ALAŞIM ELEMANLARININ ÇELİKLER ÜZERİNE ETKİLERİ
Çelikler, demirin karbonla alaşımlandırılmasıyla üretilir. Çelik üretimi için demir cevheri veya hurdadan geri dönüşüm kullanılabilir. Üretilen sıvı çelik, döküm yoluyla külçe olarak veya sürekli döküm yöntemiyle kütük veya ham demir olarak şekillendirilir. Alaşım elementlerinin çelik özellikleri üzerinde çok kritik bir rolü vardır. Özellikle son 2 yüzyılda insanlık çelik ve alaşım elementlerinden çok iyi faydalanmıştır. Bu alaşımlama sürecini demir-karbon dengeli diyagramından inceleyebiliriz. Demir ve karbon alaşımları çelik ve dökme demir olarak sınıflandırılabilir. Demir karbon alaşımının içerisinde karbon miktarı %2 ye kadar ise bu alaşıma ÇELİK denir. Şayet karbon miktarı %2 ila % 6.67 arasında ise o zaman bu alaşıma DÖKME DEMİR denir.
ALAŞIM ELEMANLARI VE ÇELİĞE ETKİLERİ:
KARBON: Çeliğin ana alaşım elementi olan karbon, Mukavemet, sertlik ve mekanik direnç gibi mekanik özellikleri arttırır. Ancak bu artışın yanında dövülebilirlik, süneklik ve tokluk azalmaktadır. Ayrıca çekme mukavemeti bir noktaya kadar artabilmektedir. Çelik bileşimindeki karbon içeriğinin artması malzemenin sünekliğini azaltır yani kırılgan özellik göstermesine neden olur. Yüksek karbonlu çeliklerde ısıl işlem uygulandıktan sonra oluşacak kalıntı östenit nedeniyle çatlama riski vardır. Çeliğin dövme ve kaynaklanabilirlik özelliklerini olumsuz etkiler.
KROM: Çelikte en yaygın olarak kullanılan alaşım elementidir. Kromun en önemli özelliği, çeliğin yüzeyinde oluşturduğu parlak oksit tabakası sayesinde çeliğe paslanmazlık özelliği katmasıdır. Paslanmaz çeliğin bileşiminde min. %11 krom bulunur. Krom, çelikte oluşturduğu karbürler sayesinde sertliği de arttırır. Karbon gibi çekme mukavemetini ve ısıl direnci arttırırken sünekliği de azaltır.
NİKEL: Çelik malzemelerde bileşimin ağırlıkça %5’ine kadar mevcut olabilir. Nikel, krom ve karbonun aksine sünekliği ve tokluğu düşürmeden malzemenin sertlik ve mukavemet özelliklerini iyileştirir. Paslanmaz çelikte yaygın olarak kullanılmaktadır.
MANGANEZ: Çeliklerin mekanik özelliklerini iyileştirir. Mukavemeti arttırır ve sünekliği azaltır. Bileşiminde bulunan kükürt ile reaksiyona girerek dövülebilirliği arttırır. Termal açıdan bakıldığında su verme derinliğini arttırır. Manganezin sertliği ve mukavemeti artırma yeteneği aynı zamanda malzemenin karbon bileşimine de bağlıdır. Ayrıca malzemenin kaynaklanabilirliğinde bir artışa neden olabilir.
SÜLFÜR: Otomat çeliği dışında istenmeyen bir alaşım elementidir. Çünkü çeliği kırılgan yapar. Bu nedenle manganez ile reaksiyona girerek etkisi en aza indirilir. Otomat çeliklerinde işlemeyi kolaylaştırdığı için kompozisyonda olması istenir.
SİLİSYUM: Üretim sırasında oksijen ve gaz giderici ajan olarak kullanılır. Ayrıca dökümde akışkanlık sağlar. Çeliğin manyetik özelliklerini iyileştirir ve ısı direncini arttırır. Malzemenin sertleşebilirliğini ve aşınma direncini arttırırken yüzey kalitesini de olumsuz etkiler.
MOLİBDEN: Molibden, düşük krom ve nikel içeren çeliklerde temper kırılganlığını önlemek için kullanılır. Çeliğin ısı direncini arttırır. Molibden, diğer alaşım elementlerinin etkilerini artırma etkisine sahiptir. Bu nedenle tek başına değil diğer alaşım elementleri ile birlikte kullanılması popülerdir. Molibden karbon ile birleşerek karbür oluşturur. Karbürler sertliği arttırdığı için takım çeliklerinin kullanımı yaygındır.
VANADYUM: Çeliklerin mukavemetini, sertliğini ve aşınma direncini arttırır. Az miktarda eklenen vanadyum tanelerin kabalaşmasını önleyebilir. Isıl işlem sonrası tavlama ve yumuşatma işlemleri sonuç vermez. Bu nedenle takım çeliklerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
TUNGSTEN: Çeliklerin aşınma direncini, sertliğini ve tokluğunu arttırır. Malzemeye yüksek sıcaklıklarda sıcak çalışma ve kesme verimi sağlar. Bu nedenle takım çeliklerinde ve yüksek hız çeliklerinde popülerdir. Isıya dayanıklı çeliklerin yapısında kullanılması tercih edilir.
KOBALT: Yüksek sıcaklıklarda tane irileşmesini yavaşlatır. Yüksek sıcaklıklarda malzemenin ısıl direncini ve mukavemetini arttırır. Bu nedenle takım çeliklerinde tercih edilir.
ALÜMİNYUM: Oksijen gideriji oalrak kullanılır. Tane inceltici özelliği vardır, bu nedenle östenit tanelerinin büyümesini engeller. Yaşlanma direncini arttırır. Bu nedenle derin çekilmiş saclar yapısında alüminyum içerir.
FOSFOR: Kükürt gibi çeliği kırılgan hale getirir. Bu nedenle fosfor da istenmez. Çeliğin sertleşebilirliğini arttırır. Ancak süneklikte büyük bir düşüşe neden olur. Bu azalma yüksek karbonlu çeliklerde daha fazla gözlenmektedir.
BAKIR: Çeliğe korozyon direnci ve sertlik özellikleri kazandırır. Fakat aynı zamanda sünekliği de çok azaltır. Bu nedenle bileşimde maksimum %0.5 oranında tutulur.
AZOT: Mukavemet ve sertlik özelliklerini arttırır. Çeliğin yapısında nitrür oluşturarak sertliği arttırır. İşleme sürecini kolaylaştırır. Kırılganlığı artırır.
