MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 4 Çeliklerin sınıflandırılması. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2014-2015 Güz Yarıyılı

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 4 Çeliklerin sınıflandırılması Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2014-2015 Güz Yarıyılı

Alloy formation homogeneous alloy formation heterogeneous alloy formation interstitial solid solution substitutional solid solution precipitation compounds segregation random intermetallic liquid-liquid clustering intermediate liquid-solid superlattice solid-solid Alaşımların sınıflandırılması 2

hmk Yapı a-fe Maks. çözünürlük [kütle-% C] T, C Denge fazı (kararlı faz) 10-5 Oda sıcaklığı Fe 3 C 0.02 723 Fe 3 C d-fe 0.1 1493 g ymk g-fe 0.8 723 Fe 3 C 2.06 1147 Fe 3 C Demirde karbonun çözünürlüğü 3

g h e g h e f d a b f d a b c b h c a 0 1 2 A Fe 3 C (Sementit) kristali 4

Faz Yapı Kafes parametresi 10-10 m Fe atomu/ Birim kafes Ferrit a-fe hmk a = 2.8664 2 Östenit g-fe -karbür Fe 2.4 C -karbür Fe 2 C Sementit Fe 3 C ymk a = 3.555 + 0.044 mass% C hsp a = 2.752 c = 4.353 ortorombik a = 4.704 b = 4.318 c = 2.830 ortorombik a = 4.5234 b = 5.0883 c = 6.7426 4 2 4 12 Östenit, Ferrit ve Karbürlere ait kristalografik veriler 5

Sıcaklık, C ymk 2.06% 1147 C 0.02% 723 C hmk 0.8% Fe Karbon miktarı Ymk ve hmk kafeslerde karbon çözünürlüğü 6

Pearlite A) B) C) Denge diyagramı Arayüzey a / g x-x kesitinde C konsantrasyonu A) B) T 2 A 3 g a g a+g A cm X X T 3 g + Fe 3 C a T 4 A 1 C) a +Fe C 3 0.6 %C 0.01 I (0.4) 0.6 0.8 0.01 bcc fcc Östenitten proötektoid ferrit çökelmesi 7

A) Şematik olarak mikroyapı oluşumu T 2 950 ºC (g) T 3 750 ºC (g+a) T 4 700 ºC (a+p) a 0.01%C a 0.02%C g 0.4%C g 0.6%C ( a +Fe C) 3 0.8%C B) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ferrit (açık kontrast) + Perlit (koyu kontrast) 50 µm % 0.4 C içeren bir çelikte mikroyapı oluşumu 8

Sıcaklık, C 1600 d 1500 H d + g 1400 1300 1200 1100 A I N g B E + d E + g E Ergiyik (E) C E + Fe C 3 Fe 3 C (Sementit) D F 1000 900 g + a 800 M 700 a 600 G P O S a + Fe C 3 g + Fe 3 C K 500 Q 1 2 3 4 5 6 L 7 Karbon miktarı, kütle-% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Sementit miktarı, kütle-% Fe-Fe 3 C metastabil faz diyagramı 9

Temperature in C d d + g 1600 1500 H 1400 1300 1200 1100 1000 g + a a 900 800 M 700 600 500 A G Q I N B g 0 P S E + d E + g Ergiyik (E) E C g + Grafit a + Graphite 1 2 3 4 5 6 7 Carbon content in mass % D E + Grafit F K Fe-C faz diyagramı 10

Perlitin oluşumu 11

A) Ötektik reaksiyon S g + Fe 3 C (a + Fe 3 C) + Fe 3 C Fe 3 C (6.67%C) Fe 3 C (6.67%C) 4.3%C S 4.3%C g (2.0%C) 4.3%C Perlit (0.8%C) B) Ötektoid reaksiyon g a + Fe 3 C Ledeburit Fe 3 C (6.67%C) g a (0.02%C) 0.8%C Perlit (0.8%C) Fe-Fe3C sisteminde ötektik ve ötektoid reaksyonlar 12

Sıcaklık, C 1600 E A d H J d +E B (0.53) g +E N g 1300 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Karbon miktarı, kütle-% Peritektik reaksiyonlar 13

Nokta Sıcaklık, C Karbon, kütle-% H 1493 0.10 I 1493 0.16 B 1493 0.51 A 1536 0 N 1392 0 E' 1153 2.03 C' 1153 4.25 F' 1153 100 D' 3760* 100 G' 911 0 P' 738 0.019 S' 738 0.68 K' 738 100 Curie-sıcaklığı a-fe: 769 C Dönüşüm Peritektik Ötektik Ötektoid * Süblimleşme Fe-C faz diyagramında önemli sıcaklıklar 14

Nokta Sıcaklık, C Karbon, kütle-% H 1493 0.10 I 1493 0.16 B 1493 0.53 A 1536 0 N 1392 0 E 1147 2.06 C 1147 4.30 F 1147 6.69 D ca. 1252 6.69 G 911 0 P 723 0.02 S 723 0.76 K 723 6.69 Curie-sıcaklığı a-fe: 769 C Dönüşüm Peritektik Ötektik Ötektoid Fe-Fe 3 C faz diyagramında önemli sıcaklıklar 15

50 µm 50 µm 50 µm a C 0.01% C 0.2% C 0.8% b c Düşük karbonlu, ötektoid altı ve ötektoid alaşımlar 16

50 µm 50 µm 50 µm a b c C 1.2% C 4.3% C 5% Ötektoid üstü, ledeburit ve ötektik üstü 17

Primary microstructure: formed during solidification Primary microstructure are characterized by: - dendrite arm spacing (SDAS) secondary dendrite arm spacing Secondary microstructure: formed during cooling, forming, heat treatment Secondary microstructure are characterized by: - structural report designation (A1, A2,...) - volume fraction of different phases (ferrite, pearlite,...) - distribution of phases (contiguity, matrix character) - shape of phases (aspect ratio) - size of phases (grain size, cell size, lamellae spacing,...) - orientation (ideal orientation, ODF) Mikroyapı ile ilgili parametreler ve tanımlar 18

Tane boyutu d g : Östenit d Fe : Ferrit d BL : Blok d PA : Paket d CO : Koloni d LA : Lata l: lameller arası mesafe Östenit d g Ferrit d Fe Karbür Hacimsel miktar, boyut, yöre Perlit Beynit Martenzit d CO d BL d LA d PA d LA d PA d BL l FeC 3 Üst Beynit Alt Beynit Fe-C alaşımlarında faz ve mikroyapılara ait parametreler 19

Primer döküm yapısı 20

Perlit 21

Kaba taneler Yakl. 60 µm İnce taneler Yakl. 20 µm Ferritik-perlitik mikroyapı 22

Martenzit 23

Çelik tipi Parametreler Fazlar Tek faz (Düşük karbonlu çelik) a - Tane boyutu - Tane şekli a = ferrit İki faz (Dual fazlı çelik) a a - Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim a = ferrit a = martenzit İki faz (Dupleks çeliği) a g - Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim a g = ferrit = östenit Çok fazlı (TRIP çeliği) a B g R a - Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim - Faz stabilitesi a = ferrit ab = beynit g = kalıntı östenit R Sac çeliklerinin mikroyapısal karakteristikleri Bleck, 2006 24

Tane boyutu ile ilgili parametreler 25

Çeliklerde düşük mikroyapısal temizlik örnekleri 26

Metalik olmayan kalıntıların belirlenmesi 27

Çeliklerin Sınıflandırılması Sürekli döküm yoluyla ya da blok döküm yoluyla dökülen çelik, bu işlemlerden sonra önce sıcak ve sonrada soğuk şekillendirilir. Bu işlemler sonucunda yarı mamul elde edilmiş olur. Bu yarı mamul halde çelik daha sonra nihai mamul oluşturmak amacıyla talaşlı işleme, plastik şekil verme veya birleştirme işlemlerine gider. İki tip yarı mamul bulunur: Yassı yarı mamuller levha ve saclar Uzun yarı mamuller çubuklar, çift T profilli taşıyıcılar ve benzeri profiller Kaynak: www.erdemir.com.tr Çeliklerin Sınıflandırılması Kaynak: www.erdemir.com.tr 28

TS EN 10020 Standardına göre çelikler TS EN 10020 ye göre çelik kütlece bütün diğer elementlerin her birinden daha fazla demir içeren, karbon oranı % 2 den daha düşük olan, başka elementler de içeren malzemelerdir. I. Alaşımsız çelikler I.A. Alaşımsız kaliteli çelikler I.B. Alaşımsız özel çelikler II. Paslanmaz çelikler III. Diğer alaşımlı çelikler III.A. Alaşımlı kalite çelikleri III.A. Alaşımlı kalite çelikleri TS EN 10020 Standardına göre çelikler 29

I. Alaşımsız çelikler: Tablodaki sınır değerlerinin hiç birinin aşılmadığı bileşimdeki çeliklerdir. I.A. Alaşımsız kaliteli çelikler: Alaşımsız kaliteli çelikler, (örneğin; tokluk, tane büyüklüğü kontrolü ve/veya şekillendirilebilirlik gibi) belirtilmiş özellik şartları olan çelik tipleridir. I.B. Alaşımsız özel çelikler: Alaşımsız özel çelikler, özellikle metalik olmayan kalıntılar bakımından kalite çeliklerden çok daha temizdir. Çoğu durumda, bu çeliklerin su verilip soğutulması (ıslah edilmesi) veya yüzey sertleştirme işleminden geçirilmesi düşünülür ve bu çeliklerin önemli bir özelliği bu tür işlemlere iyi cevap vermesidir. Kimyasal bileşimin hassas kontrolü ve imalatta ve proses kontrolde özel bir dikkat sarf edilmesi, özelliklerin tam olarak karşılanması sonucunu verir. Genellikle yakından kontrol edilen sınırlarla bağlantılı olan bu özellikler, bazen, soğuk şekillendirmeye uygunluk, kaynak etme veya tokluk hususlarında yakından kontrol edilen akma dayanımı veya sertleştirilebilirlik değerlerini içerir. Belirtilmiş Element Sınır Değer (Kütlece %) Belirtilmiş Element Sınır Değer (Kütlece %) Belirtilmiş Element Al Alüminyum 0,30 Mn Mangan 1,65 a) Ti Titan B Bor 0,0008 Mo Molibden 0,08 V Vanadyum Bi Bizmut 0,10 Nb Niyobyum 0,06 W Tungsten Co Kobalt 0,30 Ni Nikel 0,30 Zr Zirkonyum Cr Krom 0,30 Pb Kurşun 0,40 Diğerleri (Karbon, Cu Bakır 0,40 Se Selenyum 0,10 fosfor, kükürt, azot La Lantanitler (her 0,10 Si Silisyum 0,60 hariç) biri) Te Tellür 0,10 a) Manganın yalnızca maksimum olarak belirtildiği yerlerde sınır değer % 1,80 dir ve % 70 kuralı uygulanmaz. Sınır Değer (Kütlece %) 0,05 0,10 0,30 0,05 0,10 Alaşımsız çelikler 30

II. Paslanmaz çelikler: En az kütle-% 10,5 krom, en fazla % 1,2 karbon içeren çeliklerdir. Nikel içeriğine (Ni % 2,5 den az ve Ni % 2,5 den çok) veya ana özelliğine (korozyona dayanım, yüksek sıcaklığa dayanım ve sürünmeye dayanım) göre alt sınıflara ayrılır. III. Diğer alaşımlı çelikler: Tabloda verilen değerlerin en az bir alaşım elementi için aşıldığı ve paslanmaz çeliklere uymayan çelik kaliteleridir, bkz. önceki Tablo. III.A. Alaşımlı kalite çelikleri: Alaşımlı kalite çelikler, örneğin tokluk, tane büyüklüğü kontrolü ve/veya şekillendirilebilirlik konularında şartları bulunan çelik tipleridir. Alaşımlı kalite çeliklere genellikle ıslah veya yüzey sertleştirme işlemi yapılmaz. III.B. Alaşımlı özel çelikler: Bu sınıf, çoğunlukla yakından kontrol edilen sınırlar çerçevesinde belirtilmiş gelişkin özellikler sağlamak üzere kimyasal bileşimlerinin kesinliğiyle, imalat ve proses kontrol metotlarının özel koşullarıyla karakterize edilen paslanmaz çelikler dışındaki çelik tiplerini kapsar. Paslanmaz ve diğer alaşımlı çelikler 31

Genel kullanım amaçlı çelikler Çeliklerin büyük bir kısmı kullanılacakları yapıda gerekli akma sınırı değerlerine göre üretilirler. Bu değerler verildiğinde sıcaklık ve korozyon şartları normal koşullara göre tasarlanmıştır. Üretim esnasında aşağıda verilen özellikler oldukça önemlidir; Soğuk şekillendirebilirlik: Belirli bir soğuk şekillendirme özelliğine sahip çeliklerin kısa gösterilişlerinin sonunda C harfi bulunur. Bu çelikten yapılan ürünlerin eğme testinde çatlak oluşmaksızın belirli eğme değerlerini vermeleri beklenir. Bu değerler ürün kalınlığına bağlı değişir ve akma değerine bağlı olarak artar (C ile akma değeri artışı hariç). Kaynak edilebilirlik: Bu özellik her şeyden önce C miktarına bağlıdır. Bunun dışında soğuma ile kaynak sertliğine neden olan alaşım elementlerinin de bu özelliğe etkisi bulunur. Kaynak sertliği, kaynak dikişinin kenarlarında kısmen martenzit oluşması olarak tanımlanabilir. Bu nedenle gevrekleşen malzeme, soğuma sırasında büzülmenin engellenmesiyle yırtılabilir. Alaşım elementlerinin katkısını hesaplamak için deneysel olarak geliştirilmiş karbon eşdeğeri CE formülünden yararlanılır. CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 (kütle-%) Sınırlı kaynak edilebilir çelikler belirli koşullar altında kaynağa uygundur. Bu çeliklerin ön ısıtılması veya daha önceden ısıl işleme tabi tutulması gerekir. Kötü kaynak edilebilir çelikler ancak östenitik elektrotlar (Cr-Ni-Mn çeliğinden) yardımıyla kaynaklanabilirler. Düşük akma noktalı ve sertleşmeyen bu çeliklerle oluşturulan bu kaynak dikişi büzülme sırasında oluşan gerilmeleri taşıyabilir. Genel kullanım amaçlı çelikler 32

Alaşımsız yapı çelikleri (TS EN 10025-2) Yassı ve uzun çeliklerin imalatında kullanılan çelikler ortam sıcaklığındaki belirtilmiş asgari akma dayanımı esas alınarak sınıflandırılır. Çelik adı ve çelik numarası aşağıdakilerden oluşur (Tablo 1). Sembol S (yapı çelikleri için) veya sembol E (elektrik çelikleri için), 16 mm ye eşit veya küçük kalınlıklar için MPa cinsinden ifade edilen belirtilmiş asgarî akma dayanımı, Mümkünse, belirtilmiş darbe enerji değerine göre kalite kısa gösterilişi Mümkünse, özel uygulamalara elverişlilik için ilâve sembol C Mamuller +N veya + AR durumunda sipariş ve teslim edildiğinde +N veya +AR göstergesi. +N veya +AR göstergesi ayrıca çelik numarasına da ilâve edilmelidir. Örnek: S355J0C+N (veya +AR) veya 1.0554+N (veya +AR) 0 C deki asgari vurma enerji değeri (J0) 27 J, soğuk flanşlamaya uygun (C), normalleştirme haddelemesinden geçirilmiş (veya haddelendiği şekilde teslim edilen), ortam sıcaklığındaki belirtilmiş asgari akma dayanımı 355 MPa2 olan yapı çeliği (S). Alaşımsız yapı çelikleri (TS EN 10025-2) 33

Kısa gösteriliş R eh yada R p0,2 Anma kalınlığı (mm) Rm MPa A 80 A% Anma kalınlığı (mm) Çelik Çelik adı 16 100 200 100 1... 3 3... 40 numarası Darbe dayanımı KV verilen cins ve kalitede çelikler S235JR 1.0038 S235J0 1.0114 360 l: 17...21 l: 26 235 215 175...510 t: 15...19 t: 24 S235J2 1.0117 Açıklama Çelik yapıların, flanş ve armatürlerin perçinli ve kaynaklı yapılandırılması Kaynağa uygun S275JR 1.0044 S275J0 1.0143 S275J2 1.0145 275 235 215 410...560 l: 14...18 t: 12...20 l: 22 t: 20 Daha yüksek yüklemeler, araç konstrüksiyonları, vinçler ve makinalar Kaynak edilebilirlik S355JR 1.0045 S355J0 1.0153 S355J2 1.0577 S355K2 1.0596 355 315 285 S450J0 1.0590 450 380 - Darbe dayanımı KV verilmeyen cins ve kalitede çelikler S185 1.0035 185 175 155 E295 1.0050 295 255 235 E335 1.0060 335 295 265 E360 1.0070 360 325 295 490...630 550...720 290...510 470...610 570...710 670...830 l: 14...18 t: 12...16 t: 10...14 l: 12...16 l: 8...12 l...3...7 l: 22 t: 20 l: 18 t: 16 l: 20 t: 18 l: 16 t: 14 l: 11 t: 10 S275 gibi Kaynağa uygun Sadece uzun mamuller için Akslar, miller, dişliler, biyel kolları Tüm türler Preslemeye uygun Sıcak haddelenmiş alaşımsız yapı çelikleri 34

Yüksek mukavemetli yapı çelikleri Malzeme ve üretim maliyetlerinin düşürülebilmesi için çelik endüstrisi özellikle otomotiv sektöründe kullanılmak üzere hafif metallere ve kompozit malzemelere göre daha ucuz olan yüksek mukavemetli yapı çeliklerini geliştirmiştir. Bu nedenle ikincil metalurjide daha düşük karbon miktarına sahip ve P ve S açısından daha temiz çelikler üretilmesi gerekir. Bu sayede köprü inşa edilirken veya vinç gibi ağır makineler yapılırken bu çelikler kullanılabilir ve kullanımları sırasında aşağıdaki prensiplerden yararlanılır: Küçük kesitli (düşük miktarda) pahalı çelik kullanımı ile ton başına maliyeti düşürülür, Kaynak sırasında karbon miktarları düşük olduğu için ön ısıtmaya ihtiyaç duyulmaz, Dikiş bölgeleri daha küçüktür ve kaynak süreleri daha kısadır. Böylece geleneksel çeliklerin yüksek mukavemetli yapı çelikleri ile değiştirilmesiyle daha küçük kesitlerin kullanılması mümkün olmaktadır. Bu sayede yapıda sehim azalır (aynı elastik modül). Mukavemeti arttırmak için kaynaklanabilirliği, soğuk şekillendirebilirliği ve düşük sıcaklık tokluğunu düşürmeden, birkaç sertleştirme mekanizmasının birden kullanılması gereklidir Burada bazı alaşım elementlerine (mikroalaşım elementleri) yapılan termomekanik işleme (M) bağlı olarak oldukça düşük miktarda ihtiyaç duyulur. Bu işlem sonucunda başka bir şekilde üretilmesi mümkün olmayan çok ince taneli bir yapı oluşur. İnce taneli yapı ve düşük P ve S miktarları beraberce düşük bir darbe geçiş sıcaklığı değerine ulaşılmasını sağlar. Bu çelikler diğer geleneksel çeliklere göre daha düşük CE değerine sahiptirler Yüksek mukavemetli yapı çelikleri 35

DIN EN 10025 DIN EN 10028 T3 T5 T3 T5 Darbe değeri, A V 3) Çelik tipi Rm 1) MPa Çelik tipi Rm 1) MPa Çelik tipi Rm 1) MPa A 2) % Haddeleme doğrultusunda Tip C 0-20 -40 S275N NL S275M ML 370...510 P275N NL1 NL2 390...510 --- --- 24 N/M NL/ML 47 55 40 47 -- 31 S355N NL S355M ML 470...630 P355N NL1 NL2 490...630 P355M ML1 ML2 450...610 22 P-çelikleri için yüksek A V değerleri geçerlidir. Tip C 0-20 -40 S420N NL S420M ML 520...680 --- --- P420M ML1 ML2 500...660 19 N NL1 NL2 40 50 60 30 35 40 -- 27 30 S460N NL S460M ML 550...720 P460N NL1 NL2 570...720 P460M ML1 ML2 530...720 17 M ML1 ML2 40 60 80 27 40 60 -- 27 40 Kaynak edilebilir ince taneli yapı çelikleri (su verme ve temperleme yapılmamış) 36

Mikroalaşımlı ince taneli çeliklerde akma sınırının artırılması 37

Kaynak edilebilir ince taneli yapı çelikleri (su verme ve temperleme yapılmamış) Çelik Eski standarda göre adı % C CEV S355J2G3 St 52-3 0,2 0,45 S355N StE 355 N 0,2 0,43 S355M StE 355 TM 0,4 0,39 Düşük sıcaklıkta tokluk özelliğine sahip olan çelik tiplerinin sonuna L, L1 ve L2 ekleri gelir. Kimyasal bileşimleri oldukça benzer olmasına rağmen P ve S miktarı düşük olanlar düşük sıcaklıkta daha yüksek tokluğa sahiptirler. DIN EN 10025-5 Sıcak haddelenmiş yapı çelikleri DIN EN 10028-3 Çelik yassı mamuller - basınç amaçlı; T3: Normalleştirme haddesi (N) Normalize edilmiş, kaynak edilebilir ince taneli çelikler T4: Termomekanik işlem (M) T3: Normalleştirme haddesi (N) T4: Termomekanik işlem (M) TS EN 10222-4 Dövme çelikler - basınç amaçlı; yüksek akma dayanımlı kaynak edilebilir ince taneli çelikler Yüksek mukavemetli yapı çelikleri 38

Su verilmiş ve temperlenmiş, kaynak edilebilir ince taneli yapı çelikleri (DIN EN 10025-6/5 ve DIN EN 10028-6) Düşük alaşımlı (% 2) çeliklerin su verilmesi ve ardından ısıl işleme tabi tutulmasıyla 500-960 MPa değer aralığında yüksek mukavemetlere ulaşılabilir. Örneğin 650 C de temperlenmiş bir martenzit % 0,2 lik düşük karbon oranı nedenli olarak bir takım çeliğindeki bulunan martenzitten büyük farklılıklar gösterir. Düşük sıcaklık tokluğu P ve S miktarlarına bağlı olarak Q < QL < QL1 ekleri şeklinde sıralanır. S460Q S500Q S550Q S620Q S690Q S890Q S960Q Rm, MPa 550-720 590-770 640-820 700-890 770-940 940-1100 980-1150 A, % 17 17 16 15 14 11 10 Darbe değeri tüm Q tipi olanlar için 0 C de = 40 J Rm ve A değerleri yukarıdaki gibidir. Darbe değeri A V (Haddeleme yönünde), J Tip P % S % 20 C 40 C 60 C S... QL 0,025 0,015 30 30 -- S... QL1 0,020 0,010 50 40 30 Yüksek mukavemetli yapı çelikleri 39

Bunun dışında çelikler özelliklerine, kullanım alanlarına veya üretim yöntemlerine göre sınıflara ayrılabilir. Özelliklerine göre (örn; korozyona dayanıklı, yüksek sıcaklığa dayanıklı gibi) Üretim yöntemlerine göre (örn; sementasyon çelikleri, otomat çelikleri gibi) Kullanım alanlarına göre (örn; yay çelikleri, takım çelikleri gibi) Çelikler özelliklerine, kullanım alanlarına veya üretim yöntemlerine 40

2.01.6.3 Özelliklerine göre çelikler Atmosferik korozyona dayanımı iyileştirilmiş yapı çelikleri DIN EN 10025-5 Düşük sıcaklıkta tok çelikler Östenitik çelikler Ferritik çelikler Yüksek sıcaklıklarda dayanımlı çelikler Özelliklerine göre çelikler 41

Çelik tipi Durumu Çelik numarası Darbe değeri A V min, J Darbe deneyi sıcaklığı, C Min. R m / min. R eh 11MnNi5-3 +N 1.6212 40-60 420/275 13MnNi6-3 +N 1.6217 40-60 490/345 16NiMn6 +N 1.6228 40-80 490/345 12Ni14 +N 1.5637 40-100 490/345 X12Ni5 +N 1.5680 40-120 530/380 X8Ni9 +N 1.5662 50-196 640/480 +QT --- 70-196 680/575 X7Ni9 +QT 1.5663 100-196 680/575 Propan -42 Metan -164 N2-196 CO2-79 O2-183 H2-253 Etan -89 Argon -186 He -269 Düşük sıcaklıkta tok çelikler 42

Karakteristikler Nedenler ve özellikler Çelik grubu Ymk katı ergiyiğinin oluşturduğu homojen mikroyapı Ymk katı ergiyiği maksimum kayma düzlemine sahip olması nedeniyle soğuk şekillendirilebilirlik, yüksek uzama ve kesit daralması değerleri ve -200 C de tokluk gibi özellikler gösterir. Diğer alaşım elementleri ile de birlikte korozyon dayanımı artırılabilir. Soğuk çelikler çekilebilir Korozyona dayanıklı çelikler Düşük akma sınırına göre yüksek çekme dayanımı, dolayısıyla - diyagramında büyük bir uzama alanı. Ymk katı ergiyiğinde kayma gerilmelerinin düşük olması nedeniyle yüksek gerilmeli parçalar için yüksek azotlu ve sertleştirilebilir çelik tipleri geliştirilmiştir. Azot basınç altında yeniden ergitme ile alaşımlanabilir ve mikroyapıda ikizlenme plakaları üzerinde sertleştirme etki yapar. Eğer azot çözünürlüğü aşılırsa çökelti oluşumu da söz konusudur. Kaynak elektrodları Sertleştirilebilir östenitik çelikler Mikroyapısal dönüşüm olmaması Bu nedenle sertleştirme, su verme, normalize etme gibi işlemler uygulanamaz. Rekristalizasyon tavlaması mümkündür. Dönüşüm gösteren çelikler gibi hacim değişimi göstermezler. Bu sayede yüzey koruyucu katmanlar yüzeyden ayrılmazlar. Sürünme dayanımlı çelikler, ısıya dayanımlı çelikler Manyetikleşmeme Ymk katı ergiyiklerin özelliğidir. Metastabil östenitik çeliklere göre daha yüksek alaşım elementi miktarı içerirler. Manyetik çelikler olmayan Östenitik çelikler 43

Kriter Östenitik çelikler Ferritik çelikler Stabilize etmek amaçlı Ni, Mn (Cr) ile Mo, V, Ti, Nb, Ta katkısı Cr ile Al, Si, Mo, V, Ti katkısı yüksek alaşımlama Mikroyapı Belirli sıcaklıklardan su verme ile oluşan homojen mikroyapı 1000 C den yüzey merkezli kübik 800 C den hacim merkezli kübik (Diğer alaşım elementlerin ilavesi ile yavaş soğuma sonrasında da) Tokluk Yüksek, ani düşüş gözlenmez, soğukta tok Düşük, ani tokluk düşüşü gözlenir, soğukta gevrek Soğuk şekillendirilebilirlik Yüksek, yoğun pekleşme gösterir, Ni miktarı arttıkça artar. Düşük, az miktarda pekleşme gösterir, yarı-sıcak şekillendirmeye uygun. Kaynak edilebilirlik Çok iyi Düşük Sadece çok düşük karbon miktarında yada kararlı karbür oluşturucular (Ti, Nb) ile alaşımlandığında. Aksi halde krom fakirleşmesi ile interkristallin korozyon meydana gelir. Korozyon dayanıklılığı Alaşım elementi katkısı ile oluşturulan farklı amaçlı bir çok çelik tipi Suya ve buhara karşı dayanıklı, gerilmeli korozyona karşı dayanımı yok Sürünmeye dayanımlı Isıya dayanımlı 650 C. (750 C, eğer sertleştirildiyse) Yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler 800 C..1150 C, Si alaşımlı, kükürtlü gazlara ve sementasyona karşı dayanımı düşük 300 C.750 C (ısıl işlem ile), sıcağa dayanıklı ferritik çelik döküm 750 C..1150 C, Si ve Al alaşımlama ile oksitleyici ve kükürtlü gazlara karşı dayanım Östenitik ve ferritik çeliklerin karşılaştırması 44

Kısa süreli deney 1) Uzun süreli deney, 100 000 saatten fazla Çelik tipi R p0,2, MPa T, C de R p1 ve R m, MPa T, C de 50 300 400 500 500 550 600 650 Mikroyapı R p1 R m R p1 R m R p1 R m R p1 R m P265GH 247 166 145 -- FP 2) P460NH 416 281 244 -- FP 2) 13CrMo4-5 285 209 180 159 98 137 36 49 Isıl işlem 10CrMo9-10 279 228 205 179 103 135 49 68 22 34 Isıl işlem X20CrMoV12-1 490 390 360 290 190 235 98 128 43 59 17 23 Isıl işlem X8CrNiNb16-13 205 137 128 118 157 154 108 49 64 Östenitik GX22CrMo12-1 540 430 390 340 172 207 91 118 34 49 -- -- Üstbeynit Yüksek sıcaklıklarda dayanımlı çelikler 45

2.01.6.4 Üretim yöntemlerine göre çelikler Otomat çelikleri Soğuk şekillendirilebilir çelikler Üretim yöntemlerine göre diğer çelik türleri - sementasyon çelikleri (TS EN 10084) - nitrürlenebilen çelikler (TS EN 10085) - su verilmiş ve temperlenmiş çelikler (TS EN 10083) - büyük dövme parçaları için çelikler (SEW 555) Üretim yöntemlerine göre çelikler 46

DIN EN 10130 (1623-1Z) e göre kısa adı Malzeme No. R p0,2 Mukavemet 1) A 80mm %C Kullanım n90 r90 R m DC01 St12 1.0330 280 270...410 28 0,12 Bükme, kıvırma -- -- DC03 RRSt13 1.0347 240 270...370 34 0,10 Kolay derin çekme 1,3 -- DC04 St14 1.0338 210 270...350 38 0,08 En zor şekillendirme 1,6 0,18 DC05 St15 1.0312 180 270...330 40 0,06 şartları için 1,9 0,20 DC06 IF18 2) 1.0873 180 270...350 38 0,02 Zor derin çekme 1,8 0,22 Çelik tipi Y-çelikleri, arayer atomsuz LA-çelikleri, mikroalaşımlı B-çelikleri, Bake hardening etkisi DP 1) -çelikleri, dual fazlı çelikler CP 1) -çelikleri, kompleks fazlı çelikler TRIP 1) -çelikleri, kalıntı östenitli çelikler (TRansformation Induced Plasticity) TWIP-çelikleri (TWinning Induced Plasticity) Açıklama Ara yerlerde karbon atomu içermeyen (max. % 0,01 C) çelikler Böylelikle soğuk şekillendirilebilirlik yüksek C düşük, Nb/Ti alaşımlı, çökelti sertleşmesi Lak tabakasının (boyama işleminde) yakılması sırasında çökelme. Bunlar teslim edildiklerinde düşük mukavemetlidirler ve sadece çözeltiye alma ısıl işlemi görmüşlerdir. Yakma işlemi sonrasında mukavemette yaklaşık 35 MPa artış görülür. Düşük karbonlu ferritten oluşmuş bir matrikste yaklaşık % 20 martenzit adacıklarının meydana getirdiği mikroyapıya sahiptirler. Bu mikroyapı için g-a faz dönüşüm alanından hızlı soğutulurlar. Ferrit, martenzit ve beynitten meydana gelmiş çok fazlı bir mikroyapı. 680 720 MPa akma sınırı gösterirler. Ferritik-beynitik mikroyapıda metastabil östenit içerirler. Son haddelemede 800 900 C den su verilerek 300 C sarılarak üretilirler. Soğuk şekillendirme sırasında metastabil östenitin martenzite dönüşmesiyle mukavemet artışı sağlanır. Yüksek alaşımlı östenitik Mn-çeliği, pekleşme sağlanması ikizlenme oluşumuna dayanır. Çekme mukavemeti 600.1000 MPa, uzama % 90 40 Soğuk şekillendirilebilir çelikler 47

2.01.6.5 Kullanım alanlarına göre çelikler Rulman çelikleri Yay çelikleri Takım çelikleri Kullanım alanlarına göre çelikler 48

Çelik tipi Kullanım alanları Takım malzemesi ve iş parçası örnekleri Soğuk iş takım çelikleri Yarı mamullerin şekillendirilmesi ve ayrılması Toz malzemelerin soğuk presi Derin çekme, ekstrüzyon, soğuk baskı, kesme ve delme, sinter parçaların preslenmesi ve el aletleri Sıcak iş takım çelikleri Sıvı halden şekillendirme, ısıtılmış metallerin ve camların şekillendirilmesi Basınçlı döküm kalıpları, ekstruder, cam şekillendirme, dövme kalıpları Polimer şekillendirme takım çelikleri Hız çelikleri Dolgu malzemesi içeren duro- yada termoplastik malzemelerin tozlarının şekillendirilmesi Geometrisi belli kesici uçlar ile kesme işlemi Pres yada enjeksiyon kalıpları, polimer makinelerinin parçaları Matkap, freze, diş açıcı uçlar, metal testereleme, broşlama Takım çelikleri 49