etkilemezler. Karbon miktarının çeliğin özelliklerine etkisi

Transkript

1 Çeliklerin karbon oranlarına göre genel olarak sınıflandırılması: Düşük Karbonlu Çelikler: Düşük karbonlu çelikler en fazla % 0.25 mertebelerinde karbon içerirler. Bunlar diğer türlere kıyasla en fazla düktil(sünek), buna karşın en düşük dayanım ve sertliktedirler. Bu tip çelikler, büyük düktilite/süneklikve işlenebilirlik gerektiren yerlerde kullanılırlar. Örneğin, otomobil gövdesi, ince saç levha, çivi, perçin, betonarme donatısı, profil eleman malzemesi üretiminde kullanılırlar. Tavlama ve ısıl işlemler yardımıyla sertleştirilemezler. Orta Karbonlu Çelikler: % % 0.5 oranında karbon içeren orta karbonlu çelikler ise; demiryolu rayları, tren ve tekerlekleri, dingil şaftları ve yüksek nitelikli betonarme donatısı gibi sertlik ve yüksek dayanım gerektiren yerlerde kullanılır. 1 Karbon içerikleri martensitoluşumuna izin vermesi nedeniyle ısıl işlem ve tavlama yoluyla özellikleri düzeltilebilir. Yüksek Karbonlu Çelikler: % % 0.95 arasında karbon içeren yüksek karbonlu çelikler en sert, en dayanıklı ancak sünekliği en az türdür. Isıl işlemlere en iyi bu tür yanıt verip, gereken işlemlere tabi tutulduktan sonra istenen niteliğe getirilebilir. Bu tür çelikler, değişik özellikli tellerin, savaş araçlarının, keskin bıçakların vb. yapımında kullanılır. Kaynak işlemi bu tip çeliklerde lokal sertleşme ve düktilite kaybına yol açabildiğinden kaynaklama sırasında dikkatli olunması gerekir. Çeliklerin içinde doğal olarak bazı yabancı maddeler bulunabilir (En çok Mn % 0.6-% 0.7, Si % % 0.45, S % % 0.04, P % oranlarında bulunabilir). Bu maddeler belirtilen sınırlar içinde kalırsa, alaşımın mekanik davranışını pek 2 etkilemezler. Karbon miktarının çeliğin özelliklerine etkisi Çelik Üretimi: Temel olarak günümüzde çelik üretiminde takip edilen iki yöntem vardır. 1. Yöntem :Entegre tesislerde demir cevherinden Yüksek fırınlarda pik demir ve Bazik Oksijen Fırınlarında (BOF) Çelik Üretimi 2. Yöntem :Mevcut demir çelik hurdalarının elektrik ark ocaklarında tekrar ergitilmesiyle çelik üretimi şeklindedir. Türkiye de ise çelik üretiminde hurda kullanımı çok daha yüksek orandadır

2 Çelik Üretimi: Genel olarak demir cevherinden demir-çelik üretimindeki aşamalar: Hammaddenin (demir cevheri, kok kömürü, kireç taşı, sıcak hava) yüksek fırın için hazırlanması. Yüksek fırında pik demir üretimi Sıvı pik demirden bazik oksijen fırınlarında çelik üretimi Sıvı çeliğin sıcaklık ve kimyasal kompozisyon bakımından sürekli döküm için hazırlanması. Sürekli döküm ile sıvı çelikten katı blok parçaların üretimi. Blok parçalardan haddeleme ile yassı (levha) veya uzun (profil) çelik ürün elde edilmesi Aşama:Cevher, eritici ve kömürden oluşan ham maddeleri; kırma, ufalama, yakma, kok yapımı vb. ilk işlemlerden geçirerek yüksek fırında kullanılabilecek şekle dönüştürme aşamasıdır. Yüksek Fırına Yüklenen Malzemeler Demir cevheri Metalurjik kok kömürü Cüruf yapıcı katkı maddeleri (kireçtaşı) Sıcak ve basınçlı hava 7 2. Aşama:Ham demir (pik) veya font ve iri döküm ürünlerinin elde edilişi; Demir metalürjisinde kullanılan yüksek fırında cevher, kömür ile beraber 1900 C civarında yakılmakta ve 1300 C de çabuk soğuma sonucu beyaz font üretilir. Yavaş soğuma sağlanırsa esmer font elde edilir. Eriyik üstünde kalan artık maddeye cüruf adı verilir. 3. Aşama:Elde edilen font üzerine hava (oksijen) ve demir oksit etki ettirilerek istenmeyen elementlerin oksitlenerek eriyikten uzaklaşması sonucu yumuşak demir üretilir (Puddling Yöntemi). Çelik üretiminde ise beyaz fontun yakılarak fazla karbonun alınması (Martin-Siemens Yöntemi) veya yumuşak demire hava üflenerek karbonlanması(bessemerveya Thomas) yöntemi gibi işlemler uygulanır. 8 2

3 Katılaşan malzeme istenen formda kütükler haline getirilerek kendi halinde soğumaya bırakılır veya fazla soğumadan istenen boyut, şekil, sertlik ve dayanımda çelik üretilmek üzere haddelemeye geçilir. 4. Aşama: Üçüncü aşamanın ürünü olan kütüklerin, özel kalıplara dökülerek veya su ile soğutularak bakır kaplar ile bir uçtan akıtılırken diğer uçtan katılaşmış şekilde dışarı çekilerek sürekli olarak dökülerek piyasada görülen saç, değişik boy ve şekillerdeki çubuk, profil elemanlar olarak yarı işlenmiş duruma getirilmesi aşamasıdır. Demir-Karbon dengesi 9 10 Çelik üretimi şematik gösterimi: Çelik üretimi şematik gösterimi (sıcak şekil verme):

4 Çelik üretimi şematik gösterimi (soğuk şekil verme): Yapılarda kullanılan çelikler (Betonarme Çeliği): Yapılarda çelik, genellikle betonarme yapılarda donatı olarak veya çelik yapılarda taşıyıcı malzeme (profil) olarak iki şekilde kullanılır. Betonarme yapılarda donatısı olarak kullanılan, dairesel kesitli, yüzeyleri nervürlü veya profilli olan çelik çubuklara betonarme çeliği (demiri) denir. Betonarme yapılarda çeliğin görevi çekme kuvvetlerine karşı koymaktır. Betonarmede, beton basınca, çelik çekmeye çalışır. Betonarmede kullanılan çelikler, değişik çap ve şekillerde olurlar depreminden sonra Bayındırlık Bakanlığı inşaat teknik şartnamesinde yapılan değişiklik üzerine betonarmede düz yüzeyli çubuklar kullanılmamaktadır. Yapılan çalışmalarda betona en uygun çekme donatısının çelik olduğu görülmüştür Betonla çeliğin bu uyumunu çeliğin aşağıda sıralanan özellikleri sağlamaktadır: Çeliğin çekme dayanımının betona oranla çok daha yüksek olması, Çeliğin betonla çok iyi aderans sağlaması, Çeliğin genleşme katsayısının betonunkine yakın olması dolayısıyla farklı sıcaklıklarda hemen hemen aynı sekil değişimini yapmaları. Betonarme yapılarda donatı ve beton arasında yeterli bir yapışmanın (aderansın) sağlanmaması halinde, donatı beton içinde kayması (sıyrılması) ile kuvvetleri aktaramaz ve bu durum da yapının yıkılmasına yol açabilir. Bu nedenle donatının aderans yeteneğini arttırmak amacıyla, çelik çubukların yüzeyinde çıkıntı ve girintiler yapılır. Betonarme çeliği genel olarak yüzey şekillerine göre üçe ayrılırlar; Düz (D), Profilli (P) Nervürlü (N) 15 Profilli (P) olanlar, haddelenme esnasında betonla aderans artırmak amacıyla çelik çubuğun yüzeyinde girintiler oluşturulmuş betonarme çubuğudur. Nervürlü (N) olanlar ise, betonla aderans artırmak amacıyla yüzeyinde çubuk eksenine dik (enine) veya eksenle belirli bir açı yapan sürekli veya kesikli helezonlar şeklinde sürekli veya kesikli çıkıntılar oluşturulan betonarme çubuğudur. Enine ve boyuna nervürlü olan bu çelikler kendi eksenleri etrafında burularak TOR adı verilen çelikler elde edilmektedir. 16 4

5 Betonun içine yerleştirilen çelik çubuklar çaplarına göre de farklı büyüklüklerde olmaktadır. Ülkemizde φ (fi) sembolü donatı çapını tanımlar. Örneğin, φ 16, çapı 16 mm olan betonarme çeliğidir. Soğukta işlem görmüş nervürlü ve profilli betonarme çeliğinde karbon oranı %0,15-0,25 arasındadır ve belirli bir akma noktası vardır. Bunun dışındaki çeliklerin, belirli bir akma noktası yoktur. Genellikle akma dayanımları, %0.2 birim şekil değiştirme kuralına göre belirlenir. Betonarme çelikleri en küçük akma dayanımı sınırlarına göre 3 gruba ayrılırlar; En küçük akma sınırı 220 N/mm 2 olançelik: S 220 En küçük akma sınırı 420 N/mm 2 olan çelik: S 420 En küçük akma sınırı 500 N/mm 2 olan çelik: B 500A, B500B Yapılarda kullanılan çeliklerin mekanik özellikleri: Haddeleme işlemi:

6 Soğuk çekme yöntemiyle üretilen çelikler TS708'e göre betonarme yapılarda S220 - S420 ve S500 beton çeliği kullanılmaktadır. Bunları da (a) ve (b) olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. (a) grubundaki alaşımlar yüksek fırında kütükler halinde üretildikten sonra hemen sıcakta çekilerek (haddeleme) doğal bir sertlikte kullanıma hazır duruma getirilmişlerdir. (b) grubundaki alaşımlar soğukta deformasyon işlemine maruz bırakılmak suretiyle gerilmeler ile ilgili özelliklerinde artışlar oluşturulmuştur Düşük karbonlu çelik gerilme-şekil değiştirme eğrisi: Çelik çubuklarda yapılan çekme deneyi sonucunda elde edilen çekme gerilmesi ve deformasyon değerleri kullanılarak gerilmeşekil değiştirme eğrisi elde edilmektedir. Yüksek ve düşük karbonlu betonarme çeliğin gerilme-şekil değiştirme eğrileri ve özellikleri:

7 Genel çelik donatı tipleri: S220a (yumuşak çelik)-eski Ia: Karbon oranı : % arasındadır. Karbon oranı % 0.25 den daha küçük olan demir-karbon alaşımı kütükler halinde imal edilir sonra haddeleme için yaklaşık 1200oC ye kadar tekrar ısıtılır. Isıtılan bu çelik normal oda koşullarında soğuma esnasında merdaneler arasından geçirilerek kademeli olarak boyut küçültülmesi sağlanır ve sıcaklık yaklaşık 1000oC ye düştüğünde istenen form elde edilir. Bu sıcaklıktan sonra malzeme havada soğumaya bırakılır. Oluşan çeliğin mikroyapısıferrit+perlit tenoluşmaktadır. Etriye için uygundur S420a çeliği eski IIIa: Karbon oranı : % dür. S220a çeliklerine göre daha sert olan bu çeliklerin göreceli işlenebilirlikleri daha az ve kırılganlıkları daha fazladır. Ayrıca bu tip çelikler kaynak işleri için uygun değildir. Esas donatı için uygundur. Torçelik: Ön germeli ve ardgermeli betonlarda, yüksek dayanımlı çelikler kullanılırlar. Ön gerilmeli betonarme çeliği, %0,7 karbonlu Martin çeliklerine su verilerek elde edilir. Soğuk çekilirken çekme ekseni etrafında burulan çeliktir. Akma dayanımı soğuk çekme nedeniyle iki misline kadar artmaktadır (örneğin 250 MPa'dan MPa). Yüzey şekli betonla aderans yüzey alanını arttırmaktadır mm çaplı 500 MPa akma dayanımı ve min. %10 uzama gösterirler

8 29 8