Çelik döküm
Çelik döküm, farklı çelikleri içeren özel bir döküm şeklidir. Dökme demirin yeterli mukavemete veya darbe direncine sahip olmadığı durumlarda çelik döküm kullanılır.
Karbon içeriği %2'ye kadar olan bir demir ve karbon alaşımı olan çelik (daha yüksek karbon içeriğine sahip malzeme, dökme demir olarak tanımlanır). Şimdiye kadar malzeme, altyapı ve inşaat dünyasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Sanayide dikiş iğnesinden petrol tankerlerine kadar her şeyin yapımında kullanılır. Ayrıca bu tür eşyaların yapımı ve imalatı için gerekli aletler de çelikten yapılmıştır.
Malzemenin göreceli öneminin bir göstergesi olarak, 2013 yılında dünya ham çelik üretimi yaklaşık 1,6 milyar ton iken, bir sonraki en önemli mühendislik metali olan alüminyumun üretimi yaklaşık 47 milyon ton olarak gerçekleşti.
Çeliğin popülaritesinin ana nedenleri, üretiminin, oluşumu ve işlenmesinin nispeten düşük maliyeti, iki ana malzemesinin (demir cevheri ve hurda) bolluğu ve benzersiz mekanik özellikleridir.
Çelik, ana bileşenleri ağırlıkça yüzde 0,02 ile 1,7 arasında demir ve karbondan oluşan alaşımlı bir metaldir. Karbon, demir için bir alaşım elementidir, ancak çelikte başka birçok alaşım elementi de kullanılır.
Karbon ve diğer elementler sertleştirici madde görevi görerek demir atomundaki ayrışmayı önleyerek ağ adı verilen yapıyı kristalleştirir. Alaşım elementlerinin miktarlarındaki ve çelikteki dağılımlarındaki farklılık, çeliğin sertlik, elastikiyet, esneklik, çekme mukavemeti gibi niteliklerini ve diğer özelliklerini kontrol eder. Örneğin çelik, karbonun artmasıyla demirden daha sert ve daha güçlü hale gelebilir, ancak aynı zamanda daha kırılgan hale gelir. Çelik üretimi öncesinde istenilen özelliklere göre çelik alaşımı standarda göre seçilir.
Çeliğin maksimum karbon içeriği yaklaşık %0,75'tir ve ayrıca karbonun demirdeki maksimum çözünürlüğü ağırlıkça %1,7'dir ve bu 1130 °C'de meydana gelir. Daha yüksek karbon konsantrasyonları veya düşük sıcaklıklar sementit üretimine neden olur ve bu da malzemenin mukavemetini azaltır.
Çeliğin Özellikleri (Çelik)
Çeliğin ana bileşeni, saf haliyle bakırdan çok daha sert olmayan bir metal olan demirdir. Katı halde demir, diğer tüm metaller gibi çok kristallidir; yani, sınırlarında bir araya gelen çok sayıda kristalden oluşur.
Sertlik: Bir malzemenin aşınmaya karşı direnç gösterme yeteneği. Karbon içeriği çelikte ulaşılabilecek maksimum sertliği belirler.
Mukavemet-mukavemet: Bir malzemenin şeklini değiştirmek için gereken kuvvet miktarı. Daha yüksek karbon içeriği ve sertlik, daha yüksek mukavemetli çelikle sonuçlanır.
Süneklik: Çekme gerilimi altında bir metalin şeklini değiştirme yeteneği. Düşük karbon içeriği ve daha düşük sertlik, çeliğin daha yüksek sünekliğe sahip olmasını sağlar.
Dayanıklılık: Zihinsel baskıya dayanma yeteneği. Artan süneklik genellikle daha iyi toklukla ilişkilendirilir. Alaşım metalleri eklenerek ve ısıl işlem uygulanarak sertlik ayarlanabilir.
Aşınma direnci: Bir malzemenin sürtünme ve aşınmaya karşı gösterdiği direnç. Dökme çelik, benzer bileşimdeki dövme çeliklere benzer aşınma direnci sergiler. Molibden ve krom gibi alaşım elementlerinin eklenmesi aşınma direncini artırabilir.
Korozyon direnci: Malzemenin oksidasyona ve paslanmaya karşı direnci. Dökme çelik, dövme çeliğe benzer korozyon direnci gösterir. Yüksek düzeyde krom ve nikel içeren yüksek alaşımlı çelikler oksidasyona karşı oldukça dayanıklıdır.
İşlenebilirlik: Bir çelik dökümün, işleme (kesme, taşlama veya delme) yoluyla malzemenin çıkarılmasıyla deforme edilebilme kolaylığı. İşlenebilirlik, sertlikten, mukavemetten, ısıl iletkenlikten ve ısıl genleşmeden etkilenir. Kaynaklanabilirlik: Çeliği hatasız kaynaklama yeteneği. Kaynaklanabilirlik öncelikle çelik dökümün kimyasal bileşimine ve ısıl işleme bağlıdır.
Yüksek Sıcaklık Özellikleri: Ortam sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda çalışan çelikler, oksidasyon, hidrojen hasarı, sülfit pullaşması ve karbür kararsızlığı nedeniyle mekanik özelliklerinde bozulmaya ve erken kayıplara maruz kalır.
Düşük sıcaklık özellikleri: Dökme çeliğin mukavemeti düşük sıcaklıklarda büyük ölçüde azalır. Alaşım ve özel ısıl işlemler, dökümün yüklere ve gerilimlere dayanma yeteneğini geliştirebilir.
Döküm çeliğin kimyasal bileşimi
Dökme çeliğin kimyasal bileşimi performans üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve genellikle çeliği sınıflandırmak veya standart özellikleri belirlemek için kullanılır. Dökme çelikler iki geniş kategoriye ayrılabilir: karbon dökme çelik ve alaşımlı çelik.
Karbon çeliği dökümleri: Dövme çelikleri gibi, karbon çeliği dökümleri de karbon içeriklerine göre sınıflandırılabilir. Düşük karbonlu dökme çelik (%0,2 karbon) nispeten yumuşaktır ve kolayca ısıl işleme tabi tutulmaz. Orta karbonlu (%0,2-0,5 karbon) dökme çelik biraz daha serttir ve ısıl işlemle güçlendirilebilir. Maksimum sertlik ve aşınma direnci isteniyorsa yüksek karbonlu çelik döküm (%0,5 karbon) kullanılır.
Karbon çeliği dökümleri: Dövme çelikleri gibi, karbon çeliği dökümleri de karbon içeriklerine göre sınıflandırılabilir. Düşük karbonlu dökme çelik (%0,2 karbon) nispeten yumuşaktır ve kolayca ısıl işleme tabi tutulmaz. Orta karbonlu (%0,2-0,5 karbon) dökme çelik biraz daha serttir ve ısıl işlemle güçlendirilebilir. Maksimum sertlik ve aşınma direnci isteniyorsa yüksek karbonlu çelik döküm (%0,5 karbon) kullanılır.
Alaşımlı çelik dökümler: Alaşımlı çelik dökümler düşük veya yüksek alaşımlı olarak sınıflandırılır. Düşük alaşımlı dökme çelik (≤ %8 alaşım içeriği), geleneksel düşük karbonlu çeliğe benzer şekilde davranır ancak daha yüksek sertleşebilirliğe sahiptir. Yüksek alaşımlı döküm çeliği (>%8 alaşım içeriği), korozyon direnci, ısı direnci veya aşınma direnci gibi belirli bir özelliği üretmek üzere tasarlanmıştır.
Yüksek alaşımlı çelikler paslanmaz çelik (>%10,5 Cr) ve Hadfield Manganez çeliğidir (%11-15 Mn). Oksijene maruz kaldığında aktif bir krom oksit tabakası oluşturan kromun eklenmesi, paslanmaz çeliğe mükemmel korozyon direnci sağlar. Hadfield çeliğindeki manganez içeriği, zorlu çalışma sırasında yüksek aşınma direnci sağlar.