Karbonlu çeliklerden normal olarak sağlanamayan kendine has özellikleri sağlayabilmek amacıyla, bir veya birden fazla alaşım elementi eklemek suretiyle yapılan çelikler alaşımlı çeliklerdir. Maksimum % 2,06 Karbon içermektedir.
Alaşım elemanlarının etkisi, diğer metallere nazaran en çok çelik yapısında etkili olmaktadır. Ayrıca alaşım elementlerinin etkileri toplanabilir olmadığından, çok sayıda alaşım elementinin birlikte bulunması halinde beklenen özellik değişmeleri ancak genel çerçevede ele alınabilir ve bu konuda kesin bir yaklaşım yapılamaz.
Alaşımlı çelikler, alaşım elemanları toplam miktarı % 5 den (düşük alaşımlı) çelikler ve alaşım elemanlarının toplamı % 5 den (yüksek alaşımlı) çelikler olmak üzere, iki ana gruba ayrılırlar. Alaşımsız çeliklere benzer davranışa sahip olan düşük alaşımlı çeliklerin en belirgin özelliği, sertleşme kabiliyetlerinin daha yüksek olmasıdır. Ayrıca, sertlik, çekme dayanımı, akma sınırı, elastiklik modülü gibi dayanım özellikleri ile sıcağa dayanıklılık, meneviş dayanıklılığı, gibi karakteristikler yükselirken, genellikle kopma uzaması, kesit daralması, çentik darbe dayanımı gibi değerlerde azalma olur. Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde istenilen özelliklerin bulunmaması veya yetersiz olması halinde yüksek alaşımlı çelikler kullanılır. Bu tür alaşımlarına, normal sıcaklıklardaki mekanik dayanımın artırılması yanı sıra, özellikle sıcağa, tufalleşmeye ve korozyona dayanım, sıcaklıkta sertlik ve manyetiklenmeme gibi bazı istenen özelliklerin elde edilmesini amaçlar.
ALAŞIM ELEMENTİ ETKİSİ
ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÇELİK YAPISINA ETKİLERİ TABLOSU
KARBON (C)
Çelik için temel alaşım elementidir. Karbon miktarının artmasıyla sertlik ve dayanım önemli ölçüde artar. % 0.8 karbona kadar çekme gerilmesi ve akma sınırı değeri artar. Bu değerden sonra kırılganlık artar, ısıl işlem sonu sertlik kalıntı ostenit sebebiyle daha fazla artmaz. Çeliğin alabileceği max sertlik 67 HRC olup bu değer 0.6 karbon miktarı ile elde edilir. Karbon miktarının artması aynı zamanda sünekliği, dövülebilirliği, derin çekilebilirliği ve kaynak kabiliyetini düşürür. Yüksek karbonlu çeliklerin ısıl işleminde çatlama riski de fazladır.
MANGAN (Mn)
Yapıya genellikle cevher halinde iken girer. Mekanik özellikleri iyileştirmesi dolayısıyla ayrıca da ilave edilir, temel alaşım elementi olarak da kendisini gösterebilir. Genel olarak sünekliği azaltmakla birlikte çeliğin dayanımını artırır özelliğe sahiptir. % 3 Mn miktarına kadar, her % 1 Mn için çekme dayanımı yaklaşık 100 Mpa kadar artar. % 3 – 8 arası artış azalır. % 8 den itibaren düşüş görülür. Çeliğin dövülebilirliği ve sertleşebilirliğini iyileştirici özelliktedir. Kaynak kabiliyetini etkilemez ve kaynaklanabilir malzemeler içinde % 1.6 oranına kadar yükseltilebilir. Manganın iyi yöndeki etkisi karbon oranının artmasıyla birlikte artar.
SİLİSYUM (Si)
Çelik üretimi esnasında deoksidan olarak kullanılır. Döküm çeliklerde, döküme akıcılık sağlamak için ilave edilebilir. Ferrit içerisinde çözünebilme özelliğine sahip olduğu için malzemenin süneklik ve tokluğunu düşürmeden, dayanımı ve sertliği artırır. Yüksek silis içeren çeliklerin ısı dayanımı da yüksektir. Genel olarak sertleşebilirliği, aşınma dayanımını, ve elastikiyeti yükseltmesine karşın yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler.
KÜKÜRT (S)
Kükürt demirle birleşerek FeS fazını oluşturur. Bu faz düşük ergime sıcaklığına sahip olduğu için haddeleme sıcaklığında ergiyerek sıcak kırılganlığa sebep olur. Bu olumsuz etki kükürdün manganla birleşmesi sağlanarak önlenir.
- 800° C -1000° C arasında şekil değiştirme esnasında “kızıl sıcaklık kırılganlığı”
- 1200° C üzerindeki sıcaklıklarda “akkor sıcaklık kırılganlığı” meydana getirir.
Bu sebeplerle çelik için zararlı bir element olarak kabul edilerek, giderilmesi yönünde çalışılır. Ancak otomat çeliklerinde İki katı kadar Mn ilave edilerek kullanılmak suretiyle, talaşlı işlenebilirlik kabiliyetini artırmak amacıyla kullanılır. Genel olarak kaynak kabiliyeti ve sertleşebilirliği olumsuz etkiler.
FOSFOR (P)
Mevcudiyeti ile malzeme tokluğunu düşüren, zararlı etkiye sahip bir elementtir. Çeliğin dayanımını ve sertliği artırıcı özelliği olmasına karşın süneklik ve darbe dayanımını düşürür. Bu etki yüksek karbonlu çeliklerde daha net görülür. Çelik içerisinde mümkün olduğunca düşük olmasına çalışılır ve kükürtle birlikte fosfor azlığı malzeme kalitesinde birinci kriterdir.
KROM (Cr)
Çeliklere en fazla ilave edilen alaşım elementidir. Çeliğe ilave edilen krom Cr7C3 ve Cr23C6 gibi sert karbürler oluşturarak sertliği direkt olarak artırır. Dönüşüm hızlarını da yavaşlatarak sertlik derinliğini de aynı oranda artırır. Krom %25 varan değerlerde ilave edilmesi halinde malzeme yüzeyinde bir oksit tabakası oluşturarak paslanmaya karşı direnç sağlar ve malzemeye parlak bir görüntü kazandırır. Çekme dayanımını ve sıcağa dayanımı da artırır özelliğe sahiptir. Bazı alaşımlarda meneviş kırılganlığına sebep olabilir veya sünekliği düşürebilir. Bu etkileri azaltmak amacıyla daha çok Ni ve Mo ile birlikte kullanılır.
NİKEL(Ni)
Nikel %5 e varan oranlarda, alaşımlı çeliklerde geniş bir biçimde kullanılır. Nikel malzemenin mukavemetini ve tokluğunu artırır. Özellikle östenitik paslanmaz çeliklerde daha geniş yer alır (%7-20). Nikel aynı zamanda tane küçültme etkisine de sahiptir. Alaşım elemanı olarak nikelin tek başına kullanımı son yıllarda azalmış Ni-Cr alaşımı başta olmak üzere Ni – Mo yahut Ni – Cr – Mo alaşımları yaygınlaşmıştır. Sıcağa ve tufalleşmeye karşı iyileştirici özelliğe sahip olmasının yanısıra, krom ile birlikte kullanılarak sertleşmeyi, sünekliği ve yüksek yorulma direncini artırır.
MOLİBDEN (Mo)
Molibden düşük nikel ve düşük krom içeren çeliklerde temper gevrekliği eğilimini gidermek için kullanılır. % 0.3 civarında molibden ilavesi bunu sağlar. Molibden ilavesi yapılan nikel ve krom çeliklerinin temper sonrası darbe dayanımları da önemli ölçüde yükselir. Aynı zamanda akma ve çekme dayanımını artırır. Çeliklerin aşınma direncini yükseltir. Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği için korozyon direncini önemli ölçüde arttırır. Bazı mikro alaşımlı çeliklerde nitrür veya karbonitrür oluşturan alaşım elementi olarak molibden kullanılır.
VANADYUM (V)
Nikel gibi vanadyum da çelikler için önemli bir tane küçültücüdür. % 0.1 gibi bir oranda kullanılması bile, sertleştirme prosesi esnasında tane irileşmesini önemli ölçüde engeller, akma ve çekme dayanımlarını oldukça arttırır. Vanadyum sertlik derinliğini ve sıcaklık dayanımını da arttırır. Özellikle darbe dayanımının artmasını sağlayarak kesici kenarların formunun uzun süre muhafaza edilmesinde etkilidir. Vanadyum, mikro alaşımlı çeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanılan bir mikro alaşım elementidir. Mikro alaşımlı çeliklerde alaşım elementleri toplamı %0,25 i geçmez. Bu elementler tek, ikili ve üçlü kompozisyonlar halinde mikro yapı içerisinde oluşturdukları karbonitrür çökeltileri ile tane boyutunu inceltmelerinin yanı sıra çökelti sertleşmesi mekanizmasıyla dayanımı artırırlar.
VOLFRAM (W)
Wolfram; çeliğin dayanımını artıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarın sertliğinin muhafazasını, takım ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu sebeple özellikle yüksek hız çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak kullanılır. Yüksek çalışma sıcaklıklarında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.
TİTANYUM (Ti)
Kuvvetli karbür yapıcı özelliği vardır ve sertliği artırır. Mikro alaşımlı çeliklerde mikro alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini giderebilmek için karbür oluşturucu alaşım elementi olarak kullanılır. Çelik üretimi esnasında deoksidan olarak da kullanılır. Vanadyumdan daha iyi tane küçültücü etkiye sahiptir.
NİOBYUM (Nb)
Mikro alaşımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde titanyumun yaptığı etkiye yapar ve titanyumla birlikte veya tek başına kullanılır. Aynı zamanda akma sınırını da yükseltir. Kuvvetli karbür yapıcı özelliği ile sertliği de arttırır.
ALÜMİNYUM (Al)
En güçlü deoksidandır. Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir. Yüksek alüminyum miktarı sürekli dökümlerde nozul tıkanmalarına sebep olur. Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temel alaşım elementidir. Bazı mikro alaşımlı çeliklerde de nitrür ve karbonitrür oluşturan mikro alaşım elementi olarak da kullanılır.Isıtmada tane kabalaşması ve yaşlanmayı azaltır.
KOBALT (Co)
Yüksek sıcaklıklarda tane büyümesini yavaşlatır bu nedenle daha çok hız çeliklerine ve sıcağa dayanıklı çeliklere ilave edilir. Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır.
BAKIR (Cu)
Sıcak şekillendirmede kırılganlığa sebep olduğu için % 0.5 oranı pek aşılmaz. Sünekliği ciddi oranda düşürmesine karşın korozyon dayanımını arttırır ve sertliği arttırdığı için ilave edilir. Akma ve çekme dayanımını arttırır. Korozyon direncini yükselten etki gösterir.
BOR (B)
Düşük ve orta karbonlu çeliklerde sertleşebilir özelliğini arttırır. Sakinleştirilen çeliklere 0.0005 – 0.003 kadar düşük oranda katılırlar.
KALAY (Sn)
Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır. Kalay düşük ergime sıcaklığına sahip bileşikler yaparak haddeleme sırasında kopmalara neden olur.
KURŞUN (Pb)
Haddelenebilirliği azaltır. Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler. Sürekli dökümlerde sorunlara sebebiyet verir. Kurşun çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetine artırır, bu yüzden otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır.
