Zırh Çeliği Nedir? Nasıl Üretilir?

Eski zamanlarda, yani devletlerin toprak için savaştığı dönemlerde kılıç ve kalkan gibi yakın dövüş araçları kullanılıyordu. İlerleyen dönemlerde teknolojinin gelişmesi ve insanoğlunun savaş stratejilerinin değişmesiyle beraber daha farklı savaş araç-gereçleri kullanılmaya başlandı. Değişim ve gelişim gösteren savaş stratejileri, savaş içerisinde olan orduların arasındaki mesafenin artmasına neden oldu. Uzun menzilli silahların savaş alanlarına girmesiyle beraber, zırhlara olan ihtiyaç fazlasıyla arttı. Savaşların kılıç ve kalkan ile yapıldığı dönemlerde, günümüz zırhları yerine deri gibi dönem şartlarına uygun kıyafetler giyiliyordu. Teknolojinin her alana girmesiyle beraber hızlı bir gelişim gösteren savunma sanayi, zırh araç-gereçlerinde de büyük bir sıçrama yaptı. Bu gelişimi özetleyecek olursak: kılıçtan uzun menzilli silahlara; deri kıyafetlerden çelik zırhlara. Günümüz harikası olan ve her alanda kullanılan zırh çeliğini daha yakından inceleme vakti geldi…

Zırh Çelikleri

Zırh çelikleri anlatırken, herhangi bir tanıma ihtiyaç duyanlar için: değişik karakterli mermilerin herhangi bir darbesine karşı çatlamaya, parçacıkların kopmasına ve kırılmaya direnç göstermek amacıyla zırhlı savaş araçlarında yaygın olarak kullanılan çeliklerdir. Zırhların öncelikli kullanım alanı, insanlar olmuştur. Bu alanda gelişim kaydedilmesiyle beraber kara araçlarında da kullanılmaya başlandı. Kara araçlarının zırhlandırılmasında kullanılan çeliğin dışı sert içi ise yumuşaktır. Bu şekilde tasarlanmasının temel nedeni: ilk yüzey yani sert olan yüzey darbenin direncini düşürür. İkinci yüzey yani yumuşak olan ise enerjiyi emer ve böylelikle oluşabilecek hasar minimuma indirilir. Zırh çeliklerinin genel özelliklerini ve bu özelliklerinin neden istenildiğini inceleyelim…

Özellikleri

  • Zırh çelikleri, düşük karbonlu alaşım çeliklerdir (genelde %0,30 değerinden az)
  • Genel itibariyle, Cr, Ni, Mo ve Mn elementleri kullanılır.
  • Düşük karbon oranı: üretim kolaylığı, kolay kaynaklanabilirlik ve darbe dayanımı gibi özellikler sunar.

Bir malzemede karbon oranı, o malzemeden istenilen sertliğe göre değişkenlik gösterir. Zırh çeliklerinde, düşük oranlarda kullanılan karbonun temel amacı ise birazdan da değineceğimiz gibi iki farklı malzemede var olan özelliklerin, tek bir malzemeden istenilmesidir.

Savunma Amaçlı Kullanılan Malzemeler ve Çeliklerde:

  • Mukavemet ve sertlik değerlerinin yüksek olması gerekir
  • Kullanılacak malzemenin/çeliğin tokluk bakımından yüksek bir değere sahip olması gerekir.

Peki tokluk nedir? Tokluk, malzemenin kopana dek absorbe ettiği toplam enerjiyi ifade eder. Çok sert bir malzemenin kırılganlığı yüksek olur. Az sertlik gösteren malzemenin de dayanımı düşük olur. Bundan dolayı savunma sanayinde, genel olarak bir malzemeden beklenti şu şekildedir. Hem mukavemeti yüksek sert bir malzeme olsun hem de tokluk değeri yüksek yani çok fazla enerjiyi absorbe edebiliyor olsun. Bu özelliklerin malzemeye kazandırılması ise birtakım ısıl işlemden geçmesiyle elde edilir.

  • Balistik darbelere karşı yüksek direnç
  • Üretim işlemlerinde kolaylık (ör: kesme, kaynak yapma, şekillendirme)
  • Uzun kullanım ömrü (yüksek yorulma direnci)

Yazımın başlarında da belirttiğim gibi zırh çeliklerinde dış kısım sert, iç kısım yumuşak bir şekilde üretilir. Bu da balistik darbelere karşı direnç ve enerjiyi emme gibi kabiliyetler sunar. Üretim bandına gelecek olursak, kolay işlenebilir ve ömrü uzun olan malzemeler hem zaman açısından hem de maliyet açısından uzun dönemde büyük bir avantaj sağlar.

Bir malzemeye istenilen özelliklerin kazandırılması, ısıl işlemler aracılığıyla gerçekleştiğini söylemiştik. Şimdi buna birkaç örnek vererek, somutlaştıralım. MIL-A12560 zırh çeliği kalitesindeki çeliklere farklı ısıl işlemler uygulanmasıyla beraber, çeliğin özelliklerinde belirgin değişiklikler fark edilir. Örneğin:MIL-A12560 Class 1 için farklı levha kalınlıklarına göre sertlik değeri, 300-430 HB arasında değişmekteyken; ısıl işlemler uygulanarak, mekanik şoka ve parçalanmaya karşı dayanım özelliği arttırılmış Class 2’de sertlik değeri 280 HB’ ye kadar düşmektedir. Anlaşıldığı gibi zırh çeliklerinin özelliklerini, kullanacağımız alanlara göre tam olarak istediğimiz ölçülerde olmasa da büyük oranlarda değiştirebiliyoruz ve bu büyük oranlar malzemenin karakterini değiştirmeye fazlasıyla yetmektedir. Bu arada MIL-A-12560 diye bahsettiğimiz zırh çeliği kalitesi, en popüler zırh çeliği kalitesi olup; “haddelenmiş homojen zırh çeliği (RHA)” olarak da bilinir. Zırhlar kullanılacak alana göre farklı üretim çeşitleri içerir, zırhları daha iyi anlamak adına bu üretim çeşitlerini daha yakından inceleyelim.

Zırh Üretim Çeşitleri

Mono blok Zırh


Adından da anlaşılacağı gibi mono blok şeklinde yani tek parça halinde üretilen zırhlardır. Bu zırhta, gövde ve kule tek parça halindedir. Bir malzemenin, özellikle de zırhların tek parça halinde üretilmesi ve o şekilde kullanılması bazı dezavantajları da beraberinde getirir. Bu dezavantajlardan en önemlisi ise zırh tek parça olduğundan dolayı, dışardan gelecek herhangi bir darbede, zırhın herhangi bir yerinin hasar görmesi, çatlaması ya da kırılması durumunda bütün zırhın hasar görme veya bütünlüğünün bozulması gibi durumlarla karşılaşabiliriz. Bu dezavantajdan dolayı, mono blok zırh üretim çeşidi kullanılırken, zırh üretimini yapacak mühendisler tarafından bir kez daha düşünülmektedir.

Çok Bloklu Zırh

Çok bloklu zırh, mono blok zırhın aksine birçok bloktan oluşan bir zırh üretim çeşididir. Çok bloklu zırh, arka arkaya kaynaklanan zırh bloklarından oluşmaktadır. Bu zırh, blokların arka arkaya dizilmesinden dolayı kalın bir tabakadan oluşur. Blok sayısının fazla olması ve kalın bir yapısının da olmasından dolayı kullanılacak araca, daha güvenli bir kullanım süreci geçirtir. Çok bloklu zırh ile zırhlanmış bir aracı düşünelim, dışardan gelecek mermilerin enerjileri, her katmanda daha da azalacağından dolayı bu üretim çeşidinin kullanılması gayet mantıklıdır. Bu arada bu zırh, yüksek balistik koruma sağlamasıyla da bilinir.

Aralıklı Çok Bloklu Zırh

Zırh bloklarının aralarında boşluklar olacak şekilde üretilmesi işlemine verilen addır. Zırhı oluşturan blokların, aralıklı şekilde kaynaklanmasındaki amaç: zırhlı araca isabet eden mühimmatın, ilk bloğu deldikten sonra kalan enerjisinin bir kısmını, bloklar arasında bırakılan boşluklar emerek, diğer bloğa daha zayıf bir mühimmat gönderir. Böylelikle mühimmat enerjisini bitirebilmesi için alması gereken mesafe daha da uzar. Aralıklı çok bloklu zırh üretim çeşidi denilince, akıllara hemen 45 ton ağırlığındaki Sovyet T-72 tankı gelir. Peki nedir bu tankın özelliği? Sovyet T-72 tanklarının zırhı, 130 milimetre olmasına rağmen 600 milimetrelik bir bloğun direncine eş değerdir. Bu da aralıklı çok bloklu zırhın ne kadar önemli bir üretim çeşidi olduğunu gözler önüne sermektedir.

Eğimli Aralıklı Çok Bloklu Zırh

Zırhı oluşturan blokların belirli bir açı ve aralarında boşluklar olacak şekilde üretilmesi işlemidir. Burada ki amaç ise blokların eğiminden dolayı mühimmatı sektirerek veya mühimmata hasar vererek, vereceği zararı azaltmaktır. Boşluklu yapısının avantajlarını tekrardan anlatmaya gerek yok çünkü bir önceki başlıkta detaylı bir şekilde değinmiştik. Diğer yöntemlere kıyasla mühimmatın daha fazla bir yol kat etmesine neden olması ve mühimmata zarar vermesi, bu zırh üretim çeşidini en ön basamağa çıkarmaktadır.  

Üretim çeşitlerini detaylı bir şekilde incelediğimize göre, sıra zırh çeliği nasıl üretilir? Sorusunu cevaplandırmaya geldi.

Üretim

Çeliklerin ve metallerin çok benzer üretim aşamaları vardır. Çelik, demir ve karbon birleşiminden oluştuğu için metallerle fazlasıyla benzer bir üretim süreci geçirir. Zırh çeliklerinin üretiminde: ergitme işlemi, alaşımlama, sürekli döküm, sıcak haddeleme ve son olarak malzemede istenilen mekanik özelliklerin kazandırılması amacıyla uygulanan ısıl işlem gibi birtakım işlemlerden geçerek üretim tamamlanır. Bu arada çeliğin alaşımlandırılması işlemi, büyük bir önem teşkil eder. Çelik; alüminyum, bakır, bor, krom, mangan, nikel ve kobalt gibi elementler ile karıştırılır. Hangi elementin hangi çeliğe ekleneceği kararını, bu çelik hangi sektörde kullanılacak ve bu sektörde çelikten beklenen gereklilikler nelerdir? sorusunun cevabı verir. Örneğin krom: korozyona karşı dirençli bir yapıdadır ve kullanıldığı malzemeye de aynı özellikleri kazandırır ya da nikel: birlikte kullanıldığı malzemenin mukavemetini ve tokluğunu arttırır. Alaşımlandırma işleminin önemini, örnekler ile pekiştirdiğimize göre zırh çeliğin üretim aşamalarına geçebiliriz.

  • Ark ocaklarında ergitilmiş çelikler, istenilen özelliklerin kazandırılması amacıyla alaşımlandırma işlemine tabi tutulur. Zırh çeliklerindeki alaşımlandırma işleminde Cr, Ni ve Mo gibi elementler görev alır.
  • Alaşımlandırma işleminden sonra sürekli döküm yöntemiyle slablar(yassı kütükler) halinde karıştırılır.
  • Karıştırma işleminden sonra çeliğe sıcak haddeleme uygulanır. Buradaki amaç çelik sıcak iken yani yumuşak bir dokusu varken haddeler yardımıyla, çelikte gözle görülür bir inceltme işlemi yapmaktır. Tabi haddelemenin tek amacı da bu değildir. Haddeleme işlemine maruz kalmış çelikler, mukavemet ve tokluk yönünden de gelişim gösterirler.
  • Sıcak haddeleme sonrasında üretilen çelikler, ısıl işlem adı altında östenitleştirme ve temperleme işlemlerine maruz kalırlar. Peki nedir bu işlemler?

Östenitleşme, çeliğin uygun bir sıcaklığa (900-950°C) kadar yavaşça ısıtılıp, yapısının tamamen ostenite dönüşmesine kadar (iç yapının her bölgede benzer yapı gösterip homojen olana kadar) tavlanması anlamına gelir. Temperleme işlemi ise su verilmiş çeliklerin gevrekliğini/sertliğini gidermek ve tokluk kazandırmak için uygulanan işlemdir. Ara bir bilgilendirmeden sonra üretim aşamalarına kaldığımız yerden devam edebiliriz.

  • Daha sonra uygulanan su verme işlemiyle mikroyapı, martenzitik bir karektere bürünmektedir.

Tekrardan bir bilgilendirme yapmak için araya giriyorum. Mikroyapı ve martenzitik terimlerini biraz inceleyelim. Mikroyapı, malzemelerin geometrik dağılımlarını mikroskop altında incelenmesi ve elde edilen sonuçlara göre malzemenin mekanik davranışların tahmin edilmesinde önemli bir etkendir. Küçük taneli mikroyapıya sahip malzemelerin mukavameti, büyük taneli mikroyapıya sahip malzemelere göre daha yüksektir. Martenzitik terimini açıklamaktansa martenzit adındaki çelik türünü açıklamak, anlama konusunda bizlere daha faydalı olacaktır. Martenzit, yaklaşık 900 °C’ye kadar ısıtılıp hızlı bir şekilde soğutularak elde edilen, sert ancak kırılgan bir çelik türüdür. Soğutma hızı istenilen seviyede olmazsa perlit, sorbit, trostit, beynit gibi martenzitten daha yumuşak dokulu bir çelik elde edilir bu da istenilmeyen bir durumdur. Yaptığımız bu bilgilendirmeyle üretim aşamalarının son iki basamağına geldik.

  • Su verme işlemi sonrasında zırh çeliğinin sertliğinde bir hayli artış gözlemlenir. Bu gibi durumlarda zırh çeliklerine temperleme işlemi uygulanır ve sertlik giderilerek kaybedilen tokluk kabiliyeti de kazandırılmış olur. Bu arada temperleme işleminin gerçekleştirildiği sıcaklık çelik kalitesine göre değişiklik gösterir.  Örneğin, MIL-A-12560 için minimum 580°C’de. MIL-A-46100 için minimum 180 °C’de gerçekleştirilir. Yapılan ısıl işlemler ile zırh çeliğinin üretiminin sonuna gelmiş bulunmaktayız.

Yerli Üretim Zırh Çelikleri

Ülkemizin coğrafi olarak stratejik bir bölgede bulunmasından dolayı, sürekli diken üstünde durması gerekiyor. Bu da bizim bazı konularda, özellikle de savunma yönünden gelişmemiz gerektiğini anlatıyor. Savunma denilince akla ilk gelen tabi ki de zırhlardır. Kara araçlarında kullanılan zırhlar, malzeme yönünden daha çok çeliklere ihtiyaç duyar. FNSS, Otokar ve Hema gibi özel sektöre ait kuruluşlarda obüs, ZMA ve benzeri zırhlı araçların yapımında azımsanmayacak miktarlarda zırh çeliği kullanılmaktadır. Bu zırh çeliklerinin üretiminde ne yazık ki dışa bağımlılık söz konusu. Ekonomik açıdan büyük zararlar veren bu hususun, düzeltilmesi yönünde önemli adımlar atılmakta. Manisa’da faaliyete geçecek Erdemir’e ait Milux Oy fabrikasında yılda 13000 ton yerli zırh çeliği üretilmesi hedefleniyor. 2020 sonrasında kapasite yıllık 20000 tona çıkarılacak. Erdemir Fabrikası’ndan temin edilecek ham yassı çelik mamulleri, Manisa’daki fabrikada zırh çeliğine dönüştürülecek. Böylelikle savunma yönünden elimizi fazlasıyla güçlendiren zırh çeliklerine olan ihtiyacı, dışarda aramak yerine, kendi üreteceğimiz zırh çelikleri ile karşılayacağız.

Sonuç

Hatta kendi kendimize koyduğumuz sınırlarımızı aşarsak, ürettiğimiz zırh çeliğini ihracatta önemli bir silah haline getirebiliriz. Projelerin planlandığı gibi gitmesi takdirinde, savunma sanayi alanında ülkemizin büyük gelişim göstereceği aşikâr. Mühendis ve mühendis adaylarının da en büyük hayalleri buralarda yani savunma sanayi etrafında şekilleniyor. Bu tür gelişmeler ve ülkemiz aynı payda da buluştuğu zaman, kendi geleceğimize ve ülkemizin geleceğine olan inancamız artarak devam etmektedir.