ÇELİKLER.

1. ÇELİKLER. İsim: Mehmet Soy isim: DEMİREL No: G090504025 Koordinatör: Yrd. Doç. Dr Mesut DURAT

2. Giriş. • Çelik. • Çelik üretim yöntemleri. • Çeliklerin sınıflandırılması. • Çeliklere katılan katkı elemanlarının çeliklere kazandırdığı genel özellikler. • Çelikte katkı elemanları. • Çelik standartları.

3. Çeliklerin ısıl işlemleri. • Tavlama. • Sertleştirme. • Su verme. • Arabalarda kullanım alanları.

4. Çelik nedir? Çelik, içinde %2 den daha az karbon bulunan demir-karbon karışımı alaşımdır. Bilindiği gibi, demir önce yüksek fırında demir filizlerinden ham demir olarak elde edilir.

5. Daha sonra çeşitli yöntemlerle karbon oranı ayarlanarak çelik üretilir.Yüksek fırından alınan ham demirin içindeki karbonu, çeşitli yöntemlerle azaltılması ile elde edilen çelik, günümüzde en çok kullanılan metal çeşididir.

6. Üretim Yöntemlerine Göre Çelik Çeşitleri. Bir çelik hangi yöntemle üretilmişse bu ismi alır. Çelik üretim yöntemleri arasında ki fark çeliğin özelliklerini etkiler. • Siemens-Martin çeliği. • Bessemer-Thomas çeliği. • Oksijen üfleme yöntemi. • Elektro-Çelik yöntemi.

7. Bessemer-Thomas çeliği. Bu çelik, çapı yaklaşık 3 m yüksekliği 6 m olan ve içi yüksek ısıya dayanıklı, dolamit (MgO+CaO) tuğlası ile kaplı konvertörler de elde edilir.

8. Siemens-martin çeliği. Bu çelik üretiminde fırının kapasitesi yaklaşık olarak 30 ton dur. Fırına önce hurda demir-çelik malzeme sonra üzerine kireç taşı konularak 3 saat kadar ısıtma işlemi yapılır. Fırında baca gazının basınçlı hava ile yakılması sonucu 1800-2000ºC de ve yaklaşık 10 saatte kaliteli çelik üretimi sağlanır.

9. Elektro-Çelik yöntemi. Thomas çeliklerinin yüksek miktarda azot ve fosfor içermeleri gibi kötü özellikleri nedeniyle daha kaliteli çelik üretmek için bu yöntem geliştirilmiştir. Elektrik ark yada endüksiyon fırınlarında elde edilir. Fırınların frekansı 1000-1000000 arasında değişen akımın geçtiği sargılar arasında bulunan bir pota fırın görevini yapar.

10. demir elektrot

12. Kullanma Alanlarına Göre Çelik Çeşitleri Çeliklerin taşıdıkları özellikler oldukça fazladır. Bu nedenle her çelik kendi özelliğine uygun yerde kullanılır ve kullanıldığı yere göre isim alır. • yapı çeliği, • Yay çeliği, • Takım çeliği, • Ray çeliği v.b.

13. Kimyasal Bileşimlerine Göre Çelik Çeşitleri. Bu grup, çelikler içerisinde ki elemanlara göre sınıflandırılmaktadır. Çelik bileşenleri olan karbon, fosfor, kükürt ve silisyumun yanı sıra çeliğe özellik katmak amacıyla kullanılan katkı maddeleri de bu sınıflandırmada belirleyicidir.

14. Kimyasal bileşimlerine göre çelikler iki gruba ayrılır; a) Sade karbonlu çelikler. b) Alaşımlı çelikler.

15. a) Sade karbonlu çelikler. ( İçerisinde yalnızca karbon bulunan çeliklerdir.) Ötektoit altı çelikler (Karbon oranı %0,85’ten az olan çeliklerdir.) Yumuşak çelikler. Karbon oranı %0,1- 0,2 arası. Az karbonlu çelikler. Karbon oranı %0,2- 0,3 arası. Orta karbonlu çelikler. Karbon oranı %0,3- 0,85 arası. Ötektoit üstü çelikler (Karbon oranı %0,85’ten fazla olan çeliklerdir.)

16. b) Alaşımlı çelikler Alaşım yapmak için çelik içerisine metal yada ametal katılabilir. Bunların her biri katık elemanı olarak adlandırılır ve bazıları şunlardır; Mangan, silisyum, nikel, krom, bakır, alüminyum, volfram, molibden, vanadyum. Çelik içine katılan alaşım elemanları, kendi özelliklerini çeliğe verir.

17. Alaşımlı çelikler katık elemanlarının sayısına göre sınıflandırılır; Basit alaşımlı çelikler. (Karbondan başka yalnızca bir katık elemanı vardır.) Çift alaşımlı çelikler. (Karbondan başka iki katık elemanı vardır.) Çok alaşımlı çelikler. (Karbondan başka çok sayıda katık elemanı vardır.)

18. Çelikte Katkı Elemanları. Karbon Çelikteki en önemli katkı elemanıdır. Çeliğin özelliklerini başlı başına belirler. Çeliğin Oksidini alır, sertleştirir ve austenitin dönüşme sıcaklığını 910°C’den 723°C sıcaklığa düşürüp Elektrik direncini yükseltir.

19. Silisyum. Çeliğin oksidini alır, yabancı maddeleri curuf halinde yüzeyde toplar. Dayanımı ve akma Sınırını yükseltir. Çekirdeğe kadar sertleşmeyi sağlar. Silisyumlu çelikler yay, yapı ve ıslah Çelikleri olarak kullanılırlar. İçerisinde %14’e kadar silisyum bulunan çelikler kimyasal etkilere Dayanımlı olur.

20. Manganez. Her çelikte bulunur. Kuvvetli oksit giderici bir elemandır. Manganezli çelikler kesmeye ve aşınmaya karşı büyük direnç gösterirler. Kasa ve hapishane parmaklıkları yapımında kullanılırlar. %1 manganezli çelikler ısıl İşlemden sonra ölçü değiştirmedikleri için sıcak iş kalıpları yapımında tercih edilirler.

21. Fosfor. • Çeliklere zararlı etkisi olan bir katkı elemanıdır. • Elektrik direncini ve asitlere karşı dayanımını azaltır. Kükürt. • Çeliği gevrek ve kırılgan yapar. Çelikte genellikle %0,02-%0,035 arasında bulunur.Kükürdün zararlı etkisini önlemek için, iki katı kadar manganez çeliğe ilave edilir.

22. Oksijen. Oksijen çelikte istenmeyen bir elementtir. Çeliği sertleştirir ve kırılgan yapar. Oksijenin giderilmesi için üretim sırasında ortama manganez, alüminyum ve vanadyum gibi elementler katılır.

23. Azot. Genellikle çeliği gevrek ve kırılgan yapar. Gaz boşlukları meydana getirir. Bu nedenle zararlıdır. Ancak korozyon önleyici etkisi vardır. Bunun dışında çeliğin yüzeyine azot emdirilerek yapılan nitrürasyon işleminde, çeliği sertleştirmek amacıyla kullanılır.

24. Hidrojen. Hidrojenin çeliği gevrekleştirici etkisi vardır, ancak 200°C’lik sıcaklıklara kadar ısıtıldığında bu gevreklik kaybolur. Bakır. Bakır çeliğin dayanımını yükseltir. Asit ve korozyon direnci sağlar. Paslanmaz çeliklerin üretiminde katkı elemanı olarak kullanılır. Fosforla beraber bulunduğu zaman atmosfer etkilerine direnci daha da arttırır.

25. Krom. Çeliklerde en çok kullanılan katkı elemanlarındandır. Karbonla birleşerek çok sert olan krom karbürü meydana getirir. Kromlu çelikler mıknatıs yapımında kullanılır. %1’e kadar kromlu çelikler suda, daha fazla kromlu çelikler yağda veya havada sertleştirilirler. Krom dövme ve ısıl işlemlere karşı hassasiyeti artırır.

26. Nikel. Dayanımını yükseltici etkisi olmasa da çeliğin elastikliğini artırır. Bakırla birlikte katılırsa korozyon direncini yükseltir. Otomobil endüstrisinde Çok kullanılır. %22 nikelli çelikler tuzlu su ve korozyona dayanıklıdırlar. %24–32 nikelli Çelikler elektrik direnç telleri yapımında kullanılır. %36–46 nikelli çelikler 0–100°C arası sıcaklıklarda genleşmezler.

27. Wolfram. Wolfram, çelikte sertliği artırıp, yüksek kesme özelliği kazandıran bir elementtir. Dönüşme hızını düşürür. Bu nedenle havada sertleştirilir. Mıknatıs yapımında ve kesici takımların imalatında kullanılır. Sıcak iş kalıplarının imalatında da %4-9W bulunur.

28. Molibden. Molibden, çelikte yalnız başına bulunmayıp daima krom ve nikelle birlikte kullanılan bir Alaşım elemanıdır. Dayanım ve akma sınırını yükseltir. Gevrekliğini ortadan kaldırır. Darbeli ve Vuruntulu yerlerde kullanılmaya elverişlidir. Molibdenli çelikler uçak, dizel motorları v.b. Makine parçalarının yapımında kullanılırlar.

29. Vanadyum. Çeliklere az miktarda katılan, buna karşılık çok büyük özellik değişimi sağlayan bir katkı elemanıdır. Dönüşme sıcaklığını yükseltir. Sertlik ve dayanımı arttırır. Vanadyumlu çelikler darbeli ve vuruntulu çalışan makine elemanları için uygundur. Vanadyum hava çeliklerinin en önemli katkı elemanıdır.

30. Kobalt. Kobalt çeliğin manyetik özelliklerini iyileştirir. %5–40 kobaltlı çelikler mıknatıs yapımında kullanılır. Çeliği ısı işlemlerine elverişli hale getirir. Hava çeliklerine önemli oranda kobalt katılır.

31. Alüminyum. Oksitleri gidererek oksijeni zararsız Hale getirir. Çeliği iri taneli yapar. Yüksek sıcaklıklarda oksitlenmeyi engeller. %5 oranında alüminyum çeliklerde gaz giderici etkiye sahiptir.

32. Katkı elamanlarının çeliğe kazandırdığı genel özellikler. • Dayanımı ve sertliğini artırır. • Sertleştirmeyi kolaylaştırır. Çekirdeğine kadar sertleştirmeyi sağlar. • Korozyona karşı direncini yükseltir. • Mıknatıslanma özelliğini geliştirir. • Yüksek sıcaklıklara karşı dayanımını artırır.

33. Elektrik direncini yükseltir. • Isı etkisi altında genleşmeyi ayarlar. • Kristal yapısını inceltir.

35. Sertleştirme Ortamlarına Göre Çelik Çeşitleri Çeliklere özellik kazandıran en önemli ısıl işlem yöntemi, sertleştirmedir. Çelikler belirli sıcaklık değerlerine kadar ısıtıldıktan sonra kontrollü olarak soğutulmak suretiyle sertleştirilirler. • Su çelikleri, • Yağ çelikleri, • Hava çelikleri gibi.

36. a) Suda Sertleştirme Çeliğin suda sertleştirilmesi su verme adı ile tanımlanır. Sertleştirilecek çelik, su vermek için önce ön ısıtmaya alınır. Tavlama sıcaklığına kadar ısıtılan parça, tavlamanın tam olabilmesi için biraz bekletilmesi gerekir.

37. b)Yağda Sertleştirme. Suya göre soğutma biraz daha yavaş olacağından verimli ve dengeli sertleştirme olur. Yağda soğutma çok çeşitli çelik türlerine uygulanabilir. Örnek: Takım çelikleri. • kritik soğuma hızı düşük olan çelikler yağda sertleştirilmeyi gerekli kılar. • yağda sertleştirme bütün çeliklerde en yüksek korozyon direnci sağlar.

38. c)Havada Sertleştirme. Soğutma havada yavaş olduğundan kolay sertleşebilen katı çeliklere uygulanır. Örnek: hava çeliklerine. Havada sertleşecek olan çeliklerin tavlanması, tuz banyolarında ya da gaz atmosfer (koruyucu atmosfer)’li fırınlarda yapılır.

39. Çeliklere Uygulanan Isıl İşlemler. Katı durumdaki metal ve metal alaşımlarına, kimyasal bileşimlerine göre belirli özellikler kazandırmak amacıyla uygulanan bir dizi ısıtma ve soğutma işlemine Isıl İşlem denir. Böylelikle Çeliklerin üstünlük kazanması, kullanım alanının genişlemesi ve veriminin artması ısıl işlem yaparak sağlanır.

40. Isıl işlemlerin amaçları. 1.Soğuk ve sıcak şekillendirme gerginliklerini gidermek. 2.Talaş çıkaran işçilikleri kolaylaştırmak. 3.Sertlik ve dayanım kazandırmak. 4.Darbelere karşı direnci yükseltmek. 5.Elektrik ve manyetik özellikleri geliştirmek. 6.Kristal yapıyı değiştirmek. 7.Isı ve korozyon direncini yükseltmek.

41. Çeliklerin Tavlanması. • Çelik ve alaşımlarının, solidus (katılaşma) eğrisi altında ki belirli sıcaklığa kadar ısıtılmasına, bu sıcaklıkta bekletilmesine ve devamında soğutulmasına tavlama denir.

42. Normalleştirme Tavı. Çeliğin dokusunu, homojen (her tarafta aynı) duruma getirmek için yapılır. Çeliğin mekanik özellikleri (çekme dayanımı, basma dayanımı vb.) geliştirilmiş olur. Başlıca uygulama alanı; dövme, presleme ve yüksek sıcaklıklarda ki tavlama sonucu çeliğin yapısında oluşan kabalaşmaların, normalleştirme ile düzeltilerek doku tanelerinin küçültülmesidir.

43. b) Yumuşatma Tavı. Yumuşatma tavı, çeliğin perlit dönüşüm çizgisi altındaki sıcaklıkta ısıtılarak yavaş soğutulması şeklinde yapılır. Uygulanış nedenlerinde en önemlisi, çelik parçaların sertliklerini azaltmak ve iyi talaş vermesini sağlamaktır. Böylece talaşlı imalatta parçaların işlenmesi kolaylaşır.

44. c) Gerginlikleri Giderme Tavı. Sertleştirme işleminde çelik dokusunda dengesiz martenzit kristallerinin oluşumu iç gerginlikleri arttırır. İç gerginlikler, parçanın çalışırken, vuruntulara karşı dayanımını azaltarak çatlamalara neden olabilir.

46. Beni dinlediğiniz için teşekkürler.

47. Kaynaklar. • Tasarımcı mühendisler için malzeme bilgisi. Prof. Dr Ahmet Çetin CAN. Birsen yayınevi İstanbul 2006. • Malzeme bilgisi Prof. Dr. Hayri YALCIN Prof. Dr. Metin GÜRÜ. Palme Yayıncılık Ankara 2002. • Malzeme bilimi.net

48. SAÜTEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİOTOMOTİV ÖĞRETMENLİĞİ • FURKAN SUVANG0905.04006 • OTOMOTİV MALZEMELERİ • ÇELİK VE ÇELİK ALAŞIMLARI

49. İÇERİK • Çeliğin Nedir? • Çelikler Sınıflandırılması • Çeliğin Temel Özellikleri • Çelik Alaşımları • Alaşımlı Çeliklerin Sınıflandırılması

50. Çelik Nedir ? • ÇELİK, bir Fe - C alaşımıdır. • C ’dan başka farklı oranlarda alaşım elementleri ve empürite elementler de bulunur. • Çeliğe farklı özellikler kazandıran içerdiği elementlerin kimyasal bileşimi ve çeliğin iç yapısıdır. • Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri katılabileceği gibi, çeşitli işlemler (ıslah, normalizasyon vs.)sonucu farklı özelliklerde çelikler elde edilebilir. (ancak iç yapı kontrol edilmeli) Empürite : Saf olmayan