Doç. Dr. Halit YAZICI

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐ I DERSĐ MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI IMLARI-IIII Doç. Dr. Halit YAZICI

2 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Çeliğin in ostenitleme sıcaklığından martenzit oluşacak şekilde hızlı bir şekilde soğutulmas utulmasına sertleştirme tirme (su verme) denilir. Demir karbon denge diyagramı çok yavaş soğutma ile elde edilir. Soğuma hızının h n artması ile mikroyapılar ve denge diyagramı değişir ir ve farklı faz dönüşümleri d ve mikroyapılar meydana gelir. Mekanik şekil verme işlemi i her zaman deformasyon sertleştirilmesi tirilmesi sonucunda olmaz. Yapı metal ve alaşı şımları genellikle soğuk işleme i cevap verirler ancak düşük d k sıcakls caklıkta kta eriyebilen kurşun un gibi metaller soğuk işleme cevap vermezler.

3 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Isıl l işlemler i neticesi meydana gelen martenzit, beynit, temperlenmiş martenzit mikroyapılar ları veya oluşturulan çökeltiler, dislokasyon hareketini zorlaştırır. r. Bu yöntem y özellikle çeliklerin dayanım m artırma rma işlemleri i için i in sıkça a uygulanmaktadır.

4 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Bu işlemler i sonucu malzemenin mekanik özelliklerini istenen yönde y değiştirmek mümkm mkündür. Isıl l işlemin i ve soğuk şekil değiştirmenin aynı malzemenin mekanik özelliklerine etkisi yukarıda görülmektedir. g

5 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Çeliğin in tipik bir ısıl l işlemi i şöyle özetlenebilir: 1) Uygun bir dereceye kadar ısıtma (Örne( rneğin 845 C), 2) Su veya yağa a ani daldırıp p soğutma, 3) Tekrar 650 C C altındaki bir dereceye kadar ısıtmak. Alüminyum'un buna benzer daha düşük d k derecede ısıl işlemleri vardır. r. Saf metallere ısıl l işlemin i bir yararı alaşı şımlara büyük b k yararı vardır. r. yoktur. Ancak

6 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Uygulamada su verme, daldırma terimi ile adlandırılan soğutma işlemi, i çeliğin in içi yapısını etkilemek amacıyla yapılır. Bu işlem i yalnızca metali suya daldırmak suretiyle yapılmaz. Yağa a hatta erimiş kurşuna una batırmak suretiyle yapıld ldığı gibi, adi sıcakls caklıklardaklarda havanın n etkisine bırakarak b da yapılabilir. Yağda soğutulan çeliklere yağ çeliği,, havada soğutulanlara hava çeliği adı verilir.

7 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Daldırma işlemi i daha çok % 0.2 den fazla karbon içeren i çeliklere uygulanan bir termik işlem i olup, amacı genellikle sertliği i arttırmakt rmaktır. r. Bunun için, i in, alaşı şım m uygun bir daldırma sıcakls caklığına kadar ısıtılır r ve sonra yine elde edilmek istenen mekanik özelliklere göre, g uygun bir şekilde ağıa ğır r ağıa ğır r veya hızla h soğutulur. Bu işlemlerin i amacı çeliklerin yüksek y sıcakls caklıklarda klarda edindikleri içi yapıyı kısmen veya tamamen adi sıcaklıklarda klarda tutabilmelerini sağlamakt lamaktır.

8 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Örneğin, % 0.5 C içeren i bir çelik 800 C C yi geçen en bir sıcakls caklığa kadar ısıtıldığında yalnızca ostenitten oluşan homojen bir sistemdir. Bu çelik ara duraklardan (ferrit( ferrit,, perlit) geçmeye vakit bulamadan ani olarak soğutulursa homojenliğini ini korur Sıcaklığın n ani düşüşüd nedeniyle karbonun eriyebilirliğinin inin azalması sonucu demir aşıa şırı doygun hale dönüşür. d Böylece martenzit yani çözelti halinde bulunmayan karbon içeren α demiri oluşur. ur.

9 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Martenzit homojen bir kütledir k ve ostenite kıyasla çok daha serttir. Aynı bileşimdeki imdeki alaşı şım m daha yavaş soğutulacak olursa, süreye s bağlı olarak ferrit ve perlit kısmen k veya tamamen oluşur. ur. Ferrit + Perlit Temperlenmiş Martenzit

10 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Sertleştirme tirme Soğuma olayını hızlandırmak için, i in, % 10 tuz ve nişad adır r içerikli i banyolar kullanılır. Daha az hızlı soğutmalar için tatlı su veya % 2 lik H 2 SO 4 ve HCl çözeltileri, ağır soğutmalar için gazyağı, kolza yağı, madeni yağlar, iç yağı ve yoğun kireç banyoları kullanılır. Soğuk işlemde i taneler yassıla laşır. Sıcak işlemde i ise tanelerde ani düzensizlik d olur, sonra tekrar düzene girerler. Sıcak işlem i ısısının kontrolu,, tane boyutu ve dayanımı etkiler. Örneğin, çelik ve alüminyum alaşı şımları bu işleme i şaşılacak derecede cevap verirler.

11 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yüzey sertleştirme tirme işlem i çeşitleri ve özellikleri Tavlama adı Karbonlama (sementasyon) Uygulanması ve Elde edilen özellik Yüzey karbon oranı yaklaşık % 0.8 civarında olan bir parça ostenitlenip su verilir ise yüzeyi sert iç kısmı sertleşmemiş bir yapı elde edilir ki bu yapı hem aşınmaya hem de darbeye dayanıklı hale gelir. Çeliğin, karbonlama ve sertleştirme işlemlerine sementasyon denilir.

12 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yüzey sertleştirme tirme işlem i çeşitleri ve özellikleri Tavlama adı Azotlama Uygulanması ve Elde edilen özellik Karbonlamaya benzer şekilde çeliğin yüzeyine azot difüzyonu yapılır. Azot nitrürasyon çeliklerinde bulunan Al Cr Ti gibi elementlerle sert nitrürleri oluşturur. Nitrürleme işlemi *C ler arasındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Sertlik derinliği sementasyona göre daha azdır; fakat sertlik değeri fazladır. Sementasyon ile elde edilen yüzey sertliği VSD ise Nitrürasyon ile 1200 VSD ne ulaşılır ki bu da daha iyi aşınma dayanımı oluşturur.

13 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yüzey sertleştirme tirme işlem i çeşitleri ve özellikleri Tavlama adı Borlama Uygulanması ve Elde edilen özellik Karbonlama ve azotlamaya benzer bir termokimyasal ısıl işlemdir. Çeliğe bor elementinin difüzyonu sağlanır. Oluşan FeB ve bileşikleri çok sert (2000 VSD) ve kararlı bileşiklerdir C ler arasında bor verici katı sıvı ve gaz ortamlarında tutularak yapılır.

14 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yüzey sertleştirme tirme işlem i çeşitleri ve özellikleri Tavlama adı Alevle ve İndüksiyonla sertleştirme Uygulanması ve Elde edilen özellik Sertleşme kabiliyeti olan bir çelikten yapılmış olan parçanın sadece yüzeyi ostenitlenir ve su verilir ise yüzeyi sert içi yumuşak bir yapı elde edilir. Yüzeyin ısıtılma işlemi alevle sertleştirmede oksijen yanıcı gaz üfleci ile, indüksiyonla sertleştirmede ise indüksiyon akımı ile sağlanır. Alev ve indüksiyon ile sertleştirilmiş parçanın yorulma özellikleri sementasyondaki gibidir.

15 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Termomekanik İşlemler Çeliğin in haddelenmesi esnasında, nda, plastik deformasyon ve hemen ardından yeniden kristalleştirme tirme olayının n meydana gelmesinden dolayı tane boyutu küçük üçülür Haddelemeye giriş çıkış 1100 C 850 C

16 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Termomekanik İşlemler Haddelemeye giriş 1100 C çıkış 850 C ayet haddelemenin hemen ardından sertleştirme tirme işlemi i yapılırsa; metalde dislokasyon yoğunlu unluğu u fazla, tane boyutu küçük üçük k ve hızlh zlı soğuma neticesi daha dayanıkl klı mikroyapılar elde edilir. Bu şekilde üç çeşit dayanım m artırma rma yöntemi y olan plastik deformasyon, tane boyutunu küçük üçültme ve ısıl l işlem i uygulanmış olur.

17 12 12 YAPI MALZEMESĐ I Yapılarda Kullanılan lan Çelikler

18 EMPIRE STATE BUILDING Start of work in 1929 (and completed in 1931)

19

20

21 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yapılarda Kullanılan lan Çelikler Yapılarda çelik, genellikle betonarme yapılarda donatı olarak veya çelik yapılarda taşı şıyıcı malzeme (profil) olarak iki şekilde kullanılır. Betonarme yapılarda beton, çekme dayanımı düşük olduğundan undan basınç gerilmelerini karşı şılamaktadır. Betonarme yapılarda çelik, betonun çekme dayanımının zayıf f olması nedeniyle, herhangi bir yapı elemanında nda oluşan çekme kuvvetlerini karşı şılamak amacıyla kullanılır.

22 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yapılarda Kullanılan lan Çelikler Yapılan çalışmalarda betona en uygun çekme donatısının çelik olduğu u görülmg lmüştür. Betonla çeliğin in bu uyumunu çeliğin in aşağıa ğıda sıralanan s özellikleri sağlamaktad lamaktadır: a) Çeliğin in çekme dayanımının n betona oranla çok daha yüksek olması, b) Çeliğin in betonla çok iyi aderans sağlamas laması, c) Çeliğin in genleşme katsayısının n betonunkine yakın olması dolayısıyla yla farklı sıcaklıklarda klarda hemen hemen aynışekil değişimini imini yapmaları.

23 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yapılarda Kullanılan lan Çelikler Betonun içine i ine bu amaçla yerleştirilen çelik çubuklar değişik ik türlerdedir. t Ülkemizde φ donatı çapını tanımlar. Örneğin, φ16, çapı 16 mm olan betonarme çeliğidir. idir. Φ16 Φ14 Φ12 Φ10 Φ8

24 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yapılarda Kullanılan lan Çelikler Betonarme yapılarda donatı ve beton arasında yeterli bir yapış ışmanın n (aderans( aderansın) ) sağlanmamas lanmaması halinde, donatı beton içinde inde kayarak kuvvetleri aktaramaz ve bu durum da yapının yıkılmasına yol açabilir. a abilir. Donatının aderans yeteneğini arttırmak rmak amacıyla, çelik çubukların yüzeyinde çıkıntı ve girintiler yapılır. Beton kütlesine takılarak yapışmayı arttıran bu çıkıntılar genelde nervürler vasıtasıyla meydana getirilir.

25 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Yapılarda Kullanılan lan Çelikler Bu çıkıntılar çubuk eksenine dik olabileceği gibi, eksene belirli bir açı yapan sürekli helezonlardan da oluşabilir. Bu nervürlerin değişik tipleri vardır. En çok kullanılan nervür tipleri yanda görülmektedir. Enine ve boyuna nervürlü olan bu çelikler kendi eksenleri etrafında burularak TOR adı verilen, çelikler elde edilmektedir.

26 Sınıflar Sembol Tipler Anma çapı (d) (mm) Min. Akma day. (MPa) Min. çekme day. (MPa) Çekme/akma min. day. Oranı Min. kopma uzaması (%) YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Düz Yüzeyli (D) Sıcak haddeleme işlemi ile imal edilen (a) I-a (S220a) III-a S(420a) Nervürlü (N) Profilli (P) Termo-mekanik işlemle imal edilen (a) IV-a (S500a) Soğuk mekanik işlem uygulanarak imal edilen (b) III-b (S420b) IV-bs (S500bs) IV-bk (S500bk) <50 (%)

27 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER AFBYYHY- MALZEME DAYANIMLARI Kirişli sistemlerin döşemelerinde, d kirişsiz döşemelerde, d dişli döşeme tablalarında, bodrum katların çevresindeki dışd perde duvarlarının n gövdelerinde, g deprem yüklerinin y tümünün n bina yüksekliy ksekliği i boyunca perdeler tarafından taşı şındığı bazı yapılar ve prefabrike binalarda öngerme çeliği olarak S420 den daha yüksek y dayanıml mlı donatı çeliği kullanılabilir. labilir. Diğer tüm t m betonarme taşı şıyıcı sistem elemanlarında nda S420 den daha yüksek y dayanıml mlı donatı çeliği kullanılmayacakt lmayacaktır.

28 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER AFBYYHY- MALZEME DAYANIMLARI Kullanılan lan donatının n kopma birim uzaması %10 dan az olmayacaktır. Ortalama akma dayanımı, öngörülen karakteristik akma dayanımının n 1.3 katından fazla olmayacaktır. Deneysel olarak bulunan ortalama kopma dayanımı, deneysel olarak bulunan ortalama akma dayanımının n 1.25 katından az olmayacaktır.

29 Sembol I-a III-a IV-a YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER TS708 (Mart 1996) ya g C % ya göre Beton Çelik Çubuklarının n Kimyasal Bileşimleri imleri P S N % % % C ed * % (1) Yeterli oranda azot bağlayıcı elementler(alüminyum gibi) bulunduğu takdirde daha fazla azot (N) kabul edilebilir. *Karbon eşdeğeri: Mn Cr + Mo + V Ni + Cu % C ed = %C + % + % + %

30 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Kaynak yapılacak beton çeliklerinin karbon eşdee değeri eri % 0.4 değerini erini geçmemelidir (TS 500 ubat 2000). Bu sınırın s n konulmasının n nedeni yüksek y karbon oranlı çeliklerin yüksek y sıcaklıkta kta kaynak yapılmas lması durumunda oluşan martenzitik yapının çok sert ve kırılgan k olmasıdır. Ayrıca yüksek y sıcakls caklığa çıkan çeliğin in ani soğumas uması nedeniyle, kaynak yapılan bölgede b hacim sabitliğinin inin bozularak çatlamalar oluşabilmektedir. Yüksek karbonlu çeliklerde bu oluşumlar umların n engellenebilmesi için i in ya ani soğuma önlenmesi ya da kaynak yapılan bölgeye b daha sonra ısıl l işlem i uygulanması gerekmektedir. Ayrıca kaynaktan sonra oluşacak olumsuzlukları engelleyecek özel kaynaklama yöntemleri y de uygulanmaktadır. Ancak bu tür t r kaynaklama yöntemleri oldukça a pahalı yöntemler olup hayati önem taşı şıyan işlerde i kullanılmaktad lmaktadır.

31 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER TS708 (Mart 1996) ya göre g betonarme yapılarda 4 tip beton çeliği kullanılabilece labileceği i anlaşı şılmaktadır. Bunları da birinci grup dışıd ışında (a) ve (b) olmak üzere iki gruba ayırmak mümkm mkündür. (a) grubundaki alaşı şımlar yüksek y fırında f kütükler k kler halinde üretildikten sonra hemen sıcakta s çekilerek (haddeleme) doğal bir sertlikte kullanıma hazır r duruma getirilmişlerdir. lerdir. Buna karşı şın n (b) grubundaki alaşı şımlar soğukta deformasyon işlemine maruz bırakb rakılmak suretiyle gerilmeler ile ilgili özelliklerinde artış ışlar oluşturulmu turulmuştur. tur. Bu çelikler yaklaşı şık k olarak 900 C'ye kadar ısıtılınca kazandıklar kları dayanım m artış ışlarını yitirirler.

32 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER TS708 (Mart 1996) ya göre g betonarme yapılarda 4 tip beton çeliği kullanılabilece labileceği i anlaşı şılmaktadır. Bunları da birinci grup dışıd ışında (a) ve (b) olmak üzere iki gruba ayırmak mümkm mkündür. (a) grubundaki alaşı şımlar yüksek y fırında f kütükler k kler halinde üretildikten sonra hemen sıcakta s çekilerek (haddeleme) doğal bir sertlikte kullanıma hazır r duruma getirilmişlerdir. lerdir. Buna karşı şın n (b) grubundaki alaşı şımlar soğukta deformasyon işlemine maruz bırakb rakılmak suretiyle gerilmeler ile ilgili özelliklerinde artış ışlar oluşturulmu turulmuştur. tur. Bu çelikler yaklaşı şık k olarak 900 C'ye kadar ısıtılınca kazandıklar kları dayanım m artış ışlarını yitirirler.

33 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Ia çeliği (yumuşak çelik) S220 * minimum akma dayanımı: 220 MPa * Karbon oranı : % TS 708 (Mart 1996) ya göre g Ia çeliği i olarak adlandırılan çelik türüt minimum akma dayanımı 220 MPa olan yumuşak ve nervürs rsüz çeliktir. Bu çelik Karbon oranı % 0.25 den daha küçük üçük k olan demir-karbon alaşı şımının n kütükler k kler halinde imal edilmesinden sonra haddeleme için i in yaklaşı şık k 1200 C ye kadar tekrar ısıtılır. Isıtılan bu çelik normal oda koşullar ullarında soğuma esnasında nda merdaneler arasından geçirilerek kademeli olarak boyut küçük üçültülmesi lmesi sağlan lanır r ve sıcaklık k yaklaşı şık k 1000 C ye düştüğünde istenen form elde edilir. Bu sıcakls caklıktan ktan sonra malzeme havada soğumaya bırakb rakılır. r. Oluşan çeliğin in mikroyapı ferrit+perlit +perlit ten ten oluşmaktad maktadır.

34 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER IIIa çeliği - S420 * minimum akma dayanımı: 420 MPa * Karbon oranı : < %0.4 IIIa çelikleri ise Ia çeliklerine göre g daha yüksek y karbon oranlı,, daha yüksek dayanıml mlı ve sert çeliklerdir. IIIa çelikleri karbon oranı % 0.4 den daha düşük d k olan demir-karbon alaşı şımlarından elde edilir. Üretiminde Ia çeliklerinden farklı olarak en son haddelemeden sonra yaklaşı şık k 1000 C de nervürleme rleme haddesi yapılır. Ia çeliklerine göre g daha sert olan bu çeliklerin göre g işlenebilirlikleri i daha az ve kırılganlk lganlıkları daha fazladır. Ayrıca bu tip çelikler kaynak işleri i için i in uygun değildir.

35 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Son yıllarda y IIIa çeliklerinin üretiminde %0.25 den daha düşük d k karbon oranlı demir-karbon alaşı şımları da kullanılmaktad lmaktadır. IIIa çeliklerinin sünekliğini, çentik darbe tokluğunu unu artıran ran ve çentik darbe tokluğu u geçiş sıcaklığının düşmesine neden olan bu yöntem, y çeliğin in yüzeyinde y belirli kalınl nlıkta daha sert ve dayanımı yüksek temperlenmiş martenzit mikroyapısının oluşturulmas turulması esasına dayanır.

36 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Termeks Tempeks, tempcore,, vb. isimler verilen bu yönteme y göre g en çok % 0.25 karbon oranlı çelik 1000 C de nervürlendikten rlendikten sonra ani soğutma işlemine i tabi tutulur. Bu işlem i sırass rasında malzemenin yüzey y sıcakls caklığı 250 C ye kadar düşer, d ancak merkezinin sıcakls caklığı 900 C C civarındad ndadır.

37 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Malzeme kendi haline bırakb rakıldığında ise tüm t m yüzeyde y sıcakls caklık 650 C C olur. SıcaklS caklığın n yüzeyde y 250 C ye düşmesi ile martenzitik yapı oluşur. ur. Bu yapı kırılgan bir özelliğe e sahip olup ısıl l işlem i uygulanması gerekmektedir. Bu ısıl l işlemi i de sıcakls caklığı 650 C çıkaran çekirdek bölgesi b sağlamaktad lamaktadır. Daha sonra kontrollü bir şekilde soğumaya bırakb rakılan çelik dışd yüzeyinde terperlemiş martenzit çekirdek bölgesinde b ferrit-perlitten oluşan yapı oluşmaktad maktadır.

38 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER

39 Yüksek dayanımlı bölge ( 900 MPa) Kalınlığı yarıçapın %10-20 si kadar Düşük dayanımlı bölge ( St-I 370 MPa) TERMEKS KOROZYON (PASLANMA) DURUMUNDA St I KÜTÜĞÜNDE ANİ SOĞUTMA DI KABUĞU YÜKSEK DAYANIMLI İÇ KISMI St I KALİTESİNDE KÜÇÜK KESİT KAYIPLARI BÜYÜK DAYANIM KAYIPLARINA YOL AÇABİLİR TORNALAMADAN ÇEKME DENEYİ SONUÇ St III KALİTESİNDE

40 YAPILARDA KULLANILAN ÇELĐKLER Öngerilmeli beton çeliği Öngerilmeli beton yapılarda yüksek y dayanıml mlı çeliklerin kullanılmas lması gerekmektedir. Bu tip özel çelikler % 0.7 karbonlu Martin çeliklerine su verilmek suretiyle elde edilirler.

41 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Değişik tiplere ait mekanik özelliklerin farklı olmasının sonucu, bunların gerilmebirim şekil değiştirme eğrileri de yanda görüldüğü gibi önemli ölçüde farkeder. Ancak elastisite modülleri önemli derecede farketmeyip, 2.1x10 5 MPa mertebesinde kalmaktadır. Aynışekilde yapı çeliklerinde Poisson oranı arasında kalmaktadır.

42 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Hasır r Donatı Bazı betonarme elemanlarda, örneğin döşemelerde, donatı yerleştirilmesini kolaylaştırmak amacı ile, birbirine dik ve paralel çubuklardan oluşan hasır donatı kullanılır Hasırı oluşturan çubuklar, düz yüzeyli veya nervürlü olabilir. Hasırda iki dik yöndeki donatının üst üste bindiği noktalardaki bağlantı, kaynak veya özel kelepçelerle sağlanır.

43 ÇELĐKTE KALĐTE KONTROLÜ BOYUT KONTROLÜ AKMA DAYANIMI ÇEKME DAYANIMI MĐNĐMUM KOPMA UZAMASI ENERJĐ YUTABĐLME KAPASĐTESĐ SERTLĐK, ĐŞLENEBĐLĐRLĐK DARBEYE DAYANIKLILIK DĐĞER FĐZĐKSEL ve KĐMYASAL DENEYLER GÜVENĐLĐR ÜRETĐCĐ

44 ÇELĐKTE KALĐTE KONTROLÜ BOYUT DENETİMİ Çap Kontrolü (1000 mm uzunluktaki parçalar en az 0,5 g duyarlıkta tartılır) d =12, 74 s G l G : Çubuk kütlesi (g) l : Çubuk boyu (mm)

45 ÇELĐKTE KALĐTE KONTROLÜ BOYUT DENETİMİ Kesit Alan (1000 mm uzunluktaki parçalar en az 0,5 g duyarlıkta tartılır) A =12, 74 G l G : Çubuk kütlesi (g) l : Çubuk boyu (mm)

46 ÇELĐKTE KALĐTE KONTROLÜ

47 ÇEKME DENEYĐ

48 ÇEKME DENEYĐ Örnek boyu: 600 mm Kopma uzaması ilk ölçüm boyu: 10 d son boy - ilk boy Uzama % = 100 ilk boy

49 ÇEKME DENEYĐ TS 708 Deneyler, çelik çubuklara haddeleme işlemi sonrasında herhangi bir tornalama işlemi yapılmadan uygulanmalıdır. Yalnızca d = 32 mm ve üzerindeki çaplarda, sıcak haddeleme işlemi yapılmış çubuklar için (Illa, IVa) çekme cihazının kapasitesi yetersiz ise numuneler d = 28 mm den daha küçük olmamak üzere cihaz kapasitesinin izin verdiği en büyük çapta tornalanarak deneye tabi tutulur.

50 ĐŞLENEB LENEBĐLME LME ÖZELLĐĞĐ

51 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Çelik Yapılar Çeliklerin ikinci geniş kullanım alanı çelik yapılardır. Çelik köprüler, çerçeveler ve çatı makasları gibi yapılar çelik levha ve profil çubuklarından imal edilir.

52 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Çelik Yapılar Profil çubuklar kesit şekline göre korniyer (L), (T), putrel (I) veya U profili şeklinde adlandırılırlar Türk Standartlarına göre (Çelik Yapılar Standardı, TS 648) yapılarda akma noktası 220 MPa olan yumuşak çeliğin kullanılması öngörülür.

53 MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI Çelik Yapılar Klasik yapıların dışında olan bazı özel mühendislik yapılarında kullanılan çelik malzemelerden bazı farklı özellikler istenebilir. Örnek olarak, asma köprülerin taşıyıcı halatlarını meydana getiren 6 mm çapında örgüşeklindeki çelik tellerin çok yüksek dayanıma sahip olması istenir. İstanbul Atatürk asma köprüsünde kullanılan çelik tellerin çekme dayanımının değeri en az 1600 MPa dır.

54 8 MALZEME BĐLGB LGĐSĐ ÖZEL ÇELĐKLER

55 ÖZEL ÇELĐKLER Çeliklere nikel, mangan, silisyum, tungsten, krom gibi maddeler eklenerek alaşımın özellikleri değiştirilir. Sayıları gün geçtikçe artan bu tür çeliklerin en önemlileri şunlardır : 1. Nikelli çelikler : % 2 - % 46 arasında nikel içeren çelikler en çok kullanılan özel çeliklerdir. Alaşımda nikelin varlığı çeliğin dayanımını, sertliğini, düktilitesini ve korozyona dayanıklılığını olumlu yönde etkiler. Motorlarda, kama çivilerinde, türbin, savaş aletlerinde yüksek dayanımı nedeniyle bu tip çelik kullanılır.

56 ÖZEL ÇELĐKLER 1. Nikelli çelikler : % 36 oranında nikel içeren türü piyasada invar adı ile satılır ve ölçü aletleri yapımında kullanılır. Yüksek oranda nikel aynı zamanda alaşımın termik genleşme katsayısını düşürdüğünden, bu tür alaşımlar platin yerine teknik işlerde kullanılırlar.

57 ÖZEL ÇELĐKLER 2. Nikel kromlu çelikler : % oranında krom varlığı nikelli alaşımın sertlik ve çekme dayanımını arttırır. Mermi, zırh, bilya ve bilya yatakları, köprü askı zincirleri ve değişik aletlerin yapımında bu tür alaşımlar kullanılır. Daha yüksek oranlarda krom varlığı alaşımın korozyona dayanıklılığını arttırır. Stainless steel (Paslanmaz çelik) denilen bu tür alaşım gün geçtikçe daha fazla kullanılmaktadır. % 18 Cr, % 8 Ni ve % 15 C içeren bir tür çelik, mimari uygulamalarda mobilyacılıkta, kaplama işlerinde her tür korozyon ortamında ve yüksek sıcaklıklarda (T > 300 oc) bozulmadıklarından sık kullanılır.

58 ÖZEL ÇELĐKLER 3. Molibdenli çelikler: Mo az oranda Ni ve Cr gibi elementlerin yardımıyla tanelerin incelmesine yaradığından alaşımın kırılganlığını azaltır. Bu tür çelikler sıcakta bile sertliklerini ve keskinliklerini korurlar. Perçin ve kaynak işlerinde kullanılırlar. Aynı özellik krom-vanadyumlu çeliklerde de vardır. Bu tip çeliklere çok keskin çelikler (ekstra çelik) adı verilir.

59 ÖZEL ÇELĐKLER 4. Kromlu çelikler: Krom alaşımın korozyona dayanıklılığını arttırır. Bu arada çekme dayanımı ve sertlikte artar, ancak düktilite azalır. Krom oranı % arasındaki kromlu çeliklerin Brinell sayısı 750 mertebesinde bulunur.

60 ÖZEL ÇELĐKLER Ayrıca kesme, delme aletlerinde kullanılan sert ve keskin olan tungstenli çelikler; yay, zemberek yapımında kullanılan silisyumlu çelikler (silisyum metalin elastisite özelliğini arttırır) ve ray yapımında kullanılan aşınmaya dayanıklı manganlı çelikler vardır. % 12 - % 15 Mn varlığı çarpmalara karşı dayanımı büyük ölçüde arttırdığından, tren parçaları, kırıcı ve ezici makine parçaları yapımında manganlı çelik alaşımları kullanılır.

61 ÖZEL ÇELĐKLER FONT % % 5 karbon içeren demir alaşımlarına font veya dökme (pik) demir denir. Bu doğrudan doğruya yüksek fırın ürünü olan ham demirden başka bir şey değildir. Bu tür alaşımlar genelde fazla sert olduklarından yapılarda kullanılmaya uygun değillerdir.

62 ÖZEL ÇELĐKLER BEYAZ FONT Kömür (kok) oranı ve dolayısıyla fırının sıcaklığı düşük olup (1300 C) metal çabuk soğursa adi beyaz font elde edilir. Sementit ve perlitten oluşan iç yapısında birleşik halde % C ve % Si vardır. Adi fontların sertliği ve basınç dayanımları fazladır. Ancak darbelere karşı dayanıksız ve kırılgandır. İşlenmeğe, döküm, kalıp işlerine uygun değildir. Bu nedenle daha çok arıtılarak demir ve çelik elde edilmesinde kullanılır.

63 ÖZEL ÇELĐKLER ESMER FONT Kok miktarı fazla olursa buna bağlı olarak fırının altındaki sıcaklık artar (1900 C). Yavaş soğuma sağlanırsa karbonun önemli bir kısmı sementitten grafite dönüşerek pul pul ince yapraklar şeklinde kütlenin içine yayılır ve esmer font elde edilir. Bu font beyaz fonta kıyasla daha hafif, darbeye çok daha dayanıklı ve yumuşaktır. Yüksek fırından çıkarken kalıplara dökülür ve işlenmeğe elverişlidir

64 ÖZEL ÇELĐKLER Beyaz font 770 C civarında bir sıcaklıkta bir süre ısıtılarak yani bir tür tavlama işlemine sokularak yumuşatılabilir. Bu işlem sonucunda yapıda grafit oluşur ve font esmerleşir. Ancak bu grafit adi esmer fontun yapısındaki pul pul olan grafitten farklı olarak ince tanecikler halindedir. Bu nedenle bu tür font en az kırılgandır ve işlenmeğe en elverişlidir.

65 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐ I DERSĐ MÜHENDĐSLĐK K METAL ve ALAŞIMLARI IMLARI-IIII Doç. Dr. Halit YAZICI