ÇELİK ALAŞIMLARI

KARBONLU ÇELİKLER:

Mn, Si gibi 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, karbonlu çelikler sınıfına girer.


ALAŞIMLI ÇELİKLER:

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 bir kaçının bulunması istenen çeliklşer, 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: 

Çeliğin bünyesine giren alaşım elementlerinin en önemlisi ve mekanik özellikleri en fazla etkileyen bir elementtir. Karbon oranının artmasıyla çeliğin sertliği, dayanımı, su alma yeteneği ve sıcak haddeleme özelliği artar. Buna karşılık, esneklik, dövülme, sıcakta şekillendirme, uzama, kaynak yapılma, kesilme özelliği, talaşlı işleme yeteneğini zayıflatır. Karbonlu çeliğin yapı karakteristiğini bozmaksızın özel alaşım elemanları ilavesiyle malzemeye ender özellikler verilebilir. Böylece normal karbonlu çelikler, mikroskobik yapı ve alaşım tesirlerinin mukayese yolu ile değerlendirilmesinde bir prototip özelliği taşırlar. Çeliğin rutubete, asitlere, sıcak gazlara karşı korozif dayanımına herhangi bir etki yapmaz.


MANGAN: 

Çeliğin dayanımını geliştirici bir alaşım elementidir. Esnekliğini az miktarda azaltır. Dövme ve kaynak edilme özelliğine olumlu etkide bulunur. Manganın, sertlik ve dayanımını arttıran özelliği, karbon miktarına bağlıdır. Manganın yüksek karbonlu çeliklerdeki etkisi, düşük karbonlu çeliklere oranla daha fazladır. Mangan suverme derinliğini arttırır. Paslanmaya ve korozyona olan dayanımını geliştirir.


SİLİSYUM:

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%0,40’dan fazla silisyum olan çelikler için kullanılır. Çelikte silisyumun bulunması esnekliği eksi yönde etkilese de beher%1 artış için çekme dayanımını 10 kg/mm2, akma dayanımını da benzer oranda arttırır.%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. Yalnız otomat çeliklerinde, talaşları kırılgan yapması bakımından kükürt oranı normal çeliklerdekinin çok üstüne kadar yükseltilir. Bunun yanında paslanma ve aşınmaya dayanımı yükseltmekle birlikte, çentik vurma tokluğunu da kuvvetle azaltır ve kaynak sırasında çatlama olasılığını artırır.


KÜKÜRT:

Kükürt; 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. Yalnız otomat çeliklerinde, talaşları kırılgan yapması bakımından kükürt oranı normal çeliklerdekinin çok üstüne kadar (%4) yükseltilir.


KROM:

Krom; 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.


NİKEL:

Nikel; 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, istenen yapıdaki çelikler, paslanmaya ve kabuklaşmaya dayanımlı çelikler için, uygun bir alaşım elementidir.


MOLİBDEN:

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. Alaşımlı çeliklerde molibden, krom-nikelle birlikte kullanıldığında, akma ve çekme dayanımını artırır. Molibden kuvvetli karbür meydana getirdiğinden, hava ve sıcak iş çeliklerinde, östenitik pasa dayanıklı çeliklerde, sementasyon, makine yapım çelikleriyle ısıya dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.


VANADYUM:

Vanadyum, çok düşük miktarlarda kullanıldığında çeliğin ısıya dayanımını artırır. Vanadyum, alaşımlı makine yapı çeliklerinin tane yapılarının ince olmasını ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesini sağlar. Aynı zamanda çelik kesici uçlarının, daha uzun süre 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 artırır. Makine yapım ve sıcak iş çeliklerinde özellikle vanadyum krom, hava ve makine yapım çeliklerinde volframla 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 ilave edilecek beher volfram 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.


BOR:

Çok düşük oranlarda (0,001 gibi) ilave edilse bile, ısıl işlem, ıslah çeliklerinde su vermede sertliğin derinlere erişmesine, sementasyon çeliklerinde merkez kısımlarının dayanımının artmasına neden olur.sertleştirilmiş ve temperlenmiş çeliklerin mekanik özelliklerini bozmaksızın diğer alaşım elemanlarının büyük bir yüzdesi yerine bor kullanılabilir. Ayrıca nötron absorbsiyonu yüksek olduğundan nükleer enerji santralleri yapımında kullanılan çeliklerde başlıca alaşım elementidir.


ALÜMİNYUM:

 Çok kuvvetli bir oksitsizleyici (dezoksidan) ve azot emicidir. Az miktarda kullanıldığı takdirde, çeliklerin yaşlanmaya yönelmesini azaltır ve kristallerinin incelmesini neden olur.o yüzden genellikle alüminyum çelikte oksijen alıcı alarak kullanılır. Ayrıca sıvı metalde erimiş olan gazları alarak çelikte karıncalanma ile ayrışmayı önler. Alüminyum, azot ile çok sert nitrür oluşturduğundan, nitrür çeliklerinde, sıcakta pas tutmayı azalttığından ferritik yağıdaki ısıya dayanıklı çeliklerde, koersif gücü çok arttırdığından, demir, nikel, kobalt, alüminyum mıknatıs çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır.


KALSİYUM:

Kalsiyum demirle karışmaz. Zaman zaman çelikte az miktarda kalsiyuma rastlandığı bilinmekte ise de bu miktarların metalik olmayan kütleciklerden ibaret olduğu sanılmaktadır. Kalsiyumun ergime noktası demirden düşüktür. Bu nedenle çeliğe kalsiyum ilavesinde büyük güçlüklere sebep olur. Diğer alaşım elementleriyle kolaylıkla birleşebilmektedir. Kükürt ve fosforun tasfiyesinde ve silisyum ile bereaber silikon-kalsiyum halinde oksitsizleşme (dezoksidasyon) için kullanılır. Kalsiyum, yüksek sıcaklığa dayanıklı çeliklerde sıcakta tufal oluşumunu azaltır.


KOBALT:

Çelikte karbür oluşumuna, dolayısıyla da sertlik artmasına neden olmaz. Buna karşılık, yüksek sıcaklıklarda kristal büyümesini önler ve dayanım azalmasının önüne geçer. Bu nedenle, hava çeliklerinde, sıcak iş çeliklerinde ve çok yüksek ısıda çalışan çeliklerde önemli alaşım elementidir. Korozyon ve aşınma dirençlerini arttırır, çekme ve akma mukavemetlerinde yavaş bir yükselme sağlar fakat çekilebilme özelliğini azaltır. Bundan başka çeliklerde remanens, koersif güç, ısı iletkenliği özelliklerini çok arttırdığından yüksek değerdeki mıknatıs çeliklerinin ana alaşım elementidir.


BAKIR:

Bakır, çeliklerde çekme dayanımı ve akma sınırını yükseltir, uzamayı azaltır. Çeliğin kaynak edilme özelliğini etkilemez. Atmosferik korozyon direncini iyileştirmek için çeliğe ilave edilir. Çelikteki bakır miktarı%0,2 ile%0,5 arasındadır. Sıcakta şekil vermeyi güçleştirir. En karakteristik özelliği, çeliklerin atmosfer etkisi altında paslanma eğilimini azaltır.