Alaşım Elementlerinin Etkisi

Karbonlu çeliklerden normal olarak sağlanamayan kendine has özellikleri sağlayabilmek amacıyla, bir veya birden fazla alaşım elementi katmak suretiyle yapılan çelikler alaşımlı çeliklerdir.

Alaşım elemanlarının etkisi, diğer metallere nazaran  en çok çelik yapısında etkili olmaktadır. Ayrıca alaşım elementlerinin etkileri toplanabilir olmadığından, çok sayıda alaşım elementinin birlikte bulunması halinde beklenen özellik değişmeleri ancak genel çerçevede ele alınabilir ve bu konuda kesin bir yaklaşım yapılamaz.

Alaşımlı çelikler, alaşım elemanları ( karbon ve arıtılamayan elemanlar dışında kalan diğerleri ) toplam miktarı % 5 den az olan (düşük alaşımlı) çelikler ve alaşım elemanlarının toplamı % 5 den fazla olan (yüksek alaşımlı) çelikler olmak üzere, iki ana gruba ayrılırlar. Alaşımsız çeliklere benzer davranışa sahip olan düşük alaşımlı çeliklerin en belirgin özelliği, sertleşme kabiliyetlerinin daha yüksek olmasıdır. Ayrıca, sertlik, çekme dayanımı, akma sınırı, elastiklik  modülü gibi dayanım özellikleri ile sıcağa dayanıklılık, meneviş dayanıklılığı, gibi karakteristikler yükselirken, genellikle kopma uzaması, kesit daralması, çentik darbe dayanımı gibi değerlerde azalma olur. Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde, istenilen özelliklerin bulunmaması veya yetersiz olması halinde yüksek alaşımlı çelikler kullanılır. Bu tür alaşımlama, normal sıcaklıklardaki mekanik dayanımın artırılmasının yanı sıra,   özellikle sıcağa, tufalleşmeye,  korozyon dayanımına, sıcaklıkta sertlik ve manyetiklenmeme gibi bazı istenen özelliklerin elde edilmesini amaçlar.

KARBON
Çelik için temel alaşım elementidir. Karbon miktarının artmasıyla sertlik ve dayanım önemli ölçüde artar.Ancak % 0.8 karbona kadar çekme gerilmesi ve akma sınırı değeri artar. Bu değerden sonra kırılganlık artar, ısıl işlem sonu sertlik kalıntı östenit sebebiyle daha fazla artmaz. Çeliğin alabileceği maksimum  sertlik 67 HRC olup bu değer 0.6 karbon miktarı ile elde edilir. Çeliklerde Karbon miktarı süneklilik, dövülebilirlik, derin çekilebilirlik ve kaynak kabiliyeti gibi özellikleri olumsuz yönde etkilemektedir. Yüksek karbonlu çeliklerin ısıl işleminde çatlama riski de fazladır.

MANGAN
Yapıya genellikle cevher halinde iken girer. Mekanik özellikleri iyileştirmesi sebebiyle ayrıca da ilave edilir. Temel alaşım elementi olarak da kendisini gösterebilir. Genel olarak sünekliği azaltmakla birlikte, çeliğin dayanımını artırır özelliğe sahiptir. % 3 Mn miktarına kadar, her % 1 Mn için çekme dayanımı yaklaşık 100 MPa kadar artar, % 3 – 8 arası artış azalır, % 8 den itibaren düşüş görülür. Çeliğin dövülebilirliği ve sertleşebilirliğini iyileştirici özelliktedir. Kaynak kabiliyetini olumsuz yönde etkilemez ve kaynaklanabilir malzemeler içinde % 1.6 oranına kadar yükseltilebilir. Manganın iyi yöndeki etkisi karbon oranının artmasıyla birlikte artar.Ayrıca çeliğin yüzey kalitesini iyileştirir.

SİLİSYUM
Çelik üretimi esnasında oksijen giderici  olarak  kullanılır. Döküm çeliklerde, döküme akıcılık sağlamak için ilave edilebilir. Ferrit içerisinde çözünebilme özelliğine sahip olduğu için malzemenin süneklik ve tokluğunu düşürmeden, dayanımı ve sertliği artırır. Yüksek silis içeren çeliklerin ısı dayanımı da yüksektir. Genel olarak sertleşebilirliği, aşınma dayanımını, ve elastikiyeti yükseltmesine karşın yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler.Silisyum miktarı arttıkça çeliğin tane büyüklüğü de artar.

KÜKÜRT
Otomat çeliklerinde kükürt miktarı ,talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek için yüksektir.Bunun dışında istenmeyen bir elementtir ve daima azaltılmaya çalışılır.Kükürt miktarı yükseldikçe,şekillendirmeye dik doğrultuda süneklik  ve darbe dayanımı düşer, boyuna doğrultuda etkilenme azdır.Mangan ile dengelenmediğinde sıcaklıkta kırılganlık yapar.Kaynak edilebilirliği ve sertleşebilirliği kötüleşir.

FOSFOR
Mevcudiyeti ile malzeme tokluğunu düşüren, zararlı etkiye sahip bir elementtir. Çeliğin dayanımını ve sertliği artırıcı özelliği olmasına karşın süneklik ve darbe dayanımını düşürür. Bu etki yüksek karbonlu çeliklerde daha net görülür. Çeliğin korozyon dayanımını iyileştirmesine karşın mümkün olduğunca düşük olmasına çalışılır ve kükürtle birlikte fosfor azlığı malzeme kalitesinde birinci kriterdir.

KROM
Çeliklere en fazla ilave edilen alaşım elementidir. Çelikte, oksidasyona ve korozyona karşı dayanımı ,aşınma direncini ve serleşebilirliği arttırır. Çeliğe ilave edilen krom Cr7C3 ve Cr23C6 gibi sert karbürler oluşturarak sertliği direkt olarak artırır. Dönüşüm hızlarını da yavaşlatarak sertlik derinliğini de aynı oranda artırır. Krom, %25’e varan değerlerde ilave edilmesi halinde malzeme yüzeyinde bir oksit tabakası oluşturarak paslanmaya karşı direnç sağlar ve malzemeye parlak bir görüntü kazandırır. Çekme dayanımını ve sıcağa dayanımı da artırır özelliğe sahiptir. Bazı alaşımlarda meneviş kırılganlığına sebep olabilir veya sünekliği düşürebilir. Bu etkileri azaltmak amacıyla daha çok Ni ve Mo ile birlikte kullanılır.

NİKEL
Nikel %5 e varan oranlarda, alaşımlı çeliklerde geniş bir biçimde kullanılır. Nikel malzemenin mukavemetini ve tokluğunu artırır. Özellikle paslanmaz çeliklerde daha geniş yer alır. Nikel aynı zamanda tane küçültme etkisine de sahiptir. Alaşım elemanı olarak nikelin tek başına kullanımı son yıllarda azalmış Ni-Cr alaşımı başta olmak üzere Ni – Mo yahut Ni – Cr – Mo alaşımları yaygınlaşmıştır. Sıcağa ve tufalleşmeye karşı iyileştirici özelliğe sahip olmasının yanısıra, krom ile birlikte kullanılarak sertleşmeyi, sünekliği ve yorulma direncini artırır.

MOLİBDEN
Molibden düşük nikel ve düşük krom içeren çeliklerde temper gevrekliği eğilimini gidermek için kullanılır. % 0.3 civarında molibden ilavesi bunu sağlar. Molibden ilavesi yapılan nikel ve krom çeliklerinin temper sonrası darbe dayanımları da önemli ölçüde yükselir. Aynı zamanda akma ve çekme dayanımını artırır.

VANADYUM
Nikel gibi vanadyum da çelikler için önemli bir tane küçültücüdür. % 0.1 gibi bir oranda kullanılması bile, sertleştirme prosesi esnasında tane irileşmesini önemli ölçüde engeller. Vanadyum sertlik derinliğini artırmakla beraber sıcaklık dayanımını da artırır. Özellikle kesmeye çalışan parçalarda, darbe dayanımının artmasını sağlayarak kesici kenarların formunun uzun süre muhafaza edilmesinde etkilidir.

WOLFRAM
Wolfram; çeliğin dayanımını artıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarın sertliğinin muhafazasını, takım ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu sebeple özellikle yüksek hız çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak kullanılır. Yüksek çalışma sıcaklıklarında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.

NİOBYUM
Tane inceltici etkiye sahip olan element, aynı zamanda, akma sınırını da yükseltir. Kuvvetli karbür yapıcı özelliği ile sertliği de artırır.

TİTANYUM
Kuvvetli karbür yapıcı özelliği vardır ve sertliği artırır. Çelik üretimi esnasında deoksidan olarak da kullanılır. Tane inceltici etkiye sahiptir.

KOBALT
Yüksek sıcaklıklarda tane büyümesini yavaşlattığı için, daha çok hız çeliklerine ve sıcağa dayanıklı çeliklere ilave edilir.

ALÜMİNYUM
En güçlü deoksidandır. Isıtma da tane kabalaşması ve yaşlanmayı azaltır. Tane inceltici özelliğe sahiptir.

BOR
Düşük ve orta karbonlu çeliklerin sertleşebilirliğini en etkin artırır özelliğe sahiptir. Sakinleştirilen çeliklere 0.0005 – 0.003 kadar düşük oranda katılırlar.

BAKIR
Sıcak şekillendirmede kırılganlığa sebep olduğu için  % 0.5 oranı pek aşılmaz. Sünekliği ciddi oranda düşürmesine karşın korozyon dayanımını artırır ve sertliği artırdığı için ilave edilir.

AZOT
Nitrür teşekkül ettirerek sertliği artırır. Nitrürasyon ile 1100 VSD kadar sertlik elde edilebilir. Mekanik dayanım ve korozyona karşı direnci artırmasına karşın yaşlanma meydana getirir.

Çeliklerin alaşımlı sayılabilmesi için içerebileceklerin elementlerin alt sınırları aşağıda ki tablo da belirtilmiştir.