Alaşım Elementlerinin Çeliklere Etkisi-Alaşım Elementlerinin Çeliklere Etkisi Neler

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÇELİKLERE ETKİLERİ

Maksimum %2,06 karbon içeren demir karbon alaşımları çelik olarak adlandırılır Çelikler halen günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grubunu oluşturmaktadır Çelikler yalın karbonlu olabileceği gibi, çeşitli özelliklerin geliştirilebilmesi için bazı alaşım elementleri içerebilirler Çelik bünyesinde bulunan elementler; istenerek katılan alaşım elementleri ve bunların yanında uzaklaştırılmak istenen, özelliklere kötü yönde etkili elementlerdir Çeliklerin alaşım elementleri ve etkileri şunlardır:

Karbon (C):

Çeliklerin temel alaşım elementi olan karbon, çeliklerin üretim işlemleri sırasında yapıdaki yerini alır Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyen faktördür Karbon, çeliğin akma ve çekme mukavemetini artırır, yüzde uzamayı, şekillenebilirliği ve kaynak kabiliyetini azaltır İşlenebilirliğin ön planda olduğu çeliklerde karbon miktarı düşük tutulmalı, dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır

Düşük karbonlu yumuşak çeliklerin şekillendirilmesi sırasında meydana gelebilecek en önemli problem mavi gevrekliktir Bu olay karbon (ve/veya azot) atomlarının küçük çaplı olması nedeniyle kolay yayınmalarından kaynaklanır ve işleme sırasında kırılganlık yaratır

Mavi Gevreklik: Yumuşak çelikler 270-350 0C arasında şekillendirilirlerse küçük çaplı atomlar hızlı bir şekilde yayınır Yayınan atomlar dislokasyonları kilitleyerek malzemenin akma sınırı noktasını yükseltir Dolayısıyla malzeme daha gevrek davranır Sözü edilen sıcaklıklar arasında çeliğin aldığı renk mavi olduğu için bu olaya mavi gevreklik denir

Mangan (Mn):

Mangan da karbon gibi üretim işlemlerinde çelik yapısında yer alan bir elementtir ve çeliğin dayanımını arttıran etki gösterir Bunun yanında sertleşebilme ve kaynak kabiliyetini de artırır, östenit kararlaştırıcı bir elementtir Manganın en önemli özelliği kükürtle MnS bileşiği yapması ve demir kükürt FeS bileşiği oluşumunu engellemesidir FeS sıcak kırılganlığa neden olur

Silisyum (Si):

Silisyum oksijen giderici olarak kullanıldığı için çelik içinde yer alır Çeliğin akma, çekme dayanımını ve elastikiyetini artırır Çelik yapısındaki silisyum miktarı azaldıkça tufal yapma oranı artar

Silisyum ucuz bir alaşım elementidir, yaygın olarak yüksek elastikiyet gerektiren yay çeliklerinde kullanılır Ayrıca elektriksel akım zaiyatını önleyen bir elementtir

Silisyum miktarı fazla olan filmaşinler çok küçük çaplara indirilmeleri zordur Çünkü silisyum, malzeme tel haline getirilirken teli sertleştirir ve kopmalara neden olur Filmaşinlerde bu yüzden düşük silisyum tercih edeler

Fosfor (P):

Fosfor çeliğin akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve eğme özelliklerini çok fazla kötüleştirir, soğuk kırılganlık yaratır, talaşlı şekillendirme kabiliyetini arttırır Fosfor çelik içinde üretim işlemlerinden kalan bir elementtir ve istenmeyen özellikleri nedeniyle mümkün mertebe yapıdan uzaklaştırılır

Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum fosfor miktarı %0045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir

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 %0045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir

Krom (Cr):

Krom paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir Krom, korozyon ve oksidasyon direnci sağlar Sertleşebilme kabiliyetini artırır Yüksek karbonlu çeliklerde aşınma direncini yükseltir Krom karbon ile tane sınırlarında biriken Cr23C6 bileşiğini oluşturur Oluşan bu bileşik paslanmaz çeliklerde tane sınırlarındaki krom miktarını paslanmazlık sınırı olan %12 nin altına çeker Bu bileşik yüksek sıcaklıklarda karbon yayınımının hızlanması ile kolayca meydana gelir ve kaynaklı paslanmaz çeliklerde, kaynak dikişi yakınlarında kaynak bozulmalarına neden olur

Nikel (Ni):

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

Molibden (Mo):

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

Kobalt (Co):

Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaşım elementidir Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır

Tungsten (W):

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

Vanadyum (V):

Tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını oldukça artırır Ayrıca sertleşebilme kabiliyetini artırır, menevişleme ve ikinci sertleşmede olumlu etkileri vardır Alaşımlı takım çeliklerinde kullanım yeri olan bir alaşım elementidir

Vanadyum, tane küçültücü ve karbür yapıcı etkisi ile,mikro alaşımlı çeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanılan bir mikro alaşım elementidir Mikro alaşımlı çeliklerde alaşım elementleri toplamı %0,25 i geçmez Bu elementler tek, ikili ve üçlü kompozisyonlar halinde mikro yapı içerisinde oluşturdukları karbonitrür çökeltileri ile tane boyutunu inceltmelerinin yanı sıra çökelti sertleşmesi mekanizmasıyla dayanımı artırırlar

Titanyum (Ti):

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

Niyobyum (Nb):

Mikro alaşımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaşım elementidir Paslanmaz çeliklerde titanyumun yaptığı etkiye yapar ve titanyumla birlikte veya tek başına kullanılır

Alüminyum (Al):

Oksijen gidermek için kullanılır Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir Yüksek alüminyum miktarı sürekli dökümlerde nozul tıkanmalarına sebep olur

Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temel alaşım elementidir Bazı mikro alaşımlı çeliklerde de nitrür ve karbonitrür oluşturan mikro alaşım elementi olarak da kullanılır

Kalay (Sn):

Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır Kalay düşük ergime sıcaklığına sahip bileşikler yaparak haddeleme sırasında kopmalara neden olur

Bakır (Cu):

Akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve şekillenebilirliği azaltır Soğuk çekilebilirliği kötü yönde etkiler Bu yüzden filmşinlerde ki bakır oranın olabildiğince düşük olması istenir Korozyon dinencini yükselten etki gösterir

Kurşun (Pb):

Haddelenebilirliği azaltır Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler Sürekli dökümlerde sorunlara sebebiyet verir Kurşun çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetine artırır, bu yüzden otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır

Azot (N):

İstenmeyen bir elementtir Azot kırılganlığına neden olur, eğme özelliklerini çok kötüleştirir

Hidrojen (H):

Hidrojen gevrekliğine neden olur Azottan daha tehlikelidir Malzemenin elastikiyetini azaltır

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN

ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINA ETKİLERİ

Alüminyum alaşımları üretim metodları esas alınarak işlem ve döküm olmak üzere iki ana alt gruba ayrılabilir Bu da, imal usullerinin farklı ihtiyaçları olduğunu gösterir Plastik deformasyonla şekillendirilen işlem alaşımlar, döküm alaşımlardan oldukça farklı mikro yapı ve kompozisyona sahiptir Her ana grup içindeki alaşımlar, ısıl işlem yapılabilir ve yapılamaz alaşımlar olmak üzere, iki alt gruba ayrılabilir Isıl işlem yapılabilir alaşımlarda, yaşlandırma ile dayanım artışı sağlanabilirken, ısıl işlem yapılamayan alaşımlar ise katı eriyik, pekleşme, dağılım mukavemetlenmesi ile mukavemetlendirilir

İşlem Alüminyum Alaşımları:

1xxx Ticari saflıkta Al (>%99Al) –Yaşlandırılamaz

2xxx Al-Cu alaşımları –Yaşlandırılabilir

3xxx Al-Mn alaşımları –Yaşlandırılamaz

4xxx Al- Si alaşımları –Eğer magnezyum varsa yaşlandırılabilir

5xxx Al-Mg alaşımları –Yaşlandırılamaz

6xxx Al-Mg-Si alaşımları –Yaşlandırılabilir

7xxx Al-Mg-Zn alaşımları –Yaşlandırılabilir

Döküm Alüminyum Alaşımları:

1xxx Ticari saflıkta Al –Yaşlandırılamaz

2xxx Al-Cu alaşımları –Yaşlandırılabilir

3xxx Al-Si-Cu veya Al-Mg-Si alaşımları –Biraz yaşlandırılabilir

4xxx Al-Si alaşımları –Yaşlandırılamaz

5xxx Al-Mg alaşımları –Yaşlandırılamaz

7xxx Al-Mg-Zn alaşımları –Yaşlandırılabilir

8xxx Al-Sn alaşımları –Yaşlandırılabilir

Isıl İşlem Uygulanamayan İşlem Alüminyum Alaşımları:

1xxx Serisi Alaşımlar:

Bu alaşımlar minimum %99,0 alüminyum, empürite olarak da silisyum ve demir içerirler Dayanım artışı için %012 bakır ilavesi yapılabilir Bu alaşımlar yüksek oranda haddelenerek levha veya folyo haline getirilerek kullanılırlar 1100 alaşımının tavlanmış durumda çekme mukavemeti 90 MPa dır

3xxx Serisi Alaşımlar:

Bu serinin en önemli alaşımı 3003 tür Bu alaşım 1100 alaşımına %1,25 mangan ilavesi ile oluşturulur 3003 alaşımının tavlanmış durumda çekme dayanımı 110 MPa dır Bu da demek oluyor ki mangan ilavesi dayanım artışı sağlar Bu serinin alaşımları iyi işlenebilirliğin gerektiği yerlerde kullanılabilen genel amaçlı alaşımlardır

5xxx Serisi Alaşımlar:

Bu serinin ana alaşım elementi olan magnezyum katı eriyik mukavemetlenmesi sağlar ve miktarı %5 e kadar çıkabilir Bu serinin endüstride kullanılan en önemli alaşımı 5052 dir Bu alaşım %25 Mg, %0,2 Cr içerir ve tavlanmış durumdaki çekme dayanımı 193 MPa dır

Isıl İşlem Uygulanabilen İşlem Alüminyum Alaşımları:

2xxx Serisi Alaşımlar:

Bu seri alaşımlarının bir çoğuna bakırın yanında magnezyum ve düşük miktarlarda diğer elementler eklenir 2xxx serisi alaşımları birim ağırlık dayanımının yüksek olması gereken uçak sanayi gibi alanlarda kullanılır Bu alaşımlar katı eriyik mukavetlenmesi ve çökelti sertleşmesiyle dayanım kazanırlar Endüstriyel uygulama alanı bulabilmiş en önemli alaşım 2024 alaşımıdır 2024-T6 alaşımı %4,5 bakır, %1,5 magnezyum ve %0,6 mangan bulundurur ve çekme dayanımı 442 MPa dır

6xxx Serisi Alaşımları:

Mg2Si intermetalik bileşikleri, çökelti sertleştirilmesi ile dayanım artışı sağlar En yaygın kullanılan alaşım 6061 alaşımıdır ve bu alaşım %1,0 magnezyum, %0,6 silisyum, %0,3 bakır içerir 6061-T6 alaşımının çekme mukavemeti 290 MPa dır Bu seri, otomotiv sektöründe genel amaçlı yapı elemanı olarak kullanılır

7xxx Serisi Alaşımlar:

Temel çökeltiler MgZn2 intermetalik bileşiğinden oluşur Çinkonun ve magnezyumun alüminyum içersinde yüksek çözünebilirliği yüksek yoğunluklu çökeltilerin oluşmasını, bu da dayanımın oldukça yükselmesini sağlar Bu serinin en önemli alaşımı 7075 tir ve bu alaşım %5,6 çinko, %2,5 magnezyum, &1,6 bakır ve %0,25 krom ihtiva eder 7075-T6 alaşımının çekme dayanımı 504 MPa dır Bu seri yüksek dayanımın gerekli olduğu yerlerde kendisine uygulama alanı bulur

Döküm Alüminyum Alaşımlarının Kompozisyonları:

Döküm alüminyum alaşımlarının akıcılık ve besleyicilik gibi dökülebilirlik özellikleri, dayanım, süneklik ve korozyon dirençleri gibi geliştirilmiş alaşımlarıdır Döküm alaşımlarının kimyasal kompozisyonu dövme alaşımlarının kimyasal kompozisyonundan farklıdır

Döküm alüminyum alaşımlarından pek çoğu ötektik reaksiyona neden olan düşük ergime noktaları, iyi akıcılık, ve dökülebilirlik sağlayan yeterince silisyum içerir (%5-12 Si) Akışkanlık, sıvı metalin bir kalıba doğru, erken katılaşma olmadan akam yeteneğidir Dökülebilirlik ise alaşımdan iyi bir dökümün yapılabilmesine işaret eder Alüminyum silisyum alaşımlarının özellikleri,  alüminyum matrisin katı eriyik mukavemetlenmesi, fazının dağılım mukavemetlenmesi, ilk tane boyutu, şekli ve aynı zamanda ötektik oluşumu tayin eden katılaşmayla kontrol edilir Kokil veya pres dökümde ki hızlı soğuma, tane boyutunu ve ötektik mikro oluşumu incelterek genellikle dayanımı yükseltir Belirli alaşımlarda mikro yapıyı ve bu nedenle de dağılım mukavemetlenmesi düzeyini iyileştirmek amacıyla bor ve titanyum ilaveleri ile tane inceltme, ötektik yapıyı değiştirmek için sodyum veya stronsiyum kullanarak modifikasyon veya birincil silisyumu incelterek mukavemetlenme sağlamak için fosfor ilavesi yapılır

Döküm alüminyum alaşımlarında % 0;3-1,0 magnezyum ilavesi çökelti sertleşmesine bağlı dayanım artışı sağlar

Bakır, bazı döküm alüminyum alaşımlarında % 1- 4 oranlarda bulunur Özellikle yüksek sıcaklıklarda dayanım artışı sağlar

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN

BAKIR ALAŞIMLARINA ETKİLERİ

Arı bakır yumuşaktır, kolay işlenebilir, ısı ve elektrik iletkenliği lehim ve kaynak kabiliyeti yüksektir Soğuk işlenebilir ve kaplanabilir Yumuşak olduğu için talaş kaldırırken sıvama yapar, döküm kabiliyeti iyi değildir Arı bakırın mukavemeti düşüktür

Arsenikli Bakır:

%0,5 arsenik 400 0C da çekme dayanımını yükseltmek için bakıra eklenir

Gümüşlü Bakır:

%0,03 gümüş ilavesi lehim işleminde yumuşamayı önler, yeniden kristalleşme sıcaklığını yükseltir

Kurşun, Tellüryum, Selenyum İçeren Bakır:

Bakırın talaşlı imalata uygun hale gelmesini sağlar Vida, mil ve vidalı makara parçalarının imalatında kullanılır

Berilyumlu Bakır:

Berilyum ilavesi bakırın ısıl işlem ile mukavemet kazanmasını sağlar

Bakır Çinko Alaşımları (Pirinçler)

Bileşiminde %37 den az çinko bulunan pirinçler yalnız  fazından oluşmuştur Bunlarapirinci denir pirincinin en özelliği soğuk şekillendirilebilme kabiliyetinin iyi olmasıdır  pirinci yapısında kurşun bulunmadığı sürece sıcak şekillendirilebilirler

%37-47 arasında çinko içeren pirinçler  fazından oluşur Bu pirinçlerin plastik şekil alabilme kabiliyetleri düşük, döküm ve talaşlı işlenebilme kabiliyetleri yüksektir %47 ten fazla çinko içeren pirinçler ise  fazından oluşur Bu pirinçlerin de döküm ve talaşlı işlenebilme kabiliyeti yüksektir

 fazı 456-468 0C arasında 1 fazına dönüşür ve 1 fazı  fazından daha sert ve gevrektir  pirinci oda sıcaklığında zorlukla ve ancak küçük oranlarda soğuk şekillendirilebilir Yüksek sıcaklıklarda ise (~500 0C ın üzerindeki sıcaklıklarda) kolayca şekil verilebilir  pirinçlerinde bakır oranı az olduğu için düşük korozyon mukavemetine sahiptirler Bu pirinçler kurşun ve kalay gibi elementlerin taneler arası saldırısına açıktır

Bakır çinko faz diyagramında artan çinko miktarı ile  fazından sonra ortaya çıkan fazların hiç biri plastik şekil vermeye uygun yapılar değillerdir

Kalay Bronzları (Geleneksel Bronzlar)

Kalay bronzlarının en önemli özelliği yüksek mukavemet ve korozyon direncine sahip olmalarıdır Yaklaşık %8 e kadar kalay içeren bronzlar  yapısındadırlar ve plastik şekil değiştirebilirler, soğuk işlenebilirler %8-20 arasında kalay içeren bronzlar döküm ile şekillendirilmeye uygun malzemelerdir Bronz içindeki kalay miktarı arttıkça dayanım da artar ve %20 kalay miktarına ulaşıldığında dayanım değeri maksimuma ulaşır Kalay miktarının %20 yi aşması durumda ise yapı içerisinde oluşan intermetalik fazlara bağlı olarak dayanım değerleri düşer

Alüminyum Bronzları

Bu bronzlar %3-13 arasında alüminyum içerirler Yaklaşık %9 alüminyuma kadar plastik şekillendirilmeye uygundurlar Alüminyum bronzları yüksek mukavemete, korozyon ve aşınma direncine sahiptir Korozyon direncinin yüksek olması yüzeylerinde meydana gelen Al2O3 tabakasına bağlıdır Alüminyum bronzları yüksek mukavemetli parçaların, dişlilerin, boruların yapımında ve deniz uygulamalarında kullanılabilir Çinko ve nikel içeren alüminyum bronzları hafızalı metal olarak bilinir

Berilyum Bronzları

%1-3 arasında berilyum içeren bronzlar bakır alaşımları içinde en yüksek mukavemete sahip ve en pahalı alaşımlarıdır Çökelme sertleşmesi ile dayanım kazanırlar Çekme dayanımı değeri 1380 MPa ve sertlik değeri 40 HRC ye kadar yükselebilir Kıvılcım çıkarmayan bir alaşımdır, maden ocaklarında ki kazıcılarda kullanılırlar

Silisyum Bronzları

Yüksek mukavemet ve ye korozyon direncine sahiptirler Her türlü kaynağa uygundurlar Isı değiştirici tüpler, basınçlı tüpler, boru, tank, perçin ve cıvata yapımında kullanılırlar

Bakır Nikel Alaşımları (Kupronikeller)

Kupronikeller %3-30 arası nikel içeren bakır alaşımlarıdır Her zaman  yapısındadırlar, plastik şekil verilmeleri kolaydır %66 bakır, %30 nikel, %2 mangan, % 2 demir içeren kupronikeller korozyon ve erozyona dayanıklıdır, deniz suyu çarpan yerlerde kullanılır %10-18 nikel, %10-30 çinko bulunduran kupronikeller ise kolay şekil alan gümüşe benzeyen bir yapı oluştururlar Bu malzemeye nikel gümüşü veya alman gümüşü denir