Soğuğa Dayanıklı Çelikler

[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]


Soğuğa Dayanıklı Çelikler




Hidrojen ve helyumun kaynama sıcaklığma kadar iyi bir sünekiilik karakteristiği için en önemli koşul, ostenitin stabilitesİ'dir.
% 18 Cr ve % 8 Ni içeren çeliklerde ostenit, düşük sıcaklıklarda
yeterli stabiliteye sahip değildir ve özellikle soğuk şekillendirme
esnasmda ya da sonrasında difüzyonsuz katlanmayla kübik hacim merkezli
martensite dönüşme eğilimi vardır, a'- martensiti adı verilen bu yapının
teşekkülü, sünekliliği ve korozyon dayanımını kötüleştirir. Bundan
başka, dış manyetik alanın malzemeden etkilenmesinin istenmediği,
Örneğin süper iletken manyetik sistem gibi durumlarda, ferromanyetik a'-
martensite etkime yapar. Şekil 200'de, direkt olarak ostenitten ya da
metastabil hekzagonal s- fazından geçişle meydana gelmiş a'- fazının
mevcudiyet alanı, krom ve nikel miktarına bağlı olarak verilmiştir.
Karbon miktarının smırlandırılması, nikel mıktarmm yükseltilmesi ve
azot ilavesiyle, Ms martensit teşekkül başlangıç noktası -269 °C
sıcaklığında da dönüşüm görülmeyecek şekilde düşürülebilir. Azot
alaşımlı çelikler (örneğin X 5 CrNiN 19 7 ya da X 2 CrNiMoN 18 12),
iyileştirilmiş ostenit stabilitesi yanında, yükseltilmiş 0,2 sınırına da
sahiptirler. Yüksek şekil değiştirme derecesinde iyi ostenit
stabilitesi gösteren X 5 CrNiMo 18 11 çeliği, cıvata formunda ve
Standard parça olarak -250 °C sıcaklığma kadar kullanılabilir. Ostenitik
krom-nikel çelikleri, tüm elektrikli yöntemlerle ve uygun kaynak
maddesi kullanılarak kaynak edilebilirler.
Ni miktarından tasarruf için, krom-nikel çelikleri yerine, ostenitik
krom-manganlı çelikler de kullanılabilir. Kullanılabilen alaşım tipleri
şunlardır :
% 13 ilâ 17 Mn + % 14 ilâ 16 Cr % 18 ilâ 20 Mn + % 9 ilâ 13 Cr % 18 ilâ 22 Mn + % 2 ilâ 4 Cr
Son
grubun tipik bir çeşidi, X 40 MnCr 22 4 çeliğidir. Tavlamada
sünekliliğin azalmasına yol açan karbür çökelmesinden dolayı, kaynaktan
sonra ısıl işlem uygulanması emniyetli değildir. Soğuk şekil verme için,
özellikle kuvvetli soğuk sertleşme eğilimi İle ostenitin dönüşmesi
sonucu a1- martensiti ya da s- martensiti teşekkül edebileceğine dikkat
edilmelidir.
DÜŞÜK SICAKLIKLARDA MALZEME SEÇİMİ İÇİN ÖZEL KAYNAKLAR
Garanti
edilebilen en düşük çentik darbe dayanım değerleri ve Bölüm 5.2'de
açıklanan sünekiilik kriterleri esas alınarak, düşük sıcaklıklarda
kullanım için çok sayıda yönlendirici kaynak mevcuttur. Örnek olarak,
gemi yapımında malzeme kullanımı için spesifîkasyonlar, muhtelif ülke
Loyd'ları tarafından verilir. Ayrıca, tarafsız çalışan teknik denetim
kurumları da, basınçlı kap, aparat, boru donanımı, yapı elemanları ve
bunların 0 °C 'nin altındaki sıcaklıklarda kullanım için malzeme ve test
önerileri de, standardlarla yaklaşık aynı geçerliliğe sahip olarak
belirtirler. Örneğin, ülkemizde de yalandan tanınan, Almanya TÜV
(Technische übemachungs Verem) teşkilatının, bu yönde çok kapsamlı
yönlendirici dokümanları bulunmaktadır. Tablo 133 ve 134'de, bu amaçla
önerilen dokümanlardan emniyetli olarak seçilebilecek çelik ve döküm
malzemeler, örnek olmak üzere verilmiştir.
Bu kaynaklara göre, dökme
demir ve çelik döküm parçalar yalnızca statik zorlamalarda ve alaşımsız
çelik döküm -10 °C 'ye kadar, dökme demir (lamelli, küresel) -30 °C 'ye
kadar kullanılabilirler. Sıcaklık sınırlaması olmadan kullanılabilecek
malzemeler olarak, arı alüminyum (Al miktarı en az % 99,5) ve alüminyum
alaşımları, bakır, balar miktarı en az % 60 olan Cu-Zn hadde ve döküm
alaşımları, Cu-Ni alaşımları, nikel ve Ni-Cu alaşımları, CrNi 18 8 ve
MnCr 22 tiplerinde ostenitik çeliklerde % 10 'dan fazla soğuk
şekillendirme olmadığında sayılabilir.
Nikel alaşımlı çelikler soğuk şekillendirilebilirler ve talaşlı
şekillendirilebilen diğer ıslah çelikleriyle yaklaşık aynı dayanıma
sahiptirler. Ayrıca bundan başka, kusursuz kaynak edilebilirler ve uygun
kaynak yöntemi ve kaynak maddesi seçilmesi halinde, kaynak bölgesinin
süneklîliği de garanti edilebilir, kaynaktan sonra ısıl işlem gerekli
değildir. % 9 Ni içeren çeliklerle ostenitik krom-nikel çeliklerinin
(Bkz. Bölüm 7.3.3) ısıl genleşme katsayısı oranları yaklaşık 1:2
olduğundan, birleşik konstrüksiyonlarda sıcaklık değişimlerinde önemli
genleşme farkları olacağına dikkat etmek gerekir. % 9 Ni içeren
çeliklerin statik dayanım değerleri, Co ilave edilerek
iyileştirilebilir. İyi süneklilik karakteristiğinde çok yüksek dayanım
değerlerine, maraging (martensit + çökelme sertleşmeli) (fakat pahalı)
nikel çeliklerinde ulaşılabilir.
YÜKSEK ALAŞIMLI KROM-NİKEL ve KROM-MANGAN ÇELİKLERİ
%
13 ilâ 17 Cr içeren paslanmaz martensitik çeliklerden, -100 °C 'ye
kadar kullanılabilen soğuğa dayanıklı çelikler geliştirilmiştir. Bunlar,
% 13 Cr 'un yanında % 3,5 ilâ 6 kadar Nİ içerirler ve karbon miktarı
yaklaşık % 0,05 değerine düşürülmüştür. Ostenitleştirme ve yağda ani
soğutma ya da havada soğutma ve ardından 500 ilâ 600 °C 'de menevişleme
ile yüksek dayanım ve yüksek sünekliliğin birarada olduğu yumuşak
martensitik yapı elde edilir. Bu grubun en önemli çeşidi, X 5 CrNİ 13 4
çeliği basmçiı kaplarda, gemi yapımmda ve soğutma tekniği tesislerinde
kullanılır.
-200 °C 'nin altındaki sıcaklıklarda, yaklaşık olarak ostenitik
yapılı paslanmaya ve aside dayanıklı krom-nikel çelikleriyle (Bkz. Bölüm
10) aynı sayılabilecek çelikler kullanılır. Bu çelikler, kübik yüzey
merkezli kafes yapıları nedeniyle, yaklaşık olarak mutlak sıfir
sıcaklıklarına kadar çok iyi süneklilik gösterirler. % 9 Ni içeren
çeliklere nazaran CrNi 18 8 tipindeki bu çeliklerin yaklaşık % 50
değerinde nisbeten düşük olan statik dayanımları, nikel ve molibden
miktarlarının arttırılmasıyla biraz iyileştirilebilir.
Soğuğa dayanıklı çelikler yapılarına göre iki. ana gruba ayrılabilirler :
Ferritik çelikler : Alaşımsız ve düşük alaşımlı çelikler ile nikel
alaşımlı çelikler, ıslah edilmiş halde daha iyi sünekliİik karakteri
gösterirler. Normal tavlanmış halde, yalnızca ince taneli
ferritik-perlitik yapı mevcut olduğunda, iyi bir soğukta sünekliİiğe
sahiptirler, kaba taneli yapıda ya da örneğin perlit ve bainit gibi
karışık yapıda, sünekliİik kötüleşir.
Ostenitik çelikler : Krom-nikel çelikleri ve krom-mangan çelikleri
olan ostenilik yapılı çeliklerde, çözme tavlaması uygulandığında en iyi
sünekliİiğe ulaşılır. Sıcak şekillendirmede ya da kaynakta, daha sonra
ani soğutma (hızlı soğutma) yapılmazsa, çözme sıcaklığı sahasında karbür
ya da ûıtermetaiik fazlar çökeldiğinden, sünekliİik azalır,
ALAŞIMSIZ ve DÜŞÜK ALAŞIMLI ÇELİKLER
-20 °C
sıcaklıklara kadar, çekme dayanımlarına göre belirtilen genel yapı
çelikleri 2, kalite grubunda olanlar, yani Fe 37-2, Fe 44-2, Fe 50-2, Fe
60-2 ve Fe 70-2 çelikleri (Bkz. Bölüm 5.1.) kullanılabilir. -20 ilâ -40
°C sıcaklık sahasında (statik zorlamalarda -60 °C 'ye kadar) 3. kalite
grubunda alüminyumla sakinleştirilmiş Fe 37-3, Fe 44-3 ve Fe 52-3
çelikleri ile (Bkz. Bölüm 5.1.) TS 10321 ile DİN 17102'ye göre verilen
çeliklerden soğuğa dayanıklı TFe E ... ve özel soğuğa dayanıklı EFe E
... serisi ince taneli çelikler (Bkz, Bölüm 5.2.) kullanılabilir.
Alüminyumla sakinleştirme yapılmakla, normal Siemens Martin çeliklerinde
sünek ve gevrek kırılma karakteristiği arasında yaklaşık 20 K iyileşme
olur. Yüksek dayanımh mikro alaşımlı EFe E ... serisi ince taneli yapı
çelikleri, normal tavlanmış halde -60 °C 'ye kadar rahatlıkla
kullanılabilir. Ayrıca yeni gelişmekte olan, perliti az ve perlitsiz
yapı çeliklerinin de (Bkz. Bölüm 5.4.) düşük sıcaklıklarda
kullanılabilirliği oldukça yüksektir.
Basınçlı kap, boru donanımı ve -55 °C 'ye kadar sıvı gazların
depolanması ve taşmmasmda kullanılan diğer konstrüksiyon elemanlarının
üretiminde, düşük karbonlu (C en fazla % 0,15) ve yaklaşık % 1,4 Mn, %
0,7 Ni ve % 0,03 Nb içeren mikro alaşımlı yapı çelikleri uygundur. Bu
çelikler, normal tavlanmış halde iyi bir sünekliİik karakteristiği
gösterirler ve NDT sıcaklığı da yaklaşık -65 °C kadardır.
Genellikle kaynakla birleştirilen, alaşımsız ve düşük alaşımlı soğuğa
dayanıklı çeliklerde, kaynak yönteminin ve kaynak maddesinin seçimi çok
dikkatli yapılarak, kaynak dikiş bölgesinde sünekliliğin düşmesine mani
olunmalıdır. Sac kalınlığı, dikiş formu ve kaynak yöntemine bağlı
olarak uygun talimatlar doğrultusunda, Ön ısıtma ve diğer ısıl işlem
koşullarına tam uyulmalıdır.
Düşük alaşımlı ıslah çeliklerinin düşük sıcaklıklarda tutumu
hakkında, bu çelikier mil, dişli çark, saplama, cıvata ve somun gibi
fonksiyonu oldukça önemli makine ve aparat imalinde kullanılmalarına
karşın, henüz pek az güvenilir tecrübi değer bulunmaktadır. 25 CrMo 4
çeliği, ıslah edilmiş halde -120 °C ve ayrıca % 0,1 'den fazla nikel
ilavesiyle -185 °C 'ye kadar kullanılabilir. Daha çok, soğutma
tekniğinde (düşük sıcaklık tekniği) tanklarda cıvata ve saplamalar bu
malzemeden yapılır. Sementasyonla sertleştirilebilen çeliklerin
kullanımı, -40 °C 'ye kadar çevre sıcaklıklarıyla sınırlıdır.
İslah çeliklerinin düşük sıcaklıklarda tutumlarıyla ilgili sistematik
deneylerin ısıl işlem ve ıslah kesiti ile bağlantılı olarak
yapılmasının, amaca uygun kullanım için en uygun çözümü sağlayacağma
kuşku yoktur. Bu amaçla, yüksek dayanmalı kaynak edilebilir çeliklerin
de, düşük sıcaklıklarda başarıyla kullanılabileceği söylenebilir.
Örneğin, Şekil 195'de CrNiMoV alaşımlı suda ıslah edilmiş yapı
çeliğinin, çekme deneyi ile saptanmış mekanik karakteristik değerlerinin
sıcaklığa bağımlılığı görülmektedir. -195 °C 'de, henüz şekil
değiştirme kırılması ve çekme numunesinde dikkate değer bir büzülme
görülmektedir.
NİKEL ALAŞIMLI YAPI ÇELİKLERİ
Islah çeliklerinin
sünekliliğİ, % 2 ilâ 10 kadar nikel ilavesiyle Önemli ölçüde
iyileştirilebilir. Nikelin tane inceltici etkisi ve ıslahta sünek
demir-nikel martensiti elde edilmesiyle, bu iyileşme sağlanır. Bu
çeliklerin ısıl işleminde, y- sahasının çok fazla genişlediğine ve
nisbeten düşük difıizyon katsayısı nedeniyle ostenit dönüşmesinde
gecikme olduğuna dikkat edilmelidir. % 3 'den fazla nikel içeren
çeliklerde, ötektik öncesinde ferritin teşekkülü ve keza difüzyonsuz
dönüşüm gerçekleştiğinden, perlit ve bainit kademesi arasında ayırma
sınırı görülmez. % 9 Ni miktarında da perlit teşekkülü görülmez, aksine
A3 ve A] arasındaki tüm sıcaklık sahasında, bainitik yapı meydana gelir.
500 °C 'nin üzerindeki sıcaklıklarda, demir-nikel katı çözeltisi
içerisinde çökelme ile bağlantılı olarak tekrar ostenite dönüşme
olacağından, meneviş sıcaklığı en fazla 500°C olabilir.
Nikel alaşımlı çelikler, % 1,5 Ni; % 3,5 Ni; % 5 Ni ve % 9 Ni
miktarlarında kademelendirilerek, -196 °C 'ye kadar tüm sıcaklık
sahalarmda kullanılabilirler. Bundan dolayı, bu çeliklerin sıvı doğal
gaz, sıvı oksijen ve sıvı azotun depolama ve transport tanklarında
kullanılması mümkündür. Bu çeliklerin düşük sıcaklıklarda mekanik
özelikleri ve çentik darbe dayanımı değerleri, Tablo 130'da verilmişti.
Tablo 132*de ise, garanti edilebilen çentik darbe dayanım değerleri,
ısıl işlem durumlarıyla biriikte tekrar verilmiştir. % 1,5 kadar Ni
içeren çelik (14 Ni 6), nikel içermeyen yapı çeliklerinin yalnızca
kaynak edilmediği duruma nazaran daha iyi sünekîilik gösterdiğinden,
özel bir öneme sahiptir. % 3,5 kadar Ni içeren çelik, daha çok sıvı
etilen için kullanılır. -120 ilâ -196 °C sıcaklık sahasında kullanım
için daha çok 12 Ni 19 ve X 8 Ni 9 (X 10 Ni 9) çelikleri, geniş kullanım
alanı bulurlar. -160 ilâ -196 °C sıcaklık sahasında ekonomik bir
alternatif olarak, % 5 ilâ 6 Ni içeren, daha yüksek mangan ve molibdeni!
çelikler geliştirilmiştir. Bu çelikler, hem yağda ve hem de havada
ıslah edilebilirler, iyi dayanım özelikleriyle birlikte yüksek kırılma
güvenliğine de sahiptirler. Örneğin X 8 Ni 9 çeliğinin kırılma tokluğu
Kıc değeri, -200 °C 'de henüz 4000 ilâ 5000 N/mm2.mm1/2 kadardır.
Malzeme seçimi ve malzemelerin hesaplanması için, kırılma
mekaniğinden yararlanma konusunda bugün yeterli düzeyde kaynak
bulunmaktadır. Bu konuda en geniş bilgiler, basınçlı kaplar ve nükleer
reaktör yapım kılavuzlarıdır. Düşük sıcaklık (soğuk) tekniğinde bu
bilgilerin kullanılmasında, sınır sıcaklığına göre emniyetli hata
büyüklüklerinin saptanması gibi, yakın zamana kadar alışılmış kriterler,
giderek önemini yitirmektedir.
SOĞUĞA DAYANIKLI ÇELİKLER
Soğuğa dayanıklı
çelikler kavramından, -40 °C sıcaklığın altında kullanılabilen çelikler
anlaşılır. Düşük kullanım sıcaklıklarında, değişik yöntemlere göre
saptanabüen çentik darbe dayanımı değerinin, en küçük değer olarak 30
ilâ 70 J/cm2 olması gerekir. Soğuğa dayanıklı çeliklerin süneklilik
karakteristikleri, ergitme tarzı ve dezoksidasyona, alaşımlamaya
(özellikle nikel ile) ya da ısıl işleme ve dövme parçalarda mümkün
olduğunca yüksek ve homojen şekil değiştirme derecesine bağlı olarak,
çok geniş sınırlar arasında değişir. Böylece, farklı işletme
sıcaklıkları için ve her zaman ekonomik olabilecek uygun malzemeyle
değiştirme amacıyla, seçim yapmak mümkün olur.
Tablo 128, önemli soğuğa dayanıklı çeliklerin bileşimlerini
vermektedir. Tablo 129'da, buraların ısıl işlem durumları ve oda
sıcaklığında mekanik özelikleri, Tablo Î30'da bu çeliklerden bîr
kısmının düşük sıcaklıklarda mekanik özelikleri ve Tablo 131'de önemli
kullanım yerleri verilmiştir. Şekil 194'de ise, bu çeliklerden bir
kısmının çentik darbe dayanımı-sıcaklık eğrileri verilmiştir.
Düşük sıcaklıklarda kullanılan dikişsiz çelik borular TS 8322'de
(Nisan 1990) standardlaştınlmıştır. Bunlarla ilgili bilgiler Bölüm
5.20'de (Bkz. Tablo 91 ve 92 - Sayfa 31§) verildiğinden, burada tekrar
açıklanmamıştır.
414
SOĞUĞA DAYANIKLI ÇELİKLER
Kalınlığı 8 İlâ 300 mm
arasmda değişebilir. Numuneye İki sac kaynak edilir ve bir çekme test
cihazında statik olarak ön gerilme uygulanır. Ön gerilme olarak,
genellikle malzemenin akma sınırının % 60 'ı alınır. Statik yüklemeden
sonra, delinmiş ve testereyle çentik yapılmış burun tarafından, darbe
çekici yardımıyla numuneye darbe uygulanır ve çentikten başlayan
numunenin içine doğru devam eden çatlak oluşması sağlanır. İki değişken
kullanımı bulmak için, deney esnasında numune soğutulur. Gradyan
deneyinde, numunenin burnu sıvı azot ile soğutulur ve karşı tarafındaki
numune ucunda ısıtma yapılarak, numune boyunca sıcaklık düşüşünün 4 ilâ 5
K/cm olması sağlanır. Eşit aralıklarla yerleştirilmiş termoelemanlarla,
sıcaklık değeri belirli yerlerde sürekli ölçülerek, yükselen sıcaklıkla
birlikte artan plastik şekil değişebilİrlik sonucunda, stabil olmayan
çatlak gelişmesinin durması (çatlak durdurma sıcaklığı) tesbit edilir.
İzotermik deneyde, numuneler 60 ilâ -140 °C arasmda ayarlanabilen
termostat içerisine konularak, deney esnasmda numunenin sıcaklığının
sabit kalması sağlanır. İlave olarak, numunenin burnu sıvı azotla
soğutulur. CAT olarak, çatlağın tam durduğu sınır sıcaklığı tesbiti
yapılır. Bunun için, farklı sıcaklıklarda yapılan en az iki deneyin,
yani çatlağın başladığı ve çatlağın durduğu iki deneyin yapılması
zorunludur. Yüksek maliyet ve malzeme gerektirmesinden dolayı, Roberîson
deneyi pratikte pek fazla tercih edilmez.
Sınır sıcaklıkları NDT ve CAT esasına göre, Pellini ve çalışma grubu
(A.B.D.) tarafından geniş kapsamlı yapı elemanlarında geliştirdikleri
Kırılma Güvenirlik Diyagramı yardımıyla, adsal gerilme, çatlak büyüklüğü
ve sıcaklık arasmda yarı kantitatif ilişki kurulabilir (Şekil 192).
Akma sınırı yüksekliğindeki adsal gerilmelerde ve mevcut daha büyük
çatlaklarda gevrek kırılmanın görülmeyeceği TNDT + 35 °C değeri, en
önemli güvenlik kriteridir. TNDT + 35 °C ve TNDT + 70 °C arasmda, tüm
parçada yalnızca kuvvetli plastik şekil değiştirmeden sonra kırılma
mümkündür. Bu sıcaklık sahası içerisinde sınır sıcaklığının yeri,
patlama tehlikesi olan konstrüksiyonlar için önerilebilir.
KIRILMA MEKANİĞİ ESASINA GÖRE MALZEME SEÇİMİ
Gevrek
kınlına emniyetinin değerlendirilmesi için kantitatif kriterler ortaya
konmada önemli bir aşamaya, kırıima mekaniği ile ulaşılmıştır. Kırılma
mekaniğinde reel (gerçek) ya da hipotetik (henüz tam oluşmamış)
çatlaklardan gidilerek, hem imalat esnasmda (örneğin kaynak çatlağı) ve
hem de işletme zorlamaları sonucu (yorulma, gerilim çatlağı korozyonu)
çatlakların değerlendirilmesi yapılabilmektedir. Değişik kırılma
kriterleri esaslarına göre devam eden çatlak büyümesine karşı malzemenin
direnç kabiliyeti için karakteristik büyüklükler ifade edilerek, adsal
gerilme, çatlak büyüklüğü ve malzeme sünekliliği arasmda, herhangibir
sıcaklık İçin kantitatif bağıntı üretilebilmektedir.
Çatlak başlama bazı üzerinde sınır sıcaklığı, çatlak başlama
sıcaklığı T, (i - imtiation) olarak alınır. Bu değer, kem statik ve hem
de darbe tarzında zorlamayla tesbit edilebilir. Bununla ilgili en önemli
deney, düşen ağırlıkla ayırma deneyi DWTT {drop weight tear test) 'tir.
Numune, düşen ağırlıklı bir test cihazına ya da pandüllü çekiç
karşısına yerleştirilerek, darbe ile kırılır ve bunun için gerekli iş,
darbe Öncesi ve sonrasında düşen ağırlığın kinetik enerjileri farkından
yararlanılarak belirlenir. T%50 sınır sıcaklığı, ya sünekliğin en yüksek
değerinin % 50 darbe işi karşılığı sıcaklık ya da kristalin olmayan
krrıima yüzdesinin % 50 olduğu sıcaklık değeridir. Çatlak başlangıcı
için yönlendirici çizik, bir sert metal takımının bastırılmasıyla elde
edilen çentikle (çentik yuvarlağı en fazla 0,025 mm) ya da bir
Ti-elektrodun radyasyon kaynağı sonucu bölgesel boşaltma ile
sağlanabilir. Düşen ağırlıkla ayırma deneyi, daha çok boruların
süneklilik karakteristiğinin belirlenmesinde kullanılır.
Çatlak büyümesi ya da çatlak durma tasarımı, yüksek hızla büyüyen
çatlağın durdurulmasıyla ilgili malzeme sünekliliği için yeterlidir. Bu
amaçla, Pellini 'ye göre düşen ağırlık deneyi DWT {Peliinî testi - drop
weight test -DWT) uygulanır. Bu deneyin üstünlüğü, deneyin kolay
uygulanabilmesi, ölçme değerlerinde daha az dağılma ve kaim cidarlı
saclarda da uygulanabilir olmasıdır. Plaka formundaki numunelerde
(numune ölçüleri 355x89x25 ya da 127x51x19 mm) kırılgan bir dolgu
kaynağı ve kaynak dolgusunun ortasında bir çentik yapılır. Bu numune,
değişik sıcaklıklara düşmeli bir test cihazında darbeli olarak zorlanır.
Numuneye etki eden adsal gerilim malzemenin akma smınna ulaştığında,
sehim yapması sınırlanan numunenin altında pek az plastik şekil
değiştirmenin görüldüğü sıcaklık değeri saptanır. Smır sıcaklığı,
çentikli kaynak dolgusundaki meydana gelen çatlağın, ana malzemede devam
etmediği sıcaklık değeridir. Bu sıcaklık, Şekil 190'a göre NDT
sıcaklığı olarak tanımlanır.
Çatlak büyümesi ve çatlak durması olaylarının pratiğe yakın
koşullarda denenebildiği bir diğer imkan, Robertson deneyidir. Bu
deneyle, smır sıcaklığı olarak çatlak durdurma sıcaklığı CAT değeri
saptanır. Bunun için farklı ölçülerde sac numuneler kullanılabilir.
Numune boyu 250 ilâ 1000 mm, genişliği 90 ilâ 1000 mm ve
artık direnç kalacaktır. Manyetik özeliklerin değişmesi, malzemeye
bağlı olarak farklı olmaktadır. Ferromanyetik malzemelerde doyma
polarizasyonu, sıcaklığa bağımlı olarak belirli bir değişim yaparak -273
°C sıcaklığında en yüksek değerine ulaşır. Düşen sıcaklıkla birlikte
manyetik anizotropik enerjilerin toplamı kural olarak büyüyeceğinden
dolayı, permeabilite düşer ve aynı zamanda koerzitif alan şiddeti
yükselir. Oda sıcaklığında paramanyetik karakteristik gösteren ostenitik
krom-nikel çelikleri, -230 °C sıcaklığında antiferromanyetiktir. Bunun
anlamı, bu sıcaklığa (Neel sıcaklığı) kadar manyetlenme yükselir, bundan
sonra mutlak sıfir noktasına kadar tekrar çok küçük değere İner. Neel
sıcaklığının yeri, nikel miktarmm bir fonksiyonu durumundadır. % 17 Cr
'lu çelikler için, nikel miktarı % 13 'den % İS 'e yükselirse, Neel
sıcaklığı -235 °C 'den yaklaşık -255 °C 'ye düşer
DÜŞÜK SICAKLIKTA MALZEME SEÇİMİ İÇİN KRİTERLER
Konstrüksiyon
malzemelerinin düşük sıcaklıklarda kullanımı için, daha dnce de
açıklandığı gibi, gevrek kırılmaya karşı yeterli güvenilirliğin olması
gereklidir. Bundan dolayı, herhangibir işletme sıcaklığında gerçek yapı
elemanları karakteristiğmin süneklilik koşullarına mümkün olduğunca
yakın değer verecek şekilde, malzeme tanmılama değerlerine uygun olarak
malzemenin seçilmesi gereklidir
ÇENTİK DARBE DAYANIMI YA DA GEÇİŞ SICAKLIKLARININ GARANTİ EDİLMESİ ESASINA GÖRE MALZEME SEÇİMİ
Ferritik-perlitik
konstrüksiyon çeliklerinden yapılmış ve gevrek kırılma yapabilecek
parçalarda malzeme kalite belgesi, çentikli darbe deneyi ile saptanan
Çentik darbe dayanımı ya da değişik kriterlere göre tesbit edilen darbe
geçiş sıcaklığı Tg ile belirtilir. Bu bilgilerden yararlanılarak,
belirli bir en az çentik darbe dayanımı ya da çentik darbe
sünekliliğinin ani düşme geçiş sıcaklığının üzerinde kalınarak, stabiî
olmayan çatlak büyümesi
tehlikesi, yani gevrek kırılma tehlikesi önlenmiş olur.
Bu yöntem tarzı biraz daha geliştirilerek, düşük sıcaklık
malzemelerinin süneklilik bilgisi İçin, üçgen çentikli numune de
kullanılarak, daha fazla bilgi alınabilir. Geçiş sıcaklığmm tesbiti için
kriter olarak, örneğin çentik darbe dayananı = 35 J/cm2 için Tgî5
tarzında belirtme yapılabilir ya da kristalin kırılma oranı için, çentik
darbe dayanımındaki ani düşüş bölgesinin orta sıcaklığı değeri olarak
Tg%50 tarzında değer belirtilebilir.
Bu tarzdaki bilgiler esasına
göTe, örneğin kaynaklı konstrüksiyonlar için çelik seçiminde öneriler
(Bkz. Bölüm 7.2.) geliştirilmiştir. Her ne kadar çoğu zaman bu
önerilerden yararlanılır ise de, geçiş sıcaklığmm değişik malzemeler ya
da işlem durumları için relatif değer taşıdığına ve bir parçanın gevrek
kırılma güvenliğinin belirli bir işletme sıcaklığı için tam tesbît
edilmesi gerektiğine, dikkat etmek gerekir.
SINIR SICAKLIĞI ESASINA GÖRE SÜNEKLİLİĞE. BAĞIMLI MALZEME SEÇİMİ
Gevrek
kırılma karakteristiğinin büyük ölçüde parçanın formuna ve büyüklüğüne
bağlı olduğu bilgiler, parçanın ölçülerinde yapılan numune boyutlarında
geliştirilen deney yöntemleriyle test yapılarak, bu numunelerde keskin
çentik ya da çatlakların gerçek gerilme değerleriyle tetkiki ile
sağlanabilir. Gevrek kırılma tehlikesi olmadan emniyetli en düşük
işletme sicaklığı olan sınır sıcaklığını saptamak için önerilen değişik
test yöntemleri, Şekil 19l'de görülmektedir.
Çatlak başlama ve çatlak genişlemesi kavramları tarzında ayırım
yapmadan malzeme karakteristiğini belirten geçiş sıcaklığının aksine,
sınır sıcaklığı tasarımında, çatlak başlamaya karşı emniyet ve çatlak
genişlemesine karşı emniyet, birbirinden ayrılarak değerlendirilir.
Birinci durumda, mevcut bir çatlağın stabil olmayan gelişmesinin
olmaması garanti, edilirken, çatlak genişlemesine karşı emniyetten
yürüyen bir çatlağın durmasının (çatlak durma olanağı) garanti edilmesi
sözkonusudur. Bu emniyet tasarımlarından hangisinin seçileceği, bir
riziko ve maliyet sorunudur. Süneklilik kriteri için kural olarak, daha
önceden mevcut olan bir çatlağın öngörülen işletme koşullarında stabil
olmayan bir gelişme göstermemesidir (emniyet kriteri olarak çatlak
başlamanın alınması). Fakat özel durumlarda, çatlağın durma olanağı da,
kullanım için emniyet kriteri olarak aimabilir.
Gevrek kırılma için sıcaklığın yanında, ayrıca hem dış zorlanma
koşullarından doğan ve hem de malzeme özelikleriyle ilgili diğer
faktörler de etkilidir (Tablo 128). Burada en önemli rolü, çentiklerde
ya da çatlaklarda meydana gelen gerilim konsantrasyonları oynar. Şekil
190'da, dayanım karakteristik değerleri akma smın, çekme dayanımı ve
kopma gerilmesinin, çentiksiz ve çentikli numunelerde sıcaklığa
bağımlılığı görülmektedir. Çentik olmadığında, gerçek kesite indirgenmiş
kopma gerilmesi, çok düşük sıcaklıklarda (yapı çelikleri için T!
sıcaklığı -150 ilâ -200 °C) çekme dayanımı, daha doğrusu akma smırı
değerine düşer. Buna karşm çatlak ya da çentik mevcutsa, oldukça yüksek
sıcaklıklarda şekil değiştirme olmaksızın kırılma meydana gelir. T2
sıcaklığı, parçanın kınldığı malzemenin akma smın adsal değeri, sıfir
süneklilik sıcaklığı NDT (nil-ductiHty-transition) olarak tanımlanır.
NDT sıcaklığının altında, malzemenin akma sınırından daha küçük adsal
gerilmede de gevrek kınima meydana gelebilir.
Büyüyen çentik ya da çatlakla birlikte, kırılma gerilmesi-sıcaklık
eğrisi bir sınır değere ulaşana kadar sağa doğru kayar, çok büyük
çentikte de kırılma meydana gelmez, daha doğrusu bu büyüklük çatlağın
büyümesiyle yükselmeye devam etmez. Bu durum, çatlak durdurma sıcaklık
eğrisi CAT (crack-arrest-temperature) ile karakterize edilir.
CAT-eğrİsinin akma sınırına ulaştığı T3 sıcaklığı FTE
(fracture-transition-elastic) ile ve çekme dayanımı ile kesişme noktası
T4 sıcaklığı FTP (fracture-transition-plastic) İle tanımlanır. Türkçe
olarak belirtilirse, CAT - çatlak durdurma sıcaklığı, FTE - elastik
kırılma geçişi ve FTP - plastik kırılma geçişi olarak ifade edilebilir,
örnekle belirtilmek istenirse, alaşımsız yapı çeliklerinde NDT ve FTP
arasındaki sıcaklık aralığı, yani adsal gerilme akma smırı değerine
ulaştığında en küçük hatalı yerin kırılma meydana getirdiği sıcaklık ve
en büyük çatlağın İlerlemediği sıcaklık arası değer, yaklaşık 70 °K
kadardır.
Dayanım ve süneklilik karakteristiklerinin yanında, sıcaklığın
azalmasıyla metalik malzemelerin fiziksel özelikleri de değişir, özgül
ısı, ısı iletme kabiliyeti ve ısıl genleşme -273 °C 'ye kadar, asimtotik
sıfir değerine doğru azalır.
Düşük sıcaklıklarda malzemelerin kullanımında birinci planda,
süneklilik ve gevrek kırılma güvenliği belirlendiğinden dolayı, bu
amaçla daha çok soğukta sünek kalabilen çelikler ve demir olmayan sünek
metaller gibi metalik malzemeler ile darbeye dayanıklı ve takviyeli
plastikler kullanılır. Özellikle son yıllarda büyük gelişme gösteren
ince taneli yüksek dayanımlı mikro alaşımlı çelikler, kalitelerine de
bağlı olarak -60 °C sıcaklığa kadar kullanılabilmektedir. Bölüm 5.2'de
bu çeliklerle İlgili detaylı açıklama verildiğinden, burada tekrar
açıklanmamıştır.
Metalik malzemelerde, düşen sıcaklıkla birlikte dayanım yükselir,
yani çekme dayanımı ve akma sınırı artar. Ancak, bu durumda sertliğin,
sürekli titreşim dayanımının ve eîastiklik modülünün artacağına dikkat
edilmelidir. Dayanım karakteristiklerindeki değişimin büyüklüğü,
malzemenin kafes yapısına ve strüktürüne bağımlıdır. Kübik yüzey merkez
kafesli metallerde plastik şekil değiştirme görülmesi için gerekli akma
sınırı gerilmesinde, sıcaklığa pek az bağımlılık vardn ve dayanım artma
karakteristiğinde de önemli bir farklılık görülür. Buna karşm, kübik
hacim merkez kafesli metallerde sıcaklığa bağımlılık oldukça yüksektir
ve dayanım artma karakteristiği yaklaşık sabit kalır. Hekzagonal yapılı
metaller, düşen sıcaklıkla birlikte akma gerilmesinde ve dayanımda
ortalama bir yükselme gösterirler.
İşletme koşullarında malzeme karakteristiği için, sıcaklığın
azalmasıyla süneklilikte dikkate değer önemli miktarda azalma olması,
büyük Önem taşır. Sünekliliğin ifade edilmesinde önemli bir kavram olan
tokluk teriminden, malzemenin çatlak genişletme enerjisine absorbsiyonla
karşı koyması ve böylece şekil değiştirme yapmadan meydana gelen gevrek
kırılma olayına mani olma kabiliyeti anlaşılır.
Düşük sıcaklığa (soğuğa) dayanıklı konstrüksiyon maizemelerinin
kullanımlan genellikle -40 ilâ -200 °C arasındadır. Bu tip malzemelerin
başlıca kullanım alanları şöyle gruplanabiîir :
Çelik yapı konstruksiyonları,
Ekstrem klimatik koşullarda çalışan iletme tesisleri ve gemiler,
Sıvı hava, tabii (LPG - Liguefîed Petroleum Gas ve LNG - Liquefied Natural Gas) ve sentetik hidrokarbonlar,
Amonyak ve asal gazların, üretim, transport ve depolama tankları,
Hava ve uzay taşıtları.
Teknik gazların konsantrasyonlanyla, bu gazlar için kullanılabilecek
malzeme grupları, Tablo 127'de verilmiştir. Aynca kullanım yeri olarak
elektroteknikte ve manyetik cihazlar için, süper iletken malzemelerde,
helyumun kaynama sıcaklığına (-269 °C) kadar sıcaklıklar için de malzeme
gereklidir.
Titreşim zorlamalarında malzeme tahribatına sebep olan özel bir durum
da, alçak peryodîu yorulmadır (iow cycle fatigue). Burada periyodik
şekil değiştirme, nisbeten düşük frekanslarda meydana gelir. Bu tarz
zorlamalar, örneğin kuvvet santrallarmda tesisin çalışmaya başlaması ve
durdurulmasında, kazanlarda, türbinlerde, boru donanımları ve benzeri
parçalarda meydana gelir ve ritmik olarak birkaç dakika ile birkaç gün
arasmda süre ile gerçekleşebilir. Pratikte ve deneyimlere dayalı
sonuçlarda, düşük peryodîu zorlamaların-, yüksek frekanslarda
ulaşılabilen yük değişimlerinde görülen kırılmaya yakın değerler
verdiğini göstermektedir. Zaman etkisi ve bununla bağıntılı sürünme
olayları, malzemede ömrü kısaltır
SOĞUK ŞEKİL VERME TAKIMLARI
Metallere haddeleme,
basma, çekme ve diğer işlemlerle soğuk şekil verilmesinde, sıcaklığın
yükselmesi takımlarda meneviş etkisi yapmadığmda, sertlik ve yapı
değişmesi meydana gelmez. Takımlar, yüksek baskı ve aşınma zorlamasına
maruz kalırlar. Bundan başka, kırılmaya karşı çok İyi güvenirlik
göstermek zorundadırlar.
Özelikle, İnce sac ve band üretimindeki soğuk haddelemede, oldukça
fazla zorlanma vardır. Haddelenen malzeme ile direkt temasta olan
haddeler, çok yüksek yüzey sertliğine, oldukça fazla sertleşme
derinliğine ve sünek çekirdeğe sahip olmalıdır. Buna karşm, yönlendirici
haddelerde, çok iyi çekirdek dayanımında orta sertlik aranır. Ayrıca,
kusursuz bir yüzey kalitesi ve metalik olmayan partiküllerin yorulma
çatlaklarım genişletmesiyle ortaya çıkan dış yüzey kırılmalarına karşı,
yeterli direnç istenir. Bu özelikler, esas olarak arıklık derecesine ve
mikro ayrışmalar eğilimine bağlı olduğundan, soğuk hadde çeliklerinin
büyük bir kısmı ultra arıklıkta ve daha çok da ESU yöntemine göre
üretilir.
Sert bir çeliğin (örneğin ledeburitik krom çeliği ya da hız çeliği)
diğer bir çeliğe birleştirilmesiyle, sünek çekirdekli ve sert yüzeyli
birleşik (çift malzemeli) hadde yapılması da mümkündür. Soğuk haddeleme
için karakteristik malzemeler, 85CrMo 7 2 ve 100 CrMo 5 çelikleridir.
Matbaa,
değirmen, kağıt, lastik ve tekstil makinalanndaki haddeler için, tipik
bir malzeme de hadde dökümü (sert döküm) olarak da adlandırılan beyaz
dökme demirdir. Bu dökümün yapısı, perlit, sementit ve ledeburitten
oluşur ve beyaz kesitlidir.
Dövülmüş sıcak haddeler de, çalışma sıcaklığı çok iyi soğutma ile
düşük tutulabildiğinden dolayı, keza soğuk iş çeliklerinden (örneğin 50
Cr 2, 70 CrMn 4, 90 Cr 3) imal edilebilirler. Presleme ve ezme takımları
için de 40 NİCrMo 15 ve 50 NiCr 13 nikel alaşımlı çelikler tercih
edilir. Derin çekme takımları, sürtünmeye ve aşınmaya maruzdurlar.
Malzeme olarak, alaşımsız takım çelikleri yanında düşük alaşımlı 100 V
3, 125 CrSi 5 ve yüksek alaşımlı X 210 Cr 12 çelikleri kullanılır.
SÜREKLİ DARBEYE DAYANIKLI ÇELİKLER
örneğin,
basmçiı hava tabancalarında olduğu gibi, yüksek basınç ve darbe
zorlamalarında, en iyi şekilde orta karbonlu ve karbür teşkil edici
alaşım elementleri içeren, örneğin 45 WCrV 7 ve 60 WCrV 7 çelikleri
kullanılır. Madencilik takımlarında, aşınma direncini yükseltmek için,
daha çok sert metal ya da elmas (Diamant) kaplama yapılır.
ÖLÇME CİHAZLARI
Ölçme cihazlarının iyi
işlenebilir ve sertleşebilir olması, ayrıca pek az ve mümkün olduğunca
homojen ölçü değiştirme göstermesi gerekir. Bu iş için özel çelik
olarak, 1ÖÖ Cr 6, 100 V 3 ve X 210 Cr 12 kullanılabilir. Aşınma
direncini iyileştirmek için, ölçme cihazlarının yüzeyleri çoğu zaman
sert kromla ya da elmasla kaplanır.
Şekil 159 ilâ 169 'da, Örnek olarak X 165 Crl2MoV çeliğinin yumuşak
tavlı, normal tavlı ve yağda, havada, sıcak banyoda sertleştirme İle
değişik meneviş işlemleri sonrasında metalografik yapı görüntüleri ve
ulaşılan
sertlik değerleri verilmiştir. Müteakip kısımlarda ise,
alaşımlı soğuk iş takım çeliklerinin herbiri için detaylı açıklamalarla
birlikte ZSD diyagramları ve menevişte karakteristik değişmeler
verilmiştir.
Tahta, selüloz ve kağıt işlenmesi için makina kesiciler, çift
malzemeli çelik kesici olarak da imal edilebilirler. Çift malzemeli
kesicilerde, kesme kenarı iyi aşınma direncine sahiptir ve hadde
kaynağıyla, karbonu az çeliğe birleştirilmiştir. Bu tarz çift malzemeli
takımların avantajı, hem daha yüksek kırılma güvenliğine sahip olması,
hem de daha dar toleranslarla imal edilebiimesidir.
El takımlarında, kesme kabiliyetini yeniden bileme olmaksızın uzun
kullanım suresinde koruma zorunluluğundan dolayı, daha fezla beklenti
vardır. Bunun için gerekli uygun alaşımsız ve alaşımlı soğuk iş
çelikleri, Tablo 113'de verilmiştir.
Tahta, selüloz ve kağıt işlenmesi için makina kesiciler, çift
malzemeli çelik kesici olarak da imal edilebilirler. Çift malzemeli
kesicilerde, kesme kenarı iyi aşınma direncine sahiptir ve hadde
kaynağıyla, karbonu az çeliğe bHestirilmiştir. Bu tarz çift malzemeli
takımların avantajı, hem daha yüksek kırılma güvenliğine sahip olması,
hem de daha dar toleranslarla imal edilebilmesidir.
/irtakımlarında, kesme kabiliyetini yeniden bileme olmaksızm uzun
kullanım süresinde koruma «oranluluğundan dolayı» daha fezla beklenti
vardır. Bunun için gerekli uygun alaşımsız ve alaşımlı soğuk iş
Çelikleri, Tablo 113!de veritaüştir.
350 TAKIM ÇELİKLERİ
Alaşımlı soğuk iş çeliği
grubundaki çok sayıdaki çelik çeşidi, beş kullanım grubunda (Bölüm
6.3.1. ilâ 6.3.5.) incelenebilir (gruplarda Standard dışı çelik türleri
de verilmiştir).
YÜKSEK POLİMERLERİN ÜRETİMİ İÇİN TAKIMLAR
Enjeksiyon
döküm, pres ve enjeksiyon pres kalıbı için kullanılabilecek çeliklerin,
iyi işlenebilir olması, çok iyi parlatılabilmesi, ısıl İşlemde çekme
yapmaması, yüksek aşınma direnci ve yeterli korozyon dayanımına sahip
olması istenir. Bunun için, CrNi-, CrMn- ve CrMo-alaşımh sementasyon ve
ıslah çelikleri, ultra arıklıkta kullanılırlar. Çekirdeğin nisbeten
yumuşak olması, yüzeyin sementasyon veya nitrasyonla sertleştirilmesi
tercih edilir. Yüksek dayanıma sahip olması ve aynı zamanda iyi
sünekîilik ve işlenebilirlik göstermesinden dolayı, martensitik yapıda
çökelme sertleşmesi yapan Maraging çelikleri de kalıp yapımına
girmiştir.
Belirli bir yüksek polimer malzemenin, örneğin PVC 'nin işlenmesinde,
takım yüzeyi korozif etki altında kalır. Bu durumda, ya nikel veya krom
kaplama ile korozyondan korunma yapılmalı ya da korozyona dayanıklı
çelikler kullanılmalıdır.
Enjeksiyon döküm makinalannm ve ekstruderİerhı helis pistonunun ömrü,
esas itibariyle helis ve silindirin yapıldığı malzemenin kalitesine
bağlıdır. Bunlar, abrasif aşınmaya karşı yüksek direnç göstermeli ve
böylece kalıptan kopabilecek metal partiküUerin işlenen malzemeye
girmesi önlenmelidir. Bunun için pratikte daha çok, banyo ya da gaz
nitrasyonla yüzey sertliğinin 1000 ilâ 1100 VSD olduğu, 34 CrAINi 7 ve
30 CrMoV 9 nitrasyon çelikleri kullanılır.
Cam fazı takviyeli yüksek polimerlerin üretimi için, genel olarak
daha yüksek aşınma direnci gerekir. Bunun için takım yüzeyi, sert metal
ya da tikankarbür veya volframkarbür ile kaplanır. Tablo 111 'de, TS
3921 ve TS 3941'de verilen çeliklerle birlikte, DENPe göre çelikler de
verilmiştir. Seçkin olarak kullanılabilen çeliklerin yanında, enjeksiyon
döküm takımlar için, çinko alaşımları, çok metalli alüminyum bronzları,
bakır-berilyum bronzu, nikel ve epoksi reçinesi de kullanılmaya
başlanmıştır.
KESİCİ TAKIMLAR
Demir esaslı ve demir olmayan
metal malzemelerin talaşsız imalatı ve kağıt, karton, deri ve
lastiklerin işlenmesi için yapılan takımların kesici kenarları, basmaya,
aşınmaya ve kesmeye zorlanırlar. Bunun için, yeterli kırılma da-yammma,
sürtünme aşınmasına karşı iyi aşınma direncine ve soğuk kaynağa karşı
pek az eğilime sahip olmalıdırlar. Malzeme seçimi için, takım formu
yanında kesilen malzemenin cinsi ve gösterdiği direnç de önemlidir.
Yaklaşık % 1,5 ilâ 2,5 C ve % 12 ilâ 13 Cr içeren ledeburitik yüksek
karbon ve yüksek kromlu takım çelikleri (X 210 Cr 12, X 210 CrW 12 ve X
165 CrMoV 12 1) çok fazla kullanılır. Bu çeliklerin katılaşmasında,
kromu zengin karışık karbürlü ledeburit ötektiği teşekkül eder ve devam
eden soğumada, y-katı çözeltilerinden sekunder karbür çökelmesi olur.
Sertliği yaklaşık 1700 VSD olan, M7C3 karışık karbürü, yüksek aşınma
direnci sağlar. Sertleştirmeden sonra görülen anizotropik ölçü
değişmeleri, şekillendirme doğrultusunda yönlenmiş karbürlerden
etkilenir. Karbürlerin ısıl genleşme katsayısı, ana yapının î/3 'ü kadar
olduğundan, soğuma esnasında büyüklüğü karbür teşekkülüne bağlı olan,
karbürlerin engelleme etkisi meydana gelir.
ESU yönteminin ilave bir gelişimiyle, % 3,3 'e kadar karbonlu
ledeburitik krom çeliklerinin, hem dövme ve hem de sac olarak
haddelenebilecek blok halinde üretimi mümkün olmaktadır. Karbon miktarı %
2,5 ilâ 3,3 arasında olan bu çelikler, normal ledeburitik kromlu
çelikler ile yüksek krom alaşımlı özel dökme demir çeşidi arasındadır ve
döküm malzemeler alaşım sahasına girmektedir. Bu çeliklerde karbür
miktarı yüksek olduğu için (X 210 Cr 12 çeliğinde hacimde yaklaşık % 22
karbür olmasına karşın, X 290 Cr 12 çeliğinde hacimde yaklaşık % 30
karbür vardır), 66 ilâ 70 RSD-C sertliğinde, iyi bir aşınma direnci
gösterirler.
Yaklaşık % 1 karbonlu orta alaşımlı çelikler, daha düşük aşınma
direnci gösterirler, fakat daha yüksek sünekliliğe ve daha İyi
işlenebilirliğe sahiptirler. Bunlardan Örnek olarak, 90 MnCrV 8, 105 WCr
6, 100 MnCrW 6 çelikleri, daha çok metalik olmayan organik malzemelerin
kesilmesinde tercih edilirler. 6 mm ve daha yüksek kalınlığı olan sac
ve bandlan kesmek için, % 0,5 karbonlu sünek sert soğuk iş çelikleri
(örneğin 60 WCrV 7 veya X 47 CrVMo 5 1 çelikleri kullanılır. Tabio
112'de, çelik seçimi ile ilgili bilgiler verilmiştir.
ALAŞIMLI SOĞUK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ
Alaşımlı soğuk
iş takım çelikleri grubu, aîaşımsız takım çeliklerinin geliştirilmesiyle
ortaya çıkmıştır. Bu çeliklerin kullanımı, takımlarda maksimum yüzey
sıcaklığının en fazîa 200 °C 'ye kadar yükselebildiği, özellikle
talaşsız ve talaşlı şekil verme işlemleridir. Önemli bir miktar da,
ölçme cihazlarının imalatında kullanılır.
Alaşımlı soğuk iş takım çelikleri, TS 3921 ve DİN 17350'de
standardlaştırılmıştır. Her İki standardta da çeiik çeşitleri ve
özelikleri, büyük Ölçüde uyum içerisindedir. Tablo 108'de, bu çeliklerin
bileşimleri, Tablo 109'da ısıl işlem durumu ve özelikleri, Tablo ÎİO'da
ise önemli kullanım yerleri örnekleri ve AISI/SAE karşılıkları
verilmiştir.
Alaşımlı soğuk iş takım çeliklerinde, aîaşımsız takım çeliklerine
nazaran özeliklerin iyileştirilmesi amacıyla düşük ya da yüksek
alaşımlama yapılır. Karbür teşekkül ettirici V, Mo, W ve Cr ile
alaşımlama yapıldığında ve buna uygun ısıl işlem uygulandığında,
dayanımın (0,2 uzama sınırı 1800 ilâ 2500 MPa arasında) yanında,
özellikle sertlik ve aşınma direnci de yükselir. Bu durum, Knoop
sertliklerinin karşılaştınlmasıyla daha iyi açıklanabilir:
Alaşımlı soğuk iş çeliklerinde karbon miktarı, % 0,3 ilâ 2,5 arasında
değişir ve hatta yüksek alaşımlı çeliklerde % 3 'e ulaşır. % 1 karbonda
düşük alaşımlı çeliğin yapısındaki karbür miktarı % 5 iken, % 2 'den
fazla karbon içeren yüksek alaşımlılarda bu değer % 10 İlâ 30 değerine
yükselir.
Isıl işlemde, özellikle sertleştirmede, öngörülen sıcaklıklar tam
olarak sağlanmalı ve garanti edilmeli, ısıtma işlemi yavaş ve homojen
gerçekleştirilmelidir. Komplike formdaki ya da büyük boyutlu takımlarda
sertleştirme çatlağını önlemek için, su ve daha sonra yağda kesintili
sertleştirme tavsiye edilmektedir. Aşırı ısıtmalarda çatlak teşekkülü,
yanma ve deformasyon, düşük sıcaklıklarda ise daha az sertlik değeri
elde edilir. Yüzeysel karbon azalması ya da takım ve soğutma ortamı
arasmda buhar hapsolması sonucunda, yumuşak cidar ya da lekeler meydana
gelebilir. Çatlak oluşumunu engellemek için, ani soğutma banyosundan
alınan parçalar, vakit geçirilmeksizin derhal menevişlenmeîidir. Meneviş
sıcaklığı, arzu edilen çalışma sertliğine bağlı olarak, 100 ilâ 300 °C
arasmda seçilir. Menevişİemeden sonra, havada soğutma yapılır. Alaşımsız
ve sertleştirme sıcaklığı 900 °C 'nin altmda olan düşük alaşımlı
çeliklere uygulanabilecek sertleştirme işlemi zanıan-sıeaklık diyagramı
Şekil I5?de verilmiştir.
Takımlardan beklentilerin yükselmesine ve
çoğu zaman alaşımlı çelikler gerekmesine karşın, alaşımsız takım
çeliklerinin de çok yönlü kullanım alanı vardır (Tablo 107). Esas
olarak, şiddetli darbe zorlamalarına maruz kalan takımlar için düşük
karbon miktarlı çelikler ve aşınma direncinin ön planda olduğu yerlerde
de yüksek karbonlu çelikler tercih edilir. Tablo 107'de, TS 3941 ile
birlikte, DİN standardında alaşımsız takım çelikleri ve SAE/AISI
karşılıkları ile, bu çeliklerin kullanım yerlerine Örnekler verilmiştir.
Müteakip sayfalarda, alaşımsız takım çeliklerinin her biri için
değişik ülke standardlannda yaklaşık karşılıkları, kimyasal bileşimleri,
ısıl işlem koşullan ve önemli kullanım yerleriyle birlikte,
sertleştirme sıcaklığı ve soğutma ortamına bağlı olarak menevişte
sertlik değişimleri verilmiştir.
ALAŞIMSIZ TAKIM ÇELİKLERİ
Alaşımsız takım
çelikleri, asal çeliklerin klasik temsilcisidir. Bunlar, yüksek derecede
arıklık ve sertleştirme tutumlarında homojenlik gösterirler. Karbon
miktarının ve arıtılamayan elemanların smıflandınlmasma göre,
sertleşebilirlik değişir. Karakteristik özelikleri, iyi çekirdek
sünekliğinde, yüksek yüzey sertliğidir. Çekirdeğe kadar tam sertleşme,
yalnızca küçük kesitlerde mümkündür. Kuşkusuz, 200 °C 'nin üzerindeki
sıcaklıklarda, meneviş etkisi sonucunda sertlikte düşme olur. Bu durum,
bu çeliklerin takım olarak kullammını sınırladığından, çok fazla
ısınmadan sakınılması gerekir.
Alaşımsız takım çelikleri, sembolle
belirtmede DİN standardında Wl, W2, ve W özel amaçlar için olarak, üç
kalite grubunda sınıflanduılırlar. TS 3941 standardında ise Tl, T2 ve T
olarak üç kalitede belirtilmektedirler. Sembolde karbon miktarı
belirtildikten sonra , örneğin % 1,05 karbonlu çelik için C 105 ve 1.
kalite de ayrıca belirtilmek istendiğinde C 100 W1 (C 100 Tl) olarak
gösterim yapılır. Alaşımsız takım çeliklerinin çeşitleri, bileşimleri
Tablo 105'de ve ısıl işlem karakteristikleri, Tablo 106'da verilmiştir.
Herbir kalite grubundaki çelikler, arıklık derecesi (P ve S),
sertleşebilirliğe etki eden elementler Si, Mn ve Ni miktarı, sertleşme
derinliği ve sertlik hassasiyeti bakımlarından fark gösterirler. 1.
Kalite grubundaki çelikler, en fazla arıklıkta ve en az sertleşme
derinliğine sahiptirler. Bunlar, aşırı sertleştirme sıcaklığına ve aşın
bekleme suresine hassas değildirler, yani sertleştirme güvenilirlikleri
büyüktür. Dezoksidasyon esnasında vanadyum ve titan ilavesiyle, çekirdek
teşekkülü etkisi kuvvetlenir ve böylece ince taneli yapıya ulaşılır. 2.
Kalite grubundaki çelikler de keza, yüksek arıklığa sahiptirler, fakat
sertleşme derinliği 1. kalite grubuna nazaran biraz büyüktür.
Sertleştirme güvenirliği, özellikle basit ve robust kalıplann imaline
izin verecek Öl&cc