2. Gün. Oturum 5A. 21 Kasım 2015 KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ BİLDİRİLER KİTABI. Oturum Başkanı Melih Şahin

Transkript

1 Oturum Başkanı Melih Şahin 2. Gün 21 Kasım 2015 Oturum 5A ÇELİKLERİN KAYNAĞINDA OLUŞAN YAPISAL DEĞİŞİMLERE ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ETKİLERİ Tuncay Durukan, Burkay Ergören, İbrahim Ertürk ORBİTAL TIG KAYNAK YÖNTEMİYLE KAYNAK EDİLMİŞ DUBLEKS PASLANMAZ ÇELİKLERİN MEKANİK, METALÜRJİK VE KOROZYON ÖZELLİKLERİ Umut Sönmez, Niyazi Çavuşoğlu, Vural Ceyhun SS316L KALİTE PASLANMAZ ÇELİK KAYNAKLI KAPLAMA UYGULAMALARINDA NÜFUZİYET DERİNLİĞİ OPTİMİZASYON ÇALIŞMASI Ercan Kaplan, Tanıl Atıcı İNCE PASLANMAZ ÇELİK SACLARIN FİBER LAZER İLE KAYNAK EDİLEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ Cansu Kökey, Seçkin Sezgin, Niyazi Çavuşoğlu, Simge Gençalp İrizalp, İ. Etem Saklakoğlu 309

2 310

3 ÇELİKLERİN KAYNAĞINDA OLUŞAN YAPISAL DEĞİŞİMLERE ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ETKİLERİ Mak. Müh. Tuncay DURUKAN 1, Tek. Öğrt. Burkay ERGÖREN 2, Dr. İbrahim ERTÜRK 3 1 Gedik Kaynak A.Ş. Bölge Müdürü ANKARA, 2 Ankara Milli Eğitim Müdürlüğü Projeler Koord. ANKARA 3 Gedik Kaynak A.Ş. Teknik Danışmanı ANKARA 1 tdurukan@gedik.com.tr, 2 burkayergoren@gmail.com, 3 iberturk06@gmail.com ÖZET Metal malzemelerin kaynağı, malzemelerin ısı ya da basınç altında ya da her ikisinin yardımıyla, ilave malzeme (elektrod) kullanılarak veya kullanmadan birleştirilmesi olarak tanımlanır. İşlem; birleştirme bölgesi, sıvı ya da plastik şekil değiştirebilir durumda iken gerçekleştirilir. Kullanım alanları çok geniş olan kaynaklı bağlantıların sağlıklı olarak yapılabilmesi için, kaynak işlemi sırasında oluşan iç yapı ve özellik değişimlerinin çok iyi bilinmesi gerekir. Bu nedenle kaynak edilen çelik malzemelerin bileşimlerinde ki alaşım elementlerinin ısı etkisi altında Isının Tesiri Altındaki Bölgeler (ITAB) bölgesindeki (nitrür, karbür, borür oluşumu ve bunların tane boyuna ya da mekanik özellikler vb) etkilerini bilmek gerekir. Bu çalışmada bildiri içinde adı geçen alaşım elementlerinin oluşum nedenleri ve etkileri literatür taraması yöntemi ile araştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Kaynak, ısı, alaşım elementleri, yapısal değişime etkileri ABSTRACT The welding of metal materials is defined that combining metals by using additional materials (electrotes) under heat or pressure or both. The process is applied while the combining area is in the fluid or plastic malleable situation. To do welded connections which have large using areas correctly, changes in internal structures and properties which occur at the time of welding must be well known. Because of that, the effects of the materials which are the part of alloy of steel materials which are welded under heat effect in area under effect of heat must be known. In this study, occuring reasons and effects of the alloy elements which are mentioned in paper are researched by using the literature scanning method. Keywords: Welding, heat, alloy elements, The effects of structural changes 311

4 1. GİRİŞ Yapı çeliklerinin kaynağında, kaynağın sonucunu etkileyen en önemli faktör esas metalin bileşimidir. Bileşimdeki karbon ve mangenez oranı kaynak kabiliyeti bakımından çok önemli olup, maksimum miktarları sınırlandırılmıştır. Demire ilk katılan alaşım elementi karbon olmuştur. Karbonlu çelikler ailesi buradan doğmuştur. Karbon katkısı artarken dayanım ile birlikte sertlikte yükseldiğinden çeliğin işlenebilirliği giderek azalır. Şekil vermek zorlaşır. Yüksek karbon oranlarında bu alaşım, hiçbir işleme gerek kalmamak kaydıyla dökme demir olarak kullanılabilir. Tablo1.1 Tablo 1.1 Değişik Fe-C oranlarını içermektedir. %C İSİM <0,05 0,05-2 0,15-0,50 0, ,5 Demir Çelik Yapı çeliği Makine takımı çeliği Dökme demir Karbonlu çelik denince akla %0,15 %0,50 C içeren yapı çelikleri gelmelidir. Karbon oranı bu sınırların altında olanların dayanımı düşük olduğundan, üstünde olanlarda gerek kaynak edilebilme gerekse plastik şekil alma kabiliyetlerini yitirirler. Fakat uygun ısıl işlemlerle çeliği önce yumuşatıp işlemek sonra sertleştirip istenen dayanımı kazandırmakta mümkündür. Pratikte bu olanaklar çok geniş biçimde uygulanmaktadır. Çeliğin işlenebilirlik ve kaynaklanabilirlik özelliklerini yitirmeden ona yüksek dayanım kazandırmanın ısı ve korozyon direncini arttırmanın tane boyutunu etkilemenin ostenit bölgeyi daraltmanın yada genişletmenin bir başka yolu da çeliğin bileşimine başka alaşım elementlerinide katmaktır. Mn, Si, Mo, Cr, Ni, W, V, Al, Cu, Nb, Ti vb. gibi. Bu tür çeliklere düşük alaşımlı yüksek dayanıçlı çelikler adı verilir. Alaşım katkıları düşük oranlarda kaldıkça alaşımın yapısında, büyük çoğunluğu oluşturan demirin yapısı hakim olmakta devam eder. Demir yapısının hakim olduğu çeliklere Ferritik Çelikler adı verilir. Bu deyim karbonlu çelik ve düşük alaşımlı çelikleri içine alır. Ferritik çelikler konumuz yönünden önemlidir; zira kaynak ısıl işlemi bu tür çelikler için uygundur. Manganez ve diğer alaşım elementlerinin kaynak kabiliyeti üzerindeki etkileri karbon cinsinden ifade edilerek karbon eşdeğeri (Ceş) ortaya atılmıştır. En çok kabul gören formül ise, Milletler Arası Kaynak Enstitüsünün (IIW)-IX No lu komisyonuna göre kabul edilen Karbon eşdeğeri formülüdür. Ceş = C+M/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 olarak uygulanmaktadır. Karbon eşdeğerinden faydalanarak bir yapı çeliği için gerekli ön tavlama sıcaklığı tablo.1.2 deki gibi tavsiye edilmektedir. 312

5 Tablo 1.2 Karbon eşdeğerine göre ön tavlama sıcaklığı % Karbon eşdeğeri (Ceş) Ön tavlama sıcaklığı (C ) 0,45 e kadar 0,45 0,60 0,60 dan yukarı Gerek yok Alaşım elementlerinin miktarları belirli oranları aşınca artık demir alaşım içindeki hakimiyetini yitirir ve değişik metalürjik yapılar oluşur. Bunlara yüksek alaşımlı çelikler adı verilir. Bu grubun en önemlilerinin birini ostenitik paslanmaz çelikler oluşturur. Ostenitik çeliklerin kaynağı ısıl işlem gerektirmez. 2. ÇELİKTE ALAŞIM ELEMENTLERİ Alaşım elementlerinin en önemli özelliği belli bir fazın oluşumunu geliştirmek yada onu kararlı hale getirmektir. Ostenit oluşturucu, Ferrit oluşturucu, Karbür ve nitrür oluşturuculardır. 2.1 Ostenit Oluşturucu Elementler Bu grubun en önemli elementleri C,Ni ve Mn dır. Önemli miktarda Ni ve Mn çeliği oda sıcaklığında bile ostenitik halde tutar. Buna örnek olarak %1C, %13Mn ve %1,2 Cr içeren Hadfield çeliğini verebiliriz. Bu çelikte Mn ile C ostenitin kararlı hale gelmesinde önemli rol oynarlar. Bileşiminde; %13Mn, %1C var ise bu çelik yüksek karbon miktarından dolayı ostenitiktir. Karbon oranı %0,20 ye düşer ise martenzitik olur. Diğer bir örnek; %18Cr, %8Ni içeren paslanmaz çelikleri verebiliriz. 2.2 Ferrit Oluşturan Elementler Bu gruba giren en önemli elementler; Cr, Si, Mo, W ve Al dir. Ferritin Fe-Cr alaşımlarında kararlı olabildiği bölge şekil 3.2.deki Fe-Cr denge diyagramında görülmektedir. %13 Cr dan fazla Cr içeren katı haldeki Fe-Cr alaşımları, ergimenin başladığı sıcaklığa kadar ferritiktir. 313

6 ΔHf Karbür ve Nitrürlerin oluşum enerjileri Kj/mol -1 KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ 2.3 Karbür ve Nitrür Oluşturan Elementler Ferrit oluşturan çeşitli elementler aynı zamanda karbür yapıcı özelliktedirler. Karbür yapıcıların çoğunluğu da demire bağlı olarak ferrit oluşturucu özelliktedirler. Aşağıdaki elementlerin karbona olan affiniteleri sırayla soldan sağa gidildiğinde artış gösterir. Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr. Bazı karbürler özel karbürler olarak mütala edilirler. Örneğin demir içermeyen karbürler Cr 7 C 3, W 2 C, VC ve Mo 2 C. Çift ve karışık karbürler hem demir hemde karbür elementleri içerirler. Azotta (N) karbürlere bağlı olarak nitrürler oluşturur. Tablo 2.1 Kaynak sırasında oluşan karbürler, nitrürler ve borürler ΔHf Borürler Karbürler Nitrürler ΔHf = Değerleri K deki ölçülmüş değerlerdir. Birimi Kj/mol -1 dir. Karbür oluşturan elementler sertleşme yeteneğini artırır. Tane sınırlarında oluşan karbürler malzemeyi gevrekleştirir. Tane sınırlarında çözünmedikçe tane büyümesini önlerler. Oluşan bu karbürler yüksek sıcaklıklarda çözünürler. Bu karbür ve nitirürlerin bazıları dengeli bazıları da dengesizdirler. 314

7 Çözünme zamanı t/sn. KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Çözünme sıcaklığı K Şekil 2.1. Bazı karbür ve nitrürlerin ostenit içinde çözünme süre ve sıcaklıkları Q= Aktivasyon enerjisi (Yeniden kristalleşme) birim kilo kalori R= Gaz Sabiti T= Mutlak Sıcaklık A= Sabit Sayı (Mikro yapıdaki çelikler için kullanılır) H= Çekirdekleşme hızı Hız= Ae (-Q/RT) Q/RT= Q=~107 R 315

8 2.4 Isıdan Etkilenen Bölgenin Mikro Yapı ve Özellikleri Kaynakta, ısıtma ve soğutma devresi kaynak devresi kadar önemlidir. Çünkü kaynak esnasında mikro yapı büyük ölçüde etkilenir. Kaynak sıcaklığını aşağıdaki faktörlerin etkilediğini görürüz. Yeniden kristalleşme sıcaklığı, α-β faz dönüşümlerindeki aşırı ısı, Karbür ve nitrürlerin büyüme hızı, Karbür ve nitrürlerin çözünme hızı, Ortalama tane büyüme oranı. Yeniden kristalleşme şu üç faktöre bağlıdır. Meydana geldiği sıcaklık (kristalleşme sıcaklığı), Ön deformasyon (metalin içindeki deformasyon), Metalin safiyet derecesi. α-β faz dönüşümü sırasında ferritin ostenite dönüşümü çok hızlı olabilir. Buradaki hız yaklaşık olarak C/sn gibi. Aynı şekilde Karbürlerin çözünmeside yüksek derecede olur. Bütün karbür ve nitrürler, erime bölgesinde ve ısının tesiri altındaki bölgede yayılırlar. Bu durumda bölgenin dayanımını arttırır. Önlenmesi tane sınırlarının (hududunun) kayması ile olur ki. Bu durumda çatlakların oluşmasına yol açar. Genelde kaynak metalinin katılaşması esnasında ergime derecesi düşük olan alaşım elementleri sıvı haldedir. Bu bileşiklerin tane sınırlarında toplanması sıcak çatlakların oluşmasına neden olur. Şekil 2.2. a) Köşe kaynağı b) Alın kaynağı Şekil 2.2 Katılaşma çatlakları 316

9 Örneğin; sülfür bileşikleri demir sülfür oluşturur. Bu da terleme ve yanmalara neden olur. Bileşimde ki karbonda yüksek sıcaklıklarda kaynak bölgesinin sünekliliğinin düşmesine neden olur. Örneğin; bileşiminde %0,6-%1,1 karbon bulunan karbon mangan (C-Mn) çeliklerinde sıcak çatlama oranı şöyle düşürülebilir. Bileşimde ki Mn/S oranını 30 a çıkarmakla olur. Çelik bileşiminde ki karbon oranı %1,3 den fazla ise Mn/S oranı sıcak çatlamaya etki etmez. Mangan çelikde sülfüre karşı duyarlı olduğu içinde katılır. Çünkü MnS demir sülfür FeS gibi düşük sıcaklıkta ergimez. Kaynaklı yapı kullanım sırasında devamlı ısınma ya da soğumaya maruz kalır ise karbürler ayrışarak demir içinde grafit oluştururlar. Grafit çökeltileri yumuşak bir faz olduğundan bu bölgelerde çatlaklar başlar ve büyür. Önlenmesi için çeliğin bileşimine molibden (Mo) katılır. Molibden grafitleşmeyi önleyici element olarak katılır. Molibden karbür (MoC) oluşturur. Bu da demir karbürden(fec) zor çözünür. Bu nedenle yüksek sıcaklıklarda molibdenli çeliklerin kullanılması önerilir. Bu çeliklerin kaynağı içinde aynı bileşimi veren elektrodlar kullanılmalıdır. 2.5 Tane Boyu Büyümesi Kaynak işlemi sırasında oluşan çatlakların yada soğuduktan sonra ki çatlakların tane boyu ile yakın ilişkisi vardır. Tane büyümesi olayı, bazı tanelerin küçülmesi (yok olması), bazı tanelerin bazılarını yutması (büyümesi) sonucu oluşur. Bu olaya tane sınırlarının (hudutlarının) ilerlemesi olayı denir. Şekil 2.3. Şekil 2.3. Tane büyümesi olayı 317

10 Soğuma devresi tane büyümesinin %20 sini oluşturur. Deformasyonda tane büyümesinde en etkili faktördür. Sıcaklığın yüksek olduğu bölgelerde taneler büyür. Tane büyümesini önlemek için çeliğe titanyum nitrür (TiN) katılır. Tane sınırlarında çökelen TiN 1250 C ye kadar çözünmeden özelliklerini koruyabilir. Titanyum nitrür (TiN) de %0,03-%0,6 titanyum ve %0,008-%0,17 arasındaazot vardır. Çeliğin bileşiminde bulunan fazla titanyum nitrürün ise iki olumsuz etkisi görülür. Titanyum nitrür tane sınırlarında iri çökeltiler meydana getirirler. (halbuki çökeltilerin küçük olması istenir.) Fazla titanyumunda titanyum karbür oluşturma eğilimi vardır. Titanyum karbürde malzemeyi kırılgan yapar. Bu nedenle çeliğin bileşiminde bulunan titanyum ve azot miktarlarının yukarıdaki değerleri geçmemesine özen gösterilmelidir. 2.6 Tane Boyu Küçülmesi Yüksek mukavemetli çeliklerde en iyi yol taneler sertleşmeden tane boyunun küçültülmesidir. Özellikle yüksek enerjili kaynaklarda (ark kaynağı gibi) tane boyunun on kat artması olağan karşılanmaktadır. Yüksek karbon eş değeri olan (Ceş=%0,5 den yukarı) çeliklerde tane byüme bölgesinde muhtemelen martenzit fazı oluşur. Şekil 2.4. Şekil 2.4 C-Mn çeliğinde sertliğin ve tane boyunun değişimi 318

11 Bu bölgenin mikro yapı ve özelliklerini tayin etmek için kaynak esnasında tane büyümesi hakkında bilgi sahibi olunması gerekir. Bu bilgiyi edinmek için iki yol vardır Kaynak bölgesinin gerçek ölçekte deneyini yapmak ve özelliklerini incelemek (Bu yol ekonomik değildir) Küçük boyutlu laboratuar deneyleri hazırlamak (Kaynak benzetişim deneyleri) Charpy, çentik, çatlak oluşum deformasyon vb. Bu yol genellikle tercih edilir. (Ekonomiktir) 3. SOĞUMA SIRASINDAKİ DÖNÜŞÜMLER Karbon eşdeğeri (Ceş) yüksek olan çeliklerde soğuma diyagramları daha uzun sürelere kayar ve martenzit fazının oluşumu kolaylaşır, fazlar arası çökelme denilen olay kırılgan bir yapı ortaya çıkartabilir. Şekil (3.1.) Şekil 3.1. Isı etki alanındaki dönüşümler 319

12 (a ve b) Tane büyüme bölgesi: Bu bölge incelendiğinde, Karbon eşdeğeri düşük olan çeliklerde ferrit fazı ve düşük sertleşebilirlik. Karbon eşdeğeri yüksek olan çeliklerde fazlar arası çökelme olayı görülürken, Niobiyum(Nb) içeren mikro alaşımlı çeliklerde tokluğun ters yönde etkilendiği görülür. c- İnce taneli bölge:bu bölgenin sıcaklığı C civarındadır. Soğuma sırasında Ostenite dönüşen fazların büyük bir kısmı ferrite dönüşür. Tabii ki bu sırada karbür çökelmeside olacaktır. Bu sırada tanelerin ortasında kalan karbonca zengin Ostenitte tekrar ferrite dönüşür. d-kısmi dönüşüm bölgelesi:bu bölgedeki sıcaklık C arasındadır. Isıtma sırasında ferrit ostenite dönüşür, soğurken perlit fazıda üst baint+temperlenmiş martenzite dönüşür. Şekil 3.1.-d ye bakıldığında; siyah kısımlar karbürleri gösterir. Bunlara da sifero karbürler denir. Alt kısımlara C sıcaklılara inildiğinde ostenitin ferrite dönüşümü azalır. Bu bölgede ki, tane sınırlarında karbonun yayınım hızı fazla, yayınım enerjiside az olduğu için sifero karbür fazları üçlü tane sınırlarında çökelirler. e- Çeliğin değişime uğramayan yapısı:burada sıcaklık 650 C kadardır. Bu bölgede dinamik yaşlanma olayı görülür. Bu olayı da dislakasyonlar hareket ederler, (tercihli bölge) bölgede yabancı atomlarda dislakasyonların etrafını sararlar, bu olaylar da dislakasyonların hareketini zorlaştırır. Bu durum da malzemeyi gevrekleştirir. Bu olaya dinamik yaşlanma olayı denir. Dinamik yaşlanma olayı çok pasolu kaynaklarda daha fazla olacak, mütakib ısıl işlemlerden sonrada artacaktır. 3.1 Ostenit Bölgenin Etkisi Alaşım elementleri β-fazının bulunduğu sıcaklık aralığını ya daraltır ya da genişletir. Soğuma sırasında hiçbir dönüşüme uğramadan ferrit ya da ostenit olarak bulunması da mümkündür. Bu tür çelikler normalize edilemez ve sertleştirilemezler. Alaşım elementlerinin ostenitik bölgeyi daraltıcı ve genişletici etkileri görülür. Ostenitik bölgeyi genişleten elementler: Nikel (Ni), kobalt (Co), mangan(mn) dır. Ostenitik bölgeyi daraltan elementler: Krom (Cr), molibden (Mo), vonadyum (V), wolfram (W), silisyum (Si), alüminyum (Al), titanyum (Ti), niabiyum (Nb) gibi elementlerdir. 3.2 Paslanmaz Çeliklerde Denge Diyagramları Demir krom ve demir- nikel sistemleri paslanmaz çeliklerin temelini oluştururlar. Bu nedenle bu bildiride demir- krom ve demir- nikel denge diyagramlarına yer verilecektir. 320

13 3.2.1 Demir- Krom Denge Diyagramı Demir krom denge diyagramında kübik yüzey merkezli (KYM) kristal yapısına sahip ostenitin oluşturduğu bölge olan ostenit (γ) alanını kapalı hale getirir. Bu faz en büyük krom çözünürlüğünü (%12) ve 1000 O C civarında gösterir. Demir- krom denge diyagramından da görüldüğü gibi şekil 3.2, 1390 O C nin üzerinde ve 830 O C nin altındaki sıcaklıklarda hiçbir bölgede ostenite rastlanmaz. Şekil 3.2. Demir-Krom (Fe-Cr) denge diyagramı Diyagramın sol üst tarafında bulunan cep şeklindeki γ - alanı alaşımın bileşimindeki karbon miktarına bağlı olarak gelişmektedir. γ alanını genişleten karbon ve azottur. Azot çok kuvvetli bir ostenit dengeleyici olan C ve N, γ alanını genişleterek ostenit içinde kromun çözünürlüğünü artırır. Burada C+N miktarı % 0,13 e eriştiğinde α γ α dönüşümünün görülmemesi için krom içeriğinin %24 e C+N miktarının %0,2 ye çıkması halinde ise krom miktarının %27 ye yükselmesi gerekmektedir. Demir krom denge diyagramının alt orta bölgesinde görülen Ϭ- fazı tetra gonal bir kafes yapısına sahiptir. Bu faz C sıcaklık aralığında oluşur. Sert ve gevrek metaller arası bir birleşik olan, bu Ϭ- fazının demir- krom ikili oluşum sisteminde oluşum aralığı çok dardır. Hızlı soğuma Ϭ- fazının oluşumunu önler. Bu durumda 520 C nin altında ayrışarakα 1 ortaya çıkar. αve α 1 fazlarının kafes parametreleri arasında sadece %0,2 kadar bir fark vardır. Buna karşın α- demirce zengin, α 1 kromca zengin ferritdir. 321

14 Demir-nikel denge diyagramı Demir- nikel denge diyagramı genel olarak 450 C nin üzerindeki sıcaklıklar için geçerlidir. 450 C nin altındaki olaylar henüz daha bilinmemektedir. Şekil 3.3. Şekil 3.3. Demir- Nikel (Fe Ni) denge diyagramı Nikelin α demir içindeki çözünebilirliği C arasında maksimum değere ulaşmaktadır. Nikel şiddetli bir ostenit dengeleyicisidir. %30 nikel içeriği halinde γ alanı 500 C den 1450 C ye kadar genişlemektedir. Soğuma sırasında ostenit fazının dönüşümü çok yavaş bir hızla gerçekleşir. Dolayısı ile de, Ms(Martenzit dönüşüm başlama) sıcaklığı Nikel içeriğinin artması ile çok büyük bir düşme gösterir. Örneğin : % 20 Nikel 200 C % 30 Nikel 0 C % 34 Nikel -200 C 3.3 Schaeffler diyagramı Farklı malzemelerin kaynağında, kaynak dikişinin kimyasal bileşimi ve özelliği, ilave metal ve kaynağı yapılan malzemelerin karışım yüzdesi ile belirlenir. Kaynak dikişinde meydana gelen çatlakların sebepleri malzemeye uygun ilave metalin seçiminin yanlış olmasından olabilir ya da parametre ayarları (akım, gerilim, kaynak hızı, kaynak ağzı, vb.) nın doğru seçilmemesinden olabilir. Bu nedenle kaynak ilave metali ile malzemenin bileşiminin karışması sonucu meydana gelecek kaynak dikişi bileşiminin bilinmesi çatlama meylini azaltır. Kaynak dikişinde ergimiş haldeki malzemeye karışım denir. Karışım, kaynak edilen iki malzemenin ergiyen miktarları ile ilave metalin eriyen miktarından 322

15 oluşur. İlave metal seçiminde bu faktör mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Paslanmaz çeliklerde kaynak sonrası oluşacak yapıların tahmininde şekil 3.4. de verilen Schaeffler diyagramı kullanılmaktadır. Karışıma ön tav ile etki edilebilir, karışım ya geometrik yollarla ya da nikel (Ni) miktarı esas alınarak bulunur. Çünkü nikel kaynak ilave metalinden kaynak dikişine hiç kayıba uğramadan %100 olarak geçer. X. karışım oranı ise, X= F W.100 formülü ile bulunur. F P Burada; X = karışım oranı, F = ilave metaldeki Nikel % si W = Kaynak dikişinde ki Nikel % si P = Malzemede ki Nikel % si Belirlenmiş kaynak yöntemlerine göre karışım oranı % leri aşağıdaki gibi alınır. Kaynak YöntemiX-Karışım Oranı % si Ti-E Ark kaynağı(rutil elektrod ile) Kb Ark Kaynağı(Bazik elektrod ile) MIG / MAG Kaynağı UP Tozaltı Kaynağı arası arası arası arası TIG / WIG Kaynağı Şekil 3.4 Kaynak metalinde mikro yapının belirlenmesinde kullanılan schaeffler diyagramı 323

16 Schaeffler diyagramının apsisinde krom eşdeğeri (Cr eş ) yer almaktadır. Kromun yanı sıra ferritik yapının oluşmasında Mo, Si, Nb da etkilidir. Alaşım elementlerinin ferrit oluşumunda ki etkileri farklıdır. Örneğin; Silisyum 1,5 defa, Molibden ve Krom 1 defa ve Niobiyum ise 0,5 defa şiddetle etki ederler. Şöyle ki; Cr eş =%Cr + %Mo + 1,5 %Si +0,5 %Nb Diyagramın ordinat ekseninde Nikel eşdeğeri (Ni eş ) yer almaktadır. Burada nikelin yanısıra ostenitin oluşmasında etki eden elementlerinde etkileri farklıdır. Örneğin; karbon (C) 30 defa, nikel ( Ni) 1 defa, mangan (Mn) 0,5 defa etki ederler. Şöyle ki; Ni eş = %Ni + 30.%C + 0,5 % Mn Herhangi bir elektrodun kaynak dikişi aralığından hem krom, hem de nikel eşdeğerlerini yukarıda ki formüllerden hesaplayabiliriz. Bu değerlerin Schaeffler diyagramında yerine konulması ile o elektrod hakkında kaynakdan önce bilgi sahibi olunabilir. Aynı zamanda oluşacak yapı ve kaynak dikişinin özellikleri yaklaşık olarak önceden tespit edilebilir. Ayrıca bulunan değerler diyagramda yerine konularak, isabet ettiği bölgeye göre kaynak dikişinin çekirdek büyümesi, sertliklerden doğan kırılganlık ( sigma fazı) ve sıcak çatlatmaya neden olan etkenler önceden tesbit edilebilir Schaeffler diyagramının bölgeleri 1. Bölge: Bu alan ferritik oluşumların çekirdek büyümelerini sergiler. Saf ferritik yapının 1150 C nin üzerinde ısıtılmasında, örneğin; kromlu çeliklerin kaynağı sırasında, ferritik tanelerin büyüdüğü görülmüştür. Bu büyümeyi önlemek ya da sonradan yapılan bir ısıl işlem ile uzaklaştırmak mümkün değildir. Ayrıca ferritin tane sınırlarında karbür çökelmesi de kaçınılmazdır. Bu da kaynak dikişinin kırılgan olmasına neden olur. Bu nedenlerden dolayı ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağı basit yöntemlerle yapılamaz. Çok defa kaynak edilecek malzeme ile aynı özellikte olan ferritik kaynak ilave malzemeleri kullanıldığı gibi dayanımın yüksek olması nedeni ile krom-nikel kaynak ilave malzemeleri de tavsiye edilebilir. Ostenitik yapıda ki kaynak ilave malzemeleri kullanıldığında kaynaktan sonra ısıl işleme gerek yoktur. Çünkü kaynak bölgeleri yumuşak olur. 2. Bölge: Bu bölge de bulunan belli özellikteki elektrotlar ile yapılan kaynak dikişi martenzit yapıdadır. Kaynak dikişinin 400 C nin altında soğumasıyla sertlikten dolayı çatlaklar meydana gelebilir. Bu çatlakları önlemek için kaynatılacak malzemelerin kaynaktan önce C ön tav yapılması, kaynaktan sonrada C tavlanması tavsiye edilir. 3. Bölge: Ostenitik ve korozyona dayanıklı çeliklerin kaynağı için önemli bir bölgedir. Burada bulunan alaşımların bileşimini ostenitik kaynak ilave malzemeleri belirler ostenit olmasına rağmen ferritin de yüzde(%) payı vardır. Mümkün mertebe sıcak çatlama emniyetini sağlamak için elektrodun ferrit oranı %5-10 civarında tutulmalıdır. 324

17 4. Bölge: Tamamen ostenitik kaynak dikişinin söz konusu olduğu bölgedir. Bu bölgede sıcak çatlama meyili fazladır. Yüksek mangan içerikli çelikler çatlama hassasiyetini azaltır. Ostenitik yapıda mevcut olan delta(δ) ferrit korozyona dayanıklığından ve kırılmaya olan meylinden dolayı istenmez. Bu bölge için sıcak çatlamaya yol açmayan ostenitik alaşımlama tekniğine uygun kaynak ilave malzemeleri geliştirilmiştir. ÖRNEKLER: Örnek-1. Elektrod dikiş analizi: Cr eş = Cr + Mo+ 1,5 Si+ 0,5 Nb 26,95+1,5.0,32=27,43 Cr eş = 27,43 Ni eş =Ni + 30 C + 0,5 Mn 21, ,11 + 0,5.2,96=26,03 C Si Mn Cr Mo Ni Nb 0,11 0,32 2,96 26, , % Bulunan değerler diyagrama uygulandığında tamamen ostenitik bir kaynak dikişinin elde edildiği görülür. Örnek-2: Elektrod dikiş analizi: Cr eş = Cr + Mo + 15,5 Si + 0,5 Nb 19,48+1,5.0,6=20,41 C Si Mn Cr Mo Ni Nb 0,029 0,62 0,88 19, , % Ni eş =Ni+30C + 1,5Mn 10, ,029+0,5.0,88=11,83 Kaynak dikişi yapısı ostenitik olup %8 civarında delta (δ) ferrit içerir. Örnek-3: Elektrod dikiş analizi: C Si Mn Cr Mo Ni Nb 0,11 0,82 0,70 28, , % Cr eş = Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb 28,95+1,5.0,82= 30,18 Ni eş =Ni + 30C + 0,5 Mn 10, ,11+0,5.0,7=14,45 Kaynak dikişi ostenitin yanında %35 civarında delta (δ) ferrit içeriğinden çatlamaya karşı emniyetlidir. 325

18 4.SONUÇ VE ÖNERİLER 4.1. Sonuç Kaynaklı çelik yapıların imal usullerinden biri olan kaynak tekniği her çeliğe her oranda uygulanamaz. Kaliteli ve güvenilir kaynak dikişlerinin elde edilebilmesi için kaynak dikişi ile esas metal arasındaki meydana gelen olayların yakından bilinmesi gerekir. Ergime ve ısıdan etkilenen bölgede kaynak koşullarından oluşacak içyapıların ve mekanik özelliklerin önceden tahmin edilmesi, doğru kaynak işlemi açısından büyük önem arz etmektedir. Çelikte alaşım elementlerinin sertleşmeye olan etkisini belirten ve kaynak kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullanılan karbon eşdeğeri (C eş ) formülünün kullanılmasına özen gösterilmesi sağlanmış olup. Çeliğin kaynağa uygunluğunu belirlemede zaman sıcaklık dönüşüm (ZSD) diyagramları Δt8/5, 800 C den 500 C ye kadar geçen zaman aralığı incelenmiştir. Karbon Mangan (C-Mn) çeliklerinin ve düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çeliklerin kaynağında ergime ve ısıdan etkilenen bölgede alaşım elementlerinin oluşturduğu karbür ve nitrürlerin oluşum nedenleri araştırılmış, tane boyuna olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca yüksek alaşımlı çeliklerin kaynağında, iç yapıların tahmini ve dolgu metalinin seçiminde Schaeffler diyagramı kullanılarak örnekler verilmişti Öneriler Kaynak esnasında ergime bölgesi ve ısıdan etkilenen bölgedeki martenzit oluşumunu azaltınız, Martenzitin başlama (Ms) ve bitiş (Mf) sıcaklıklarına dikkat ediniz, Çeliğin bileşiminde bulunan Cr, Al, Mn, Mo, V, W, Ti, N vb. gibi elementlerin C sıcaklıklarda tane sınırlarında çökelmesine imkan sağlayınız, Dolgu metalini (elektrodu) esas metale uygun seçerek, kaynak dikişinin alaşım yapısı ile uyumlu hale getiriniz, Çelikte alaşım elementlerinin sertleşmeye olan etkisini belirten ve kaynak kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullanılan karbon eşdeğeri (C eş ) formülünün kullanılmasına özen gösteriniz, Çeliğin kaynağa uygunluğunu belirlemede zaman sıcaklık dönüşüm (ZSD) diyagramı Δt8/5 değeri 800 C den 500 C ye kadar geçen zaman aralığında yavaş soğumasına özen gösteriniz, Yüksek alaşımlı ve paslanmaz çeliklerin kaynağında iç yapının belirlenmesi için Schaeffler, De Long ve WRC diyagramlarından faydalanınız. 326

19 5. KAYNAKÇA 1. ERTÜRK, İ., İleri Kaynak Teknikleri G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Ders Notları ANKARA. 2. EASTERLİNG, K., Physical Metallurgy of Welding 1983 London / ENGLAND. 3. YÜKSEL, M., Çeliklerin Kaynağında Karbon Eşdeğerliğinin Rolü, Mühendis ve Makina Dergisi TMMOB Makina Mühendisleri Odası Eylül 1996, Sayı 440, ANKARA. 4. ANIK, S., 1000 Soruda Kaynak Teknolojisi El Kitabı, cilt 2, Birsen Yayınevi 1993 İSTANBUL. 5. KÖNIG, R., YÜKSEL, M., Schaeffler ve Sonrası Paslanmaz Çeliklerin Kaynağında Son Gelişmeler Kaynak Teknolojisi I.Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Haziran 1997 ANKARA. 6. Anonim, ODTÜ Kaynak Mühendisliği Ders Notları, 1992 ANKARA. 7. Anonim, Gedik Eğitim Vakfı Kaynak Mühendisliği Ders Notları, 2009 İSTANBUL. 8. KALUÇ, E., SARI, N., AYTAÇ, N., WstE 355 İnce Taneli Yapı Çeliğinin Örtülü Elektrod ile Ark Kaynağında Gerilmeleri Azaltma Tavının İTAB Tokluğuna Etkisi Mühendis ve Makina Dergisi TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Eylül 1996, Sayı 440, ANKARA. 9. TÜLBENTÇİ, K., KALUÇ, E., İnce Taneli Yapı Çeliklerinin Kaynak Edilebilirliği Kaynak Teknolojisi III. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Ekim 2001 Y.T.Ü İSTANBUL. 10. EASTERLİNG,K., Physıcal Metallurgy of welding, 1992 London/ENGLAND 11. TÜLBENTÇİ, K., KALUÇ, E., Paslanmaz Çelikler ve Kaynaklanabilirliği seminer notları, Mart 1998, K.Ü KOCAELİ. 12. ERTÜRK, İ., DURUKAN, T., ERGÖREN, B., Kaynaklı Çelik Yapılarda Kalite Sorunları ve Standartlar. Uluslararası Kaynak Teknolojileri Konferansı ve Sergisi, Mayıs 2014, C.B.Ü Manisa /TURKEY. 13. ÖZDEN. N., Kaynağın Isıl İşlemi 1985 Aliağa/ İZMİR. 14. THELNİNG, K- E., Çeviren TEKİN, A., Bofors El Kitabı Çelik ve Isıl İşlemi Flaş Matbaacılık, İSTANBUL. 15. GRAY, T. G. F., SPENCE, j., NORTH, T.H., Rotional Welding Desigen 1975, London/ENGLAND. 16. BARGEL, H.T., SCHULZE, G., Malzeme Bilgisi 1. Cilt Çevirenler, GÜLEÇ, Ş., ARAN, A., 1987, Gebze / İSTANBUL. 17. BARGEL, H.T., SCHULZE, G., Malzeme Bilgisi 2. Cilt Çevirenler, GÜLEÇ,Ş., ARAN, A., 1987, Gebze / İSTANBUL. 327

20 328