Alaşım Elementlerinin Çeliğin Yapısına Etkisi

Karbonlu çeliklerden normal olarak sağlanamayan kendine has özellikleri sağlayabilmek amacıyla, bir veya birden fazla alaşım elementi ilave etmek suretiyle üretilen çelikler alaşımlı çeliklerdir.

Alaşım elemanlarının etkisi, diğer metallere nazaran en çok çelik yapısında etkili olmaktadır. Ayrıca alaşım elementlerinin etkileri toplanabilir olmadığından, çok sayıda alaşım elementinin birlikte bulunması halinde beklenen özellik değişmeleri ancak genel çerçevede ele alınabilir ve bu konuda kesin bir yaklaşım yapılamaz.

Alaşımlı çelikler, alaşım elemanları (karbon ve arıtılamayan elemanlar dışında kalan diğerleri) toplam miktarı 5 den az olan (düşük alaşımlı) çelikler ve alaşım elemanlarının toplamı 5 den fazla olan (yüksek alaşımlı) çelikler olmak üzere, iki ana gruba ayrılırlar. Alaşımsız çeliklere benzer davranışa sahip olan düşük alaşımlı çeliklerin en belirgin özelliği, sertleşme kabiliyetlerinin daha yüksek olmasıdır. Ayrıca, sertlik, çekme dayanımı, akma sınırı, elastiklik modülü gibi dayanım özellikleri ile sıcağa dayanıklılık, meneviş dayanıklılığı, gibi karakteristikler yükselirken, genellikle kopma uzaması, kesit daralması, çentik darbe dayanımı gibi değerlerde azalma olur. Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde, istenilen özelliklerin bulunmaması veya yetersiz olması halinde yüksek alaşımlı çelikler kullanılır. Bu tür alaşımlaıma, normal sıcaklıklardaki mekanik dayanımın artırılmasının yanısıra, özellikle sıcağa, tufallaşmaya, korozyon dayanımına, sıcaklıkta sertlik ve manyetlenmeme gibi bazı istenen özelliklerin elde edilmesini amaçlar.

Karbonlu Çelikler

Mn, Si gibi alaşım elementlerinin bir veya ikisinin çeliğin içindeki değerleri, -enazMn%1,65 – Si%0,60 geçmiyor ve kimyasal bileşiminde başka herhangi bir alaşım elementinin belirli bir miktarda -enaz- bulunması istenmiyorsa bu çelikler, karbonlu çelikler sınıfına girer.

Alaşımlı Çelikler

Karbonlu çeliklerden normal olarak sağlanamayan kendine has Özellikleri kazanmak için, bir veya birden fazla alaşım Elementi katmak suretiyle yapılan çelikler alaşımlı çeliklerdir. Mn, Si gibi alaşım elementlerinin bir veya birden fazlasının, çeliğin içindeki değerleri Mn%1,65 Si%0,60 dan fazla olan ve bunlara eklenen öteki elementlerden -Al, B, Cr, Co, Mo, N, Ti, W, V, Zr- birinin veya birkaçının bulunması istenen çelikler, alaşımlı çelikler sınıfına girer. Alaşımlı çeliğin, alaşım elementlerinin alt ve üst limit değerleri arasındaki fark çok az olup, alaşım elementi sayısı arttıkça, alınacak dökümler de uygun olmayanların sayısı fazlasıyla artar. Alaşımla çelik ingot ve kütüklerinin gerek yüzünde gerekse içinde meydana gelmesi muhtemel çatlamalara neden olmaması için, özel kuyu ocaklarında ağır ağır soğutulur. Ayrıca haddeleme ve dövme işlemlerinden Önce son olarak hatalar giderilir. Bu nedenlerden ötürü alaşımlı çelik yapımı, karbonlu çeliklere kıyasla daha zordur.

Karbon

Karbon: Çelikte başlıca sertleştirici etkisi olan elementtir. Karbon miktarındaki her artış, çeliğin sıcak haddeleme veya normalize edilmiş halindeki sertlik ve-.çekme dayanımını artırır. Fakat esnekliğini, dövülme, kaynak edilme ve kesilme özelliğini zayıflatır.

Mangan

Mangan;çeliğin dayanımını geliştirir. Esnekliğini az miktarda azaltır. Dövme ve kaynak edilme özelliğine olumlu etkide bulunur.Manganın,sertlik ve dayanımı artıran Özelliği, karbon miktarına bağlıdır. Manganın yüksek karbonlu çeliklerdeki etkisi, düşük karbonlu çeliklere oranla daha fazladır. Mangan su verme derinliğini artırır. Paslanmaya -korozyona- olan dayanımını geliştirir.

Silisyum

Silisyum; çelik dökümlerde fiziksel dayanımı ve özgül ağırlığı artırır. Silisyum, mangan gibi bütün çeliklerde bulunan bir elementtir. Çelik yapımında demir cevherinden, veya ocak astarı olan tuğlalardan da bir miktar silis, çeliğin bünyesine kendiliğinden girer. Silisyumlu çelikler deyimi; bileşiminde %0,4Q dan fazla silisyum olan çelikler için kullanılır. Çelikte silisyumun bulunması esnekliği eksi yönde etkilerse de beher %1 artış için çekme dayanımını l O Kg/mm, akma dayanımını da benzer oranda artırır. %14 arasında silisyum bulunan çelikler,kimyasal tepkilere karşı dayanımlı olduklarından, bu durumdaki çelikler dövülemezler.

Fosfor

Fosfor; genel olarak çelikte zararlı olarak bilinir. Yüksek nitelikteki çeliklerde fosfor yüzdesi en çok olarak 0,030 – 0,050 arasında tutulur.

Kükürt

Kükürt; çeliği kırılgan yapar ve haddelenmesini güçleştirir. Çeliğin Đşlenebilme özelliğinin artırılması söz konusu olmadığı hallerde, fosfor gibi istenmeyen yabancı maddeler olarak kabul edilen bir elementtir. Normal olarak müsaade edilen miktar en çok %0,025-0,050 arasında sınırlandırılır.

Krom

Krom; çeliğin dayanım özelliğini artıran fakat buna karşılık, esnekliğini çok az bir dereceye kadar eksi yönde etkileyen bir alaşım elementidir. Krom, çeliğin sıcağa dayanımını artırır. Kabuk-tufal- yapmayı önler. Đçinde yüksek oranda krom bulunması; çeliğin paslanmaya karşı dayanımını artırır.Kromlu paslanmaz çeliklerde krom oranı arttıkça, kaynak edilebilme yeteneği azalır. Krom, dengesi çabuk bozulmayan karbürü meydana getirir. Çelikte beher %1 oranındaki krom yüzdeki artısına karşılık, çekme dayanımında yaklaşık olarak 8-10 kg/mm2 lik bir artış görülür. Aynı oran içinde almamakla beraber, akma dayanımı yükselirse de çentik dayanımı düşer.

Nikel

Nikel; çeliğin dayanımını silisyum ve mangana kıyasla daha az artırır. Çelikte nikel, özellikle kromla birlikte bulunduğu zaman,sertliğin derinliklere inmesini sağlar. Krom nikelli çelikler paslanmaz, kabuklaşmaya ve ısıya dayanımlıdır. Özellikle düşük sıcaklıklarda, makine yapım çeliklerinin çentik dayanımını artırır. Nikel, ıslah ve sementasyon çeliklerinin dayanımını artırdığı gibi, istenen yapıdaki çelikler, paslanmaya ve kabuklaşmaya dayanımlı çelikler için, uygun bir alaşım elementidir.

Molibden

Molibden; çeliğin çekme dayanımını özellikle ısıya dayanımıyla kaynak edilme özelliğini artırır. Yüksek miktarda molibden, çeliklerin dövülmesini güçleştirir. Molibden, kromla birlikte daha çok kullanılır. Molibdenin etkisi volframa benzer. Alaşımla çeliklerde molibden; krom nikelle birlikte kullanıldığında, akma ve çekme dayanımını artırır. Mobilden kuvvetli karbür meydana getirdiğinden, hava ve sıcak iş çeliklerinde, ostenitik pasa dayanımlı çeliklerde, sementasyon, makine yapım çelikleriyle ısıya dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.

Vanadyum

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. Genellikle, alaşımlı makine yapım çeliklerinde bulunan vanadyum miktarı %0,03-0,25 arasında değişir. Karbür yapmaya karşı kuvvetli bir eğilimi vardır. Çeliğin çekme ve akma dayanımını arttırır. Makine yapım ve sıcak iş çeliklerinde özellikle vanadyum krom, hava ve makine yapım çeliklerinde wolframla birlikte kullanılır.

Volfram

Volfram; çeliğin dayanımını artıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarlar sertliğinin artmasını, kullanma ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu yönden hava çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak yaygın bir şekilde kullanılır. Çelikte volframın bulunması belirli yüzdelere kadar kaynak edilebilme özelliğine geliştirici etkiler yapar. Çeliğe ilâve edilecek beher wolfram yüzdesi, akma ve çekme dayanımını 4 kg/mm2 ye kadar artırır. Volframın karbür meydana getirmeye karşı kuvvetli bir eğilimi olup, yüksek çalışma sıcaklığında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında tercih edilir.

Niobyum

Tane inceltici etkiye sahip olan element, aynı zamanda, akma sınırını da yükseltir. Kuvvetli karbür yapıcı özelliği ile sertliği de artırır.

Titanyum

Kuvvetli karbür yapıcı özelliği vardır ve sertliği artırır. Çelik üretimi esnasında deoksidan olarakta kullanılır. Tane inceltici etkiye sahiptir.

Kobalt

Yüksek sıcaklıklarda tane büyümesini yavaşlattığı için, daha çok hız çeliklerine ve sıcağa dayanıklı çeliklere ilave edilir.

Alüminyum

En güçlü deoksidandır. Isıtmada da tane kabalaşması ve yaşlanmayı azaltır. Tane inceltici özelliğe sahiptir.

Bor

Düşük ve orta karbonlu çeliklerin sertleşebilirliğini en etkin artırır özelliğe sahiptir. Sakinleştirilen çeliklere 0.0005 -0.003 kadar düşük oranda katılırlar.

Bakır

Sıcak şekillendirmede kırılganlığa sebep olduğu için % 0.5 oranı pek aşılmaz. Sünekliği ciddi oranda düşürmesine karşın korozyon dayanımını artırır ve sertliği artırdığı için ilave edilir.

Azot

Nitrür teşekkül ettirerek sertliği artırır. Nitrürasyon ile 1100 VSD kadar sertlik elde edilebilir. Mekanik dayanım ve korozyona karşı direnci artırmasına karşın yaşlanma meydana getirir.
Kaynak; haddemetal.com