Konu: Çelik Elde Edilmesi, Isıl İşlem ve Uygulamaları - PDF
Download "Konu: Çelik Elde Edilmesi, Isıl İşlem ve Uygulamaları"
1 Konu: Çelik Elde Edilmesi, Isıl İşlem ve Uygulamaları
2 Çeliğin Elde Edilmesi Çelik,(Fe) elementiyle ve genelde % 0,2 %2,1 oranlarında değişebilen karbon miktarının bileşiminden oluşan bir tür alaşımdır. Çelik alaşımındaki karbon miktarları çeliğin kendi içinde bölünmesinde etkindir. Demir cevheri ve hurda metaller çeliğin ana maddesidir. Hurda metaller vinçlere bağlı sepetlerle 1650 C 0 de, neredeyse her şeyin sıvılaşabileceği adenelerle elektrot ve doğalgaz yardımıyla ısıtılır.
3 Çeliğin Elde Edilmesi Sepetin içindekiler, adenelerin içine atılır. Metal parçaları eriyik halindeki çelikle buluşup, ortaya çıkan duman güçlü aspirasyon sistemiyle dışarı atılır. Bu yoğun sıcaklıkta metaller 60 dakikada erir. Bu eriyikten örnek alınarak yapısı incelenir. Sonra eriyik içine oksijen üflenerek içindeki karbon miktarı azaltılır. Sonuçta çelik homojen hale gelerek süreci süreci hızlandırır.
4 Çeliğin Elde Edilmesi Adenenin altına bir kepçe konur ve eriyen çelik bu kepçenin içine kolayca dökülür. Eriyiği taşıyan kepçe 60 ton ağırlığında ve yaklaşık 150 ton eriyik çeliği taşıyabilir vinç vasıtasıyla yukarıya kaldırılır. Uygun çelik rengini elde edebilmek için bu evrede bazı maddeler ilave edilir. Distribütörün kapağı açılarak erimiş çelik kalıplara dökülür. Hemen soğuyan çelik sertleşmeye başlar.
5 Çeliğin Elde Edilmesi Uzunluğu 4,5-16 metre arasında çelik çubuklar yapılır. Daha sonra bu çubuklar doğalgaz kaynağı ile istenilen uygunluklarda kesilir. Bu çubukların düzleştirilmesi gerekir. Adenede 1594 C 0 de2 saat ısıtılır. Su jetleri çubukların çıktığı yeri soğutur. Çubuklar suyla soğutulan merdanelerin, düzleştirici preslerin altında 15 cm den 15 mm ye kadar incelir. Bu işlemlerden sonra çubukların soğutulmaları gerekir
6 Çelik Nasıl Sertleştirilir? Isıl işlem, bir metalin fiziksel özelliğini değiştirmek amacıyla katı durumda kontrollü ısıtma, bekleme ve tekrar soğutma işlemidir. Isıl işlemde çelik sertleştirilebilir, sert bir çelik ise yumuşatılabilir. Tüm çeliği sertleştirme mümkün olduğu gibi yüzeyde sert bir tabaka oluşturmak için de kullanılabilir. Isıl işlemde çeliğin kimyasal bileşimi bilinmelidir. Bu çeliğin hangi sıcaklıkta ısıtılacağı ve nasıl soğutulacağını bilmek adına gereklidir.
7 Çelik Nasıl Sertleştirilir? Isıl İşlem: Çelik, uygun bir dereceye kadar ısıtılıp ateşten uzaklaştırıldıktan sonra soğutma sıvılarında hızlı bir şekilde soğutulur. Bu işlemle çelik sertleşmiş olur fakat bunun yanında kırılganlığı da artar. Kırılganlığı daha az bir malzeme elde etmek için soğutma sıvısı yerine oda sıcaklığında kendi halinde soğutmaya bırakılmalıdır.
8 Alaşımlı Çelikler Çelik, demir, karbon, az miktarda fosfor, silikon, sülfür ve % 1.5 u geçmeyecek oranda manganez içerir. Bu tip çeliklere "sade karbonlu çelikler" denilir. "Alaşım çelikler" ise % 1 den az karbon içeren çelikler olup, çeliğin özelliklerini değiştirmek için diğer metallerden yeterli miktarlarda çeliğe ilave edilir. En önemli alaşım elementleri;
9 Alaşım Elementleri Alüminyum ; alaşımlı çeliklerde % 1 e kadar alüminyum ilavesi alaşıma sertlik verir.azotlama işlemi ile dış kısımlarda aşınmaya dayanım kazandırılır. Krom ; küçük miktarlardaki krom,sert karpitlerin oluşumunu dengeler ve çeliklerin ısıl işlem hassasiyetini geliştirir. Alaşımlara krom katkısı ile tane oluşumu artmaktadır. Büyük miktarlarda krom ilavesi ısı ve korozyon direncini geliştirir.
10 Alaşım Elementleri Kobalt ; çeliğin ısıl-işlem dönüşümünün yavaşlamasına neden olurken,takım çeliklerinin yumuşatma olmaksızın yüksek sıcaklıklarda çalışabilme kabiliyetini geliştirir. Kobalt süper hava çelikleri için çok önemli bir alaşım elementidir. Bakır ; alaşıma % 0.5 e kadar bakır ilavesi,alaşım çeliklerinin korozyon direncini geliştirmektedir.
11 Alaşım Elementleri Kurşun ; alaşıma % 0.2 e kadar kurşun ilavesi, çeliğin işlenebilme kabiliyetini artırırken, dayanımını azaltmaktadır. Manganez ; çelik içinde manganez daima bulunur. Manganez ergitme işleminden sonar arta kalan sülfürle birleşerek demir sülfür oluşturur ve çeliğin kırılganlığını azaltır.
12 Alaşım Elementleri Molibden ; çelik alaşımlarında, yüksek sıcaklıklarda sünme dayanımını yükseltir, karbidi dengeler, kesici takımların kızıl derece sertliğini geliştirir. Nikel-Krom çeliklerinde temper kırılganlığını azaltır. Nikel ; tane ıslahı yaparak dayanımı artırır. Korozyon direncini geliştirir. Olumsuz tarafı, yapı içindeki karpitlerin dengesini olumsuz etkiler.
13 Alaşım Elementleri Fosfor ; ergitme işleminin bir artık elementedir. Çelikte zayıflığa neden olur ve genelde miktarının %0.05 in altında olması için büyük önem gösterilir. Bununla beraber alaşımın işleme özelliğimi geliştirir. Silisyum ; % 0.3 e kadar silikon fosforla birlikte alaşımın mekanik özelliklerini düşürmeden akıcılığını artırır. Alaşıma % 1 e kadar silikon ilavesi çeliklerin ısı direncini geliştirir.
14 Alaşım Elementleri Kükürt ; ergitme işleminin bir artık elementedir. Çeliğin dayanım ve tokluğunu azalttığından, giderilmesi için her türlü çaba gösterilir. Alaşımın işlenebilirliklerini geliştirmek için bir miktar kükürt ilave edilir. Tungsten ; alaşım çeliklerinin çok sert karbit oluşturmalarına yardımcı olurken, ısıl işlemlerin dönüşümünde ise gecikmeye neden olmaktadır. Bu durum çeliklerin yüksek sıcaklıklarda sertliklerini korumalarına imkân sağlar.
15 Alaşım Elementleri Vanadyum ; alaşım çelikleri içindeki bu elementin alaşımının özelliklerine çok ve çeşitli etkileri vardır. Bunlar; 1- Karbid oluşumuna yardımcı olur. 2- Martensiti dengeli hale getirerek, malzemenin sertleştirilme özelliğini geliştirir. 3- Tane oluşumunu azaltır. 4- Takım ve kalıp çeliklerin kızıl sertlik derecesine erişmelerine imkân verir. 5- Çeliklerin yorulma dayanımlarını geliştirir.
16 Alaşım Elementlerinin Etkileri Alaşım elementleri esas metalle katı bir çözelti oluşturabilirler ve bu çözelti genelde tok fakat sünektir. Ana metalle (birbirleri ile) bileşim oluştururlar, bileşim kırılganlığı, sertliği iyileştirir.
17 Alaşımlı Çeliklerin Sınıflandırılması 1. Yapı Çelikleri a. Manganez çelikleri b. Nikel çelikleri c. Nikel-Kromlu çelikler d. Nikel-Krom-Molibden çelikleri e. Nikel-Krom-Vanadyum çelikleri f. Molibden çelikleri g. Krom-Molibden çelikleri h. Krom çelikleri i. Silisyum çelikleri 2. Aşınmaya Dirençli Çelikler a. Nikel çelikleri b. Krom-Molibden çelikleri c. Paslanmaz çelikler 3. Isıya Dirençli Çelikler 4. Mıknatıs çelikleri 5. Kalıp çelikleri
18 T Takım Çeliği Isıl İşlemi 1-Kaba talaş işçiliği yapılmış parça veya parçalar. 2- Gerilim Giderme Tavı: Talaşlı işlem sonucu, gerilim dengesi bozulmuş parça C 0 de iki saat tavlanır ve fırında soğutulur. Bu işlem sertleştirme işleminde çarpılma ve çatlama riskini azaltır. İşlem bütün takım çelikleri ile çarpılma riski olan makine parçalarına uygulanır. 3- Son Talaşlı İşçilik: Gerilimi alınmış parçanın, taşlama ve alıştırma payına kadar son işlemi yapılır
19 Takım Çeliği Isıl İşlemi 4- Ön Isıtma: Parçanın bütün kesitinin dengeli ısınabilmesi için ön ısıtma çok önemlidir. a)900 C 0 nin altında sertleştirilen çelikler 1 veya 2 kademede; 1.Kademe: C 0 2.Kademe: C 0 b) 900 C 0 nin üstünde sertleştirilen yüksek kromlu soğuk iş çelikleri ve sıcak iş çelikleri 3 kademede; 1.Kademe: C 0 2.Kademe: C 0 3. Kademe: C 0 c) Yüksek hız çelikleri 3-4 kademede; 1.Kademe: C 0 2.Kademe: C 0 3. Kademe: C 0 4. Kademe: C 0
20 Takım Çeliği Isıl İşlemi 5- Sertleştirme Sıcaklığı: Parçanın tüm kesiti ısındıktan sonra HSS ler ile saniye, soğuk ve sıcak iş çeliklerinde dakika hesabıyla tutulur. Gereğinden az tutulursa yapıda dönüşüm olmaz, çok tutulursa tane büyümesi olur. Her iki durum da sakıncalı sonuçlara neden olur. 6-Soğutma Ortamı: En olumlu sonuç veren vakum altında yüksek basınçta gaz kullanımıdır. Vakum altındaki soğutmalarda çarpılma riski azalmaktadır; ayrıca soğutma hızı ve soğutma rejimi son derece kontrollü gerçekleştirilmektedir. Öte yandan tuz banyosu olarak da bilinen sıcak banyolar bir diğer kullanışlı soğutma ortamıdır. Ancak banyoların sıcaklığını kontrol altında tutacak donanıma sahip olması gerekir. Sıcak banyolarda da uzun süreli tutmak çok sakıncalıdır. Banyodan alınan parça sakin bir ortamda soğumaya bırakılır. Havada soğutulacaksa havanın her yönden eşit şekilde gelmesine dikkat edilmelidir
21 Takım Çeliği Isıl İşlemi C 0 ye kadar soğumuş olan parça hemen menevişe konulmayacaksa C 0 lik bir ortamda 100 mm. et kalınlığı için 1 saat olmak üzere sıcak bir ortamda bekletilir. Bu işleme dengeleme denilmektedir. İç gerilimlerden doğacak çatlama riskini en aza indirir Meneviş: Çelik türlerine göre sıcaklık zaman ve meneviş sayısı katalog veya prospektüsünde verilir, bunlara bağlı kalmak, olumsuz sonuçları azaltır. Meneviş sıcaklığı için en yüksek sertliği sağlayan sıcaklık seçilmelidir. 9- Parça temizlenir ve sertlik kontrolü yapılır.
22 Takım Çeliği Isıl İşlemi Ve 3. Meneviş genelde 1.Menevişten en az derece düşük seçilir. Sıcak iş çeliklerinde tutma zamanı 2-10 saat olabilir. 2.ve 3. Meneviş süreleri ne kadar uzun olursa, takımın dayanma gücüne olumlu etkisi o oranda iyi olur. Çelik istenilen bu menevişle getirilir. 11-Temizlik ve sertlik kontrol edilir. 12-Yüksek hız çeliklerinde 3. Meneviş muhakkak uygulanmalıdır. 13-Temizlik, sertlik kontrolü, taşlama veya bileme, yüzeysel sertlik arttırma işlemleri (nitrasyon, tenifer, PVD, sert kromaj).