pullarının ölçüsü, üretim şartlarına ve döküm parça kalınlığına bağlı olarak değişir. Normal olarak pul boyu 0,1-1,0 mm. arasındadır.

Ergimiş demire bir uygulama yapılarak, grafitin küresel hale çevrilmesi sağlanmıştır.

Böylelikle küresel biçimli grafit, kırılganlık özelliğini ortadan kaldırır.

Demir ve Çeliğin Mekanik Özellikleri:

Demir ve çelik, yüksek mukavemetleri nedeniyle inşaat sektöründe ve yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Çelik, elastik ve plastik deformasyon kabiliyetine sahip olduğu için yapıların dayanıklılığını arttırmada etkilidir. Bu metallerin yüksek çekme ve basma dayanıklılığı, binaların ve köprülerin yapılarında güvenlik sağlar.

Demir ve Çelik Korozyon Direnci:

Saf demir, neme ve oksijene maruz kaldığında paslanma eğilimindedir. Bu nedenle, endüstriyel uygulamalarda saf demir yerine çelik tercih edilir.

Çelik, içerdiği karbon ve diğer alaşım elementleri sayesinde daha iyi korozyon direnci gösterir ve uzun ömürlü yapılar için ideal bir seçenektir.

Demir ve çelik, günümüz modern yaşamında vazgeçilmez birer yapı malzemesi olarak önemini korumaktadır. Bu metallerin fiziksel ve mekanik özelliklerini anlamak, daha güvenli ve dayanıklı yapıların inşa edilmesine katkı sağlar.

Aynı zamanda, çelik endüstrisinin sürekli gelişimi ve alaşımların kullanımı, gelecekte daha verimli ve çevre dostu çeliklerin keşfedilmesine yönelik umut verici bir adımdır.

¹https://avesis.ktu.edu.tr/resume/downloadfile/kursaticin?key=c84a4408-c528-418a-af3f-1286beadaf81

Kaynaklar:

“Demir Elementi Hakkında Bilgi”, Bilgiustam, www.bilgiustam.com/demir-elementi-hakkinda-bilgi/.
“Çelik Nedir? Ne Tür Çelikler Vardır?”, Çelik Değerler, www.celikdegerler.com/celik-nedir-ne-tur-celikler-vardir/.
“Demir ve Çelik Endüstrisi”, T.C. Ticaret Bakanlığı, ticaret.gov.tr/sektorel-raporlar/metal-ve-maden/demir-ve-celik-endustrisi/.