özel çelikler

ÖZEL ÇELİKLER

DIN EN 10020’e GÖRE ÇELĠK GRUPLARI Ayrım Kriteri AlaĢımsız ç elikler

AlaĢımlı Çelikler

Temel Çelikler Kaliteli Çelikler

Kaliteli Çelikler

Asil Çelikler

Asil Çelikler

Kimyasal Analiz Kullanım yeri ve Özellikler (Ör. Mekanik Özellikler)

Temel Çelikler • • • •

Genel çelik türü Özellikler için üretim yönteminde sınırlama yok Bu tür çelikler ısıl işleme uygun değil Mn ve Si elementleri dışında – diğer elementlerde herhangi bir kısıtlama yok

Alaşımsız Kaliteli Çelikler  NMI açısından sınırlama yok  Temel çeliklerden farkı daha üstün örneğin mekanik özelliklerin veya daha ince tane boyutu isteniyor  Kaliteli çelikler ile temel çeliklerin üretim prosesleri birbirlerinden farklılık gösterir.

Alaşımsız Asil Çelikler    

NMI açısından sınırlama var Mikroyapıda yüksek temizlik Islah veya yüzey sertleştirilmesi için uygun Mukavemet, kaynak gibi özellikler çok dar sınırlarda  Çok düşük P ve S oranları var  -50 °C'de 27 J darbe enerjisi

Alaşımlı Kaliteli Çelikler  Alaşımsız çeliklere benzer kullanım alanları  yüksek özellikler için alaşımlı

 Islah veya yüzey sertleştirme için üretilmez.  Bu çelik grubunda  Si- ve Al- sınırlamalar ince taneli kaynaklanabilir yapı çelikleri  Ferro manyetik özelliklere sahip çelikler  Ray çelikleri  Kompleks soğuk şekillendirme için saclar  Dual fazlı çelikler

Alaşımlı Asil Çelikler  Bileşim hassas ayarlanıyor  Yeni kullanım alanları var

 Bu çelik grubuna     

paslanmaz çelikler, yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler yüksek sıcaklıkta yüksek mukavemet rulman çelikleri özel fiziksel iletkenlik v.b

Kullanılan 1928 çelik türü     

21'i alaşımsız temel çelikler. 335'i alaşımsız kaliteli çelikler. 98'i alaşımlı kaliteli çelikler. 159'u alaşımsız asil çelikler. 1315'i alaşımlı asil çeliklerdir.

Cast iron and cast steel (Çelik döküm) Nickel base alloy and high nickel containing steels (Ni-Bazlı) Cementation steels (sementasyon) Free-cutting steels (otomat) Cold extrusion steels (soğuk şekillendirilebilir) Nitriding steels (nitrürlü) Chain steels (zincir) Steels for surface hardening (indüksiyon veya alevle yüzey sertleştirilebilir) Structural steels (yapı) AFP-Steels (precipitation hardening ferritic-pearlitic steel) Heat-treatable steels (ıslah) Anti-friction bearing steels (rulman) Carbon tool steels (alaşımsız takım) Tool steels for cold working (soğuk iş takım) Tool steels for hot working (sıcak iş takım) High-speed steels (yüksek hız takım) Spring steels (yay) Stainless steels (ferritic) Stainless steels (martensitic) Stainless steels (ferritic-austenitic) Physical steels (özel fiziksel özelliklere sahip, ölçüm) Amagnetic steels (non-magnetizable steel) Heat resisting steels and valve steels (sıcağa dayanıklı, ventil) Welding filler metals (kaynak elektrotları)

Al (Alum inyum ) B (Bor) Bi (Bizm ut) Co (Kobalt) Cr (Krom) Cu (Bakır) La (Lantanit) Mn (Mangan) Mo (Molibden) Nb (Niobyum) Ni (Nikel) Pb (KurĢun) Se (Selen) Si (Silisyum ) Te (Tellür) Ti (Titanyum) V (Vanadyum) W (Wolfram ) Zr (Zirkonyum ) Diğer (C, P, S, N harici) ve herbiri

0.10 0.0008 0.10 0.10 0.30 0.40 0.05 1.65 0.08 0.06 0.30 0.40 0.10 0.50 0.10 0.05 0.10 0.10 0.05 0.05

Kullanılan kavramlar – AlaĢımsız çelik • Önceki tablodan daha az alaĢım elementi içerir

– AlaĢımlı çelik • Toplam alaĢım elementi < % 5

– Yüksek alaĢımlı çelik • Toplam alaĢım elementi > % 5

• Genel yapı çelikleri – Levha, sac, profil Ģeklinde – çelik kontrüksiyon, bina, köprü, makina, gemi yapımı – St-33 ile St-70-2 arasındaki tüm çelikler bu sınıftadır.

GENEL YAPI ÇELİKLERİ

DIN 17100

Karbon Kopma Dayanımı Akma Dayanımı kg/mm² miktarı kg/mm² DIN % Kalınlık Kalınlık Sim ge Malz. Nr. yaklaşık < 3 m m 3-100 m m .. 16 m m 16 - 40 40 - 63 63 - 80 80-100

Özellikleri

Simge

St33-2

1.0035

St34-2 St37-2 Ust37-2

1.0037 1.0036

-

33 - 55

29

19

0.15

34 - 42

21

0.20

37 - 45

24

37 - 52

35 - 47

Semente edilebilir, kaynak edilebilir

0.20

St42

0.25

St42-2

0.25

44 - 59

42 - 55

28

27

26

25

24

Genel olarak kaynak edilebilir

St50-2

0.30

50 - 67

48 - 62

30

29

28

27

26

Islah edilebilir

St52

0.20

52 - 62

23

22

21

20

Genel amaçlı boru imalaltına uygun, semente ve kaynak edilebilir

St37-2

42 - 50

24

18

26

Genel olarak kaynak edilebilir

36

Kaynak edilebilir

St52-3

1.0570

0.20

52 - 69

50 - 64

36

35

34

33

32

Kaynak edilebilir

St60-2

1.0060

0.40

60 - 78

58 - 72

34

33

32

31

30

Serleştirilebilir, Islah edilebilir

St70-2

1.0070

0.50

70 - 91

68 - 84

37

36

35

34

33

Serleştirilebilir, Islah edilebilir

• İmalat Çelikleri – Sade karbonlu çelikler, alaĢımsız makina yapım çeliği olarak da ifade edilirler – SAE 1040 (C 35), Makina - aparat yapımında mukavemet gerektiren parçaların imalinde, hidrolik silindirlerin piston millerinde, güç aktaran millerde (preslerin eksantrik mili gibi), DiĢli ve civata imalinde yaygın olarak kullanılır. Sertliği 55 HRC ye kadar çıkabilir, indüksiyonla da sertlik alır. Kaynak yapmaya pek uygun değildir.

• SAE 1040 (C 35) – Makina - aparat yapımında hidrolik silindirlerin piston millerinde, güç aktaran millerde (preslerin eksantrik mili gibi), DiĢli ve civata imalinde yaygın olarak kullanılır.

• SAE 1050 (C 45) – toprak ve kömür sektöründe kırıcı ve kazıcı

• SAE 1060 (C 60) – toprak iĢleme makinalarının ( pulluk, çapa vb ) yapımında

• Islah çeliği – SertleĢtirilmiĢ ve temperlenmiĢ çelik • 0.3-0.6 C içerir, sertlik yanında tokluk istenir • Genel makina çeliği • Takım çeliği değil

• Takım çeliği – Kullanım yerine göre farklı özellikler • Sıcak – Yüksek sıcaklıkta mukavemet

• Soğuk – Normal (max150 C) ve oda sıcaklıklarında yüksek sertlik

• Hız – Yüksek kesme hızlarında yüksek sertlik

• • • •

Mukavemet = dayanım (kesitte taĢınabilir yük) SertleĢme = yüksek sertliği düĢük soğutma hızlarında kazanabilme Kritik soğuma hızı = en yüksek sertlik için en düĢük soğutma hızı SertleĢme derinliği = en büyük parça geometrisinde en yüksek merkez sertlik

Desoksidasyon= oksijen giderme Durgun çelik = düĢük Okisijen içeren çelik Kaynar = yüksek oksijen içeren çelik

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları Çelik Standartlarında Kullanılan Semboller: (Çelik Kullanım Yeri ve Özelliklerine Göre) S = Genel Yapı Çeliği P = Basınçlı Boruların Ġmalinde Kullanılan Çelikler L= Makina Motor Yapı Çelikleri Bu Sembolleri bir sayı takip eder ve çeliğin en küçük kalınlık veya çapta ölçülen min. Akma Mukavemetini MPa olarak verir. Örnek S355, Genel yapı çeliği Re>= 355 MPa. E295, Makina Yapı Çeliği Re>= 295 MPa

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları B = Beton çeliği, bu iĢareti karakteristik akma mukavemeti takip eder. Y = Gerdirme Ġçin Kullanılan Çelikler bu iĢareti min. çekme mukavemeti takip eder. R = Ray Çelikleri bu iĢareti min. çekme mukavemeti takip eder. H = Derin Ģekillendirme için kullanılan soğuk hadde ürünü saclar, bu iĢareti min. akma mukavemeti takip eder. D = Soğuk Ģekillendirme için kulanılan yumuĢak sac veya levhalar, bu iĢareti ayrıca Ģu semboller takip eder: (1) C = soğuk hadde mamulleri için (2) D = soğuk haddelenecek sıcak mamuller için (3) X = sıcak veya soğuk hadedlendiği belirtilmeyen mamüller için. T = Çok ince taneli ve kalay veya krom kaplanmıĢ saclar için M = Trafo Sacı, bu iĢareti maks. manyetik kayıp miktarı takip eder.

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları • • • • •

Kimyasal Kompozisyona Göre) 1. AlaĢımsız Çelikler a) C sembolünü b) Bir sayı takip eder ve çelikteki karbon miktarının 100 katını ifade eder. Örnek : C35, C : Karbonu, 35 : % 0.35 karbon içerdiğini gösrerir.

•

2. AlaĢımsız ve düĢük alaĢımlı Çelikler: Maksimal alaĢım elementi miktarı % 5. a) Bir sayı, karbon miktarının 100 katını ifade eder, b) AlaĢımlanmıĢ elementlerin kimyasal sembolleri, eğer aynı oranda birden fazla element varsa bu elementler alfabetik sıraya göre dizilir, ğer farklı oranlar varsa yüksek orandan düĢüğe doğru sıralama yapılır. c) AlaĢım elementlerinin miktarı, kimyasal sembol sırasına göre, bu miktarlar aĢağıdaki tablodaki faktörlere bölünerek hesaplanır:

• •

• • •

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları Elem ent

Faktör

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr

10

Ce, N, P, S

100

B

1000 Örnek : 13CrMo4-4

C-Miktarı % 0.13

Cr-Miktarı % 1

Mo-Miktarı % 0.4

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları • AlaĢımlı Çelikler (Yüksek Hız Çelikleri hariç) alaĢım elementi miktarı % 5'den fazla ise • a) önce bir X iĢareti • b) sonra bir sayı, bu sayı karbon oranının 100 katını ifade eder. • c) sonra alaĢım elementlerinin kimyasal sembolleri, miktarlarına göre sıralıdır • d) sonra birbirlerinden '-' ile ayrılmıĢ sayılar yukarısdaki kimtasal elementlerin alaĢımdaki miktarlarını verir.

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları Örnek X5CrNi 18-10

AlaĢım elemti miktarı bir element için % 5'den büyük

Cr = % 18

Karbon Oranı = % 0.05

Ni = % 10

Çeliklerin Sistematik Sınıflandırılması ve Çelik Normları • Yüksek Hız Çelikleri: • Bu çelikler bir dizi sembol ile adlandırılır: • a) önce HS sembolü (High Speed = yüksek hız) • b) Sayılar dizisi sırası ile aĢağıdaki elementlerin miktarını verir: • - Wolfram (W) • - Molibden (Mo) • - Vanadin (V) • - Kobalt (Co)

Çelik Malzemelerde Mikroyapı Çeşitleri

– Ferrit • Ön ötektoid, tanesel, iğnesel, delta, kalıntı

– Östenit • Paslanmaz, kalıntı

– Sementit • Tane sınırı, küresel tavlı

– Perlit • ÇeĢitleri

– Beynit • Alt ve üst beynit

– Martenzit • Kubik, masif, tabaka, iğnesel

Alaşım Elementleri ve Etkileri

KARBON

• • • •

Mukavemeti arttırır SertleĢmeyi kolaylaĢtırır Kritik soğutma hızını düĢürür SertleĢme derinliğini arttırır

SİLİSYUM

• Mn- ve Al- ile desoksidasyon elementi • Min Si oranı % 0.2 olmalı

• Si çözünürlüğü yak. % 14’dür. • % 6.5 Si ve üzerinde üst konumda kırılgan bir alaĢım oluĢur. • % 3 Si üzerinde soğuk Ģekillendirme ve % 7 üzerinde de sıcak Ģekillendirme mümkün değildir.

Si katkısı ile feritte karbon çözünürlüğü artar ve dolayısıyla karbür oluĢumu engellenir. Si katılaĢmanın denge koĢullarına uygun gerçekleĢmesini sağlar. Bu nedenle tavlama sırasında sementit demir ve grafit’e ayrıĢır (Burada Sielementinin grafiti stabilize etkisi vardır)

Si akma ve çekme dayanımlarını arttırırken uzamayı çok fazla etkilemez. Bunun dıĢında kritik soğuma hızını düĢürerek sertleĢme derinliğini arttırır. Si alaĢımlı çeliklerde yüksek akma dayanımı elde edilmesi nedeni ile yay çeliklerinde kullanılır.

Si demirin elektrik direncini arttırdığı ve manyetik kayıpları da azalttığı için %4 Si alaĢımı ile trafo çeliklerinde kullanılır. Tavlama sırasında bilinçli olarak oluĢturulan SiO2 asitli ortamlarda korozyona karĢı direnç sağlar.

Si ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Yay Çelikleri Si-Etkisi : SertleĢme derinliğinin, akma ve çekme mukavemetlerinin ıslah durumunda artması Si Miktarı : % 0.6-1.8 Örnek : 38Si7, 60SiCr7

Takım Çelikleri Si-Etkisi : AĢınmaya karĢı direnç ve temper dayanımı. Si Miktarı : % 0.7-2.0 Örnek : 70Si7, 60MnSiCr4

Transformatör Çelikleri Si-Etkisi : Direnç artıĢı ve manyetik kayıpların azalması. Si Miktarı : % 4.3 ‘ ekadar Örnek : 5Si 17

Paslanmaz ve Sıcaklığa Dayanıklı Çelikler Si-Etkisi : SiO2 içerikli katman oluĢumu ile korozyona karĢı direnç. Si Miktarı : % 0.7-2.5 Örnek :X8CrNiSiN21-11, X10CrAlSi13

MANGAN

etkili bir desoksidasyon elementi %10 miktarında Mn oda sıcaklığında ferrit içersinde çözünür. Mn kalıntı oluĢumlarında etkilidir MnO.MnS 2MnO.SiO2 gibi kalıntıları oluĢturur.

Bu kalıntılar deformasyonun etkisi ile uzar ve yapıda anizotropi oluĢturur. Yüksek Mn/S oranlarında (Mn/S > 1.7) çelikte sıcak yırtılma ortadan kalkar. SertleĢtirme ve kritik soğuma hızını düĢürmek için Mn en ucuz alaĢım elementlerinden biridir. Mn alaĢımlı çelkiklerde bir yandan Mukavemet artıĢı sağlanırken diğer yandan toklukta da artıĢ gözlenir.

% 2-10 arasında Mn içeren martenzitik Mn çelikleri çok kırılgandır. Mangan sert çeliği olarak anılan %12-14 Mn ve % 1.2-1.4 C içeren çeliklerde yapı oda sıcaklığında ostenitik olarak kalır (Mn:C = 10:1). Bu çeliklerin aĢınmaya karĢı dirençleri yüksektir, sertlikleri ve mukavemetleri düĢüktür. AĢınmaya karĢı direnç darbe etkisi ile yapının ostenitten martenzite lokal dönüĢümü ile sağlanır.

Mn ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Yapı Çelikleri Mn-Etkisi : S ile MnS oluĢumu. Akma ve çekme dayanımlarının artıĢı. Mn Miktarı : % 1.7’e kadar Örnek : S355J2G3 (St 52-3N)

Islah Çelikleri Mn-Etkisi : Kritik soğuma hızının düĢürülmesi ile sertleĢme derinliğinin artıĢı. Mn Miktarı : % 1.7’e kadar Örnek : 28Mn6

Sementasyon Çelikleri Mn-Etkisi : Karbür oluĢumu olmadan sertleĢme derinliğinin artıĢı. Mn Miktarı : % 0.9-1.4 Örnek : 16MnCr5

FOSFOR

• Demir içerisinde çok düĢük difuzyon hızlarına sahiptir • fosfor genelde istenmez ve segregasyon gösterir. • Segregasyon bölgelerinde fosfor birikimi normal analizde bulunan fosforun çok üzerindedir. • Bu nedenle fosfor S gibi sıcak çatlak oluĢumuna neden olur ve çelik üretiminde mutlaka giderilmesi gerekir.

• Mn ve Cr-Mn çeliklerinde % 0.01’in üzerinde fosfor oranı temper gevrekliğine neden olur. • Cu ile fosforun beraber kullanımı korozyona karĢı direnç sağlar.

P ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Mevsim DeğiĢikliğine Dayanıklı Çelikler: P-Etkisi : Atmosferik korozyona karĢı direnç. P-Miktarı : % 0.06-0.15 Örnek : S355J2WP (9CrNiCuP 3-2-4)

KÜKÜRT

• S, çelikte yüksek segregasyon gösteren elementlerden biridir. • 1356 °C’da ostenitte % 0.06 • 1365 °C’da delta ferrit içersinde % 0.18 • 910 °C’da ferrit içersinde % 0.02 oranında çözünür • Bu nedenle alaĢımda çok az miktarda bulunan S ile FeS oluĢur

• ÇözünmüĢ O ile reaksiyona girer ve 856908 °C arasında FeO-FeS ötektiğini oluĢturur. • Bunun yanında Fe-FeS ötektiği de 988 °C’da oluĢur. • DüĢük sıcaklıklarda 800-1000 °C (sıcak haddeleme sıcaklıkları) sıcak yırtılmalara neden olur.

• Ergime sıcaklığı 1610 °C olan MnS kalıntılarının Mn ilavesi ile oluĢturulması sıcak yırtılmayı önler. • AlaĢımda bulunan diğer metallerle de reaksiyona giren MnS, Me Mn S tipinde kompleks kalıntıların oluĢumunu sağlar.

• otomat çeliklerinde S alaĢım elementi olarak kullanılır. • Otomat çeliklerinde arttırılmıĢ Mn ve Pb oranları vardır • bunun yanında % 0.15-0.3 arasında S de bulunur. • S içerikli kalıntıların talaĢ kaldırma sırasında kısa boylu talaĢ oluĢturması ile takım ömrü artar.

S ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Otomat çelikleri S-Etkisi : Kısa boylu talaĢ oluĢumu S-Miktarı : % 0.15-0.3 Örnek : 9SMnPb28

Asil Yapı Çelikleri S-Etkisi : Kısa boylu talaĢ oluĢumu S-Miktarı : % 0.02-0.035 Örnek : 16MnCr 5 S

KROM

Cr akma dayananımını arttırırken uzamayı çok fazla düĢürmez. Kritik soğuma hızını düĢürür ve sertleĢme derinliğini önemli ölçüde arttırır.

Sertlik artıĢı sertleĢme derinliğinin yanısıra Cr’nun karbür oluĢturucu etkisine de bağlıdır. Yüksek Cr miktarları sıcak dayanç ve temper stabilitesini getirir. >%12.2 Cr ile alaĢımlanmıĢ çeliklerde yüzeyde korozyona dayanıklı pasif bir tabaka oluĢur bu nedenle paslanmaz çeliklerin en önemli alaĢım elementidir.

Cr ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Islah Çelikleri Cr-Etkisi : SertleĢme derinliğinin artıĢı Cr-Miktarı : % 2’e kadar Örnek : 41Cr4

Sıcakta Dayançlı Çelikler: Cr-Etkisi : Katı çözelti ve karbür oluĢumları ile sıcak dayancın artıĢı Cr-Miktarı : % 2.5’a kadar Örnek : 21CrMoV 5 7

Nitrürlü Çelikler Cr-Etkisi : Nitrür oluĢumü ile yüzeyde sert tabaka oluĢumu Örnek : 34CrAlMo5

Takım Çelikleri Soğuk ĠĢ Takım Çelikleri • Cr-Etkisi : Temper dayanımını arttırıcı ve sertleĢtirme derinliği arttırıcı • Cr-Miktarı : alt ve üst ötektoid çeliklerde %1.5; ledebüritik çeliklerde % 12; Paslanmaz takım çeliklerinde % 15-17 Örnek : X210Cr12, X36CrMo17, 105WCr6

Sıcak ĠĢ Takım Çelikleri • Cr-Etkisi : SertleĢtirme derinliğinin arttırılması • Cr-Miktarı : % 1.0-1.5, çok yüksek zorlamalar için % 13 Örnek : X38CrMoV 5-1; 60WCrV7 ;X50NiCrWV13-13

Yüksek Hız Takım Çelikleri Cr-Etkisi : Sertliğin çözeltiĢye kolay alınabilir ince karbürler ile arttırılması Cr-Miktarı : % 4 Örnek : S6-5-2, S18-1-2-5

Paslanmaz Çelikler • Cr-Etkisi : Pasif tabakanın oluĢumu • Cr-Miktarı : % 28’ e kadar Örnek : X20Cr13; X5CrNi18-10; X1CrNiMo28-4-2

Sıcağa Dayanıklı Çelikler • Cr-Etkisi : Stabil Cr2O3 tabakasının oluĢumu • Cr-Miktarı : % 30’a kadar Örnek : X10CrAl18; X20CrNiSi25-4

NİKEL

• Nikel Fe-C denge diyagramında katılaĢmayı stabilize eder • Kritik soğuma hızını düĢürür • SertleĢme derinliğini arttırır.

• düĢük sıcaklık tokluğunu arttırır. • Tane inceltici etkisi vardır • ostenitleme sırasında yüksek sıcaklıklarda tane kabalaĢmasını engeller.

• paslanmaz çeliklerde kullanılır • Isıl genleĢme %36 Ni içeren bir çelikte minimum’a iner ve Invar adı verilen malzemelerde kullanılır. • Elektriksel direnci arttıran Ni ısıtıcı rezistans’larında kullanılır.

Ni ile Alaşımlı Örnek Malzemeler

Suda SertleĢen Kaynaklanabilir Yapı Çelikleri • Ni-Etkisi : Kritik soğuma hızının düĢmesi ve sertleĢme derinliğinin artıĢı • Ni-Miktarı : % 1.0 Örnek : S 460N (StE 460)

Sementasyon Çelikleri Ni-Etkisi : Tane incelmesi ile tokluk artıĢı Ni-Miktarı : % 1.4-1.7 Örnek : 15 CrNi 6, 17 CrNiMo 6

Islah Çelikleri Ni-Etkisi : Kritik soğuma hızının düĢmesi ve sertleĢme derinliğinin artıĢı, özellikle dövme ile üretilen boyutları büyük malzemeler. Ni-Miktarı : % 1.0-4.5 Örnek : 36 NiCrMo 16, 36 CrNiMo 4

Sıcağa Dayançlı Çelikler Ni-Miktarı : % 1.3’e kadar Örnek : 20 MnMoNi 4-5, 28 NiCrMo 4

Soğuk ĠĢ Takım Çelikleri Ni-Miktarı : % 4’ e kadar Örnek : X 45 NiCrMo 4

Soğuk ġekillendirilebilir Çelikler Ni-Etkisi : DüĢük sıcaklıklarda yüksek tokluk özellikleri Ni-Miktarı : % 4 Örnek : 10 Ni 14, X 8 Ni 9

Ostenitik Cr-Ni Çelikleri Ni-Etkisi : Katı çözelti ile mukavemet artıĢı Ni-Miktarı : % 8’den fazla Örnek : X 5 CrNi 18-10

Martenzitik Çökelti SertleĢen Çelikler (Maraging Çelikleri) Ni-Etkisi : Ġntermetalik faz oluĢumu (Ni3Mo) Ni-Miktarı : % 18 Örnek : X2 NiCoMo 18-8-5

Invar Çeliği Ni-Etkisi : Çok düĢük ısıl genleĢme katsayısı Ni-Miktarı : % 36 Örnek : Ni36

MOLĠBDEN • Mo sertleĢme derinliğini ve sıcak mukavemeti arttırır • Cr ve Mn içeren ıslah çeliklerinde temper gevrekliğini azaltır. • Islah çeliklerinde bu nedenle % 0.2-0.4 arasında kullanılır. • % 1 Mo’nin sertleĢme derinliğine etkisi % 2 Cr ile eĢdeğerdir.

• Mo karbür oluĢturur ve aĢınmaya dayanımı ve temper dayanımını arttırır • bu nedenle Mo düĢük alaĢımlı sıcak iĢ takım çeliklerinde kullanılır. • Yüksek alaĢımlı sıcak iĢ ve yüksek hız takım çeliklerinde Mo yerine daha stabil karbürleri ve yüksek sertliği nedeniyle W kullanılır.

• Sementasyon çeliklerinde Mo karbon difüzyonunu engeller ve bu nedenle yüksek kabuk karbon oranları için kullanılır. • Ostenitik çeliklerde korozyona karĢı direnç ve yüksek sıcak dayanç için kullanılır.

Mo ile AlaĢımlı Örnek Malzemeler

- Islah Çelikleri Mo-Etkisi : Kritik soğuma hızının düĢmesi ve sertleĢme derinliğinin artıĢı, temper gevrekliğinin azaltılması Mo-Miktarı : % 0.5’e kadar Örnek : 42 CrMo 4

- Sıcağa Dayanıklı Çelikler Mo-Etkisi : Katı çözelti ve karbür oluĢumu ile sürünme direncini arttırması. Mo-Miktarı : % 1.0’e kadar. Örnek : 15 Mo 3, 21 CrMoV 5-11

- Nitrürlü Çelikler Mo-Etkisi : Mo-Nitrür oluĢumu ile nitrür tabakasının sertiğini arttırması. Mo-Miktarı : % 0.15-1 Örnek : 34 CrAlMo 5, 31 CrMo 12

Paslanmaz Çelikler Mo-Etkisi : Cl-iyonu içeren ortamlarda pin hole oluĢumunu engellemesi Mo-Miktarı : % 2’e kadar. Örnek : X12 CrNiMo 17-12-2

BAKIR • Fosfor ile birlikte % 0.07-0.15 Cu atmosfer korozyonuna dayanımı arttırır • Bu çeliklerde % 0.2-0.3 arasında Cu alaĢımlanması oksit oluĢumuna karĢı direnci arttırır.

• Cu serleĢme derinliğini, akma ve çekme dayanımlarını arttırır. • Takım çeliklerinde kullanılan alaĢım elementlerinin sertleĢmeye etkisi Cu’dan çok daha fazla olduğundan Cu için bu çelik grubunda kullanım alanı yoktur

• Dövme ile Ģekillendirilen çeliklerde Cu yüzey hatalarına neden olur. • Ostenitik paslanmaz çeliklerde % 3’e kadar alaĢımlanan Cu Mo varlığı ile birlikte korozyona karĢı direnci arttırır.

Cu ile AlaĢımlı Örnek Malzemeler

Yağmur’a Dayanıklı Yapı Çelikleri Cu-Etkisi : P, Sülfat kompleksleri ve Cr ile birlikte koruyucu pasif tabaka oluĢumu ve korozyona karĢı direnç Cu-Miktarı : % 0.25-0.55 Örnek : S355J2WP (9 CrNiCuP 3-2-4)

Ostenitik Paslanmaz Çelikler Cu-Etkisi : Sülfürik asit ve hidroklorik asit ortamlarında korozyona karĢı direnç Cu-Miktarı : % 1-2 Örnek : X 2 NiCrMoCu 25-20-5

KOBALT • Co Ostenit fazını stabilleĢtirir • en yüksek Curie sıcaklığına (1121 °C) sahiptir. • Yüksek hız ve Maraging çeliklerinde kullanılır.

Co ile AlaĢımlı Örnek Malzemeler

Maraging Çelikleri Co-Etkisi : Matrikste çözünür ve Nimartenzitte yüksek dislokasyon yoğunluğu sağlar. Karbür oluĢturucu elementlerin çözünürlüğünü azaltır. Co-Miktarı : % 8-12 Örnek : X2 NiCoMo 18-8-5

Yüksek Hız Takım Çelikleri (Yüksek AlaĢımlı Sıcak ĠĢ Takım Çelikleri) Co-Etkisi : Katı çözelti ile sıcak sertlik ve temper dayanımının arttırılması, karbon difüzyonun engellenmesi. Ġkincil sertlik artıĢının yüksek sıcaklıklara kaydırılması. Co-Miktarı : % 5-10 Örnek : S 18-1-2-5, X 20 CrCoWMo 10-10

Manyetik Malzemeler Co-Etkisi : Manyetik özelliklerin arttırılması. Co-Miktarı : % 50’e kadar Örnek : AlNiCo 30/10

Yüksek Sıcaklığa Dayançlı Çelikler Co-Miktarı : % 20 Örnek : X12 CrCoNi 21 20, NiCr 20 CoMo

Sıcak ĠĢ Takım Çelikleri Co-Miktarı : % 10 Örnek : X 20 CoCrWMo 10-9

TUNGSTEN (WOLFRAM) • W karbür ve ferrit oluĢturucu bir alaĢım elementidir • Östenit alanını daraltır.

• Yüksek sıcaklık dayancını • temper dayanımını • aĢınmaya karĢı direnci arttırır.

W ile AlaĢımlı Örnek Malzemeler

Soğuk ĠĢ Takım Çelikleri W-Etkisi : Karbür çökeltileri ile aĢınmaya karĢı direncin arttırılması W-Miktarı : % 2’e kadar Örnek : 105 WCr 6, X 210 CrW 6

Sıcak ĠĢ Takım Çelikleri W-Etkisi : Ġkincil karbür çökeltileri ile temper dayanımını ve aĢınmaya karĢı direncin arttırılması W-Miktarı : % 8’e kadar Örnek : X 30 WCrV 5-3

Yüksek Hız Takım Çelikleri W-Etkisi : Ġkincil karbür çökeltileri ile temper dayanımını ve aĢınmaya karĢı direncin arttırılması W-Miktarı : % 2-18 Örnek : S 2-9-1, S 6-5-2, S 18-1-2-5

NĠOBYUM • Nb, Ti ve V termomekanik iĢlemlerde mikroalaĢım elementleridir. • C ve N’a afiniteleri çok yüksek olup çok ince karbür ve nitrür çökeltileri oluĢturarak dayanımı arttırır.

Nb ile AlaĢımlı Örnek Malzemeler

Ġnce Taneli Yapı Çeliği (T-ĠĢlemli) Nb-Etkisi : Ġnce taneli yapı, rekristalizasyonu önlemesi, çökelti sertleĢtirmesi, yüksek akma ve çekme dayanımı Nb-Miktarı : % 0.1’den az Örnek : FeE 420 KGTM (StE420TM)

Stabilize Ostenitik Paslanmaz Çelikler Nb-Etkisi : Sürünme direncinin arttırılması, C’nun NbC Ģeklinde bağlanması ile Crkarbürlerin oluĢumunun engelenmesi Nb-Miktarı : % C’nun 10 katı ancak maks. %1 Örnek : X 6 CrNiNb 18-10

Stabilize Ferritik Paslanmaz Çelikler Nb-Miktarı : % C’nun 10 katı ancak maks. %1 Örnek : X 1 CrNiMoNb 28-4-2

Yüksek Dayançlı Nikel AlaĢımları Nb-Etkisi : Nb’un Ni3Al intermetalinden Al’nun yerine geçmesi Nb-Miktarı : % 5 Örnek : Inconel 718

TĠTANYUM Ġnce Taneli Yapı Çelikleri Ti-Etkisi : Rekristalizasyonu engellemesi ve ostenit tane büyümesini engellemesi ile tane inceltici etki, TiC oluĢumu ile mukavemet artıĢı ve yüksek tokluk. Ti-Miktarı : % 0.2’den az

Stabilize Ostenitik Paslanmaz Çelikler Ti-Etkisi : Sürünme dayanımının artması, TiC olarak bağlanan karbon ile Cr-karbür oluĢumunun engellenmesi Ti-Miktarı : % C’nun 5 katı, maks % 0.8 Örnek : X 6 CrNiTi 18-10

Stabilize Ferritik Paslanmaz Çelikler Ti-Etkisi : Sürünme dayanımının artması, TiC olarak bağlanan karbon ile Cr-karbür oluĢumunun engellenmesi Ti-Miktarı : % C’nun 7 katı. Örnek : X 6 CrTi 17

VANADYUM Ġnce Taneli Yapı Çeliği (T-ĠĢlemli) V-Etkisi : Çökelti sertleĢmesi. ÇözünmüĢ V ferrit dönüĢümünü geciktirir. Tane inceltici etkisi Nb ve Ti elementlerine göre daha azdır. V-Miktarı : % 0.22’den daha az.

Yüksek Hız Takım Çelikleri V-Miktarı : % 1.0-4.0 Örnek : S 6-5-2

Sıcak ĠĢ Takım Çelikleri V-Etkisi : Sertlik artıĢı, aĢınmaya karĢı direnç ve temper dayanımı. V-Miktarı : % 1’den daha az. Örnek : X 40 CrMoV 5-1 X 20 CrMoV 12-1

ALUMĠNYUM • Silisyum yanında önemli desoksidasyon elementlerinden biri olan Al durgun çeliklerde % 0.01 oranında bulunur.

Ġnce Taneli Yapı Çelikleri Al -Etkisi : Al ve N- miktarlarının ayarlanması ile ferrit/ostenit dönüĢümü için çekirdek oluĢumu sağlanır ve tane büyümesi engellenir. Al-Miktarı : > % 0.02, ancak eğer N Ti, Nb veya N tarafından bağlı değilse. Örnek : FeE 460 KGTM (StE 460 TM)

DüĢük AlaĢımlı Yapı Çelikleri

Malzeme Grupları • Makine Yapı Çelikleri • Konstrüksiyon Çelikleri – Köprü – Bina v.b.

BirleĢtirme Yöntemi • • • •

Kaynak Lehim Perçin Vida

Kullanım Özellikleri • Kullanım Özellikleri – Mukavemet – Tokluk – Konstrüksiyonlar için akma mukavemeti

• Yüksek mukavemet ile daha hafif konstrüksiyonlar (statik yüklenme) • Mukavemet yanında yorulma dayanımı (dinamik yüklenme, köprüler, titreĢim ile çalıĢan kons.)

Gerilme

Çekme numunesi B8x8 Ölçü boyu=100 mm Deney sıcaklığı : Oda Sıc.

ġekil DeğiĢtirme

• Yüksek Mukavemetli çelikler daha düĢük yorulma mukavemetine sahiptir.

Yorulma Mukavemeti

Akma sınırı

Çevrim Sayısı (N)

Tokluk Özellikleri • Yapı çeliklerinde tokluk geçiĢ sıcaklığına göre değiĢir. • Diğer yandan düĢük sıcaklıkta yüksek Ģekil değiĢtirme özelliği olmalı – Soğuk Ģekillendirme için – Bölgesel gerilim artıĢlarını düĢük bir plastik Ģekil değiĢtirme ile gidermek için

• ġekil değiĢtirme ölçütleri – Kopma Ģekil değiĢtirmesi – Kopma kesit daralması

Ġmalat (ġekillendirme) Özellikleri • Ġmalat (ġekillendirme) – ġekil değiĢtirme ile – BirleĢtirme ile – Yüzey kaplama ile

ġekil değiĢtirme • Sınırlı boyut toleranslarının eldesi için genelikle soğuk Ģekillendirme gerekli • Soğuk Ģekillendirme sırasında sertleĢme meydana gelir ve tokluk düĢer. • Bu durum kısmen gerilim giderme tavlaması ile (600 ºC) giderilebilir

ġekil DeğiĢtirme • Eski özelliklerin geri kazanımı sadece normalizasyon ile olabilir • Bu ancak tavlama sonrası boyut değiĢimi olacağından hiç uygulanmaz. • Eğer Ģekil değiĢtirme sıcak uygulanmıĢ ise iĢleme sonrası istenilen özellikler ek ısıl iĢlemler ile sağlanabilir.

BirleĢtirme • Çelik için en önemli yöntem kaynak • Kaynaklanabilirlik en önemli özellik • Bir malzemenin kaynak yatkınlığı kaynaklı bölge özelliklerinin ana malzeme özelliklerine çok yakın olması ile belirlenir. • Ayrıca kaynak sonrası malzeme özelliklerini etkiler Ģekilde hata oluĢmaması gerekli

BirleĢtirme • Kaynak hataları – Ani sertlik çıkıĢları ve gevreklik – DikiĢ altı çatlak oluĢumları – Çatlak oluĢmaması için % 0.2 oranının altında bile kuvvetli etkileri bulunur. • Bu elemetler ile az perlitli veya perlitsiz ince taneli yapı çelikleri geliĢtirilmiĢtir.

• Cr, Mn ve Mo karıĢım kristali içerisinde sertlik sağlarlar • Nb, V ve Ti elemetleri çökeltiler ve ince tane oluĢumu ile yüksek sertlik ve tokluk sağlarlar

• MikroalaĢım elementleri Nb, V ve Ti • Östenit tane büyümesini engellerler • Sıcak deformasyon sırasında oluĢabilecek rekristalizasyonu engellerler • DönüĢüm özelliklerini etkilerler • Çökelti oluĢtururlar

Termomekanik ĠĢlemler ile Malzeme Özelliklerinin GeliĢtirilmesi • Optimum mukavemet-tokluk kombinasyonu • Yüksek dananımlı kaynaklanabilir yapı çelikleri geliĢtirildi

TM parametreleri • • • • • • • • •

Deformasyon sıcaklığı Östenitleme sıcaklığı Son deformasyon sıcaklığı Toplam deformasyon oranı Deformasyonun pasolara dağılımı Deformasyon hızı Son deformasyon hızı Paso arası bekleme zamanları Soğutma hızı

V, Nb ve Ti elementleri • • • • • •

Karbür ve nitrür oluĢtururlar V (CN) 1150 °C çözünür Nb(CN) >1250 °C çözünür Ti(CN), Ti(CS) sıvılaĢtıktan sonta çözünür Ti(C,N) 1200-1300 °C çözünür Çözünürlük artar – Östenitleme Sıcaklığı – DüĢük C ve N oranları

• BaĢarılı bir TM için – Östenitleme • • • •

Kaba tane oluĢumu engellenmeli Östenitleme sıcaklığı optimum olmalı Östenitleme süresi optimum olmalı Yeterli miktarda mikroalaĢım elementi çözeltiye alınmalı

• Östenit taneleri kabalaĢabilir – engeller kalkınca • östenit tane sınırlarında ince çökeltiler kabalaĢınca

– Çökeltiler kabalaĢır • uzun östenitleme sürelerinde • yüksek östenitleme sıcaklıklarında

• Östenit tane boyutunu – Nb ve Ti kontrol eder – V kontrol edemez zira 1150 °C’da çözünür

• Ferrit tane boyutunu – Östenit tane boyutu – Östenitin rekristalizasyonu – Östenit dönüĢümü belirler

• Statik veya dinamik rekristalizasyon – Sıcak deformasyon sırasında – > kritik def. Oranı

• V, Nb ve Ti – Çözeltiye girmeli – Kritik def. Oranı ↑ – Kuluçka zamanları ↑ – Rekristalizasyonu önlüyor

• Çökelti oluĢumu hızlanır ve kolaylaĢır – Yüksek kafes distorsiyonu – Östenitin yüksek dislokasyon yoğunluğu

• Ġnce taneli ferrit – Ġnce çökeltiler östenitte dislokasyon hareketlerini engeller – Böylece östenitin toparlanması engellenir. – Ġnce taneli östenit • • • • •

Uzun tane sınırlarına Yüksek dislokasyon yoğunluğu Ġnce çökeltiler Ferrit için yüksek miktarda çekirdek sayısı Ancak östenit rekristalize olmadığı için tekstür kalır

• Ferrit dönüĢümü hızlanır – ↓ östenitleme sıcaklığı – ↓ C oranı – ↑ çökelti miktarı – ↑ çekirdek sayısı

• Ferrit dönüĢümü zorlaĢır, martensit veya beynit oluĢur – Östenitleme sıcaklığı yüksek – Matrix C çözünürlüğü ↑ – Çökelti miktarı ↓ – Çekirdek sayısı ↓

• Yüksek mukavemet ve tokluk – sıcaklık-deformasyon kombinasyonu – çökeltiler boyut ve dağılımları – En ince ve yüksek miktarda çökelti – çekirdek yoğunluğu artıyor – Ferrit tane boyutu düĢüyor

• Mukavemet artıĢı çökeltilerin hacim miktarından bağımsızdır – Önce Ds düĢüyor – Sonra 800-900 °C arası max. Çökelti miktarı (ama inkoherent –uyumsuz-) – 800 °C altında çökelti miktarı azalıyor buna karĢın Ds artıyor – Ds 600 °C’da max. (zira koherent veya yarı koherent)

Termomekanik iĢlem parametreleri (sac sıcak hadde örneği) • Yassı kütük Sıcaklığı – Hareketli fırında (östenitleme sıcaklığı) – Amaç: çökeltileri çözmek, deformasyon sıcaklığını sağlamak – Tg↑ iri tane, Tg ↓ hadde kuvvetleri ↑

• Son hadde sıcaklığı (Tj) – Tj ↑ dislokasyon yoğunluğu ↓ – Tj ↑ östenit rekristalize oluyor – Tj ↑ çekirdek sayısı düĢük – Tj ↑ ferrit tane boyutu yüksek

• Son deformasyon oranı – j ↑ dislokasyon yoğunluğu ve tane yüzey alanı ↑ – Çekirdek sayısı ↑ – Ġnce taneli ferrit

• Soğutma hızı .

– T ↑ aĢırı soğuma ↑ – Ġnce taneli ferrit

• Sarılma sıcaklığı – Ġnce çökeltilerin oluĢumu için 600 °C civarında olmalı

Yapı çeliklerinde ısıl iĢlem • Sıcak hadde sonucu özellikler yeterliyse ısıl iĢlemsiz • -20 °C’da 27J gibi belli bir tokluk değeri isteniyorsa normalizasyon veya normalize hadde (son hadde sıcaklığı 850-900°C) • Daha yüksek mukavemet isteniyorsa suda soğutma ve ıslah (akma mukavemeti >900 MPa) • TM iĢlem

• Daha yüksek mukavemet isteniyorsa yüksek soğuk deformasyon uygulanır – Ön gerilmeli beton çelikler (Akma/Çekme oranı 1 değerine çok yakın) – Akma mukavemetleri 1700 Mpa değerine kadar çıkıyor

Yapı Çelikleri ÇeĢitleri

• Genel Yapı Çelikleri – C500 Mpa)

• ĠnĢaat çelikleri – Beton çelikleri – Ön gerdirmeli çelikler

• Yeni normlar • Ek notasyonlar

Otomotiv Sektöründe Kullanılan Çelik Malzemeler

• Üretilen çelik malzemelerin % 70’i otomotiv sanayinde kullanılıyor (%75’i sac) – ġase ve jantlar • Sıcak haddelenmiĢ yüksek mukavemetli çelik sac

– Karoser • Soğuk haddelenmiĢ ince taneli sac • Galvanizli veya kompleks kaplı

– Yakıt deposu ve eksoz • Ġnce taneli yüzey kaplanmıĢ çelik sac

– Güç aktarımı • Yüksek dayanımlı çelikler ve dövme malzemeler

– Lastikler • Yüksek dayanımlı patentlenmiĢ ince çelik tel

• Otomotiv için malzeme kriterleri – Ekonomik – Bulunabilirlik – DönüĢüme (Recycling) uygunluk

Malzeme Özellik Profili • Ġmalat Özellikleri – – – – –

ġekil değiĢtirme Kesme ve iĢleme Kaynak Isıl iĢlem Yüzey kaplama

• Kullanım Özellikleri – Mukavemet – Tokluk – Kaza sırasında deformasyon – YaĢlanma direnci – Korozyon dayanımı

Kullanım Özellikleri • Dayanım – Yüksek olmalı – Uzun yıllar aynı kalmalı – Artan dayanım ile daha hafif araçlar

• Dayanç arttırıcı mekanizmalar – KarıĢım kristali, dislokasyonlar, tane sınırı dayanımı, çökeltiler, dual faz, pekleĢme

• Tokluk (gevrek kırılma direnci) – DıĢ etkenler ve malzeme et kalınlığı – TaĢıyıcı komponentler (Ģase, aks v.b.) – YaĢlanma direnci – Ġnce taneli yapı – Kuvvetli çökelti oluĢumundan kaçınmak

• Korozyon Direnci – Daha yüksek korozyon direnci – Daha yüksek ömür • Soğuk haddelenmiĢ ince taneli sac yerine • Yüzeyi kaplanmıĢ (ör. Zn) ince taneli sac

– Günümüzde kaplamalı sac kullanımı %40-100

Ġmalat Özellikleri • ġekil Alma Yeteneği – Band ve saclar son Ģekillerini soğuk Ģekillendirme ile kazanıyor • Derin Ģekillendirme • Germe • Katlama, bükme

– ġekil alma için genel kriterler • Kopma Ģekil değiĢmesi • Kopma kesit daralması

• Yüksek soğuk Ģekil değiĢtirme için • Yüksek saflık – – – –

Ferrit matriks ile birlikte mümkün olduğunca düĢük kalıntı YönlenmiĢ, uzamıĢ kalıntıların olĢumunun engellenmesi Mümkün olduğu kadar düĢük segregasyon Modern alternatif çelik üretim teknikleri

e1 ln • Uygun tekstür (derin Ģek. Ġçin) j e0 e – Yüksek dik anizotropi (r) r  jk ln k1 – DüĢük karbon oranları k0 – Kimyasal bileĢim

– Özel soğuk hadde-tavlama prosedürleri – Karbon ve azotun çökeltilmesi (yaĢlanma direnci için)

• Ġç özellikler yanında yüksek yüzey özellikleri – Lüders engellenmiĢ – AĢınma izleri yok – Tanımlı yüzey pürüzlüğü

• IF çelikleri – Bu grup içerisinde çok yüksek Ģekillendirme • • • • •

C ve N Nb veya Ti ile bağlı Yapı saf ferrit (hiç perlit yok) Çok yüksek r değerleri Çok düĢük akma mukavemeti Kuvvetli sertleĢme

• Otomotiv sanayinde kullanılan ince taneli soğuk hadde saclar – 0.7, Mf ↓ – Max. Sertlik yüzeyde değil – g+Fe3C bölgesinden

• C Difüzyon katsayısı a bölgesinde daha yüksek • Buna rağmen g bölgesinde semente ediliyor • Nedeni g daha yüksek çözünürlüğe sahip • a ise sadece %0.02

• Sementasyon gaz ile (CO+CO2 karıĢımı) • Bu nedenle Boudouard Dengesi meydana geliyor CO2 + C = 2CO • • • • • • • •

Örnek, %C=0.1 Denge 900°C, %75 CO CO ↑ %90, yeni denge %0.4 C T↓ 800°C ve %75 CO ile yeni denge %0.4C 800°C, CO ↑ %90, yeni denge %0.8 C T ↑ 1000°C ve %75 CO ile yeni denge %0.05C, C azalır T ↑ 1050°C ve %90 CO ile yeni denge %0.1C, C aynı kalır CO ≤ %65 oksitlenme olur

• C yüzeyden malzemeye taĢınımı difüzyon ile – Bunun itici gücü C veren ile C alan ortamların aktivite farkı – Sementasyon için gaz ortamında C aktivitesinin malzemedeki C aktivitesinden daha fazla olması gerekir. – Sementasyon her iki aktivite aynı olduğunda sona erer.

Sementasyon etki parametreleri • Malzeme bileĢimi, malzeme geometrisi ve boyutları • Sementasyon sıcaklığı (18CrNi8 örneği) – Sıcaklık tüm malzeme için sabit – Sıcaklık ↑, x ↑ – Sıcaklık ↑, C-pot. ↑ – Sıcaklık ↑, t ↓ – Sıcaklık > 950°C kullanılmıyor

• C-Potansiyeli – Sabit T, t ve malzeme için ortam C-pot. belirleyici – C-potansiyeli kadar semente etmek mümkün – Daha yüksek C-pot mümkün değil

• Sementasyon süresi – Sementasyon difüzyon kontrollü

xk t – k içeriğinde T, C-Pot., C’nun Diff. Katsayısı var

• Soğutma hızı – En uygun soğutma ile • Optimum yüzey sertliği • Optimum sert tabaka kalınlığı • Çekme ve dönüĢüm hacim değiĢimleri ile çatlak oluĢum riski

– Soğutma ortamları • • • •

Su Mineral yağları Tuz banyoları Katkılar ile modifike banyolar (ör. Tuzlu su v.b.)

Sementasyon Yöntemleri • Katı, sıvı veya gaz sementasyon ortamları • Sıcaklık 800-900°C arasında • Ortama göre değiĢen süreler – Katı : 8-12 h – Sıvı : 2-6 h

• Katı (Toz veya granül) sementasyon – Kömür • Kok, Odun veya taĢkömürü

– Aktivatör • Toprak alkali veya alkali karbonatlar (BaCO3, NaCO3)

– Bağlayıcı – Sıcaklığa dayanıklı kutu içerisinde ve kapalı – 870-930 °C arasında – Sadece sertlik artıĢı istenilen yüzeyler

• Sıvı (Tuz banyosu) – Sıvı tuz banyosu (NaCN veya KCN) – Zehirli (su, buhar veya duman ile) ancak alternatifi yok – Basit, hızlı, homojen sementasyon – Aktivasyon Toprakalkali klorürler (SrCl2), ve vizkosite için BaCl2 – (CN)2 parçalanıyor, Fe katalizör – Hem C hem de N yayınıyor (A1 sıc. ↓) – Sementasyon süresi 900-950 °C 2-6h

• Gaz sementasyonu – CO ve CH4 (ör. doğalgazdan) – Tanımlı C-pot. veya taĢıyıcı gaz için H2 , N2 – Temel reaksiyonlar • 2CO = [C] + CO2 • CO + H2 = [C] + H2O • CH4 = [C] + 2H2

Sementasyon Sonrası SertleĢtirme • SertleĢtirme ıslah iĢleminin aynısı – Östenitleme + Soğutma + Temperleme – Modifikasyonlar malzeme ve geometriye bağlı

• Doğrudan sertleĢtirme – Sementasyon sıcaklığından soğutma – En düĢük çekme ve çatlak riski – Sadece belli malzemeler için kullanılabilir • Cr ve Mo içeriği ↑ – Ġri çözünmemiĢ karbürler

• Ġri taneli malzemeler – Ġri taneli g

• SertleĢtirme sonrası iĢleme yapılmıyor sadece zımparalama

• Tek kademeli sertleĢtirme – Sementasyon sonrası merkez A3 üzerinde – Araya gerilim giderme tavlaması konulabilir – Avantajları • Sementasyon sonrası ek östenitleme ile – Kaba yapı ortadan kalkabilir – Tokluk ↑ – Çekme ile boyut değiĢimi ↓

• Oda sıcaklığına kadar soğutma ile malzeme iĢlenebilir (fazla karbon içeren yerler, oksidasyon v.b.)

• Çift kademeli sertleĢtirme – Önce merkez – Sonra yüzey sertleĢtiriliyor – Merkez de sert olabiliyor – Dezavantajlar • Çekme • Uzun süreler • Fazla enerji

• Temperleme – 150-200 °C – Tetragonal martenzit → kubik martenzit – Yüzeyde basma gerilimleri ve sertlik kalmalı

• Sementasyon uygun – Yüzey sertliği ↑ – TitreĢimli yorulma dayanımı ↑ – ÇalıĢma sıcaklığı max. 200°C

• Bunun dıĢında Nitrürleme veya borürleme kullanılabilir

Nitrasyon (Nitrürleme) • Nitrürleme ile termokimyasal olarak yüzeyde N artıĢı sağlanır. – Nitrürleme ile Nitrür tabakası oluĢur • Yüksek sertlik • Yüksek aĢınma direnci • Özellikle yüksek basınç altında çalıĢan yüzeyler için • Yüksek sıcaklıkta yüksek sertlik – DönüĢüm yok – çalıĢma sıcaklığı nitrürleme sıcaklığına kadar çıkabilir

• Adhezif (sürtünme) aĢınmaya karĢı dirençli

• N g bölgesini açar • Braunit (N-perlit) 592 °C ve %2.4 N • a-ferrit içerisinde max çöz. %0.1

• Nitrür katman yapısı – Ferrit bölgesinde, braunit altında – Çok kullanılan sıcaklıklar 500-550°C • Bu sıcaklıklarda 0.2-0.5 mm kalınlık

– Sıcaklık artıĢı ile daha kalın katman elde edilemez

• Yayınan N – Kafeste arayer olarak yerleĢir, yani ferrit içerisinde çözünür – Fe ve özellikle Al, Cr, Mo ve Ti ile nitrür oluĢturur – Karbürlere yayınır ve karbonitrür oluĢturur

Bileşik katmanı

Difuzyon katmanı

• BileĢik katmanı – 5-30 mm kalınlığında – Fe2-3N (e-nitrür, hegzagonal) – Fe4N (g’-nitrür, kym) – Karbonitrür (FexCyNz) – AlaĢımlı çeliklerde alaĢım elementleri de bileĢiklere giriyor – Katmanda N %5-6 – Süngersi poröz • e fazı metastabil • N atomları cottrel atmosferinden N2 molekül hale geçiyor • AlaĢımsız çelikler, dökme demir, kaba iĢlenmiĢ yüzeylerde • Ġyi bir aĢınma direnci için porozite ↓ veya hiç yok

• Difüzyon katmanı – N % 0.2-5 arasında yüzeyden baĢlıyor – Ġçe doğru azalarak devam ediyor – Burada N • a içerisinde çözünmüĢ • Ġnce nitrür çökeltileri halinde

– AlaĢım elementleri ↑ • Sertlik ↑ • Katman kalınlığı ↓

• Nitrürleme yöntemleri – Gaz nitrasyon • • • •

500 °C sıcaklıkta amonyak ile Kalınlığa ve malzeme boyutlarına göre 40-100 h Yeni yöntemlerde nico-nitrürleme ile 2-4 h Amonyak yüzeye yakın parçalanıyor

• Tuz banyosunda nitrasyon – Banyo sıvı KCN, NaCN gibi siyanür tuzları – Açık ısıtmalı demir veya titanyum potada sıvı – Havalandırma ile tuz oksitleniyor – OluĢan siyanat bileĢikleri 570 °C sıcaklıkta parçalanıyor veya karbonat bileĢiklerine dönüĢüyor – Bu reaksiyonlar ile C ve N serbest ve malzemeye yayınıyor – 3-4 h sonra 15-20 mm kalınlığında poröz bileĢik katmanı oluĢuyor – Max sertlik gaz nitrasyondan 100-200 HV daha düĢük

• Borürleme – B yayınıyor ve Fe ile intermetalik oluĢturuyor – Borid (Fe2B -%8.8 B- ve FeB -%16.2 B– % 3.8 B ile ötektik (1149 °C)

• Borürleme yöntemleri – Pratikte sıvı (borax bazlı ergiyikler) veya gaz (Hidrobor bileĢikleri) kullanılmıyor – Gaz ortamı zehirli – Sıvı banyoda bor katmanı heterojen

• Pratikte kullanılan katı toz halindeki B ortamları – Kompleks parçalar için – Kısmi borürleme için macun Ģeklinde – Toz bileĢimi • Borkarbür+dolgu tozu+aktivatör

– Kaplanacak malzeme iĢlenmiĢ olmalı – Bor ile yüzeyde yeni bir tabaka oluĢacağı için düĢük toleranslarda iĢlenmiĢ olmalı

• Yüzeyi kaplanacak malzeme – ĠĢlenmiĢ olmalı – Kaplama geleği için düĢük boyutta olmalı – Çekme varsa • Kaplama öncesi gerilim giderme tavlaması

– Yüzeyler • Pürüzsüz, oksitsiz, parlatılmıĢ

• Kaplama kutusu (sıcağa dayanıklı çelik) – Malzeme yerleĢtirilir – Üzerine 10 mm kalınlığında bor kaplama tozu – Kapak hareketli – Ön ısıtılmıĢ fırına – Kaplama sonrası yavaĢ soğutma – Vakum veya korumalı atmosfer yok – Sıcaklık 850-1000 °C (ötektik altında) – Kaplama süresi 1-8 h

• Kaplama kalınlığı – Kalın (300-400 mm) • Erozif aĢınma (seramik için kalıplar)

– Ġnce (20 100 mm) • Adhezif aĢınma (talaĢsız Ģekillendirme)

• Avantajlar – Kaplama sonrası merkez ıslah edilebiliyor • Nedeni bor tabakasının termik genleĢme katsayısının çelik alaĢımlarına çok benzemesi

– Yüksek alaĢımlı çelikler • Kaplama sonrası yağ veya hava ile sertleĢtirilebilir • Ya da inert atmosfer (nötr tuz banyosu)

Kaplama yapısı

Çatlak

• Yüksek bor potansiyelinde – Ġki fazlı kaplama • DıĢ FeB, daha sert ve kırılgan (Çekme gerilmeleri) • Ġç Fe2B (Basma gerilmeleri) • Bu Ģekilde çatlak oluĢumları (resimde)

– Bu nedenle tek fazlı kaplama (Fe2B) (E tipi)

• YönlenmiĢ büyüme ile – Kaplama kırılmıyor

• YönlenmiĢ büyüme nedeni – Bor difüzyonu yöne bağlı – AlaĢım elementlerine bağlı • DüĢük alaĢımlı ıslah çeliklerinde kuvvetli yönlenme • Yüksek alaĢım ile düz yüzeyler

Artan alaĢım elementi ile düĢük kaplama kalınlığı

• Bor katmanları – Yüksek aĢınma dayanımı – Yüksek sertlik (1800-2200 HV0.2) – Yüksek sıcaklık sertliği – YapıĢmaya karĢı direnç – Alkali ve asitlere dayanım – Ġyi kaynak yeteneği

Islah Çelikleri • En geniĢ kullanılan (alaĢımsız dıĢında) çelik grubu – Kullanım oranı yaklaĢık % 40

• Tanım – Makine yapı çeliği – SertleĢtirmeye uygun – Yüksek mukavemet – Ve Yüksek tokluk

• Islah çelikleri – Makine yapı çelikleri olarak • Vida, diĢli ve mil, yay malzeme olarak kullanılmaktadır.

– Islah çeliklerinin özellikleri • Kimyasal bileĢim • Yapı – Tokluk

• Özellikler – Kimyasal bileĢim – SertleĢtirme sonrası mikroyapı (Özellikle tokluk)

• Islah çelikleri ayrımı – Boyut – Max. Sertlik – Mikroyapı

• SertleĢtirilebilirlik – Malzeme merkezinde oluĢan % martenzit – Ġstenen sertlik ↑ % martenzit ↑ – AlaĢımsız ıslah çeliğinde % 50 olmalı – Yay çeliğinde % 80 – Otomotivde kullanılan parçalarda % 90 ve üzeri – f(C, Cr, Mn, Ni ve Mo)

• Tipik bileĢim – C:% 0.3-0.8 – Mn: % 0.5-1.6 – Cr: % 2 max – Mo: % 0.5 max – Ni: %4.1 max

Çelik Normu

C

Mn

2 C 45

0.42-0.45

0.5-0.8

0.4 max 0.1 max 0.4 max

-

3 C 60

0.57-0.65

0.6-0.9

0.4 max 0.1 max 0.4 max

-

28 Mn 6

0.25-0.32 1.3-1.65 0.4 max 0.1 max 0.4 max

-

41 Cr 4

0.38-0.45

0.6-0.9

0.9-1.2

-

-

0.1-0.25

51 CrV 4

0.47-0.55

0.7-1.1

0.9-1.2

-

-

-

Cr

Mo

Ni

V

YÜKSEK SICAKLIĞA DAYANIKLI ÇELĠKLER

• Bu çelik grubu enerji üretim santrallerinde kullanılan malzemeleri oluĢturur. • ÇalıĢma Ģartlarında – Yüksek sıcaklık – Yüksek basınç bulunur

• Konstrüksiyon malzemesi olarak – Sıcak ve yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler

• Kullanım örnekleri – Buhar kazanları – Boru bağlantıları – Buhar veya gaz türbin Ģaftları – Türbin kasaları – Ventil – Armatur – Vida ve somunlar

• ÇalıĢma sıcaklıkları – min 500 max. 1350 °C

• ÇalıĢma süreleri – 200.000 saat (olağan) (22 yıl) – 350.000 saat max. (39 yıl)

• Malzeme davranıĢları yüksek sıcaklıkta çok farklı • Oda sıc. Çelik akma sınırının üzerinde zorlanırsa – Deforme olur – ama yük malzeme üzerinde kalsa dahi deformasyon devam etmez, durur – Def. Devamı için yükü arttırmak gerekir.

• Yüksek sıcaklıkta (400 °C), sabit çekme gerilmesi altında – e-zaman diyagramı (sürünme diyagramı) • Yüksek sıcaklıkta • sabit yükte • zamanla Ģekil değiĢtirme artıyor – Bu olaya sürünme adı veriliyor

• Üç bölge var (sürünme hızına göre (de/dt) – I. Bölge: Primer (sürünme hızı düĢüyor) – II: Bölge: Sekunder (sürünme hızı sabit) • Malzeme ömrünü bu bölge belirliyor

– III. Bölge: Kırılmaya kadar Tersiyer (sürünme hızı artıyor)

• Yüksek sıcaklığa dayanıklı malz. Seçimi – Sekunder bölgede düĢük sürünme hızı olmalı

Yüksek sıcaklıkta deformasyon • Dislokasyonları durduran – Tane sınırları – Çökeltiler

• Böylece malzeme sertleĢir (pekleĢir) • Yüksek sıcaklıkta ve çekme yükü altında – Kilitlenen dislokasyonlara yayınan boĢluklar – Böylece dislokasyon tırmanabilir – Özellikle normal gerilmeye dik tane sınırlarında

• BoĢluklar – Normal gerilmeye dik tane sınırlarında yoğunlaĢır – Ġlerleyen sürünme ile por zincirlerine dönüĢür – Böylece çok yavaĢ da olsa malzeme Ģekil değiĢtirir – Artan boĢluklar ile • TaĢıyıcı kesit azalır • Gerilme artar ve yeni dislokasyonlar hareket eder • Böylece III. Bölge baĢlar

• Sürünme için belirleyici olan boĢluk difüzyonudur • Sürünmeye ve yüksek sıcaklık dayanımı için – BoĢluk difüzyonunun engellenmesi gerekir • Kafes yapısı • KarıĢım kristalleri • Dislokasyon hareketini engelleyen çökeltiler

• Kafes yapısı – Kym kafeste boĢluk difüzyon hızı çok düĢük – Östenitik çelikler daha dayanıklı • Ferritik 600 °C’a kadar

• KarıĢım kristalleri – Yeralan veya arayer elementleri • Kafes distorsiyonu • BoĢluk difüzyonu azalır • Hem ferrit ve hem östenit için – Mo

• Dislokasyon hareketini engelleyen çökeltiler – Ġnce çökelti oluĢumu • V, Nb, Ti

Sıcağa Dayanıklı Ferritik çelikler •Cr, Mo ve V •St35.8 ve St45.8 Boru malzemesi •Mo katkısının sürünme sürelerine etkisi •Mo ilave olarak V etkisi •Paslanmaz (ıslah)

•Mo etkisi

Sıcağa Dayanıklı Martenzitik Çelikler • 600 °C civarında modern santraller için • % 9-12 Cr içerir •

s B 100.000, 600 °C>100MPa

• Kaynak ile iĢleme uygun olmalı • Yüksek tokluk • 750 MPa akma (Oda sıc.)

• • • • •

C (% 0.08-0.2) Mo (% 1-2) V (% 0.5 max) Nb (% 0.05-0.1) B ve N –nitrür için- (ppm civarı)

Sıcağa Dayanıklı Östenitik çelikler • Difüzyon hızı khm’e göre 20 kat daha düĢük • DüĢük istif hata enerjisi – dislokasyonlar Bölünebiliyor

• Yüksek sıcak mukavemet • Sıcaklık artıĢı ile düĢük değiĢim

• Temel malzeme – 18/8 CrNi paslanmaz • 550 °C üzerinde sigma fazı ile gevreklik

– Farkı östenit stabil • Cr düĢürülüyor • Ni arttırılıyor

– Nb ilavesi ile inter. Kris. Korozyon direnci ↑ (buhar kazanlarının durgun zamanlarında)

• Mo ilavesi var (% 2 civarı) – Mo ferrit yapıcı • Bu nedenle Ni % 13-16 daha yüksek

– Daha fazla Mo gevreklik yaratıyor – Yüksek Mo içerikli karbür oluĢumu • Hacim azalması • Negatif sürünme

• W ilavesi de var (% 3 ) • V ilavesi de var (% 0.6)

Sıcağa dayanıklı Ni-bazlı alaĢımlar • Ni-bazlı alaĢımlar – Yüksek sıcaklıklarda (>750 °C) – Yüksek çekme gerilmeleri – Çok düĢük sürünmeler

• Bunu sağlayan – DüĢük boĢluk difüzyonu – Ni oranı ile artan rekrist. Sıc.

• Ni yanına Cr da var (yük. Sıc. Oksidas.)

• NiCr alaĢımı (inconel 600) – 800 °C’a kadar ekonomik olarak kullanılabilir. – Al ve Ti ile alaĢımlama var • Koherent Me3(Al,Ti) intemetalik çökeltileri – (çok ince)

• NiCr 20TiAl (Nimonic 80A)

– Co ile alaĢımlama da var • Ni göre daha düĢük dif. • Rekris. Sıc. ↑ • NiCr 20 CoTiAl (Nimonic 90)

Soğukta Tok Çelikler • Bu çelik grubu -60 °C da 27 J tokluk • Ayrıca mekanik özellikler • Ve kaynak yeteneği de önemli malz. Özellikleri

• Kullanım – Soğuk hava depolarında aparat – Soğuk taĢıma depoları – Boru bağlantıları – DüĢük sıcaklık uygulamaları (sıvı gazlar) v.b.

Akma ve Çekme Mukavemeti ile Darbe Tokluk Enerjisinin Sıcaklık ile değişimi

• Malzemelerin düĢük sıcaklık davranıĢları – Kristal yapısına • Khm (ferrit martenzit) darbe geçiĢ sıcaklığına sahip • Kym (östenit) sadece sünek kırılıyor

– Kimyasal bileĢimine • N, Mn ve Ni ile kym davranıĢ artıyor

– Isıl iĢlem durumuna bağlı

• Bu Ģekilde östenitik çelikler en düĢük sıcaklıklara kadar kullanılabilir. • Ekonomik olarak ferritik çelikler – Isıl iĢlem ve AlaĢımlama ile Tg ↓

Soğukta Tok Çeliklerin Kimyasal Bileşimleri

Darbe geçiş sıcaklığını düşük tutmak için ferritik çeliklerde C oranı düşük seçiliyor

•% 2 oranına kadar ilave edilen Mn düşük dönüşüm sıcaklığı yüksek aşırı soğuma ve bu şekilde oluşan düşük tane boyutu •% 2 üzeri Mn ise beynit dönüşümünü kolaylaştırıyor

Mekanik özelliklere Ni etkisi

• Ni etkisi olumlu – DüĢük oranlarda Ni (%2)

Otomat Çelikleri

Yay Çelikleri

Kullanım KoĢulları ve Malzeme Özellikleri • GeniĢ elastik deformasyon aralığı • DüĢük elastik kayıplar

• Yüksek Re

• AĢırı zorlanmada kırılma direnci

• Yüksek kullanım tokluğu • A5>%6, Z>%30

• Uzun kullanım ömrü

• Yüksek yorulma mukavemeti

• Yüksek Rp/Rm > 0.9

Malzeme dizaynı • Kimyasal bileĢim – Si, Mn, Cr, V ve Ni – Korozyon için ayrıca Cr, Ni, Mo ve Al

• Üretim Ģekli – Eritme ve izabe (kalıntılar) – Sıcak ve soğuk Ģekillendirme

• Isıl iĢlem – Islah – Patentleme – Termomekanik iĢlem

• Yapı martenzitik (>58HRc) – Genel kriter % 50 merkez martenzit – Yay malzemelerde merkezde min % 80

• Yüksek sertleĢtirme için ayrıca Cr, Si, Mn, Mo, V ve Ni kullanılıyor • Ayrıca – Korozyon – Paramanyetik özellikler önemli olabiliyor.

Yay malzemelerde Rm 1000-1900 N/mm2 Soğuk deforme yaylarda 3500 N/mm2 olabiliyor Artan Rm ile tokluk düĢüyor

Ray Çelikleri