Elementlerin Çeliğe Etkisi

Karbon (C)

Elementlerin içinde çelik için en önemli maddedir.

Bu temel alaşım çeliklerin mekanik özelliklerini etkiler.

karbon, çeliğin sertliğini en fazla artıran elementtir. Karbon çeliğin sertliğini, akma ve çekme mukavemetini arttırır. Çeliğin darbe dayanımını, şekillenebilirliğini ve kesme özelliğini, kaynak kabiliyetini azaltır.

İşlenebilirliğin ön planda olduğu çeliklerde karbon miktarı düşük tutulmalı,

Dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır.

Mangan (Mn)

Alaşım elementleri içinde ikinci en önemli element olan Mn, çeliğin dayanımını artıran etki gösterir.

Bunun yanında sertleşme, dövme ve kaynak kabiliyetini de artırır.

Manganın iyi yöndeki etkisi, karbon özelliğinin artmasıyla olur.

Mangan ayrıca su verme derinliğini artırır, paslanmaya ve korozyona olan dayanımı geliştirir.

Silisyum (Si)

Çelik üretiminde oksijen giderici olarak kullanılan temel elementlerden biridir.

Çeliğin akma, çekme dayanımını ve elastikiyetini artırır.

Çeliğin bileşiminde bulunan silisin oranı çeliğin türünü belirler.

Düşük alaşımlı çelikler ve özellikle de yay çelikleri %2 ‘ye kadar silisyum içerirler.

Buna karşın silisyum içeren çelikler olarak anılan çelikler %5 ‘e dek silisyum içerirlere ve elektriksel uygulamalar için seçilen özel çeliklerdir.

Benzer biçimde çok yüksek oranlarda ( %14-15 ) içeren yüksek alaşımlı çelik çok yüksek yenim direnci gösterir; fakat kesinlikle dövülemez ve gevrek yapıdadır. Silisyum arttıkça çeliğin tane büyüklüğü artar.

Fosfor (P)

Düşük oranlarda bile fosfor, çeliğin dayancını ve sertliğini artırıcı, buna karşın haddeleme yönündeki süneklik ve çentik tokluğunu azaltıcı yönde etki yaratır.

Bu olumsuz etkiler özellikle yüksek karbonlu menevişlenmiş çeliklerde artar.

Kükürt (S)

Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzde uzamasına ve tokluğuna etkisi çok fazladır. Kükürt malzemenin tokluğunu ve sünekliğini önemli ölçüde azaltır. Ayrıca kaynaklanabilirliği kötü yönde etkiler. Kükürt demirle birleşerek FeS fazını oluşturur. Bu faz düşük ergime sıcaklığına sahip olduğu için haddeleme sıcaklığında ergiyerek sıcak kırılganlığa sebep olur. Bu olumsuz etki kükürdün manganla birleşmesi sağlanarak önlenir.

Kükürt çelik içinde çeliğin üretiminden kalan bir elementtir ve yukarıda belirtilen istenmeyen özellikleri nedeniyle yapıdan mümkün mertebe uzaklaştırılır. Sadece talaşlı şekillendirilmeye uygun otamat çeliklerinde kükürt miktarı yüksek tutulur.

Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum kükürt miktarı  %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.

Çeliklere katılan alaşım elementleri denilince, çok istenmeyen bir element olan kükürt, çeliği gevrekleştirerek işlenmesi haricinde çok bir faydası yoktur. Bu nedenle çelik bileşiminde olabildiğince düşük düzeylerde tutulmalıdır.

Otomat çeliklerinde kükürt miktarı ,talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek için yüksektir.Bunun dışında istenmeyen bir elementtir ve daima azaltılmaya çalışılır.Kükürt miktarı yükseldikçe,şekillendirmeye dik doğrultuda süneklik  ve darbe dayanımı düşer, boyuna doğrultuda etkilenme azdır.Mangan ile dengelenmediğinde sıcaklıkta kırılganlık yapar.Kaynak edilebilirliği ve sertleşebilirliği kötüleşir.

Kolay işlenen kükürtlü çeliklerin dışında kalan tüm çeliklerin bileşiminde istenmeyen bir elementtir. Bu nedenle çelik bileşiminde olabildiğince düşük düzeylerde tutulmalıdır.

Kükürt oranı arttıkça enine süneklik ve çentikli darbe tokluğu değerleri düşer.

Kükürt, mangan ile dengelenmediğinde sıcak kırılganlık yaratır.

Kükürt genellikle sülfür ve oksisülfür kalıntılar olarak çelik yapısında bulunur. Segregasyon yatkınlığı çok yüksektir.

Krom

Çeliğin bileşimine korozyon direncini, oksitlenme direncini, aşınma direncini ve sertleşebilirliği arttırmak amacıyla katılır.

Paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir.

Krom, bir karbür oluşturucu element olduğundan, hem takım çeliklerinde yüksek karbon ile birlikte aşınma direncini ve hem de yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan çeliklerde sürünme direncini yükseltmek için katıldığında bileşimine genellikle molibden de eklenir.

Krom, çeliği sertleştirici ve tokluğu düşürücü yönde etki yaratır.

Çeliklere en fazla ilave edilen alaşım elementidir. Çelikte, oksidasyona ve korozyona karşı dayanımı ,aşınma direncini ve serleşebilirliği arttırır. Çeliğe ilave edilen krom Cr7C3 ve Cr23C6 gibi sert karbürler oluşturarak sertliği direkt olarak artırır. Dönüşüm hızlarını da yavaşlatarak sertlik derinliğini de aynı oranda artırır. Krom, %25’e varan değerlerde ilave edilmesi halinde malzeme yüzeyinde bir oksit tabakası oluşturarak paslanmaya karşı direnç sağlar ve malzemeye parlak bir görüntü kazandırır. Çekme dayanımını ve sıcağa dayanımı da artırır özelliğe sahiptir. Bazı alaşımlarda meneviş kırılganlığına sebep olabilir veya sünekliği düşürebilir. Bu etkileri azaltmak amacıyla daha çok Ni ve Mo ile birlikte kullanılır.

Nikel

Nikel %5 e varan oranlarda, alaşımlı çeliklerde geniş bir biçimde kullanılır. Nikel malzemenin mukavemetini ve tokluğunu artırır. Özellikle paslanmaz çeliklerde daha geniş yer alır. Nikel aynı zamanda tane küçültme etkisine de sahiptir. Alaşım elemanı olarak nikelin tek başına kullanımı son yıllarda azalmış Ni-Cr alaşımı başta olmak üzere Ni – Mo yahut Ni – Cr – Mo alaşımları yaygınlaşmıştır. Sıcağa ve tufalleşmeye karşı iyileştirici özelliğe sahip olmasının yanısıra, krom ile birlikte kullanılarak sertleşmeyi, sünekliği ve yorulma direncini artırır.

NİKEL ( Nİ )

Ferritte katı çözelti sertleşmesi sağlayarak çeliğin dayancını arttırır. Bu artış silisyum ve manganın etkisine oranla daha azdır. Nikel, asıl çeliğin tokluğunu arttırmak için katılır. Östenit yapıcı etkisi vardır. Krom kadar olmasa da sertleşebilirliği de arttırır. Nikel içeren yapı çelikleri, özellikle bileşimlerinde krom varsa yüksek tokluk, yüksek sertleşebilirlik ve yüksek yorulma direnci istenen uygulamalar için seçilebilir. Düşük düzeylerdeki bakır ve fosfor ile birlikte deniz suyu aşınmasına karşı çeliklerin direncini arttırmak amacıyla nikel kullanılır. Bakı içeren çeliklere, bakırın yarattığı sıcak gevrekliği önlemek ya da azaltmak için nikel katılır.

Nikelin darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır. Nikel östenitik paslanmaz çeliklerin kromdan sonra ikinci en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmaz çeliklerde ki nikel miktarı %7-20 arasındadır. Nikel östenit kararlaştırıcı bir elementtir ve östenitik paslanmaz çeliklerin, adından da anlaşılacağı gibi oda sıcaklığında bile kafes yapısı KYM dir. KYM kafes yapısı östenitik paslanmaz çeliklere yüksek şekillendirilebilme özelliği kazandırır.

Ferritte katı çözelti sertleşmesi sağlayarak çeliğin dayanımını artırır.

Bu artış silisyum ve manganın etkisine oranla daha azdır.

Nikel çeliğin tokluğunu arttırmak amacıyla katılır.

Krom kadar olmasa da sertleşebilirliği de arttırır.

Nikel içeren yapı çelikleri, özelikle bileşimlerinde krom varsa yüksek tokluk, yüksek sertleşebilirlik ve yüksek yorulma direnci istenen uygulamalar için seçilebilir.

Düşük düzeylerdeki bakır ve fosfor ile birlikte, deniz suyu korozyonuna karşı çeliklerin direncini arttırmak amacıyla nikel kullanılır.

Molibden

Düşük alaşımlı çeliklerin bileşiminde % 0.15-% 0.30 oranlarında bulunur ve genellikle en yüksek etkinliği krom ve nikel ile birlikte bulunduğunda gösterir.

Molibden çeliklerin sertleşebilirliklerini ve dayanımını arttırır.

Bir karbür oluşturucu olduğundan aşınma direncini arttırmak amacıyla yüksek oranlarda (% 5-6) takım çeliklerinde kullanılır.

En önemli özelliği yüksek hız çeliklerinde ikincil sertleşme yaratarak sıcak sertliği sağlamasıdır. Bunu karbon ile birlikte yaptığı karbürlerin oluşumuna borçludur.

Sürünme dirençli çeliklere sürünme direncini artırıcı etkisi için katılır.

Tane büyümesini önler, sertleşebilme kabiliyetini artırır. Meneviş gevrekliğini giderir. Meneviş sıcaklığından yavaş soğumalarda bazı alaşımların tane sınırlarında  karbür çökelmesi meydana gelir, bu da kırılganlığa neden olur. Molibden bu olumsuz etkiyi ortadan kaldırır. Ayrıca molibden çeliklerin sürünme dayancına ve aşınma direncini yükseltir. Alaşımlı takım çeliklerinde önemli bir alaşım elementidir.

Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği için korozyon direncini önemli ölçüde artırır.

Bazı mikro alaşımlı çeliklerde nitrür veya karbonitrür oluşturan alaşım elementi olarak molibden kullanılır.

Düşük alaşımlı çeliklerin bileşiminde %0.15-0.30 oranlarında bulunur ve genellikle en yüksek etkinliği krom ve nikel ile birlikte bulunduğunda gösterir. Molibden, çeliklerin sertleşebilirliklerini ve dayanımlarını arttırır. Bir karbür oluşturucu olduğundan aşınma direncini arttırmak amacıyla yüksek oranlarda ( %5-6 ) takım çeliklerinde kullanılır. Sürünme dirençli çeliklere sürünme direncini arttırıcı etkisi vardır. Paslanmaz çeliklere katıldığında yüksek sıcaklıkta kullanım sağlar ve korozyon dayanımını biraz daha arttırır.

MOLİBDEN

Molibden düşük nikel ve düşük krom içeren çeliklerde temper gevrekliği eğilimini gidermek için kullanılır. % 0.3 civarında molibden ilavesi bunu sağlar. Molibden ilavesi yapılan nikel ve krom çeliklerinin temper sonrası darbe dayanımları da önemli ölçüde yükselir. Aynı zamanda akma ve çekme dayanımını artırır.

Volfram,

VOLFRAM ( W )

Çok güçlü bir karbür oluşturucudur yani karbon ile bağ yapar. Yaptığı bu bağ sayesinde çeliklerin dayanımlarında artış sağlar. Volfram aşınma direnci yüksek bir metal olduğu için, alaşım elementi olarak katıldığı çeliklerde de çeliklerin aşınma direncini arttıracaktır.

WOLFRAM

Wolfram; çeliğin dayanımını artıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarın sertliğinin muhafazasını, takım ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu sebeple özellikle yüksek hız çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak kullanılır. Yüksek çalışma sıcaklıklarında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.

TUNGSTEN/VOLFRAM

En önemli özelliği yüksek hız çeliklerinde ikincil sertleşme yaratarak sıcak sertliği sağlamasıdır. Bunu karbon ile birlikte yaptığı karbür oluşturarak yapar. υVolframın oluşturduğu karbürler çeliklerin aşınma direncini çok arttırır. υVolfram genelde takım çeliklerinde kullanılır.

Aşınma direncini artıran, sıcakta sertliğin muhafazasını sağlayan bir alaşım elementidir. Özellikle hız çeliklerinde olmak üzere alaşımlı takım çeliklerinde yaygın olarak kullanılan bir alaşım elementidir.

TİTANYUM

Kuvvetli karbür yapıcı özelliği vardır ve sertliği artırır. Çelik üretimi esnasında deoksidan olarak da kullanılır. Tane inceltici etkiye sahiptir.

Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır.

Ancak bu etkisi vanadyumun etkisinden daha yüksektir. Mikro alaşımlı

çeliklerde mikro alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca paslanmaz

çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini giderebilmek için karbür

oluşturucu alaşım elementi olarak kullanılır

VANADYUM

Azot ile birleşip nitrürleri oluşturduğundan çeliklerde ferritli ince yapıyı oluşturmak amacıyla tane küçültücü olarak kullanılır. Bu nedenle çentik tokluğu da yükselir. υ Vanadyum en güçlü karbür oluşturucu olduğundan takım çeliklerinde sıcak sertlik değerini arttırmak amacıyla kullanılır. υ Yüksek hız çeliklerinde volfram ile birlikte; yapı çelikleri ile ısı dirençli çeliklerde krom ile birlikte kullanılır.