Kaya Demir Çelik

Teknik Bilgiler

Bu bölümde demir karbon alaşımlarının üretimi ve özellikleri hakkında genel bilgi verilmektedir. Bu bilgilerin toparlanmasında İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü lisans, yüksek lisans ve doktora derslerinin notları esas alınmıştır.

Bu çalışmada esas konu çelik malzemeler olsa da zaman zaman mekanik ile ilgili bazı temel terimlerin bilinmesi gerekmektedir. Bu terimler altı çizili olarak gösterilmiştir ve tıklandığında açılan pencerede o konu hakkında kısaca bilgi verilmiştir.

İleriki kısımlarda;

  • demir-karbon alaşımlarının sınıflandırılması
  • demir-karbon alaşımlarının üretimi
  • demir-karbon alaşımlarının genel özellikleri ve kullanım alanları
  • alaşımlı çelikler
  • alaşım elementlerinin çelik yapısına etkisi
  • ve metallerin mekanik özelliklerini değiştirmek için uygulanan ısıl işlemler hakkında bilgi verilmektedir.

Lütfen sorularınız ve önerilerini varsa ya da tespit ettiğiniz hatalar olursa info@kayademircelik.com adresinden bize ulaşın.

Birinci Kısım: Demir – Karbon Alaşımları

Demir – Karbon Alaşımı

Demir, arı halde çok yumuşak ve düşük mukavemetlidir. İçine katılan karbon oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar ancak süneklik ve tokluk azalır Ayrıca elastisite modülünün yüksek oluşu diğer metallere göre ayrı bir üstünlük sağlar. Bu nedenle demir – karbon alaşımları, yapı ve makina malzemesi olarak kullanılmaya en uygun metallerdir.

Demir – Karbon Alaşımlarının Sınıflandırılması

Demir – karbon alaşımları genellikle üç ana sınıfa ayrılırlar:

a) Demirler: C<%0,1
b) Çelikler : Ayrıca üç alt sınıfa ayrılırlar.

  • Düşük karbonlu çelikler  : %0,1<C<%0,2
  • Orta karbonlu çelikler  : %0,2<C<%0,5
  • Yüksek karbonlu çelikler : %0,5<C<%2

c) Dökme Demirler : Üretim yöntemine ve bileşimine bağlı olarak iç yapıya göre, beyaz dökme demir ve kır dökme demir olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

Demir – Karbon Alaşımlarının Üretimi

Doğada çoğunlukla Fe2O3 ve Fe3O4 bileşikleri halinde bulunan demir filizleri yüksek fırında redüklenerek ham demire (pik demir veya font) dönüştürülür. Yüksek fırında bir tabaka kok kömürü, bir tabaka demir filizi ve ayrıca bir miktar kireçtaşı konur. Yüksek sıcaklıkta redüklenen demir bileşiklerinden elde edilen ham demirde %3-4 oranında karbon bulunur. Bu şekilde elde edilen ham ergimiş halde çelik fırınlarına konur ve içinden oksijen geçirilerek karbonun fazlası yakılarak istenen düzeye indirilir. Çelik fırınından alınan sıvı metal kokil denen kalıplara dökülerek ham (ingot) çelik elde edilir. Döküm sırasında erimiş kütle içinde kalan FeO karbon tarafından deokside edilir ve bu sırada oluşan CO gazı katılaşma tamamlanıncaya kadar kısmen kabarcıklar halinde yüzeye çıkmaya devam eder, kısmen de kütle içinde kalır. Kaynama şeklindeki görüntü nedeni ile elde edilen bu çeliğe kaynar dökülmüş veya sakinleşmemiş çelik denir. İçeride kalan gaz boşlukları çoğunlukla haddeleme sırasında kaynaklanarak kapanır. Bu çeliklerin kalitesi bağıl olarak düşüktür. Diğer taraftan döküm sırasında potaya katılan silisyum, aliminyum veya benzer katkılar doğrudan FeO’i deokside eder ve gaz kabarcıklarının oluşması önlenir, dolayısıyla kaynama görülmez. Bu yöntemle elde edilen çeliğe sakinleşmiş çelik denir. Bu işlem özenli yapılıp daha iyi bir sonuç elde edilirse tam sakinleşme sağlanmış olur. Sakinleşmiş çelikler mekanik özellikler ve kaynak kabiliyeti yönünden üstün nitelikli sayılırlar.

Çeliklerin bileşiminde üretim sırasında bir miktar fosfor ve kükürt bulunur. Bu elemanlar çeliği gevrekleştirir, kaynak kabiliyetini azaltır ve kaliteyi düşürür, bu nedenle bunların miktarını sınırlı tutmak gerekir.

Aşağıdaki şekilde verilen üretim çizelgesinde demir – karbon alaşımlarının üretim süresinde geçirdikleri aşamaları gösterilmiş ve kullanılan bazı terimler verilmiştir.

demir – karbon alaşımlarının üretimi

İkinci Kısım: Demir Karbon Alaşımlarının Genel Özellikleri Ve Kullanım Alanları

a) Demirler:

Demirler çok yumuşak ve düşük mukavemetli olmakla beraber plastik işlenebilme yetenekleri yüksektir. Korozyona dayanıklıkları iyidir, ayrıca galvanizasyon ve emaye işlemleri ile bu özellik daha da arttırılır. Demir borular ve saclar ergimiş çinko banyosuna daldırılarak galvanize edilir. Diğer taraftan banyo küvetleri ve benzeri elemanlar seramik filmle kaplanarak emaye edilir. Uygulamada galvanizli borular, su ve ısıtma tesisatlarında, galvanizli saclar ise yapılarda çok yaygın olarak kullanılır.

b) Çelikler:

Çeliklerde karbon oranı yükseldikçe iç yapıda yumuşak ferrit fazının yanında sert ve gevrek olan demir karbür fazının miktarı artar, şekil değiştirme zorlaşır dolayısıyla sertlik ve mukavemet artar ancak süneklik azalır. Çeliklerin elastisite modülleri karbona bağlı değildir, düşük mukavemetli yumuşak çeliklerle yüksek mukavemetli çeliklerin elastisite modülleri aynı olup ortalama 210.000 N/mm2’dir. Çeliklerin gerilme şekil değiştirme diyagramlarının karbon oranına bağlı olarak aldığı biçimler temsili olarak aşağıdaki şekilde görülmektedir. Az karbonlu çeliklerde akma basamağı belirgin olarak görülür, mukavemet düşük olmakla beraber tokluk yüksektir. Yüksek karbonlu çeliklerde mukavemet yüksek fakat tokluk düşüktür.

Çekme Mukavemeti

Çeliklerde şekil verme işleminin uygulandığı sıcaklığın düzeyi mekanik özellikleri etkiler. Yeniden kristalleşme sıcaklığının üstünde şekil verilmiş (sıcak haddeleme) çeliklere doğal sertlikte çelikler denir.

sıcak işlenmiş doğal sertlikteki çeliklerin mekanik özellikleri

Yukarıda scak işlenmiş doğal sertlikteki çeliklerin mekanik özelliklerinin karbon oranına bağlı olarak değişimi verilmiştir. Çeliklerde yeniden kristalleşme sıcaklığı 600°C civarındadır. Bu sıcaklığın altında şekil verilenlere soğuk işlenmiş çelikler denir. Bunların sertlik ve mukavemetleri şekil verme oranına bağlı olarak çok değişebilir.

Az karbonlu çeliklerin sertlik ve mukavemetleri düşüktür, kolay işlenir ve kolay kaynak yapılabilir. Suverme ile sertleştirilemezler, sertlik ve mukavemetleri soğuk şekil verme ile arttırılır. Genel amaçlar için kullanılan en ucuz çeliklerdir.

Orta karbonlu çeliklerin mukavemetleri ve toklukları yüksektir, plastik şekil vererek işlenebilirler. Şekil verildikten sonra su verme ile sertlik ve mukavemetleri birkaç kat arttırılabilir. Bu çelikler genellikle yapılarda, makina parçaları, buhar kazanları, demiryolu rayları gibi mukavemet istenen yerlerde kullanılırlar.

Yüksek karbonlu çeliklerde sertlik ve mukavemet yüksek olmakla beraber, süneklikleri ve toklukları düşüktür, şekil vermek zordur. Kaynak yetenekleri iyi değildir,kaynak sırasında yerel sertleşme ve gevrekleşme oluşur, çatlamalar meydana gelebilir. Bu çelikler genellikle takım, kalıp ve yay çelikleri olarak kullanılırlar. Şekil vermeden önce 700°C civarında uzun süre tavlanırsa tabaka ve ağ şeklindeki demir karbür fazı küresel şekil alır. Bu küreselleştirme işleminden sonra yumuşak ferrit fazı içinde dağılmış küresel demir karbür tanelerinden oluşan çelik kolay işlenir ve daha sonra su verme ile sertleştirilir.

c) Dökme Demirler:

Beyaz dökme demirler: Beyaz dökme demirlerde ana faz olarak demir karbür çok sert ve gevrektir, kesilerek veya plastik şekil vererek işlenemez. Uygulamada aşınma direncinin mukavemetten daha önemli olduğu yerlerde kullanılır. Çimento endüstrisinde öğütme değirmenlerinde aşındrıcı bilyalar, çamur pompaları, kazı makinaları ve benzeri yerlerde aşınmaya maruz parçaların üretimine elverişlidir. Diğer taraftan beyaz dökme demirden temper dökümü elde edilir. 800°C’nin üzerinde uzun süre tavlanırsa kararsız demir karbür bileşiği ferrit ve ince parçacıklar halinde grafite ayrışır. Yumuşak ferrit fazı içinde ince grafit kümelerinden oluşan bu yapıya temper döküm veya dövülebilme anlamına gelen maleabl döküm denir. Temper dökümünün çekme mukavemeti 380 N/mm2 ve sünekliği %20 düzeyindedir. Uygulamada karışık şekilli parçalar önce beyaz döküm halinde üretilir, sonra tavlanarak temper dökümüne dönüştürülür.

Kır dökme demirler: üretimi kolaydır çünkü ergime sıcaklığı çelikten çok daha düşüktür, kalıbı iyi doldurur ve soğurken çok az büzülür. Gevrek olmakla beraber yumuşaktır, keserek kolay işlenir. Çekme mukavemeti düşük olmakla beraber buna karşılık basınç mukavemeti yapı çeliklerinin üstündedir. En ucuz metal sayılır. Makina mesnetleri, drenaj boruları gibi fazla zorlanmaya maruz kalmayan parçaların üretiminde kullanılır.

Kır dökme demire dökümden biraz önce %1 magnezyum katılırsa grafit ferrit fazı içinde küreler halinde dağılır. Yumuşak ferrit fazı içinde küresel grafit taneleri içeren bu metale küresel döküm veya sfero döküm denir. Mukavemeti ve sünekliği yapı çeliğine yakındır. Özellikle karışık şekilli makina parçalarının döküm yolu ile üretimine elverişlidir.

Üçüncü Kısım: Alaşımlı Çelikler

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

Demir – karbon alaşımlarında karbon oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar, ancak tokluk ve süneklik azalır, çarpma mukavemeti düşer. Çeliklerde sünekliği koruyarak mukavemeti arttırmak için değişik türde alaşım elemanları katılır.

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 birinin veya birkaçının bulunması istenen çelikler, alaşımlı çelikler sınıfına girer.

Alaşım elemanları mukavemet ve tokluğu arttırmadan başka sertleşme yeteneği, korozyon ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık gibi diğer önemli özellikleri sağlayabilirler. Bu amaçla çeliğe değişik oranda Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, V ve Ti gibi elemanlar katılır. Böylece endüstride ikibinden fazla tür alaşımlı çelik geliştirilmiştir.

Alaşım elementleri çoğunlukla katı eriyik oluşturmakla beraber bazıları kısmen katı eriyik, kısmen karbür, bazılarında yalnız karbür halinde bulunur. Örneğin Ni, Mn yalnız katı eriyik, Cr kısmen katı eriyik, kısmen karbür, Ti ise karbür halindedir. Özellikle katı eriyik oluşturanların mekanik özellikleri önemli ölçüde etkiler ve ısıl işlemde etkin rol oynarlar. Karbür oluşturan elelmanlar sertliği ve aşınma mukavemetini arttırırlar ısıl işlemlerde notrdürler, özellikle yüksek sıcaklığa dayanıklı olurlar.

Alaşımlı çelikler alaşım elementlerinin oranına göre az alaşımlı ve yüksek alaşımlı çelikler olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. %5’den az alaşım elemanı  içeren çelikler az alaşımlı çelikler olup çoğunlukla yüksek mukavemetli yapı elemanları ve makina parçaları üretiminde kullanılırlar. Bütün çelikler de su verme işleminde martenzit fazının oluşmasını sağlayan esas eleman karbondur. Dolayısıyla yeterli miktarda karbon bulunan alaşımlı çelikler suverme ile sertleştirilebilir. Yüksek alaşımlı çeliklerde alaşım elemanı %5’in üzerindedir. Bu çelikler genellikle özel amaçlar için kullanılır. %18 Cr ve %8 Ni içeren paslanmaz çelik, %14 Mn içeren yüksek çarpma mukavemetli çelik, %20 Cr içeren yüksek sıcaklığa dayanıklı kalıp çelikleri birer örnek olarak gösterilebilir.

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. Alaşımlı 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.

Dördüncü Kısım: Alaşım Elementlerinin Çelik Yapısına Etkisi

Karbon (C):Çelikte bulunan başlıca elementtir ve en önemli etkiye sahiptir. Karbon’un yanı sıra her alaşımsız çeliğe bir miktar silikon, mangan, fosfor ve kükürt üretim sırasında istem dışı girer. Karbon oranı arttıkça mukavemet ve sertlik artar ancak esneklik, dövülme, kaynaklanabilme ve işlenebilme özelikleri zarar görür. Karbon oranın korozyona karşı dirence hiçbir etkisi yoktur.

Mangan (Mn):Çeliğin dayanımını geliştirir. Esnekliğini az miktarda azaltır. Dövme ve kaynak edilme özelliğine olumlu etkide bulunur. Manganın, sertlik ve dayanımı arttıran özelliği, karbon miktarına bağlıdır. Manganın yüksek karbonlu çeliklerdeki etkisi, düşük karbonlu çeliklere oranla daha fazladır. Mangan su verme derinliğini arttırır, paslanamaya – korozyona – olan dayanımını geliştirir.

Silisyum (Si): Çelik dökümlerde fiziksel dayanımı ve özgül ağırlığı arttırır. 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 %0,4’dan fazla silisyum olan çelikler için kullanılır. Çelikte silisyumun bulunması esnekliği eksi yönde etkilese de beher %1 artış için çekme dayanımını 10 kgf/mm2, akma dayanımını da benzer oranda arttırır. %14’den fazla silisyum bulunan çelikler, kimyasal tepkilere karşı dayanımlı olduklarından, bu durumdaki çelikler dövülemezler.

Fosfor (P):Genel olarak çelikte zararlı olarak bilinir, yüksek nitelikteki çeliklerde fosfor yüzdesi en çok olarak % 0,030-0,050 arasında tutulur.

Kükürt (S):Çeliği kırılgan yapar ve haddelenmesini güçleştirir. Çeliğin işlenebilme özelliğinin arttırılması 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 (Cr): Çeliğin dayanım özelliğini arttıran fakat buna karşılık, esnekliğini çok az bir dereceye kadar eksi yönde etkileyen bir alaşım elementidir. Krom, çeliğin sıcağa dayanımını arttırır. Kabuk –tufal- yapmayı önler. İçinde yüksek oranda krom bulunması; çeliğin paslanmaya karşı dayanımını arttırır.

Kromlu paslanmaz çeliklerde krom oranı arttıkça, kaynak edilebilme yeteneği azalır. Krom, dengesi çabuk bozulmayan karbürü meydana getirir. Çelikte beher %1 oranındaki krom yüzdesi artışına karşılık, çekme dayanımında yaklaşık olarak 8-10 kg/mm2’lik bir artış görülür. Aynı oran içinde olmamakla beraber, akma dayanımı yükselirse de çentik dayanımı düşer.

Nikel (Ni):Çeliğin dayanımını silisyum ve mangana kıyasla daha az arttırır. Çelikte nikel, özellikle kromla birlikte bulunduğu zaman, sertliğin derinliklere inmesini sağlar.

Krom-Nikelli çelikler paslanmaz, kabuklaşmaya ve ısıya dayanımlıdır. Özellikte düşük sıcaklıklarda, makine yapım çeliklerinin çentik dayanımını arttırır. Nikel, ıslah ve sementasyon çeliklerinin dayanımını arttırdığı gibi paslanmaya ve kabuklaşmaya dayanımlı çelikler için uygun bir alaşım elementidir.

Molibden (Mo): Çeliğin çekme dayanımını özellikle ısıya dayanımıyle kaynak edilme özelliğini arttırır. Yüksek miktarda molibden, çeliklerin dövülebilmesini güçleştirir. Molibden, kromla birlikte daha çok kullanılır. Molibdenin etkisi volframa benzer.

Alaşımlı çeliklerde molibden; krom nikelle birlikte kullanıldığında, akma ve çekme dayanımını arttırır. Molibden kuvvetli karbür meydana getirdiğinden, hava ve sıcakiş çeliklerinde, ostenitik pasa dayanımlı çeliklerde, sementasyon, makine yapım çelikleriyle ısıya dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.

Vanadyum (V): Çok düşük miktarda kullanıldığında çeliğin sıcağa dayanımını arttırır. Vanadyum, alaşımlı makine yapı çelikleri tane yapısının ince olmasını ve fiziksel özelliklerinin gelişmesini 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 sıcakiş çeliklerinde özellikle vanadyum krom, hava ve makine yapım çeliklerinde volframla birlikte kullanılır.

Wolfram – Tungsten (W): Çeliğin dayanımını arttıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarlar sertliğin artmasını kullanılma ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu yönden hava çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak yaygın bir şekilde kullanılır. Çelikte Wolframın bulunması belirli yüzdelere kadar kaynak edilebilme özelliğine geliştirici etkiler yapar. Çeliğe ilave edilecek beher Wolfram yüzdesi, akma ve çekme dayanımını 4 kg/mm2’ye kadar arttırır. Wolframın karbür meydana getirmeye karşı kuvvetli bir eğilimi olup, yüksek çalışma sıcaklığında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında tercih edilir.

Alüminyum (Al): Al oranı arttıkça malzeme granüler (boşluklu) yapıya dönüşür, ayrışma ve ısıya karşı dayanım artar.

Bakır (Cu): Çeliğin mukavemeti ve akma noktası artar fakat süneklik zarar görür. Bakırın düşük bir miktarı bile çeliğin korozyona karşı dayanımına önemli katkıda bulunur ve kaynaklanabilme özelliğine zarar vermez.

Alaşım elementlerinin çelik yapısına etkisini gösteren tablo için tıklayınız.

Beşinci Kısım: Metallerin Mekanik Özelliklerini Değiştirmek İçin Uygulanan İşlemler

Metallerin mekanik özellikleri büyük ölçüde bileşimine ve iç yapıya bağlıdır. Bileşim aynı kaldığı halde iç yapı değiştirilerek sertlik, mukavemet, süneklik, ısıl ve elektriksel iletkenlikler önemli ölçüde değiştirilebilir. İç yapıda değiştirilmesi mümkün olan etkenler tanelerin büyüklüğü ve biçimi, fazların türü ve dağılımı, iç yapı kusurlarının türü ve miktarıdır. Bu etkenler alaşımlandırma, soğuk şekil verme ve ısıl işlemlerle değiştirilebilir.

Bir metale katılan alaşım, elementlerin genellikle dislokasyon hareketlerini engeller, şekil değiştirme zorlaşır ve dolayısıyla sertlik ve mukavemet artar, süneklik azalır. Pekleşme denen bu olay soğuk dövme, haddeleme, burma ve çekme ile sağlanır. Soğuk şekil verme ile sertleşen metal ergime sıcaklığının yaklaşık yarısı düzeyinde bir sıcaklıkta yeniden tavlanırsa yeniden kristalleşme oluşur, sonuçta yumuşar ve sertlik azalır. Başlangıçta taneler küçüktür, uzun süre tavlanırsa taneler büyür, sonuçta sertlik ve mukavemet daha da azalır, süneklik önemli ölçüde artar.

Alaşım elemanlarının ana fazda erime oranları sıcaklığa bağlı olursa ve soğuma süresinde faz değişimleri meydana geliyorsa soğuma hızı iç yapı oluşumunu etkiler. Bu tür malzeme sistemlerinde iç yapıyı değiştirmek için uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemlerine ısıl işlemler denir.

Çeliklere Uygulanan Isıl İşlemler

a) Yumuşatıcı ve Artık Gerilmeleri Giderici Isıl İşlemler

Soğuk şekil verme sonucunda sertleşmiş metalleri yumuşatmak için uygulanan ısıl işleme yumuşatma tavlaması denir. Diğer taraftan üretimde sıcak haddeleme ve kaynak işlemleri sırasında homojen olmayan sıcaklık dağılımı iç yapıda artık gerilmelerin oluşumuna neden olur. Özellikle çelik yapılarda, kaynakla birleştirilen elemanlarda meydana gelecek artık gerilmeler kullanma süresinde gerilme dağılışını olumsuz yönde etkiler. Soğuk işlenmiş ve kaynaklı çelikler 600°C’ın üzerinde tavlanırsa önce artık gerilmeler, sonra ferrit fazı yeniden kristalleşir sertlik azalır ve yumuşama oluşur.

Yüksek karbonlu çeliklerde ince tabakalar ve ağ şeklinde karbür fazı çok sert olduğundan işlenmesi zordur. Bu çelikler 700°C’ta uzun süre tavlanırsa karbür fazının biçimi değişerek küresel hale dönüşür. Bu işleme küreselleştirme işlemi denir. Yumuşak ferrit fazı içinde dağılmış küresel karbürlerden oluşan çelik kolay işlenir, daha sonra suverme ile sertleştirilebilir.

b) Suverme ve Temperleme İşlemi

Yüzey merkezli kübik kafese sahip ostenit katı eriyiği dengeli soğuma sırasında 727°C’ta hacim merkezli kübik ferrite ve demir karbüre dönüşür. Bu dönüşme katı halde olduğundan belirli bir süreye gerek vardır. Eğer soğuma hızı dönüşme hızından büyük olursa karbür ataomları ayrışıp tekrar karbür oluşturmaya zaman bulamaz, demir kafesi içinde sıkışıp kalır. Sonuçta hacim merkezli tetragonal kafes meydana gelir. Rastgele dağılmış ince tabakalardan oluşan bu yapı kesilince ince iğneler şeklinde görülür. Karbonca aşırı doymuş yarı kararlı bu tek fazlı yapıya martenzit denir. Çelik için en uygun soğutma oramı sudur, bu nedenle bu işleme suverme işlemi denir. Martenzitin sertliği ve mukavemeti çok yüksek olmakla beraber çok gecrektir, çarpma ile kolayca kırılabilir. Bu nedenle ancak aşınmaya dayanıklılık istenen yerlerde kullanılabilir.

Çelik Sertliği

Çeliğe suverme sonucu oluşan martenzitin tokluğunu arttırmak için 300 – 350°C arasında ikinci bir tavlama uygulanır. Bu sıcaklık bölgesinde demir karbür bileşiği oluşmaya başlar, artık gerilmeler azalır, sertliğin biraz azalmasına karşın tokluk önemli ölçüde artar. Bu işleme temperleme denir. Genellikle bu ısıl işlem sonunda parça suda soğutulur, bundan dolayı piyasa dilinde çeliğe çifte suverme diye anılır.  Bu sıcaklıkta çeliğin yüzeyinde oluşan oksit tabakalar mavi renk alır, bu nedenle menevişleme işlemi olarak da adlandırılır.

Çeliklerde karbon oranının sertliğe etkisi yukarıdaki grafikte açıkca görülmektedir. Martenzitin oluşmasında ana etken karbon olduğundan %0.2’den az karbon içeren çelikler suverme ile sertleştirilemez.

Basit karbonlu çeliklerde ostenit katı eriyiği perlite dönüşürken karbon atomlarının yayınım hızı oldukça yüksektir. Ancak suda çok hızlı soğutma bu yayınımı önler ve souçta martenzit oluşur. Kübik yüzey merkezli ostenit katı eriyiği hacim merkezli tetragonal martenzite dönüşürken %5,4 oranında hacim artar. Karbon oranı yüksek ve parça karışık şekilli ise suda soğutularak suverilirken çatlamalar olur. Ayrıca kalın kesitli parçaların tümü sertleşmez, iç kısım yumuşak kalır. Çeliğe katılan Ni, Cr, Mn gibi alaşım elementleri, soğuma sırasında karbon atomlarının yayınımını yavaşlatır, dolayısıyla daha mutedil bir soğutma ortamı karbonun kafes yapıda kalmasını ve martenzit oluşmasını sağlar. Uygulamada alaşımlı çelikler yağda soğutularak sertleştirilir. Yüksek alaşımlı çelikler havada soğurken bile martenzit yapı oluşur. Yağda soğutulanlara yağ çeliği, havada soğutulanlara hava çeliği denir.

Previous Post

© 2018 Kaya Demir Çelik

Gümüşsuyu Caddesi, No:31-33 Topkapı/İstanbul

0212 565 4534 – 0212 576 8342

INFO@KAYADEMIRCELIK.COM