Malzeme biLGİSİ Dr. Ing. Rahmi Ünal konu: demiR ve ÇELİK



Yüklə 85,33 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix11.04.2018
ölçüsü85,33 Kb.
#37606


1

MALZEME BİLGİSİ

Dr.- Ing. Rahmi ÜNAL

Konu:

DEMİR ve ÇELİK


2

DEMİR ve ÇELİK

Demir karbon alaşımları iki sınıfa ayrılabilir;

1.

Demir karbon alaşımlarında (alaşımsız çelikler) sadece 

demir ve karbon bulunur.

2.

Alaşımlı çeliklerde demir ve karbonun yanında ayrıca 

Mn, Cr, Ni, Si, Mo gibi diğer alaşım elemanları da bulunur.



Demir ve Çelik - 


3

1. Demir-Karbon Alaşımları

Bu alaşımlarda temel eleman olan demir arı halde çok 

yumuşak ve düşük mukavemetlidir.

İçine katılan karbon oranı arttıkça sertlik ve mukavemet 

artar, ancak süneklik ve tokluk azalır.

Çelik ve dökme demirler bu gruba girerler.

Sertlik ve mukavemetlerinin yanında elastisite modülünün 

yüksek oluşu diğer metallere göre ayrı bir üstünlük sağlar. Bu 

nedenle bu alaşımlar yapı ve makine malzemesi olarak 

kullanılmaya en uygun metallerdir. 



Demir ve Çelik - 


4

Demirin kafes sistemi

Poliformik özelliğe sahip olan saf demirin katı halde üç 

değişik kafes yapısı vardır.

Demir ve Çelik - 



5

Curie Sıcaklığı ve Mıknatıslanabilme

Sıcaklık 768

0

C nin altına düşünce mıknatıslanabilen 



demir meydana gelir. Bu sıcaklığa curie sıcaklığı denilir. 

Bu sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda demir hiçbir şekilde 

mıknatıslanmaz. 

Demir ve Çelik - 



6

2. Demir - Karbon Sistemi

HMK demir (ferrit) yumuşak ve düşük mukavemetlidir. 

Ferrit ile arayer katı eriyiği oluşturan karbonun ferritte erime 

oranı oda sıcaklığında çok sınırlı olup en fazla %0,025 tir.



Demir ve Çelik - 


7

Demirde mevcut karbonun fazlası sementit (Fe

3

C) 


denen demir karbür bileşiğini oluşuturur.

Demir karbon sistemi diyagramı stabil veya metastabil

sistemlerde olabilir. 

Stabil sistem de karbon grafit olarak oluşurken, 

metastabil sistemde ise karbon Fe

3

C (sementit) bileşiği 



halindedir.

Demir ve Çelik - 


8

a) Stabil Sistem (Fe-C Diyagramı):

Alaşımdaki tüm karbon miktarı yapı içerisinde grafit 

şeklinde dir. 

Bu iç yapı yavaş soğutma ile elde edilir. Silisyum 

miktarı iç yapının ferrit+grafi

şeklinde olmasını 

kolaylaştırır. Bu tip yapı stabil sistem yada stabil

katılaşma olarak adlandırılır.



Demir ve Çelik - 


9

b)Metastabil sistem (Fe-Fe

3

C diyagramı):

Alaşımın ihtiva ettiği bütün karbon miktarı, kimyasal olarak 

demir karbür şeklinde bağlanmıştır ve sementit şeklinde 

yapıda yer alır.

Bu iç yapı  hızlı soğutma ile oluşur ve manganez oranı ile 

oluşumu kolaylaşır.

Sementit kristali yüksek sıcaklıkta parçalanmış ferrit ve grafit 

taneciklerine (temper grafiti) dönüşebileceği için bu tip 

katılaşmaya metastasbil (kararsız dengeli) sistem denir.

Demir karbon alaşımları bu sebepten ötürü birbirinden farklı 

eğrilere sahip iki ayrı denge diyagramından oluşur. 

Aralarındaki fark çok düşük olduğundan, genellikle her ikisi de 

aynı diyagram üzerinde gösterilir.

Demir ve Çelik - 



10

% 6,67 karbon içeren sementit ortorombik kristal yapıya sahiptir. Çok sert ve 

gevrek olan bu faz çeliklerin yüksek mukavemetli oluşunda ana etkendir. 

723 


0

C nin üzerinde var olan ostenitin YMK kafesinde karbnun erime oranı 

daha yüksek olup en fazla % 2 dir. Karbonun fazlası ostenitin yanında demir 

karbür oluşturur.



Demir ve Çelik - 


11

Demir Karbon İkilisinin Terimleri

Demir ve Çelik - 


12

Ferrit (demir) oda sıcaklığında HMK kafes yapılı 

α-KK (karma 

kristallerine) “Ferrit” denilir.

Sementit Fe

3

C kimyasal bileşiğidir. % 93,33 ferrit ve % 6,67 



karbondan oluşan bir bileşiktir. Özgül ağırlığı düşük, sert, 

kırılgan, 215 

0

C sıcaklıkta mıknatıslanma özelliğini kaybeder. 



Biçimlendirilme özelliği olmayan, çeliğe dayanım ve sertlik 

veren bir yapıdır.



Demir ve Çelik - 


13

Perlit %0,8 karbon içeren alaşım soğutulunca 723

0

C de 



ostenit yapı ferrit ve sementite dönüşür. Bu iki faz ince ve 

sık tabakalar (lamellar) halinde oluşur. Kırıldığı zaman 

inciyi (pearl) andıran görünüşü sebebiyle perlit adını alır. 

%87 ferrit ve %13 sementitin yaptığı bir ötektoiddir. 

% 0,8 karbonlu çelikte perlitik yapı

Demir ve Çelik - 



14

Ledeburit Sementit ile ostenitin yapmış olduğu bir ötektir. Ötektik

sıcaklık 1130

0

C olup, %4,3 karbon ile %95,7 ferritin yapmış olduğu bir 



ötektik yapıdır. Ötektik sıcaklık altında ostenit ve sementitten meydana 

gelmiş olmakla beraber sıcaklık düştükçe ostenit dönüşüme uğrayarak 

sementit oluşturur ve 723

0

C altında ostenit bulunamayacağından yapı



tamamen sementit ile perlite dönüşür.

Ledeburit yüksek sıcaklıklarda ostenit ile sementitin, oda sıcaklığında 

ise perlit ile sementitin meydana getirdiği bir yapıdır.

Demir ve Çelik - 



15

Ostenit

YMK kafes yapılı 

γ karma kristallerine verilen bir isimdir.

Sıcaklık yükselmesi ile karbon eritkenliği artarak % 1,7’ ye 

kadar yükselir. 

Saf veya karbon eritmiş halde mıknatıslanmaz. 

Nikel ve Manganez ile elde edilen ve alçak sıcaklıklarda da 

yapısı ostenit olan çelikler elde edilmektedir. Bu çeliklerde 

mıknatıslanmazlar. Özlü olup biçimlendirilme özelliği çok 

yüksektir. Isı ve elektriği iyi iletmezler.



Demir ve Çelik - 


16

Ötektoid altı çelikler %0,8’den az karbon içeren alaşımlara 

ötektoid altı çelikler denir. Bu alaşımlar soğurken önce östenit

katı eriyiği oluşur. Daha sonra ostenitten ferrit fazı ayrışır, 723 

°C’a gelince geriye kalan YMK ostenit %0,8 karbon 

içerdiğinden yine sık tabakalar halinde tane sınırlarında ferrit

ve sementit içeren perlite dönüşür.



Ferrit tanelerinin tane sınırında

Çökelmiş  perlit yapısı 

Demir ve Çelik - 


17

Ötektoid üstü çelikler

%0,8 den fazla karbon içeren alaşımlara ötektoid üstü çelikler 

denir.

Bu alaşımlarda, ostenit katı eriyiği oluşumundan sonra 

soğutulursa şu dönüşümler meydana gelir.

Sıcaklık düşünce karbonca doymuş hale gelen ostenit

tanelerinin çevresinde ağ şeklinde demir karbür fazı

çökelmeye başlar.

723 

°C’a gelince geriye kalan ostenit perlite dönüşür.



Sonuçta perlit bölgeleri sementit yapılı bir kabukla çevrilmiş

olur. 

Böylece malzeme gevrekleşerek kullanılamayacak hale gelir. 

Bu kabuk şekilli sementit oluşumu ısıl işlemler ile önlenebilir.

Demir ve Çelik - 


18

Ötektoid üstü çeliklerin mikroyapısı

Sementit

Perlit

Demir ve Çelik - 


19

Dökme Demirler

Karbon oranı %2- %6,67 arasında olan alaşımlarda 

karbondan başka;

1. soğuma hızı,

2. içerdikleri Si ve Mn oranı

iç yapı oluşumunu etkiler.

Demir ve Çelik - 


20

BEYAZ DÖKME DEMİR

%2-4 arasında karbon ve %1 

den az Si içeren demir karbon 

alaşımı hızlı soğursa ana faz 



demir karbür içinde dağılmış 

perlit adacıklarından oluşan bir 

yapı elde edilir. 

Kırıldığı zaman beyaz Görünen 

bu metale beyaz dökme demir

denir.

Demir ve Çelik - 



21

KIR (GRİ) DÖKME DEMİR

Genellikle %2-4 karbon ve %1-3 Si 

içeren demir karbon alaşımları kum 

kalıba dökülürse soğuma yavaş olur, 

kararsız Fe

3

C bileşiği ferrit ve grafite 



ayrışır. 

Ayrışma kısmen olursa iç yapıda 

perlit görülür. 

Ayrışma tam olursa yalnız  ferrit ve 



yaprak  şeklinde grafit meydana 

gelir. 


Kırıldığı zaman gri renkli 

görüldüğünden bu metale kır dökme 



demir denir.

Demir ve Çelik - 


22

Demir-Karbon Alaşımı Sınıflandırılması

Bu alaşımlar üç ana sınıfa ayrılırlar;



a. Demirler : C<%0,1

b. Çelikler : %0,1 < C < %2

I.Az karbonlu çelikler: %0,1 < C < %0,2

II.Orta karbonlu çelikler: %0,2 < C < %0,5

III.Yüksek karbonlu çelikler: %0,5 < C < %2



c. Dökme demirler : %2< C < %6,7

Demir ve Çelik - 


23

Demir-Karbon Alaşımlarının Üretilmesi

Ham Demir(Pik) Yüksek fırında üretilen ve henüz hiçbir işlem 

yapılmamış demirdir. Doğrudan doğruya pek nadir hallerde 

döküm yapılır (örneğin: yalnız ağırlık için).

Dökme Demir Pik demirinin kupol fırınlarında (ocaklarında) 

yeniden ergitilmesi ve temizlenmesi ile elde edilir.



Çelik Pik demirin çelik fırınlarında işleme tabii tutulması ile 

elde edilir.



Demir ve Çelik - 


24

Demir ve Çelik - 


25

Ham Demir (Pik) Üretimi

Demir ve Çelik - 


26

Yüksek Fırın

Demir ve Çelik - 


27

Doğada çoğunlukla Fe

2

O

3

ve Fe

3

O

4

bileşikleri halinde 

bulunan demir filizleri yüksek fırında redüklenerek ham 

demire (Pik demiri veya font) dönüştürülür.

Yüksek fırında 

bir tabaka kok kömürü, bir tabaka demir 

filizi ve ayrıca bir miktar kireçtaşı

konur.

Demir oksit bileşimindeki cevher, fırının ocak kısmında 

kor halinde bulunan, kok ile temasta redüksiyona uğrar.

Karbonca zenginleşme katı durum içindir ve karbon 

miktarı arttıkça ergime sıcaklığı noktası düşer.

Yüksek fırından demir almak üzere delindiği sırada (2- 4 

saate bir)  C miktarı yaklaşık %3,5- 4,5 kadardır.

Demir ve Çelik - 


28

Cevherin ihtiva ettiği oksitler nedeniyle Si, Mn, P ve S 

gibi katkılarda direkt redüksiyonla demire geçerler.

Demire Si ‘un geçişi yüksek sıcaklıklarda olmaktadır. 

Yalnız, yüksek sıcaklıkta ve kireç ihtiva eden curuf olması 

halinde, kükürt’te curufa geçmektedir.

Elde edilen ham demir sert, kırılgan ve biçimlendirilme 

özelliği olmayan bir üründür.

Yüksek fırın ürünü ham demir çelik veya dökme demir 

üretiminde kullanılır.

Demir ve Çelik - 


29

Çelik Üretimi

Alman DIN normuna göre çelik, herhangi bir işlemden 

geçmeden dövülebilen ve genellikle %1,7’den fazla 

karbon ihtiva etmeyen bir demir-karbon alaşımıdır.

Bu tarife göre ince kesitler halinde dövülebilen (ancak 

temperleme işleminden sonra) temper dökümü çelik 

sayılmaz. İstisna olarak % 2 C ihtiva eden yüksek alaşımlı 

çelikler, yüksek orandaki alaşım maddeleri nedeni ile 

çelik grubuna dahildir.

Demir ve Çelik - 


30

Ham demir üretimden çıktığında içerisinde büyük 

miktarda karbon, ayrıca kısmen de refakat elementleri 

bulunur. Bunlardan silisyum ve manganez %0,8 den fazla 

olmamak şartı ile çelikte istenir. 

Kükürt ve fosfor ise her oranda zararlıdır ve mümkün 

olduğunca uzaklaştırılmalıdır. Bütün çelik üretim 

usullerinde şu neticelere varılmaya çalışılır:



Karbon miktarını istenilen değere düşürmek;



Demir refakat elementleri olan fosfor ve kükürdü teknik ve 

ekonomik yönden mümkün olduğu kadar uzaklaştırmak.

Demir ve Çelik - 



31

Demir refakat elementlerinin oksijene karşı olan 

afiniteleri (ilgileri), demire karşı ilgilerinden daha yüksek 

olduğundan; hava üflenerek ham demir içerisinden 

yakılarak çıkarılmaları mümkündür.

Bu oksidasyon işlemine üfleme işlemi denilir.

Oksidasyon için gerekli oksijen çeşitli şekillerde sisteme 

verilebilir.

Demir ve Çelik - 


32

Oksijen ilk olarak daha fazla miktarlarda bulunduğu için, 

demir ile redüksiyona girer ve demir oksit (FeO) teşekkül 

eder. Demiroksit, demir içerisinde çözünür ve demir refakat 

elementleri ile reaksiyona girer.

Oksijen, demiroksitten demir refakat elementlerine geçer. 

Demir redüklenir, demir refakat elementleri oksitlenir. Şöyle ki;

1.   2FeO+Si 

→ Fe+SiO



2

curuf

2.   FeO+Mn

→ Fe+MnO curuf



3.   FeO+C 

→ Fe+CO  Baca gazı



4.  2FeO+S 

→ 2Fe+SO



2

Baca gazı, curuf

5.   5FeO+2P 

→ 5Fe+P



2

O5  Banyo içinde çözünür.

Demir ve Çelik - 


33

Demir ve Çelik - 


34

Demir ve Çelik - 


35

Oksijen Konvertörü

Demir ve Çelik - 


36

Demir ve Çelik - 


37

Ergitme banyosu içindeki iç hareketler ne kadar iyi 

olursa reaksiyonların vuku bulması da o kadar hızlı olur.

Sıvı ham demirdeki karbon , manganez ve silisyum gibi 

diğer elemanlar, bazik astarlı  Thomas (veya asit astarlı 

Bessemer) konvertörünün dibinden üflenen havanın 

oluşturduğu FeO yardımıyla oksitlenerek, büyük ölçüde 

gaz veya curuf haline geçerler (takriben 15 dak.).

Eriyikte kalan bir miktar FeO’in kısmen giderilebilmesi 

için Mn ilave edilir (dezoksidasyon).

Demir ve Çelik - 


38

Döküm sırasında ergimiş kütle içinde kalan FeO karbon 

tarafından deokside edilir, bu sırada oluşan CO gazı 

katılaşma tamamlanıncaya kadar kısmen kabarcıklar 

halinde yüzeye çıkmaya devam eder, kısmen de kütle 

içinde kalır.

Kaynama  şeklindeki görüntü sebebi ile elde edilen bu 

çeliğe kaynar dökülmüş ve sakinleştirilmemiş çelik denir.

Bu çelik K simgesi ile belirtilir ve bağıl olarak kalitesi 

düşüktür.

Demir ve Çelik - 


39

Bu durumu önlemek için, 

oksijene ilgileri karbonunkinden daha fazla olan Al ve Si 

(%0,15) gibi katkılar doğrudan FeO ‘i deokside eder ve 

gaz kabarcıklarının oluşması önlenir, dolayısıyla kaynama 

görülmez. 

Bu çeliklere sakinleşmiş çelik denir ve “S” simgesi ile 

belirtilir.

Eğer bu işlem özenli yapılır ve tam sakinleşme 

sağlanırsa “SS” simgesi kullanılır.

Sakinleşmiş çelikler mekanik özellikler ve kaynak 

kabiliyeti yönünden üstün nitelikli sayılırlar.

Demir ve Çelik - 


40

Thomas çelikleri, içlerinde fazla miktarda yabancı 

eleman ve üflenen havadan gelen azot bulunduğu için 

önemsiz işlerde kullanılan ucuz kütle çelikleridir. 

Konvertöre hava yerine saf oksijen verilerek çeliğin 

kalitesi yükseltilebilir (oksijen konvertör çelikleri). 

Siemens- Martin yöntemiyle elde edilen çelikte kalan 

yabancı eleman miktarı Thomas usülünkünden daha 

azdır. Eğer P ve S miktarlarının her biri

<%0,050 ise kalite çelikleri;

<%0,035 ise asal çeliklerdir.

Asal çelikler daima sakinleştirilmiş olarak elde edilirler.

Demir ve Çelik - 


41

Özellikle yabancı elemanların azlığı ve kimyasal 

bileşimlerinin kesinliği yönünden çok yüksek kaliteli 

olmaları istenilen alaşımlı çelikler, elektrik ark veya 

endüksiyon ocaklarında (gerekirse vakum altında) 

üretilirler.

Demir ve Çelik - 


42

Dökme Demir Üretimi

Dökme demirler alçak sıcaklıkta ergirler, maliyetleri 

düşüktür, döküme elverişlidirler, aşınma dayanımları 

yüksek olup basma dayanımları üstündür. Bu özellikleri 

sebebiyle geniş kullanım alanına sahiptirler.

Makine gövdeleri, motor blokları, pistonlar, silindir 

gömlekleri, fren tamburları, kampanalar, radyatörler, 

kalorifer kazanları, büyük çaplı su boruları, ...

Demir ve Çelik - 


43

Yüksek fırından alındığı gibi kullanılamayan ham demiri 

döküme elverişli hale getirmek için kupol fırınlarında 

karbonunu yakmak ve karbon oranını %1,7- 3,5  arasına 

indirmek, hurda malzeme ve katık elemanlarla döküm 

yapmaya elverişli bir ürün haline getirmek gerekir.

Kupol fırınları bir kat kok, bir kat ham demir ve bir kat da 

kireçtaşı konularak alttan gönderilen soğuk hava ile 

çalıştırılır. Gerektiği zaman hurda malzeme ve katık 

elemanlar da ilave edilebilir.

Demir ve Çelik - 


44

Kupol fırınları bir kat 

kok, bir kat ham 

demir ve bir kat da 

kireçtaşı konularak 

alttan gönderilen 

soğuk hava ile 

çalıştırılır. Gerektiği 

zaman hurda 

malzeme ve katık 

elemanlar da ilave 

edilebilir.

Kireçtaşı ham demirdeki yabancı maddelerle birleşerek curuf teşkil 

eder. Alt haznede ergiyik üzerinde toplanan curuf zaman zaman curuf

alma kanalından alınır

Demir ve Çelik - 


45

BÖLÜM SONU

Demir ve Çelik - 

Yüklə 85,33 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə