Alaşım Elementlerinin Çeliğe Etkisi

Alaşım Elementleri Nedir ?

Alaşım elementleri çeliklere düşük miktarlarda katıldığında bile çok farklı özellikler sağlamaktadır. Aşağıda çeliğe katılan alaşım elementlerinin faydalarını sıralayacağız. Alaşım elementleri, ilgili çelik standartlarında maksimum ve minimum olarak ne kadar katılması gerektiği belirlenmiştir.

Hangi Alaşım Elementi Neye Yarar ?

Karbon ( C ) :


alaşım elementleri karbon

Alaşım elementleri arasında çelik için en önemlisidir. Çeliğin dayancını ve sertliğini arttıran en önemli elementtir. % karbon miktarı arttıkça çeliğin iç yapısındaki perlit oranı arttığından, çeliğin çekme dayanımı ile akma dayanımı artar. %.0.8-%0.85 değerinden sonra dayanım fazla artmaz. Su verilmiş çeliklerde en yüksek sertlik değerine %0.6 karbon düzeyinde erişilir. Bu seviyeden sonra artmaz. Diğer yandan % karbon arttıkça çeliğin sünekliği ile kaynaklanabilirliği azalır. Su vermede çatlama yatkınlığı artar. Karbon, genellikle diğer bazı elementler kadar birikime fazla yatkın değildir. Bununla birlikte karbon birikimi ( segregasyon ) çeliğin iç yapısındaki bileşim eş dağımlılığını bozduğundan mekanik özellikler çok etkilenir. Sıcak haddelenmiş çelik ürünlerde görülen dizileme ( bantlaşma ) karbon birikiminin en belirgin özelliğidir.

Mangan ( Mn ) : 

alaşım elementleri mangan

Alaşım elementleri dendiğinde ikinci en önemli element olan Mn, çeliğin dayancını arttırır. Sünekliğini biraz azaltır. Manganın çekme dayancını ve akma dayancını arttırış etkileri birbirine benzer. %3 Mn değerine dek her %1 Mn için çekme dayancı 100 MPa artar. %3-8 arasında artış daha azdır. %8 Mn’dan sonra artış düşüşe döner. Tavlanmış ve normalize edilmiş çeliklerde Mn elementi tokluğu arttırır. Su verilip menevişlenmiş çeliklerde ise, manganın çeliğin dayancını arttırışı ferrit katı çözeltisinde sertleşme yaratarak olur. Mangan, çeliğin dövülebilirliğini ve sertleşebilirliğini olumlu yönde etkiler. Makro-segregasyon yatkınlığı en düşük element mangandır. Yüksek manganlı, yüksek karbonlı çelikler yüksek aşınma direnci ve tokluk özelliği gösterirler.

Silisyum ( Si ) : 

silisyum alaşım elementi

Çelik üretiminde oksijen giderici olarak kullanılan temel elementlerden biridir. Çeliğin bileşiminde bulunan silisin oranı çeliğin türünü belirler. Düşük alaşımlı çelikler ve özellikle de yay çelikleri %2 ‘ye kadar silisyum içerirler. Buna karşın silisyum içeren çelikler olarak anılan çelikler %5 ‘e dek silisyum içerirlere ve elektriksel uygulamalar için seçilen özel çeliklerdir. Benzer biçimde çok yüksek oranlarda ( %14-15 ) içeren yüksek alaşımlı çelik çok yüksek yenim direnci gösterir; fakat kesinlikle dövülemez ve gevrek yapıdadır. Silisyum arttıkça çeliğin tane büyüklüğü artar.

Kükürt ( S ) :

alaşım elementleri silisyum

Çeliklere katılan alaşım elementleri denilince, çok istenmeyen bir element olan kükürt, çeliği gevrekleştirerek işlenmesi haricinde çok bir faydası yoktur. Bu nedenle çelik bileşiminde olabildiğince düşük düzeylerde tutulmalıdır. Kükürt oranı arttıkça enine süneklik ve çentikli çarpma tokluğu değerleri düşer. Boyuna özellikler o derece etkilenmez. Kükürt, Mangan ile dengelenmediğinde sıcak gevreklik yaratır. Kükürt genellikle sülfür ve oksisülfür kalıntılar çelik yapısında bulunur. Segregasyon yatkınlığı çok yüksektir.

Fosfor ( P ) : 

fosfor

Ferritin dayancını en fazla arttıran alaşım elementleri arasındadır. Bu nedenle düşük oranlarda bile bulunsa, çeliğin dayancını ve sertliğini arttırıcı buna karşın haddeleme yönündeki süneklik ve çentik tokluğunu azaltıcı yönde etki yaratır. Bu olumsuz etkiler özellikle yüksek karbonlu menevişlenmiş çeliklerde artar. Fosforun birikim yatkınlığı karbon ve kükürdünkinden azdır. Fosfor %0.1 değerinden fazla olduğunda çelikte kırılganlığı arttırdığı düşünülür.


Paslanmaz Çelik Alaşım Elementleri

Krom ( Cr ) : 

krom

Çeliğin bileşimine aşınma direncini, oksitlenme direncini ve sertleşebilirliğini arttırmak amacıyla katılan alaşım elementleri dendiğinde başta gelir. Paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir. Krom, bir karbür oluşturucu element olduğundan, hem takım çeliklerinde yüksek karbon ile birlikte aşınma direncini ve hem de yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan çeliklerde sürünme direncini yükseltmek için katıldığında, bileşime genelikle molibden de eklenir. Krom, çeliği sertleştirici ve toklığu düşürücü yönde etki eder. Bu nedenle genellikle krom içeren çeliklerin bileşimine tokluğu arttırıcı nikel ( Ni ) de katılır.

Nikel ( Ni ) : 

Ferritte katı çözelti sertleşmesi sağlayarak çeliğin dayancını arttırır. Bu artış silisyum ve manganın etkisine oranla daha azdır. Nikel, asıl çeliğin tokluğunu arttırmak için katılır. Östenit yapıcı etkisi vardır. Krom kadar olmasa da sertleşebilirliği de arttırır. Nikel içeren yapı çelikleri, özellikle bileşimlerinde krom varsa yüksek tokluk, yüksek sertleşebilirlik ve yüksek yorulma direnci istenen uygulamalar için seçilebilir. Düşük düzeylerdeki bakır ve fosfor ile birlikte deniz suyu aşınmasına karşı çeliklerin direncini arttırmak amacıyla nikel kullanılır. Bakı içeren çeliklere, bakırın yarattığı sıcak gevrekliği önlemek ya da azaltmak için nikel katılır.

nikel

Molibden ( Mo ) : 

Düşük alaşımlı çeliklerin bileşiminde %0.15-0.30 oranlarında bulunur ve genellikle en yüksek etkinliği krom ve nikel ile birlikte bulunduğunda gösterir. Molibden, çeliklerin sertleşebilirliklerini ve dayanımlarını arttırır. Bir karbür oluşturucu olduğundan aşınma direncini arttırmak amacıyla yüksek oranlarda ( %5-6 ) takım çeliklerinde kullanılır. Sürünme dirençli çeliklere sürünme direncini arttırıcı etkisi vardır. Paslanmaz çeliklere katıldığında yüksek sıcaklıkta kullanım sağlar ve korozyon dayanımını biraz daha arttırır.

alaşım elementleri molibden

Tane Küçültücü Alaşım Elementleri

Vanadyum ( V ) :

Çeliklerin sertleşebilirliğini belirli bir oranda arttırır. Azot ile birleşip nitrürleri oluşturduğundan çeliklerde ferritli ince yapıyı oluşturmak amacıyla tane küçültücü olarak kullanılır. Bu nedenle çentik darbe dayanımını da arttırır. Vanadyum, en güçlü karbür oluşturucu olduğundan takım celiklerinde sıcak sertlik değerini arttırmak amacıyla kullanılır. Yüksek hız çeliklerinde volfram ile birlikte; yapı çelikleri ile ısı dayanımlı çeliklerde krom ile birlikte kullanılır.

vanadyum

Volfram ( W ) : 

Çok güçlü bir karbür oluşturucudur yani karbon ile bağ yapar. Yaptığı bu bağ sayesinde çeliklerin dayanımlarında artış sağlar. Volfram aşınma direnci yüksek bir metal olduğu için, alaşım elementi olarak katıldığı çeliklerde de çeliklerin aşınma direncini arttıracaktır.

volfram

Alüminyum ( Al ) : 

En güçlü oksijen gidericidir. Alüminyum, çelik üretiminde oksijen giderici ve tane küçültücü olarak kullanılır. Çeliklerin tokluğunu arttırıcı özelliği vardır.

Bakır ( Cu ) : 

Çeliklerin genel olarak dayanımlarını arttırır ve korozyon yani paslanmaya karşı direncini güçlendirir. Ayrıca iletkenlik özelliğini arttırmak amacıyla da bakır, alaşım elementi olarak çeliklere ilave edilebilir.

Hidrojen ( H ) : 

Hidrojen genellikle çeliğe eklenmesi istenmemektedir. Genellikle kaynak sırasında ya da döküm esnasında çelik içerisine girebilir. Nemli elektrod kullanılması kaynaklı olarak alaşım elementi gibi çeliğe girer ise, hidrojen gevrekliğine neden olur. Hidrojen gaz fazına geçtiği anda, çeliklerin içerisinde katılaşma esnasında gözenek yapar. Bu da çeliklerde dayanım düşüklüğüne neden olmaktadır.

Alaşım elementleri ile ilgili bilgilendirici bir yazıya aşağıdaki linkten ulaşabilirsiniz…

https://en.wikipedia.org/wiki/Alloy_steel

Çeliklerdeki faz dönüşümleri ile ilgili yazımıza ulaşmak için aşağıdaki linke tıklayınız.

https://www.metalurjimalzeme.net/faz-donusumu-kati-faz-donusumu/