Şekil 1.1. Tel çekmenin prensip şeması.
Download "Şekil 1.1. Tel çekmenin prensip şeması."
1 1 1. GİRİŞ ve AMAÇ 1.1. Tanım ve İşlemin Esasları Tel çekme, kalın kesitli olan bir telin çekme matrisi içinden geçirilerek kesitini küçültme işlemidir. Çekme yönteminde malzemeler matris olarak adlandırılan bir kalıp içinden geçirilerek kesitleri daraltılır ve biçimlendirilir. Bu plastik şekil değişimini gerçekleştirmek için parçaya çıkış tarafından bir çekme kuvveti uygulanır. Şekil 1.1. Tel çekmenin prensip şeması. Bu yöntemde şekil değişimini sağlayan, metalin kalıpla temas yüzeyinde ortaya çıkan dolaylı basma gerilmeleridir. Çekme yöntemiyle genelde dairesel kesitli veya eksenel simetrisi olan ürünler elde edilir. Yöntem yüksek bir yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti elde etmek için uygundur. Tel kesitleri genellikle daireseldir. Plastik şekil verme usullerinden olan haddeleme ile çapı 4,50 5,00 mm ye kadar olan telleri imal etmek mümkündür. Ama bundan daha küçük çaptaki teller haddeleme ile istenilen hassasiyetle imal edilemezler. Bunun sebebi, tellerin kesiti azaldığında soğumanın hızlı olması ve bunun yanında sıcaklıktan dolayı tel yüzeylerinde arzu edilmeyen kav tabakaları oluşmasıdır. Ayrıca sıcak şekillendirmeyle malzemenin mukavemeti büyük ölçüde düşeceğinden ince kesitli tel kolayca kopacaktır. Tüm bu nedenlerden dolayı hassas ölçü, iyi yüzey, belirli bir mukavemet özelliklerine ancak soğuk şekillendirme olan tel çekme ile ulaşılabilmektedir. Tel çekme işlemi sıcak haddelenmiş filmaşin tellerden (5,50 24,0 mm) başlamaktadır.
2 2 Şekil 1.2. Tel çekme işleminde kullanılan hammaddeler. (filmaşin) Filmaşin kangalları önce matrise zarar vermemesi ve yüzey pürüzlükleri olmaması için ya asitle yıkanarak ya da mekanik yolla soyulup cürufu dökülerek temizlenmektedir. Şekil 1.3. Kimyasal yüzey temizleme.
3 3 Şekil 1.4. Mekanik yüzey temizleme. Tel çekme işlemi metal şekillendirilirken ısı uygulanmadığı için soğuk şekillendirme olarak adlandırılmaktadır. Ancak, tel daha küçük çaplara çekilirken, soğuk şekillendirmeye bağlı olarak telin mekanik özellikleri değişirken sıcaklık da artmaktadır. Tel çekme işlemi için, çekme makinesi, tel, yağlayıcı ve matris gereklidir. Kullanılan yağlayıcının tipine göre; su veya sıvı yağ kullanılırsa ıslak (yaş tel çekme), kuru tip yağlayıcılar kullanılırsa kuru tel çekme olarak adlandırılır. Şekil 1.5. Kuru tip tel çekme işlemi.
4 4 Şekil 1.6. Sulu tip tel çekme işlemi Şekil 1.7 de telin istenilen çapa getirilinceye kadar, sürekli olarak ardışık matrislerden geçirilmesi görülmektedir. Her bir matrisin ve ardışık matrislerin çapları malzemenin giriş çapından küçüktür ve telin kesiti her bir matristen geçtikçe küçülmektedir. Teorik olarak, tel çekme işlemi, hiçbir malzemenin atılmasının istenmediği atıksız bir işlemdir. Bu nedenle, telin hacmi çekilse bile aslında aynı kalırken, telin boyu uzamaktadır. Pratikte, çekilmiş malzemeye ve yağlama koşullarına bağlı olarak mekanik özelliklerde farklılıklara rastlanmaktadır. Metale uygulanan redüksiyona bağlı olarak, ara tavlamalara ihtiyaç duyulmaktadır. Şekil 1.7. Telin ardışık matrislerden geçişi
5 5 Şekil 1.8. Telin matristen geçişi (Element Six, 2006) 1.2. Tel Endüstrisinin Tarihi Metal ve makine sanayisinin vazgeçilmez unsurlarından olan demir esaslı ürünlerin başında demir esaslı teller ve bu tellerden üretilmiş çeşitli boyutlarda ve özelliklerde parça ve parça takımları gelmektedir. Örneğin çivi, zincir, vida, civata, perçin gibi bağlantı elemanları, elektrik kabloları gibi elektriksel elemanlar, su tesisatı kelepçeleri, savunma sanayinde tahrip gücü yükseltici şarapnaller vb. gibi daha akla gelmeyen birçok ürünlerin mamul olmadan önceki halleri tellerden ibarettir. Bu sebeple çok geniş ürün yelpazesine sahip olan tellerin tarihsel gelişim süreçleri kısaca şöyledir. Telin, M.Ö yıllarından itibaren kullanılmaya başlandığı tahmin edilmektedir. O yıllarda telin, yumuşak metallerin önceden dövülüp, sonra da çekme matrisinden çekilerek yapıldığı düşünülmektedir. 12. y.y. dan itibaren çekme matrislerinden bahsedilmeye başlandığı görülmektedir. O zamanlarda tel dövenlerle, tel çeken kişiler arasında belirgin bir fark vardır. Bir tel dövücü, çekiç ve örs kullanmak suretiyle tele basit olarak şekil vermekte; buna karşılık tel çeken kişiler çekme matrisi kullanmışlardır li yıllarda endüstriye ilk makineleşmiş (su kuvvetiyle çalışan) tel çekme donatımını getiren, Nuremberg li Rudolph olmuştur. Aynı yıllarda İngiltere de Londra, York, Coventry ve Bristol de bir grup sanatkâr, önemli bir ulusal endüstri haline gelmiş olan bu endüstriyi meydana çıkarmışlardır. Yünlü mamuller endüstrisinin gelişmesi, yün tarakları yapmak amacıyla tel imalatını teşvik etmiş ve bu sanat erbabı, Yorkshire
6 6 gibi yünlü mamullerin çok olduğu bölgelerde kendi kendilerini teşvik etmiştir ki, bu gün bile bu bölgeler İngiltere de, çok miktarda tel çekme atölyelerinin bir araya toplandıkları yerlerdir de George Bedson ilk defa sürekli haddelerle tel çekilmesini sağlamıştır. Bu muhtemelen tel tarihindeki en önemli gelişmelerden biridir ve artık 45 kg ağırlığında kangallar elde edilebilmektedir. Morgan yatay makaraları, düşey hale getirerek kendi sürekli haddesini geliştirmiş ve her iki paso arasında uygun olarak parçayı döndürmek için hareketli yataklar kullanmıştır. Morgan ın haddesi 1878 de devreye konmuş ve gelecekte Bedson haddesiyle yapılması mümkün olmayan yan yana iki çubuğun haddelenmesi gerçekleştirilmiştir. Tel çekme matrislerinin, yüksek hıza ve aşınmaya karşı koyacak şekilde imal edilmeleri kaçınılmazdır. Osram ve Krup şirketleri birbirleriyle yakın ilişki kurarak lamba flamanlarının seri imalatçısı olmuşlardır. Matrisler elmasa benzer bir malzemeden yapılıp, ilk defa 1925 yılında Amerika da işletmeye konulmuştur dan beri Amerika da General Electric, Firth Sterling gibi şirketler halen tungsten karbür matrisler üretmektedir. Tel çekme tekniğinde, sürekli ısıl işlemlerin uygulanmasına imkân tanıyan, el ile yapılan minimuma indiren gelişmelere son 30 yıl içerisinde ulaşılmıştır. Tel imalat tarihinin ilk günlerinden itibaren telcilerin başlıca gayeleri; endüstride işlemlerin tamamen otomatize olması, daha uzun ve ağır tel kangalların kullanılması, geliştirilmiş kaynak teknikleri, daha iyi matrisler ve yüksek metalürjik kalite olarak bilinmektedir.
7 7 2. KAYNAK BİLGİSİ 2.1. Geçmiş Kaynaklar Tel çekme işlemine yüzeyi mekanik olarak asitle temizlenmiş, bobin veya kangal şeklinde sarılmış malzemelerle başlanır. Telin istenilen çapa getirilinceye kadar, sürekli olarak ardışık matrislerden geçirilmesi esasına dayanır. Her bir matrisin ve ardışık matrislerin çapları malzemenin giriş çapından küçüktür ve telin kesiti her bir matristen geçtikçe küçülmektedir. Tel çekmede birbirini izleyen kademeler arka arkaya yerleştirilir. Her bir kademede gerçekleştirilecek kesit daralması, ince tellerde kademe başına % 15-25, kalın kesitlerde ise % arasında seçilir. Modern cihazlarda çekme hızları 1000 m/dk gibi çok yüksek değerlere ulaşır. Soğuk çekmede pekleşen malzemeye, iç yapının tekrar şekil değiştirme kabiliyeti kazanması için, yeniden kristalleştirme veya normalizasyon gibi aratavların uygunlanması gerekmektedir. Bu nedenle, son 50 yılda yapılan araştırmalar, matrisler ve işlemlerin optimizasyonu üzerine yoğunlaşmıştır. Tarihte yapılan çalışmalara bakıldığında neredeyse tüm çalışmaların plastik şekil verme yöntemlerinden biri veya bir kısmının uygulandığı gözlemlenmektedir. Tel çekme işleminin de plastik şekil verme yöntemleri arasında önemli bir yer aldığını belirtilmiştir. Çalışmalarda tel çekme parametrelerinin tel çekmeye olan etkileri incelenmiştir. Bu etkiler, analiz teknikleri ve mekanik faktörler olmak üzere iki ana başlıkta toplanmıştır. Beretta ve Boniardi, 1998 de, ötektoid çelik tellerde yorulmaya bağlı yüzey hatalarını incelemişlerdir. Bu yazıda yorulmanın çelik tellerin yüzey hatalarına etkilerinin model oluşturması gerektiği tartışılmıştır. Tiernan ve Hillery, 2008 de, matris kullanmadan tel çekme yöntemleri hakkında analizler ve çalışmalar yapmışlardır. Bu yöntemde çekilecek tellerin bir matris içerisinden geçerek değil de ekseriyetle sıcaklığa ve hıza bağlı plastik deformasyonların merkezkaç kuvvetlerinin etkileriyle telin çapının küçültülmesi çalışmaları üzerinde durmuşlardır.
8 8 Murakawaa, Jina, ve Hayashib, 2004 te elmas kaplı haddeler kullanarak kuru ve yarı ıslak telleri çekilebilirliğini incelemiştir. Özelikle ultrasonik titreşim metodu ile birlikte elmas haddelerin kullanımının, özellikle alüminyum bazlı tellerin üretiminde başarı olduğunu göstermişlerdir. Brard 1991 deki çalışmalarında, çelik, paslanmaz çelik ve alüminyum tel çekme işleminde kullanılan kuru ve sıvı yağlayıcıların özellikle yüzey temizleme işlemleri, kalsiyum ve sodyum sabunların tel yüzeyine ve çekmeye etkileri üzerinde durmuştur. Gzesh 1999 daki makalesinde, yirminci yüzyılın başından günümüze kadar kullanılan yağlayıcılardan ve yağlayıcıların değişiminden bahsetmiştir. Kemahlı 1991 de, plastik şekillendirmede kullanılan yağlayıcı maddeler ve bunların karakteristik özelliklerini araştırmıştır. Sürtünme ve aşınmadan kaynaklanan kayıpların, tel endüstrisinde inanılmaz maliyet kayıplarına yol açabileceğini, endüstri ülkelerinde gayri safi milli hâsılanın %2 sine denk düştüğünü tespit ederek belirtmiştir. Koner, 1992 de çalışmalarında matrislerden bahsetmiştir. Özellikle tungsten karbür matrislerin sahip olması gereken özellikleri sıralamıştır. Matris geometrisi, giriş, redüksiyon alanı, yataklama ve çıkış olmak üzere dört ana başlıkta incelemiştir. Ayrıca, giriş ve çıkış çaplarına bağlı olarak redüksiyon oranı ve elde edilen redüksiyon oranına bağlı olarak çekilecek malzemeye uygun ortalama açı değerleri tablolar ve grafikler yardımıyla incelenmiştir. McNulty 2006 daki makalesinde, tel çekme hızının artırılması, makine kapasitelerinin artırılması, pratik matris değişiminin ve elektronik kontrollü değişken makine tiplerinin işlem verimliliğini artıracağını belirtmiştir. Zelin 2002 de, perlitik çelik tellerin çekim sırasındaki mikro yapı değişimlerini incelemiştir. Metalografik yapı, kristalografik doku ve lamellenme değişimlerinin üzerinde durmuşlardır. Yılmaz, 2004 te, çelik tellerin üretimindeki ve kullanımı sırasındaki hatalar üzerine bir çalışma yapmıştır. Özellikle çelik tellerin üretim kademeleri olan çekim ve ısıl işlem proseslerindeki hataları ve kullanım esnasında şikayetler ve kusurları incelemiştir. Pilarczyk 2006 daki deneylerinde, tellerin içyapısını incelemiştir. Redüksiyon miktarı arttıkça, hidrodinamik ve geleneksel metotla çekilmiş telin içyapısı, makara matrisle çekilene göre keskin olduğunu, homojen olmadığını üç boyutlu topografı
9 9 çekerek göstermiştir. Tripp çalışmalarında, tel çekme yağlayıcılarının insan sağlığına zararlı bileşenleri hakkında bilgi vererek, tel çekme işlemi ve sonucunda oluşabilecek çözülmüş tuz, bakteriler, makineden oluşabilecek küf, metal oksit ve yağlayıcı tozunun zararlı etkilerine değinmiştir. Varol 1995 deki makalesinde, tel çekme işleminde ara tavlama yapılmadığı sürece deformasyon oranı ile birlikte malzemenin akma dayanımı ve sertlik oranının artacağını, bununla birlikte deformasyon oranı artışı ile birlikte % kesit daralması değerinin düşeceğini deneylerle göstermiştir. (Ünseren M., 2006)
10 10 3. MATERYAL ve METOT 3.1. Çelik Yapısında Bulunan Elementlerin Çekmeye Etkileri 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 elementler olmak üzere sınıflandırılabilir. 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 C 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
11 11 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 %0.045, 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 %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.
12 12 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 Cr 23 C 6 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.
13 13 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.
14 14 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 filmaşinlerdeki 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. kötüleştirir. Azot (N): İstenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur, eğme özelliklerini çok Hidrojen (H): Hidrojen gevrekliğine neden olur. Azottan daha tehlikelidir. Malzemenin elastikiyetini azaltır Çelik Tel Çekmede Uygun Bileşim Günümüzde tel çekme işlemi için en çok SAE1008 kalite teller kullanılmaktadır. Malzeme için uygun bir çekme kademelendirmesi yapılarak hangi kademeden sonra tavlama yapılacağı tespit edilmelidir. Piyasada genellikle 5.50 mm den 1.80 mm e 8 kademede indirilir. Ayrıca ince çaplara indirmek için (0.30 mm gibi) 2.00 mm de bir ara tavlama yapılır.
15 15 SAE 1008 malzemesinin yanı sıra 20MnB4, Cq15, QSt36-3 malzemeleri de düşük karbonlu çelik teller grubu üyeleri olarak endüstride geniş kullanım alanına sahip olmakla birlikte tel çekmeye uygunluk göstermektedirler. Bu malzemelerin kimyasal bileşimleri EN /5 normlarına göre Çizelge 3.1 de verilmektedir. %C %Si % Mn %P %S %Cu %Cr %Ni %Mo %Al CİNS max max max max max max SAE max 0.30 max 0.55 max 0,025 0,025 0,35 0,3 0,25 0,03 0,02 20 MnB max ,015 0,015 0,1 0,08 0,1 0, Cq max ,02 0,015 0,1 0,08 0,1 0, QSt max 0.10 max ,02 0,015 0,08 0,08 0,1 0, Çizelge 3.1. Düşük karbonlu çeliklerin kimyasal bileşimi (EN ) 3.3. Hammadde Kontrolü Hammadde kalite kontrolü, metalurjik ve mekanik kontrollerden ibarettir. İlk yapılan metalurjik kontrollerde hammaddenin içerdiği kimyasal bileşim tespit edilir. Bu tespit, daha sonra hammaddeye uygulanacak prosesin şeklini ve düzenini doğrudan etkileyecektir. Bu nedenle kimyasal analizlerin önemi büyüktür. Endüstride, C-S tayini ve X ışınları difraksiyonu tayini, kimyasal analiz tayini yöntemlerinden bir kaçıdır. Bu analizlerin birbirinden farkı; C-S tayini analiz cihazlarının test edilecek numuneyi tamamen yakması, X ışınları ile difraksiyonu cihazlarının ise test edilecek numuneyi bölgesel yakmasına dayanır.
16 16 Şekil 3.1. Analizlerde kullanılan Spectro-Lab M7 spektrometresi İçeriği belirlenen hammadde daha sonra mekanik testlere tabi tutulur. Bunlar, ezme, sertlik ölçme ve çekme testleridir. Olması gereken tüm değer aralıkları standartlarda şu şekilde belirtilmiştir. (Bkz. EN ) ÇekmeDay. CİNS MPa SAE MnB Cq QSt Çizelge 3.2. Düşük karbonlu çeliklerin çekme mukavemetleri.
17 Yüzey Temizleme Kimyasal yüzey temizleme Cüruf giderme, dekapaj adı verilen bir işlemle kimyasal banyolarda yapılır. Kimyasal banyolarda belli oranlarda H 2 SO 4 ve HCl in suyla karışımı bulunur. Filmaşin kangalları; kav tabakasının kalınlığına ve asitlik derecesine göre dakika arasında belli bir süre banyoda tutulur. Bu süreyi kısaltmak için banyoyu C ye kadar ısıtmak yeterlidir. Cüruf tabakası, malzeme yüzeyinde homojen şekilde değildir. Bu sebeple bazı kısımlarda cüruf erken erir ve asit çeliğe etki ederek dekapaj kırılganlığını meydana getirebilir. Bu durumu önlemek için banyoya stabilizatör denilen baz dekapaj katkıları ilave edilir. Asit banyosundan çıkarılan filmaşinlerin yüzeyine asit yapışmıştır. Bu asitleri temizlemek için filmaşin kangallar basınçlı soğuk su ile yıkanır. Yüzeyde kalan son asit artıklarının da nötralize edilmesi ve yüzey paslanmalarına engel olmak için kangallar son olarak sıcak kireç-boraks veya fosfat tuzu banyosuna daldırılırlar. Fosfat banyosu, korozyona karşı koruyucu tabaka oluşturur. Bu banyonun sıcaklığı yaklaşık C olmalıdır. Sıcak Su Soğuk Su Kireç Banyosu Şekil 3.2. Kimyasal yüzey temizleme şematik gösterimi.
18 Mekanik yüzey temizleme Pas ya mekanik yolla ya da kimyasal yolla giderilir. Mekanik yolla pas gidermede birbirine dik ya da paralel iki makara üzerinde kıvrılan telin yüzeyindeki oksit çatlatılır. Daha sonra tel metal fırçalar arasından geçirilerek tel temizlenir. Diğer bir mekanik yöntem ise metal bilya püskürtmektir. Böylece pastan kurtulunmuş olunur. Şekil 3.3. Makaralarla mekanik yüzey hazırlama Ayrıca diğer mekanik pas giderme işlemlerine örnek olarak, basınçlı sıvı püskürtme yoluyla telin üzerindeki oksit tabakasını giderme, alternatif akım ile meydana getirilen manyetik alan içindeki indüksiyon akımlarının, tel üzerinde farklı genleşmelere neden olmasıyla tufal giderme işlemleri gösterilebilir Çekme Matrisleri Piyasada hadde olarak da adlandırılan, tel çekme işlemlerinde kullanılan, belli bir mukavemeti ve sertliği olan çelik matris malzemelerinin, fiziksel ve mekanik özellikleri şu şekilde olmalıdır.
19 19 Yüksek sertlik dayanımı Yüksek darbe dayanımı Yüksek aşınma dayanımı Düşük sürtünme katsayısı Hadde çekirdeklerinin kalitesi tel çekmeyi etkileyen en önemli parametrelerden biridir. Tüm bu darbe, aşınma ve sürtünme olaylarına mukavemet gösterebilecek kalitede olması istenen matrisler, şu içeriklerle üretilir. Sinterlenmiş karbürler Doğal elmaslar Sentetik elmaslar Piyasada en çok bulunan hadde çekirdekleri tungsten karbür esaslı çekirdeklerdir. Ancak, bağlayıcı eleman olarak da belirli bir oranda kobalt kullanılmaktadır. Daha sonra vakum altında yüksek sıcaklıkta sinterlemek suretiyle imal edilmektedir. Sertliği, yoğunluğu ve basma mukavemeti sertleştirilmiş çeliklerden bile daha yüksek olan tungsten karbür matris yapımı için ideal bir malzemedir ve şekil 3.4 te tungsten karbür çekme matrisleri verilmektedir. Genleşme katsayısı ise çeliğin yarısı kadardır. Dolayısıyla tel çekme işlemi sırasında varılan yüksek sıcaklıklarda matris deforme olmamaktadır. Ayrıca, tungsten karbürün cüruf tozu gibi yabancı maddelerin aşındırmasına karşı dayanımı oldukça yüksektir ve muhtelif denemelerde çeliklerin elli katına çıktığı gözlenmiştir. Tungsten karbür yüzeyini çok yüksek bir hassasiyette işlemenin mümkün olması da ayrıca avantajıdır. Bu özelliklerden dolayı da matris ömrü uzamakta ve telin çizilme riski azalmaktadır.(ünseren M., 2006) Matris kısımları ve görevleri a-çan eğimi b-giriş açısı c-silindir d-serbestleme e-çıkış açısı
20 20 a-çan EĞİMİ; gelen telin haddeye doğrusal olarak girmemesi halinde telin yönlendirilmesini sağlar. Tel giriş açısı kısmında ortatalamadan önce bu yüzeyle sadece bir anlık temas eder. b- GİRİŞ AÇISI; haddenin en önemli kısmıdır. Tlin çapını düşürme işlemi ve sabunun sıkıştırılarak telin dış yüzeyine sıvanması burada gerçekleşir. Herhangi bir haddenin verimi bu kısmın dzaynının doğruluğuna ve yüzey işleme hassasiyetine bağlıdır.giriş açısının doğru seçimi çekilecek malzemenin mukavemetinden ziyade hadde başına düşen paso miktarına bağlıdır.ancak telin nihai kullanımına göre, her tel çekme işleminin farklı özellikleri olduğunuda unutmamak gerekir. Örnek; düşük karbonlu çeliğin çekilmesi için 16 lik bir giriş açısı standart olarak tüm dünyada kabul edilmektedir. Nihai olarak kaplama işlemine tabi tutulacak telde mümkün olduğunca parlak bir yüzey arzu edildiğinden üzerinde çok ince bir sabun tabakası kalmalıdır. Çivi, vida veya civata yapımında kullanılacak telde ise kalın bir sabun tabakası kalması arzu edilir. Yukarıda örneklenen tüm durumlarda aynı hammade kullanılsa dahi her biri için giriş açıları farklı olan haddeler gerekmektedir. Giriş açısının doğru seçimi tel çekme veriminin yükselmesini ve hadde ömrünün uzamasını sağlar. Giriş açısının seçiminde en önemli etkenlerden biriside ''temas noktası'' dır. Haddeye verilen pasoya bağlı olarak, tel giriş açısı kısmının ortasında (veya mümkün olduğu kadar ortaya yakın bir noktada) hadde cidarıyla temas etmelidir. Böylece; 1- yeterli sabun akışı için gerekli basıncın oluşması 2- telin mümkün olduğunca geniş bir yüzey üzerinde deforma edilmesi sağlanır. Son olarak giriş açısı ile tel çekme için gerekli kuvvet arasında yakın ilişkiye değinmek gerekir. Tel çekme işleminde verilen paso ile gerekli kuvveti en aza indiren optimum bir giriş açısı vardır. d- SİLİNDİR; çekilmiş telin çapının nihai kontrolünü yapar. Bundan amaçlanan telin yuvarlaklığının doğruluğunun ve yüzey kalitesinin garantiye alınmasıdır. Dolayısıyla, silindir kısmında hadde yüzeyinin çok hassas olarak işlenmiş olması gerekmektedir. Haddenin normalden daha hızlı aşınarak büyümesini önlemek için bu kısmın uzunluğu genellikle hadde çapının %35 ila %50 si arasında tutulur.
21 21 Şekil 3.4. Matris Dizaynı. Şekil 3.5. de gösterilen temas noktası doğru seçilmiş bir matris açısının sonucudur. Şekil 3.5. Doğru Temas Noktası. Şekil 3.6. da matris açısı hafif bir paso için çok büyük seçilmiştir ve böylece telin deforme edilmesi çok kısa bir yüzey üzerinde gerçekleşmektedir. Bunun sonucu olarak matris kısa sürede büyür.
22 22 Şekil 3.6. Hatalı Temas Noktası. Şekil 3.7. ise büyükçe bir paso için küçük seçilmiş bir matris açısını göstermektedir. Burada tel, matris cidarına çok erken temas etmekte ve sabun akışı için yeterli basıncın oluşmasına izin vermemektedir. Bunun sonucu da yine matris ömrünün kısalmasıdır. Şekil 3.7. Hatalı Temas Noktası. Matris açısı ile tel çekme için gerekli kuvvet arasında yakın bir ilişki vardır. Herhangi bir paso için gerekli kuvveti en aza indiren optimum bir matris açısı vardır. Bu açının altında veya üstündeki değerlerde, gerekli kuvvet büyümektedir. Örneğin %35 lik bir pasoda en az kuvvet gerektiren matris yarı açısı değeri 8 dir ve yaklaşık olarak
23 birimdir. Oysa aynı pasoda 4 veya 14 lik yarı açı kullanıldığında gerekli kuvvet 0.6 birime yükselmektedir ki bu da motorun daha çok zorlanması demektir. (Ünseren M, 2006) e ÇIKIŞ AÇISI: Bu kısmın şekli konik olup, görevi matrisin çıkış tarafını kuvvetlendirmek, fazla yağlayıcıdan kurtulmak, çekirdek içinde üretilen ısının dağılmasını sağlamak ve matris çekirdeğinin kırılmasını önlemektir. Ayrıca teli deforme eden kısmın, matris çekirdeğinin bütünüyle ortak merkezde kalmasına yardımcı olur Çekme Sabunları ve Etkileri Günümüzde çekme yağı yerine toz sabun ve veya sabun bileşikleri kullanılmaktadır. Sabunların görevleri haddeyle tel arasında ara katman oluşturarak sürtünmeyi minimuma indirgemektir. Sabun, çekme esnasında yüzeye nüfuz etmekte ve matrise tel aracılığıyla taşınmaktadır. Çekme işlemi sırasında meydana gelen ısı ve basıncın etkisiyle sabun, telin dış yüzeyine sıvanarak ince plastik bir film oluşturmaktadır. Bu tabaka, metalin matrisle temas etmesini engellediği gibi sürtünmeyi azaltıp çekilebilirlik verimini artırmaktadır. Özellikle tel çekme için yapılan deneylerde elde edilen sonuçlara göre; tungsten karbür hadde ile yapılan çekme işleminde, saf malzemenin, hemen çekme başlangıcında kopmasına neden olacağı belirlenmiştir. Bu nedenle; tungsten karbür hadde ile çekme işlemi yapılırken su kullanmaktan kaçınılmalıdır. Ancak yine tungsten karbür hadde ile ve düşük yağ konsantrasyonlarında çalışırken yağlayıcı içine bir miktar MoS katılırsa malzemede kopma olmamakta ancak malzeme yüzeyinde istenmeyen, küçük çizgiler oluşmaktadır. Hadde sabunun görevleri yalnızca yüzeyleri birbirinden ayırmak ve yüzeyler arasındaki sürtünmeyi azaltmak değildir. Her ürün için tel çekme işleminden sonra telin üzerinde farklı bileşimde ve miktarda bir sabun tabakası oluşması arzu edilir.