KTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 FAZ DİYAGRAMLARI DERS NOTLARI İçerik KTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

2 Çeliklerde Soğuma Sırasında Oluşan İçyapılar 2

3 Çeliklerde Soğuma Sırasında Oluşan İçyapılar Yukarıdaki şekilden görüldüğü gibi, % 0.3 karbon içeren ötektoid altı çelik A noktasında % 0.3 C oranına sahip östenit (γ) tanelerinden oluşur. B noktasında karbon atomları yayınarak uzaklaşmaya başlar ve demir atomlarının YMK yapıdan HMK yapıya geçmeleri sonucunda, çoğunlukla östenit tanelerinin sınırlarında karbon oranı düşük olan ferrit (α) taneleri oluşmaya başlar. C noktasında ferrit taneleri çoğalır ve yapıdaki ostenit fazının karbon oranı artarak % 0.8 değerine ulaşır. D noktasında, ostenit taneleri tamamen perlite dönüşmüş durumda bulunur. 3

4 Çeliklerde Soğuma Sırasında Oluşan İçyapılar E noktasına kadar soğutulan çelikte önemli bir faz dönüşümü meydana gelmediğinden, iç yapı D noktasındaki yapının aynısı olur. % 0.8 C içeren çeliğin F noktasındaki yapısı, % 0.8 C içeren ostenit tanelerinden oluşur. Bu yapı da, G noktasında perlitik yapıya dönüşür. Bu dönüşümde, karbon atomları tane sınırlarından başlayıp, içeri doğru büyüyen sementit lamellerini oluşturacak şekilde bir araya gelir. Lamellerin aralarında karbonca fakir ferrit bölgeleri kalır. H noktasındaki yapı G noktasındaki yapının aynısı olur. 4

5 Çeliklerde Soğuma Sırasında Oluşan İçyapılar % 1.20 C içeren çelik İ noktasında östenit tanelerinden oluşur. J noktasında karbon atomlarının tane sınırlarına yayınması ile bu noktalarda sementit çökelmeye başlar. Knoktasında,soğumasırasındasürekliartan sementit bütün tane sınırlarını kaplar ve ayrıca östenit içinde çözünen karbon oranı da sürekli azalarak bu noktada % 0,8 değerine düşer. L noktasında ise, arta kalan ostenit fazı tamamen perlitik yapıya dönüşmüş durumdadır. M noktasındaki yapı, L noktasındaki yapının aynısı olur. Bu yapıda bulunan ötektoid dışı sementitin oranı perlitin oranından çok düşüktür, ancak bu fazın sürekli bir ağ oluşturması çeliği sert ve gevrek yapmaktadır. 5

6 Çeliğin Faz Analizleri % 0.5 C içeren alaşımsız çeliğin, oda sıcaklığında iç yapısında bulunan fazların oranlarının bulunması Kaldıraç kuralına göre; Ferrit oranı= % 0.3 / 0.8 * 100 = % 37.5 Perlit oranı= % 0.5 / 0.8 * 100 =%

7 Çeliğin Faz Analizleri % 1.2 C içeren çeliğin oda sıcaklığında, iç yapısında bulunan fazların oranlarının belirlenmesi Perlit oranı = % 5.5 / 5.9 * 100 = % 93.2 Sementit oranı = % 0.4/ 5.9* 100 = % 6.8 7

8 Çeliğin Faz Analizleri % 0.4 C, % 0.8 C ve % 1.2 C içeren çelikler ile % 3.0 C ve % 4.3 C içeren Fe C alaşımlarının soğuma eğrileri 8

9 Çeliğin Faz Analizleri %0.16 C içeren çeliğin yapısında bulunan ferrit, perlit, sementit ve toplam ferrit miktarları ile perlit içinde bulunan ferrit (ötektoit dönüşüm) miktarını bulunuz. 9

10 Çeliğin Faz Analizleri %1.34 C içeren çeliğin, oda sıcaklığında mikro yapısındaki perlit, sementit, ferrit ve toplam sementit ile Ö.Ö. oluşan sementit (1.sem., pro ötektoit sem.) fazlarının oranlarını bulunuz. 10

11 Çeliklerin Sınıflandırılması Kimyasal Bileşimlerine Göre: a) Alaşımsız çelikler b) Alaşımlı çelikler Kalitelerine Göre: a) Temel çelikler b) Kalite çelikler c) Soy çelikler Mamul Şekillerine Göre: a) Yassı çelikler b) Uzun çelikler c) Kısa çelikler Kullanım Yerlerine Göre: a) Yapı çelikleri b) Takım çelikleri c) Yay çelikleri d) Hız çelikleri e) Paslanmaz çelikler Üretim yöntemlerine Göre. a) Bessemer ve Thomas çeliği b) Siemens Martin çeliği c) Elektrik ark ve elektrik endüksiyon çeliği d) Pota çeliği e) Oksijenli konverter çeliği f) Vakum çeliği g) Puddel ve Kaldo çeliği Dokusal Durum ve Metalografik Yapılarına Göre Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerine Göre Sertleştirme Ortamlarına Göre 11

12 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kimyasal Bileşimlerine Göre) 12

13 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kimyasal Bileşimlerine Göre) Sade (Yalın) Karbon lu Çelikler (<0,25): Yapılarında çelik üretim yöntemlerinden meydana gelen çok az miktarda Mn, Si, P, S gibi elementler içeren Fe C alaşımlarıdır. Mekanik özellikleri C miktarına ve üretim sırasında gösterilen öneme göre değişir ve sınırlıdır. Sade C lu çelikler ucuzdurlar ve kolay şekillendirilebilirler. Sertleşebilme kabiliyetleri, karbon oranının düşük olmasından dolayı kötüdür. Sertleştirme işleminden sonra parçalarda çatlama, çarpılma ve iç gerilmelere rastlanır. Şayet parça kalın ise istenilen düzeyde sertleşme sağlanamaz. Korozif ortamlara dayanıksızdırlar (kimyasal dirençleri düşüktür.) Az karbonlu çelikler karbon oranının düşük olmasından dolayı sertleştirilemezler, ancak uygun yöntemlerle yüzeyleri sertleştirilebilir. 13

14 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kimyasal Bileşimlerine Göre) Orta C lu Çelikler (0,25<C<0,6) Isıl işlemlerin neredeyse tamamı uygulanabilir. Mukavemetleri karbon oranlarının yüksek olmasından dolayı yalın karbonlu çeliklere göre daha iyidir. Mukavemet değerlerinin yüksek olmasına karşın tokluk değerleri yalın karbonlu çeliklerle ile neredeyse aynıdır. Yüksek C lu Çelikler (>0,6) Normal soğutma koşullarında yapılarında oluşan perlit nedeniyle yalın karbonlu çeliklere göre daha serttirler. Süneklilikleri oldukça düşüktür. Kesilme ve işlenme kabiliyetleri kötüdür, Talaş kaldırma işlemine ancak yumuşatma (küreselleştirme) tavı sonrasında yatkınlık kazanırlar. 14

15 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kimyasal Bileşimlerine Göre) Alaşımlı Çelikler Sade C lu çeliklerin kullanım alanları sınırlıdır. Bunların kalınlık boyunca sertleşme, ve korozyona dayanımları iyi değildir. Bu özelliklere ulaşabilmek için çeliklere alaşım elemanı katılması gerekir. Çeliğe bazı alaşım elemanlarının katılması ile çeliğe çeşitli özellikler kazandırılır. Örneğin: çelikte sertleşme esnasında çatlama ve çarpılma azalır, kalınlık boyunca sertleşme sağlanır, korozyona dayanım artar, mukavemet özellikleri gelişir. Çeliklerde ez çok kullanılan alaşım elemanları şunlardır. Cr, Mn, Ni, W, V, Co, Cu, Al, Mg, Pb, Bi, Be, Sn, B, Si, Ti, Ta, Zr Çelikleri alaşım elemanı miktarına göre gruplara ayırmakta mümkündür. Eğer çelik yapısında %5 ten daha az alaşım elemanı var ise; AZ ALAŞIMLI (HAFİF ALAŞIMLI) ÇELİKLER denir ki bunlar yüksek dayanım gösteren yapı ve imalat çelikleridir. Eğer çelik yapısında %5 ten daha fazla alaşım elemanı var ise; YÜKSEK ALAŞIMLI ÇELİKLER denir ki bunlar paslanmaz çelikler, özel amaçlı takım çelikleri ve manyetik çeliklerdir. 15

16 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kalitelerine Göre) TEMEL ÇELİKLER: İstenen kaliteye ulaşmak için üretiminde özel önlem alınması gerekmeyen alaşımsız çeliklerdir. Bunlar gerilme giderme ve normalleştirme tavı gibi basit ısıl işlemler dışındaki ısıl işlemlere uygun değillerdir. Bu çeliklerin derin çekme, çekme, soğuk profil haddesi gibi belli imalat özelliklerinin olması istenemez. Teknolojik nedenlerden dolayı katılması gerekmiş olan Si ve Mn oranları dışında alaşım elementleri içermeleri ayrıca istenemez. İnce saclar, teneke ve özel kromajlı ince saclar bu çeliklerden imal edilmemelidir. 16

17 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kalitelerine Göre) SOYÇELİKLER: Isıl işlemler bilhassa ıslah işlemi için öngörülmüş olan, Isıl işlemlerde her defasında aynı özellikleri elde etmek mümkündür. Su verildiğinde dar toleranslar arasında sertlik değerleri önceden belirlenebilir. İç yapılarında metalik olmayan kalıntıların en aza indirildiği temiz çeliklerdir. Alaşım durumlarına göre hem yüzeyde ve hem de derinliğine sertleşme yetenekleri çok iyidir. Bu çeliklerin hemen hepsinin P ve S oranları % 0,035'in altındadır. Geçiş (gevrek sünek) sıcaklıkları düşüktür. Çok sakin (FF) dökülmüşlerdir. Hem alaşımsız soy çelikler (UES) ve hem de alaşımlı soy çelikler (LES) vardır 17

18 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kalitelerine Göre) KALİTE ÇELİKLERİ: Bu çeliklerin iç yapılarında belli ölçüleri aşmayacak kadar metalik olmayan kalıntılar (cüruf, mangan sülfür vb.) bulunabilir. Her defasında iyi kaliteli bir ısıl işlem uygunluğu yoktur. Gevrek kırılma, tane büyüklüğü, soğuk şekillenme kabiliyeti gibi özellikler bakımından temel çeliklere göre daha üstündürler. Müsaade edilen P ve S oranları daha düşüktür (genelde??? % 0,045 P,S). "Temel çelikler" ve "soy çelikler" dışında kalan bütün çelikler bu gruptandır. Kalite çelikler hem alaşımsız ve hem de alaşımlı türden olabilirler; alaşımsız kalite çelikler (UQS) ve alaşımlı kalite çelikler(lqs) 18

19 Çeliklerin Sınıflandırılması (Üretim Şekline Göre) Yassı Çelikler: Yassı çelik, genişliği kalınlığına oranla çok büyük olan, dikdörtgen kesitli çelik yarı mamullerine denir. Teknik ölçülerde yüzeyleri genelde düzdür. Desenli olarak üretilmiş olanları da vardır. Levha (kalınlığı >3,0 mm), Geniş lama (genişliği > mm olan lama), Band (rulo olarak sarılmış), Sac (plakalar halinde boya kesilmiş), Şerit (hadde genişliği<600 mm) İnce saç (kalınlığız < 0,5 mm) 19

20 Çeliklerin Sınıflandırılması (Üretim Şekline Göre) Uzun Çelikler Uzunluğu boyunca kesiti aynı kalan ve kesiti yassı mamulden farklı olan çelik yarı mamulleridirler. Çubuk, tel, filmaşin, köşebent, lama, boru gibi çeşitli dolu ve boş profil kesitlidirler. Yüzeyleri genelde düzdür. İstisna olarak, nervürlü beton çeliği gibi uzun çelikler de vardır. Diğer Şekillerdeki Çelikler Bunların kısa çelikler olarak da tanımlanması mümkündür. Serbest ve kalıpta dövme işlemleri için kısa ve dolu parçalar, dökme çelikler, toz metalürjisi yöntemi için üretilmiş çelik tozlar ve sinterlenmiş çelik parçalar bu grubu teşkil eder. 20

21 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) YAPI ÇELİKLERİ Makine elemanlarının, aparatların, her tür sanayi aksamının, tüm inşaat sektörüne ait çelik tasarımların yapımında kullanılan çeliklerdir. Karbon oranları genelde alaşımsız olanlarda??? % 0,6 C ve alaşımlı olanlarda ise??? % 0,5 C alınır. Kullanım yerlerine göre pek çok alt grupları vardır. Rulman çeliklerini ve yay çeliklerini de yapı çeliği grubuna dahil etmek mümkündür. YAY ÇELİKLERİ Çeşitli kesitlerde olabilen yayların imalatında kullanılan çeliklerdir. Bu çeliklerin karbon oranları yapı çeliklerine göre daha yüksektir ve takım çeliklerinin karbon oranlarına göre de alt sıralardadır. Akma sınırı/çekme dayanımı oranının yüksek ve elastisite modülünün kararlı olması gereken, su alabilen çeliklerdir. 21

22 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) TAKIM ÇELİKLERİ Çelikler de dahil tüm malzemeleri işlemede kullanılan aletlerin, yani takımların imalatında kullanılan çeliklerdir. Alaşımlı ve alaşımsız olabilirler. Hız çelikleri de bu gruptadır. Belirgin özellikleri yeterli sayılacak tokluğu yanında yüksek sertlik değerine sahip olmalarıdır. 22

23 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) HIZ ÇELİKLERİ Yüksek kesme hızlarında çalışan takımların yapımında kullanılırlar. Bu çeliklerle takımlar yapıldığında hızlı kesme işlemi yapılabilir. Bu çeliklerle 50 m/dak. Hızlı kesme işlemleri yapılabilir. Kesici uç tavlama sıcaklığına kadar ısınsa bile kesmeye devam eder. 600 C nin üzerinde menevişleme gözlenir. Hız çeliklerinin bileşimleri genellikle %0,6 0,8 C, %3 5 Cr, %14 20 W dan ibarettir. Bunların dışında yapılarında V, Mo, Co elementleri de bulunabilir. V, çeliklerin kesme özelliklerini iyileştirmek, havada sertleşme özelliğini artırmak için katılır. Mo çeliği kırılgan yapmaktadır. Ancak, Bu element (Mo) yüksek sertliğe sahip malzemelerin işlenmesinde kullanılan takımların imalatında alaşım elementi olarak kullanılır. Co daha yüksek ısıtma derecesi sağlar. Hız çeliklerine ısıl işlem C gibi oldukça yüksek sıcaklıklarda yapılır. Parçalar önce özenle 850 C ye ısıtılır, tane büyümesi ve oksitlenme engellenerek tavlama sıcaklığına ulaştırılırlar, sonra soğutma ve sertleştirme işlemleri yapılır. Soğutma havda ve yağda yapılır. Uzun süre yüksek sıcaklıklarda ısıtılmış hız çeliklerinin dış yüzeylerindeki yapı bozulur. Bu tabaka sertleşmez ve yumuşak kalır. Kullanılmadan önce Bu kısımlar tavlanarak sert kısımlar ortaya çıkartılır. 23

24 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) PALANMAZ ÇELİKLER Bunlar çevresel etkilere dayanıklı çeliklerdir. Bu özellikleri bileşimlerinde bulunan Cr dan ileri gelir. Paslanmanın dışında başka özelliklerinde istendiği durumlarda Cr la birlikte başka elementlerde katılmaktadır. Sertleşebilen paslanmaz çeliklerin bileşiminde %12 14 Cr bulunur. Manyetik yapıya ulaşabilmek için bünyede bir miktar C unda bulunması gerekir. Cr alaşımlı çeliklerin korozyona dayanıklılığı Cr un çelik yüzeyinde ince bir Cr O (Kromoksit) oluşturmasından kaynaklanır. Bu tabaka Fe i dış etkilerden korur Stainless Steel 24 Ferritic Fe + Cr %C = %Cr = Austenitic Fe + Cr + Ni %C = %Cr = %Ni = Martensitic Fe + Cr %C = %Cr =

25 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) Östenitik Paslanmaz Çelikler 300 serisi veya östenitik paslanmaz çelikler dünya toplam paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %60 ini oluştururlar. Maksimum %0,15 karbon, minimum %16 krom ve östenitik yapıyı çok düşük sıcaklıklardan ergime sıcaklığına kadar kararlı kılmak amacıyla yeterli miktarda nikel ve/veya mangan içerirler. En çok bilinen türü 18/10 (304 kalite) paslanmaz çelik olarak tanınan ve %18 krom ve %8 nikel içeren çeliktir. AL 6XN ve 254SMO gibi süperöstenitik paslanmaz çelik olarak bilinen çelikler içerdikleri yüksek molibden (>%6) ve nitrojen ilaveleriyle ve yüksek nikelin gösterdiği yüksek stres korozyon direnci sayesinde çok etkin bir klorit çekirdeklenme ve çatlama korozyonu direnci gösterirler. Süperöstenitik lerin yüksek alaşım içerikleri maliyetlerinin de çok yükselmesine neden olur. En yaygın olarak bilinen östenitik kaliteler 304 ve 316 dır. Östenitik paslanmaz çelikler manyetik değildirler ve ısıl işleme tabii tutulamazlar, süneklik özellikleri yüksektir, haddelemeyle sertleştirilebilirler ve mükemmel bir korozyon dayanımına, işlenebilirlik özelliğine ve kaynaklanabilirlik özelliğine sahiptirler. Yapıları YMK dır 25

26 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) Ferritik Paslanmaz Çelikler Ferritik paslanmaz çelikler genelde nikel içermeyip yüksek krom içeren (%10,5 ile %30 arasında), molibden, titanyum vanadyum gibi karbür yapıcı ve ferritik yapıyı istikrarlı kılan alaşım elementleri içeren bir paslanmaz çelik gurubudur. Genelde içerdikleri yüksek krom oranı, ferritiklere çok yüksek bir korozyon direnci sağlar. Daha çok yakın akrabaları olan karbon çeliklerin özelliklerine yakın mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan ferritik paslanmaz çelikler, östenitiklerin tersine manyetiktirler, düşük karbon içerikleri nedeniyle ısıl işleme tabii tutulamazlar ve kolayca haddelenebilirler. Bu tür çeliklere tek uygulanabilen ısıl işlem tavlama işlemidir. Son zamanlarda alaşım elementlerinde, özellikle nikelde, yaşanan aşırı fiyat yükselişi ve değişkenliği, ferritiklerin geliştirilmesine hız kazandırmış olup, düşük maliyetle östenitikler kadar korozyona dayanımlı yeni, geniş bir kullanım alanına sahip ve maliyeti çok daha düşük ferritik kaliteler de geliştirilmiştir. En yaygın olarak bilinen ferritik kaliteler 430 ve 442 dir. Ferritiklerin yapıları HMK dır. 26

27 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) Martenzitik Paslanmaz Çelik Martensitik paslanmaz çelikler, ferritik çeliklere benzeyen yapılarıyla, düşük alaşım yüksek mukavemetli çeliklere veya karbon çeliklerine benzerler. Fakat içerdiği fazladan karbon ilavesi nedeniyle, karbon çeliklerigibiısıl işlemle sertleştirilip, mukavemeti artırılabilir. Temel alaşım elementleri: %12 ile %15 arası krom, %0,2 ile %1,0 arası molibden ve %0,1 ile %1,2 arasında karbon dur. Birkaç martensitik kalite haricinde içeriğinde nikel bulunmaz. Martensitik paslanmaz çelikler manyetiktirler. Artan karbon oranına bağlı olarak, sertleştirilebilirlikleri ve mukavemetleri artarken, toklukları ve süneklikleri azalır. Yüksek karbon oranına ve diğer alaşım elementlerine bağlı olarak, 60 HRC ye kadar ısıl işlemle sertleştirilebilirler. Menevişleme veya temperleme olarak adlandırılan ısıl işlem sonrası stres giderme işleminden sonra, en uygun korozyon dayanımına ulaşılır. Ferritik ve östenitik kalitelerle karşılaştırıldığında korozyona dayanım özelliği martensitik kalitelerin biraz düşüktür. İşlenebilirlik ve şekillenebilirlik özellikleri yüksektir. İçerdikleri alaşım elementlerine ve oranlarına bağlı olarak yapılarında azmiktarda kalan östenit yapı olabilir. Martensitik çelikler özellikle mukavemetin ve mekanik aşınmaya karşı direncin, korozyona karşı dirençle birlikte istenildiği alanlarda çok başarıyla uygulanabilir. Takım çeliği olarak da kullanılır. Uygulama alanı çok geniştir. Yapıları HMT dir 27

28 Çeliklerin Sınıflandırılması (Kullanım Alanlarına Göre) Dubleks Paslanmaz Çelikler Mikroyapılarında genelde eşit oranlarda ferrit ve östenit içeren bu çeliklerin korozyona karşı performansı içerdikleri alaşımlara göre farklılık göstermektedir. Dubleks paslanmaz çelikler östenitik paslanmaz çeliklere göre daha yüksek bir mukavemete sahip olmakla birlikte, bölgesel korozyonlara karşı özellikle çekirdeklenme, çatlak ve stres korozyonuna karşı östenitiklerden daha iyi bir dayanıma sahiptirler. Dubleks kaliteler de %19 %28 arasında olan yüksek orandaki krom, %5 e kadar bulunan molibden ve östenitiklere göre daha düşük oranlarda olan nikel içerikleri sayesinde östenitiklere göre daha mukavemetlidirler. Dubleks paslanmaz çeliklerin en önemli kısıtlayıcı özelliği yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük sıcaklıklarda kırılganlaşmalarıdır. Özellikle 300 C nin üzerinde ve 50 C nin altında kısa bir süre dahi çalışılırsa, dubleks çelikler kırılganlaşır ve tekrar tavlama ihtiyacı doğar. En yaygın olarak bilinen dubleks paslanmaz çelik kalitesi 2205 kalitedir. Yapıları ferritik kısımları için HMK, östenitik kısımları için YMK dir. 28

29 Çeliklerin Sınıflandırılması (Üretim Yöntemlerine Göre) Bessemer ve Thomas çeliği. Siemens Martin çeliği. Elektrik ark ve elektrik endüksiyon çeliği. Pota çeliği. Oksijenli konverter çeliği. Vakum çeliği. Puddel ve Kaldo çeliği 29

30 Çeliklerin Sınıflandırılması Dokusal durum ve metalografik yapılarına göre Burada ana kütleyi oluşturan yapı ne ise çeliğe adını bu yapı verir. Bu gruptaki çelikler: Ferritik çelikler Perlitik çelikler Ferritik Perlitk çelikler Ostenitik çelikler Martenzitik çelikler Beynitik çelikler Ledeburitik çelikler Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerine Göre: Buradaki sınıflandırmada genel olarak çeliklerin mukavemet özelikleri ön plana çıkarılarak bir sınıflandırma Manyetik çelikler Isıya dayanıklı çelikler Korozyona dayanıklı çelikler Paslanmaz çelikler v.b. 30

31 Çelik Standartlarının Okunması Gelişmiş ve gelişmekte olan her ülke kendi bünyelerine uygun olarak çelik normları geliştirmişlerdir. Dolayısıyla normlar ülkeden ülkeye değişmektedir. Ayrıca bir ülkenin bünyesinde birden fazla normda olabilir. Ülkemizin uluslar arası normu TSE (Türk Standartları Enstitüsü) normudur. Ayrıca ülkemizde MKE(Makine Kimya Endüstrisi), Etinorm (Etibank Normu) gibi normlarda mevcuttur. 31

32 Çelik Standartlarının Okunması 32

33 Çelik Standartlarının Okunması 20Mn5 % 0,2 C (20/100), % 1,25 Mn (5/4) içeren alaşımlı çelik 25SiMn7 % 0,25 C (25/100), % 0,75 Si (7/4), az miktarda Mn içeren alaşımlı kalite çelik 15Cr3 % 0,15 C, % 0,75 Cr (3/4) içeren az alaşımlı asal çelik. 33

34 Çelik Standartlarının Okunması YÜKSEK ALAŞIMLI ÇELİKLERDE X HARFİ ÖNCE YAZILIR X8 CrNi 18 8 Yüksek alaşımlı çelik % 0,08 C (8/100), % 18 Cr % 8 Ni X10 CrNiTi Yüksek alaşımlı çelik % 0,1 C (1/100), % 18 Cr, % 9 Ni, % 2 Ti St 37 Minimum çekme mukavemeti 37 kp/mm2 olan yapı çeliği St 42.2 Minimum çekme mukavemeti 42 kp/mm2 olan 2. kalite yapı çeliği 34

35 Çelik Standartlarının Okunması 35

36 Çelik Standartlarının Okunması 36

37 Dökme Demirler Ağırlıkça %4,3 karbon içeren bir demir alaşımmı dökme demir olarak adalndırılır. Çünkü sıvı fazın östenit ve birincil sementit (ötektoid öncesi sementit) fzların dönüşümü bu kompozisyonda olur. Alaşımın kompozisyonu %4,3 den az, 2.14 den yüksek ise nuna ötektik altı dökme demir, %4,3 den fazla ise buna da ötektik üstü dökme demir adı verilir. 37

38 Ötektik Altı Dökme Demirler Yandaki diyagramda %3 C içeren Fe Fe 3 C alaşım sisteminde mikroyapı oluşumu gösteriliştir. Sıvı haldeki ötektik dökme demirin yavaş soğuması esnasında sıcaklığın liküdüs sıcaklığının altına düşmesi ile birlikte östenit taneleri sıvı faz içerisinde kristallenmeye başlamaktadır. Sıcaklığın düşmesi ile birlikte sıvı fazdan ayrışan östenit miktarı artar. Ötektik döüşüm sıcaklığı olan 1147 derecenin hemen üzerindeki noktada bileşim hesaplandığında sıvı fazın %57 sinin γ fazına dönüştüğü görülmektedir. Sıcaklığın ötektik dönüşüm sıcaklığının altına düşmesi ile birlikte Ledaburit adı verielen ve östenit ve sementit fazlarından oluşan bir yapı oluşur. 723dereceyekadarbuyapıaynıkalırve her hangi bir faz dönüşümü gerçekleşmez. Yapıda bulunan ilk östenit kristalleri perlite ve ledaburit ise dönüşmüş ledaburite yani perlit ve sementit fazına dönüşür. Sıvı γ Perlit A B C Ledaburit Fe 3 C Fe 3 C Perlit γ 38

39 Ötektik Dökme Demirler Yandaki diyagramda %4,3 karbon içeren dökme demire ait mikroyapı oluşumu görülmektedir. Sıvı haldeki dökme demir denge koşulları altında çok yavaş soğutulursa ötektik dönüşüm sıcaklığı olan 1147 derecede ötektik reaksiyon sonucu ledaburit adı verilen ve östenit ve Fe 3 C fazlarından oluşan yapıya dönüşür. Sıcaklığın ötektoid dönüşüm sıcaklığının altına düşmesi ile birlikte ledaburit, dönüşmüş ledaburite dönüşür. Ledaburit sıvı alaşım içerisinden kristallendiğinde küçük östenit ve küçük sementit (birincil) tanelerinden oluşmaktadır. Bu hali ile ötektoid sıcaklığına kadar aynı yapısını korur. Sadece ince östenit tanelerinin etrafında Ötektoid sıcaklığın altında ikincil sementit ayrışır. Bu durumunda yapı içerisindeki östenit taneleri de perlit yapısına dönüşmektedir. Oda sıcaklığındaki son mikroyapıda ise, birincil sementit, perlit ve ikincil sementit bulunur. Sıvı A B C γ Fe 3 C Ledaburit Perlit Fe 3 C Dönüşmüş ledaburit Perlit 39

40 Ötektik Üstü Dökme Demirler %5,2 oranında karbon içeren ötektoid üstü bir alaşım yaklaşık 1225 derece sıcaklığındaki liküdüs sıcaklığında sıvı haldeki alaşım içerisinden ilk olarak birincil sementit kristalleri ayrışmaya başlar. Solidüs sıcaklığı ile ötektik sıcaklığı aynı olduğu için 1147 derecenin hemen üzerinde bulunan sıvı metal bu sıcaklığın altında sementit ve östenitten oluşan ledaburite dönüşecektir. İlk olarak sıvı metal içinden kristallenen birincil sementit oda sıcaklığına kadar herhangi bir değişime uğramadan kalır. Değişimlerin gerçekleştiği yapı ledaburit yapısıdır. %5,2 C içeren alaşıma A noktasında kaldıraç kuralı uygulanırsa bu noktadaki birincil sementit miktarı %38 olarak bulunacaktır derece sıcaklıkta %38 oranında birinci sementit oluşarak oda sıcaklığına kadar değişmeden kalır. %62 oranında sıvı fazise ötektik sıcaklıkta ledaburit yapısına dönüşecektir. 723 derecenin hemen üzerindeki B noktası üzerinde kaldıraç kuralı uygulanırsa ötektoid dönüşüm öncesi yapı içerisnde bulunan fazların oranları %25 östenit ve %75 sementit (toplam) olarak bulunur. Bu toplam sementit içerisindeki birincil sementit miktarı çıkartılırsa ledaburit yapı içerisndeki sementit miktarı %37 olarak bulunur. %25 oranında bulunan östenit fazı östektoid dönüşüm sonucunda perlit fazına dönüşerek dönüşmüş ledaburit yapısını oluşturacaktır. A B C Sıvı Perlit Fe 3 C γ Fe 3 C 40

41 Dökme Demirlerin Sınıflandırlması Dökme demirleri kompozisyonlarına göre sınıflandırabilir. Dökme demirin karbon eşdeğerine (%C + (%Si + %P)/3) bakılarak yapılan bu sınıflandırmaya göre; Ötektik altı dökme demir: Dökme demirin karbon eşdeğeri ötektik kompozisyonun (%4.3) altındaysa, bu dökme demirleri ötektik altı ya da hipoötektik dökme demir olarak adlandırılır. Ötektik üstü dökme demir: Yukarıdaki tanımlamadan da anlaşılabileceği gibi, dökme demirin karbon eşdeğeri ötektik kompozisyonun (%4.3) üzerindeyse, bu dökme demirleri ötektik üstü ya da hiperötektik olarak isimlendirilir. Ötektik dökme demir: Dökme demir eğer tam olarak ötektik kompozisyona sahipse, yani karbon eşdeğeri %4.3 e eşitse, bu tür dökme demirleri ötektik olarak adlandırıyoruz. Alaşımlı dökme demirler: Yukarıda bahsi geçen dökme demir türlerine ek olarak, farklı alaşım elementleri kullanılarak da dökme demirlerin farklı özelliklere sahip olması sağlanabilir. Bu tür dökme demirleri genel olarakalaşımlı dökme demirler adıyla sınıflandırıyoruz. 41

42 Dökme Demirlerin Sınıflandırılması Katılaşma sonucunda karbon yapıdan ayrışmayı başarabilmişse (gri dökme demirlerde olduğu gibi), ortaya çıkan grafitin biçimsel özelliklerine göre ayrı bir sınıflandırma daha yapabilir: Gri (lamel grafitli) dökme demir: Eğer karbon, katmanlı bir grafit yapısı ortaya çıkartarak katılaşmışsa, bu tür dökme demirleri gri ya da lamel grafitli dökme demirler olarak adlandırıyoruz. Oksijen ve kükürtün nispeten yüksek olduğu alaşımlarda ortaya çıkan bu yapıyı, yüksek ısı iletkenliği nedeniyle fazla çekilme boşlukları olmaksızın katılaşma olayı tamamlanır. Küresel grafitli dökme demir: Adından da anlaşılabileceği gibi, bu yapıda karbonun küresel şekle sahip grafit topları halinde ortaya çıktığını görüyoruz. Grafitin lamel değil de küresel bir yapı haline ayrışabilmesi için, sıvı içinde bulunan oksijen ve kükürtün belli bir seviyenin altına düşürülmesi gerekiyor. Bu nedenle küresel grafitli dökme demir üretirken, sıvı metali oksijen ve kükürtle çok hızlı tepkimeye girebilen magnezyumla işlemden geçirdikten sonra döküm işlemi gerçekleştirilir. 42

43 Dökme Demirlerin Sınıflandırılması Vermiküler grafitli dökme demir: Eğer küresel grafitli dökme demir üretimi sırasında uygulanan magnezyum işlemi yetersiz kalır da grafit tam olarak küreselleştirilemezse, ortaya vermiküler (ya da kompakt) adını verdiğimiz bu grafit yapısı ortaya çıkabiliyor. Lamel ve küresel grafit tipleri arasında bir geçiş formu olan vermiküler grafit, bir yandan küresel grafitin sağladığı yüksek mekanik özellikleri dökme demire sağlarken, aynı zamanda yüksek ısı iletkenliği sayesinde çekilme eğiliminin azalmasına da yol açmaktadır. Küresel grafitli dökme demir üretiminde karşılaşıldığı takdirde bir hata olarak değerlendirilen bu yapı, yukarıda bahsedilen avantajları nedeniyle birçok dökümhane tarafından bilinçli olarak da üretiliyor. 43

44 Dökme Demirlerin Sınıflandırılması Dökme demirlerin bir diğer sınıflandırma şeklide karbonun dökme demir yapısında ne şekilde bulunduğuna bakılarak sınıflandırma yapılabilir: Beyaz dökme demir: Tıpkı çaya attığımız şeker gibi, karbon da sıvı demir içinde tamamen çözünmesi durumunda beyaz dökme demir yapısı oluşur. Eğer dökme demir katılaşırken sıvı metal içinde çözünen karbon sıvı demirin içinden ayrışamaz da, tamamen yapıda çözünmüş olarak kalırsa, ortaya çıkan yapıya beyaz dökme demir adını verilir. Oldukça kırılgan bir yapıya sahip olan beyaz dökme demirler, kırıldıkları zaman parlak, beyaz bir renk sergiledikleri için beyaz dökme demir adıyla anılırlar. Gri dökme demir: Sıvı dökme demir katılaşırken, çayın içindeki şeker gibi sıvı metalde çözünmüş durumda bulunan karbon, katılaşma sırasında ayrı bir faz olarak ortaya çıkabilir. Bu tür bir yapıyı mikroskop altında incelediğimizde, karbonun grafit formunda, gözle görülebilen ayrı bir yapı olarak ayrışmış olduğunu görülür. Karbonun lamel, yani katmanlar halinde ortaya çıktığı bu yapı kırıldığı zaman ortaya mat ve gri bir renk çıktığı için, bu tür dökme demirleri gri dökme demir olarak adlandırılır. 44

45 Dökme Demirlerin Sınıflandırılması Benekli (Alacalı) dökme demir: Beyaz dökme demirler hızlı soğuma koşullarında, gri dökme demirler ise nispeten daha yavaş soğuma koşullarında ortaya çıkıyor. Eğer dökülen parçanın soğuma hızı beyazdan griye geçişin gerçekleştiği bir aralığa denk gelirse, gri ve beyaz yapıların birlikte ortaya çıktığını görmemiz mümkün olabiliyor. Böyle bir parçayı kırdığımız zaman beyaz arka plan üzerinde gri adacıklar ortaya çıktığı için, bu dökme demirleri benekli (İngilizce: mottled) olarak isimlendirilir. Temper dökme demir: Bu dökme demir türü, aslında beyaz dökme demir olarak katılaştırılır. Yani karbon tamamıyla yapıda çözünmüş halde kalacak şekilde dökme demirin katılaşması sağlanıyor. Ardından, katılaşmış beyaz dökme demir ısıl işleme tabi tutularak, yapıda çözünmüş halde bulunan karbonun yapından ayrışması sağlanır. Bu ısıl işlem sonrasında, karbonun bozuk şekle sahip küreler halinde, kümelenmiş olarak ortaya çıktığını görülür. 45

46 46 Dökme Demirlerin Sınıflandırılması

47 Dökme Demirlerin Genel Özellikleri Aralarında farklılıklar oluşmakla birlikte beyaz dökme demir dışındaki dökme demirlerin genel özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir; Titreşim sönümleme kabiliyetleri yüksektir. Yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Yüzeylerinde tufal oluşmaz. Basma dayanımları çekme dayanımlarının 3 ile 5 katıdır. Korozyon dayanımları çeliklerden daha yüksektir. Aşınma dayanımları iyidir. Ergime sıcaklıkları çeliklerden daha düşüktür. Erimiş halde akışkanlıkları ve kalıp doldurma özellikleri daha iyidir. Kimyasal bileşim aralıkları geniş olmasına rağmen bir birine yakın özellikler elde edilir. Talaşlı imalat yöntemiyle işlenebilme kabiliyetleri yüksektir. Ergitme ve döküm işlemleri nispeten ucuzdur. Çeliklere uygulanan ısıl işlemler dökme demirlerede uygulanabilir. 47

48 Küresel Krafitli Dökme Demirlerin Katılaşma Aşamaları Ötektik üstü kompozisyona sahip küresel grafitli dökme demirin katılaşma 48

49 Küresel Krafitli Dökme Demirlerin Katılaşma Aşamaları Ötektik altı kompozisyona sahip küresel grafitli dökme demirin katılaşma 49