ANA SAYFA
Demir, arı halinde gümüşümsü renkte bir metaldir. Demir (Fe), dünyada bulunan metaller arasında en çok bulunanlardan 2.sidir. Elementler arasında 4. sıradadır. Yeryüzünün çekirdeği, büyük oranda metal demirden meydana gelir.
Demirin kimyasal simgesi "Fe", latince "demir" kelimesinin karşılığı "ferrum"dan gelir. Demirin atom numarası 26, atom ağırlığı 55,85 ve özgül ağırlığı 7,86' dır.
TARİHÇE
Demir ilk kez Sümerler ve eski Mısırlılarca kullanılmıştır ki bu da yaklaşık Milattan Önce 4000 yıllarına kadar gider. Bu madenin o tarihlerde bıçak, mızrak uçları, süs eşyası olarak kullanıldığını görüyoruz.
M.Ö. 3500 - M.Ö. 2000 döneminde, ergitilmiş demirden yapılmış nesneler Mısır, Mezopotamya, Anadolu bölgelerinde daha sık görülür. Bu nesnelerin içeriğinde nikele rastlanmamış olması, bu nesnelerin meteor taşları kullanılarak yapılmadığını ispatlar. Bu nesnelerin kullanımlarının daha çok törensel ve dekorasyon amaçlı olması, demirin o dönemlerde pahalı bir maden olmasındandır. Hatta demirin o dönemlerde altından daha pahalı olduğu da bilinmektedir. Buna örnek olarak; İlyada bölgesinde savaş silahları, alet edavatları bronz olarak yapılırken, demir ingotlar ticaret çin kullanılmakta olduğu gösterilmektedir. Bazı kaynakların iddiasına göre; o devirlerde demir, bakırın saflaştırılması için bir yan ürün olarak (sünger demir) ortaya çıkmaktadır. O çağlardaki metalurji bilgisi ve deneyimi, demiri yeniden üretmeye yetmediği görüşü benimsenmektedir.
M.Ö. 1600 - M.Ö. 1200 döneminde demirin kulanımı, özellikle Orta Doğu bölgesinde gitgide artarak kullanılır. Ancak yine de bronz kullanımını geçemez.
M.Ö. 1200 - M.Ö. 1000 döneminde Orta Doğu bölgesinde, alet-edavat, silah gibi ürünlerin imalatında bronz yerine demir kullanımına doğru hızlı bir geçiş olur. Sanılanın aksine bu durum, demir işleme metodlarında oluşan bir gelişme neticesinde değildir. Bronz yapımında kullanılmakta olan kalay arzında oluşan kesinti bu sonucu doğurmuştur. Bu geçiş süreci, yerküremizin çeşitli bölgelerinde çeşiti zamanlarda gözlenmiş olup, yeni bir çağın, yani "Demir Çağı"nın başlangıç işareti olarak tarihteki yerini almıştır.
Karbürizasyon, bronz kullanımından demir kullanımına geçişte gerçekleşen bir başka buluştur. Karbürizasyon, demire karbon ilavesi işlemine verilen addır. İşlem sırasında demir, "sünger demir" olarak elde edilmiş ve tekrarlamalı olarak, katlanarak dövülmekle içermiş olduğu curufun kütleden ayrılması ve karbonun oksitlenmesi sağlanır. Fakat dövülmüş dökme demir çok az karbon içerir. Bu nedenle su verme metoduyla sertleştirilmesi çok kolay olmaz. Orta Doğu bölgesinde o zamanki insanlar, dökme demiri, odun kömürü ateşinde oldukça uzun bir süre ısıtarak ve daha sonra da su veya yağda su vererek çok daha sert bir ürün elde etmişlerdir. Kazanılan bu ürün, çelik yüzeyine sahipti ve bronzdan çok daha sertti, üstelik daha az kırılgan olması bir avantajdı.
Çin'de M.Ö. 550 yıllarında o zamana göre bayağı gelişmiş ocak teknolojisi sayesinde yeni bir demir üretim metodu oluştu. 1300 K ısıları aşan yüksek fırın yapabilmeleri nedeniyle Çinliler "dökme demir" (pik demir) yapabildiler.
Demir Hindistan'da M.Ö. 250 yıllarında kullanılmaya başlandı. Delhi'de bulunan Kutup Kompleksi'ndeki dünyaca ünlü demir direk, saf demirden (%98) mamüldür ve günümüze kadar bozulmadan ve paslanmadan gelmiştir.
Demir alaşımına bakarsak, karbonla birlikte 1420–1470K sıcaklığa kadar ısıtıldığında oluşan sıvı ergiyik %96,5 demir ve %3,5 karbon içerir. Bu ürün ince detaylı şekiller halinde dökülebilir. Ancak içermiş olduğu karbonun çoğunu uzaklaştırmak için dekarbürize edilmesi gerekir. Çünkü bu durumda işlenebilmek için çok fazla kırılgan bir yapıya sahiptir.
Avrupa'da dökme demirin gelişimi oldukça geç olmuştur. Bunun sebebi, ergitme ünitelerinde 1000K nın üzerine çıkılamamasıdır. Batı Avrupa'ya baktığımızda, orta çağda demirin, sünger demirin dövülerek dökme demire dönüştürülmesiyle elde edildiğini görüyoruz. İsveç'in Lapphyttan ve Vinarhyttan bölgeleri, dökme demirin Avrupa'da ilk ortaya çıktığı yer olmuştur (1150 ve 1350 yılları). Dökme demir pazarının oluşmaya başlaması 14. yüzyılın sonlarına doğrudur. Bunda en büyük sebep de top güllelerine olan talep artışıdır.
İlk demir ergitme işlemlerinde, gerek ısı kaynağı olarak, gerek redükleme aracı olarak odun kömürü kullanıldığını görüyoruz. İngiltere'de 18. yüzyılda ağaç stoklarının azalması sebebiyle, kok kömürü kullanılmaya başlanmıştır. Abraham Darby'nin bu buluşu ile "endüstri devrimi" için gerekli olacak enerji kaynağını da keşfedilmiş oldu.
DEMİRİN KULLANIM ALANLARI
Demir, bilinen tüm metallerin arasında en fazla kullanılan metaldir ve yeryüzünde üretilen metallerin ağırlık olarak %95'ini meydana getirir.
Demirin diğer metallere göre düşük fiyatı ve yüksek direnç özellikleri, otomotiv, gemi gövdesi yapımı ve binaların yapısal bileşeni olarak kullanımında ve daha birçok yerde vazgeçilmez kılar.
Çelik, en çok bilinen demir alaşımıdır. Demirin diğer kullanım formları şunlardır: Pik Demir: %4–%5 karbon ve değişen oranlarda safsızlıklar (S, Si, P gibi) içerir. Demir cevherinden, dökme demir ve çeliğe giden yolda bir ara ürün olarak değerlendirilir.
Dökme Demir: %2–%4 arasında karbon, %1-%6 silisyum ve az miktarda manganez içerir. Pik demirde bulunan ve malzeme özelliklerini olumsuz etkileyen, kükürt ve fosfor gibi empüriteler, kabul edilebilir seviyelere düşürülmüştür. 1420–1470K arasındaki ergime sıcaklığı, her iki bileşeninin ergime sıcaklığından daha düşüktür. Bu özelliği ile demir ve karbon birlikte ısıtılmaları durumunda ilk ergiyen ürün olmaktadır. Mekanik özellikleri, büyük ölçüde, bileşiminde bulunan karbonun aldığı forma bağlıdır. Beyaz dökme demirlerde karbon sementit veya demir karbür şeklindedir. Bu sert ve kırılgan bileşik, beyaz dökme demirleri sertleştirir fakat darbelere karşı dayanıksız kılar. Öte yandan, gri dökme demirlerde karbon, serbest ince grafit pulcukları halindedir. Bu da, keskin kenarlı grafit pulcuklarının gerilim arttırma karakterinden dolayı malzemeyi kırılgan yapar. Gri dökme demirin daha yeni bir türü olan "sünek demir"de ise, malzemenin tokluk ve direncini arttırmak için, dökme demirin az miktarda magnezyum ile muamele edilip grafit pulcuklarının şeklinin küresel veya nodüler hale dönmesi sağlanır.
Karbon Çeliği: %0.4–%1.5 arasında karbon ile az miktarlarda manganez, kükürt, fosfor ve silisyum içermektedir.
Dövülebilir Dökme Demir: %0.2 den daha az karbon içerir. Tok ve dövülebilir bir üründür.
Alaşımlı Çelik: Değişen miktarlarda karbonun yanısıra, krom, vanadyum, molibden, nikel, tungsten gibi diğer metalleri de içerir ve daha çok yapısal alanlarda kullanılır. Demir-çelik metalurjisindeki son gelişmeler, çok çeşitli mikro-alaşımlandırılmış çeliklerin (HSLA veya yüksek mukavemet, düşük alaşım çelikleri) ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu çelik alaşımlarının en büyük özeliği, çok küçük miktarlardaki alaşım elementi ilavesiyle çok yüksek mukavemet ve tokluğun elde edilebilmesidir.
Demir(III) Oksit: Bilgisayarlarda manyetik depolama ünitelerinin yapımında kullanılmaktadır.
Kaynak: wikipedia.org
Steel. Bileşiminde % 1,8’den
daha az karbon bulunan,
demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e
kadar çıkabilir. Çelik üretimi millî ekonominin gelişme göstergelerinden
biridir. Üretimi basit mâdencilik ve
çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç
gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu vâsıtalar, uçak ve diğer modern
makinalar için esastır.
A lm. Stahl (m), Fr. Acier (m), İng. Steel. Bileşiminde % 1,8’den
daha az karbon bulunan, demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e kadar çıkabilir. Çelik üretimi
millî ekonominin gelişme göstergelerinden biridir. Üretimi basit mâdencilik
ve çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu
vasıtalar, uçak ve diğer modern makinalar için esastır.
Üretimi: Yüksek fırından elde edilen ham demir % 2-4,5 karbon ve önemli
miktarda fosfor, kükürt gibi yabancı maddeler ihtivâ eder. Bu maddeler
gevrekleştirici etki yapar ve özellikle darbelere karşı dayanımı çok düşürür.
Büyük bir ham demir parça, insan elinden düşüp sert bir zemine çarpsa,
kolaylıkla ikiye ayrılabilir. İlk defa 1856’da Henry Bessemer, ham demiri
ergiterek içinden hava geçirdi ve bu kırılganlık yapıcı maddeleri yakmayı
başardı. Yanan maddelerden hâsıl olan enerji, çeliği sıvı halde tutmaya
yetmektedir. Böylece çelik üretiminde Bessemer usûlü doğdu. Eskiden
çelik üretimi çok zaman alıyordu ve çok pahalıydı. Bu işlemler çok
kısaldığından çelik üretimi hem kolaylaştı, hem de ekonomik duruma geldi.
Bessemer usulüyle elde edilen çelikte bir miktar fosfor ve kükürt yanmadan
kalıyordu. Bunlar da çeliği gevrekleştiriyordu. Bunun üzerine 1876’da
Thomas Gillchrist, Bessemer’in, kullandığı asit astar yerine bazik
dolomit astar kullanarak sıvı çeliği büyük ölçüde yakmayı başardı.
Böylece iyi kaliteli çelik elde edildi. Fakat bu usûlde endüstriyel
üretimin % 5’i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu. Her yıl milyonlarca
ton makina parçasının hurdaya çıkması hurdaların kullanılmasını
mecburi kıldı. 1865’te geliştirilen Siemens Martin usûlü, saydığımız
bu iki mahsuru ortadan kaldırtacak nitelikteydi. Bu usülde % 100’e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilir. Fırınlar 300-500 ton kapasitededir. Fırın önce üçte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur, kireçtaşı ilave edilerek 3 saat üstten ısıtılır. Daha sonra sıvı ham demir ilâve edilerek fırın kapasitesine çıkılır. İstenilen analize erişildikten sonra fırından alınır. Bessemer ve Thomas usüllerine göre daha kaliteli çelik üretilebilir. Alaşımlı çelik üretmek de mümkündür. Fakat alev sıvı metalle temas ettiği için alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması sözkonusu olur.
Oksijen üfleme usûlünde, Thomas ve Siemens Martin usüllerinin üstünlükleri bir arada toplanmıştır. Ham demir içindeki istenmeyen elemanları yakarak uzaklaştırmak için teknik saflıkta oksijen kullanılmaktadır. Bu sebepten reaksiyonlar daha çabuk meydana gelmektedir. Hava içinde % 79 oranında bulunan azot lüzumsuz yere ısıtılmamaktadır. Fakat daha önemlisi azotu düşük çelik üretilebilmektedir.
Çelik üretiminde, LD, LDAC, Kaldo, Elektro-Çelik gibi birbirinden farklı değişik isimler sayılabilir. Fakat temelde prensip açıklanan şekildedir, bâzı küçük farklılıklar mevcuttur.
Alaşımsız çelikler genelde ihtivâ ettikleri karbona göre sınıflandırılır. % 0,8 karbon ihtivâ edenlere ötektoit, daha az oranda karbon ihtivâ edenlere ötektoit-altı, % 0,8’den daha fazla karbon ihtivâ edenlere ötektoit-üstü çelik denir. Karbon durumuna göre bir başka sınıflama şöyledir: % 0,1-0,2 karbon ihtivâ edenlere yumuşak çelik, % 0,2-0,3 karbon ihtivâ edenlere az karbonlu çelik, % 0,3-0,85 karbon ihtivâ edenlere orta karbonlu çelikler denir.
Eğer sınıflama genel olarak yapılırsa çelikler iki gruba ayrılır: Îmâlat çelikleri, takım çelikleri.
a) Îmâlat çelikleri: % 0,06-0,65 karbon ihtivâ ederler. Kendi aralarında üçe ayrılırlar: 1) Çekme mukâvemetine göre çelikler; Fe 37-2 şeklinde gösterilir. Fe sembolü çelik olduğunu, 37 sayısı kgf/ mm2 olarak çeliğin minimum çekme mukâvetini gösterir. En sonundaki iki rakamı kalite durumunu ifâde eder. 2) Kimyâsal analize göre çelikler kendi aralarında sementasyon çelikleri ve ıslah çelikleri olarak ikiye ayrılırlar. Sementasyon çelikleri % 0,2’den daha az karbon ihtivâ ettiklerinden, ısıl işlemle sertleştirilemezler. Eğer sementasyonla yüzeyden karbon verilirse ve ısıl işlem uygulanırsa yüzey kısmı sertleşebilir. İç kısmı sertleşmeden kalır. Islah çelikleri ısıl işlemle çok iyi sertleşir. Fakat bu durumda çok kırılgan olduklarından süneklik kazandırmak maksadıyla ıslah işlemine tâbi tutulurlar. Islah işlemi A1 sıcaklığının altında bir sıcaklıkla 1-2 saat tavlanarak yapılır. 3) Özel îmâlat çeliklerinin ise otomat çelikleri, civata ve somun çelikleri gibi çeşitleri vardır.
b) Takım çelikleri: Endüstride malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan çeliklerdir. Sert, aşınmaya, darbelere karşı dayanıklı ve oda sıcaklığında, yüksek sıcaklıkta kesici olmaları gerekir. Alaşımlı ve alaşımsız takım çelikleri olarak iki gruba ayrılırlar. Alaşımlı olanlar kendi aralarında sıcak-iş, soğuk-iş takım çelikleri ve hız çelikleri olmak üzere üçe ayrılırlar.
Çeliklerde ısıl işlem sonucu sertlik artışını sağlayan elaman karbondur. % 0,2’den daha az karbon ihtivâ eden çeliklerin sertlikleri ısıl işlemle çok az artış gösterir, bu sebepten sertleşmiyor kabul edilirler. Piyasada bunlara demir de denir. Arı demirde ısıl işlemle hiçbir sertlik artışı görülmez. Çünkü içinde karbon yoktur.
Sertleştirme sonucu % 0,2 karbonlu çelikte yaklaşık 28-30 HRC, % 1 karbonluk çelikte 67 HRC sertlik elde edilebilir. Karbon oranının % 1’in üzerine çıkması sertlikte daha fazla bir artışa sebeb olmaz. Soğutma ortamı olarak tuzlu su, musluk suyu, yağlar ve hava kullanılabilir. Tuzlu suda soğuma çok hızlıdır. Soğuma hızı suya göre düşük olmakla birlikte türden türe değişmektedir. Havada soğuma ise çok çok yavaştır. Ancak sertleşme kâbiliyeti çok iyi olan bâzı yüksek alaşımlar bu yolla sertleştirilebilirler.
Sertleştirilmiş çelikler bir mıknatısa sürtülürse veya bir magnetik alan etkisinde kalırlarsa, mıknatıslanırlar. Bir defâ mıknatıslandıktan sonra, uzun süre mıknatıs olarak kullanılabilirler. Bu tür maksatlar için genellikle sertleştirilmiş % 1 karbonlu çelikler kullanılıyordu. Son zamanlarda bunların yerini, çeşitli miktarlarda krom, tungsten (volfram) ve kobalt ihtivâ eden alaşımlı çelikler almıştır. Bugün kobalt çelikleri rakipsizdir ve giderek başka tip mağnetik malzemelerin de yerini almak yolundadır.
Otomat çelikleri: Kısa ve kırılıcı talaş veren ve işlenmiş yü zeyleri oldukça düzgün olan türlerdir. Talaşları kolay kırıldığı için otomatik tezgahlarda işlenmesi kolaydır. Kükürt, daha önce belirtildiği üzere çeliği gevrekleştirici olup, darbelere dayanıksız hâle getirir. Buna rağmen, talaş kırılganlığı yaptığı için çelik içinde bulunmasına müsâade edilir.
Civata ve somun çelikleri: Çapları 16 milimetreden küçük olan civata ve somunlar, soğuk şekillendirildikleri için bu işleme uygun malzemeden îmâl edilmelidir. Ç apları 16 milimetreden büyük olanlar talaş kaldırılarak işleneceği için, talaşlı îmâlata uygun malzemeden yapılmalıdır.
Kazan çelikleri, sıcaklığa dayanıklı ve kaynak kâbiliyeti iyi olan çeliklerdir. Yay çelikleri, yüksek elastiklik veya akma sınırına, fakat aynı zamanda sarılabilecek kadar plastik şekil değiştirme kâbiliyetine sâhip olmaları istenen çeliklerdir. Silisyum alaşım elemanı olarak katılırsa yaylanma özelliğini iyileştirir.
Paslanmaz çelikler: Krom veya nikel, çelik yü ;zeyinde çok ince ve yüzeye yapışan bir oksit filmi (tabakası) meydana getirirler. Bu tabaka oksitlenmenin içeriye doğru ilerlemesini durdurur. Düşük kromlu çeliklerde bu tabaka korozyonun içeriye doğru ilerlemesini önleyemez. Krom oranı % 10’un üzerinde olan çelikler korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Paslanmaz çelikler mikro yapılarına göre üç grubu ayrılırlar.
Martenzitik paslanmaz çelikler: % 11,5-18 Cr ve % 0,1-1 C ihtivâ ederler. Kromdan başka önemli bir alaşım elemanları yoktur. Krom, çeliğin hem mukâvemetini hem de sertleşebilme kâbiliyetini çok iyi artıran bir elemandır. Isıl işlemle sertleştirilebilirler. Alaşımsız çeliklerin sertleşebilmesi için çok hızlı soğutulmaları gerekir. Oysa bu çelikler havada çok yavaş soğusalar bile sertleşirler. Normal olarak sertleştirme sıcaklıkları 1010 °C dolaylarındadır. Soğutma yağda veya havada yapılabilir. Menevişlenmesi 590°C üzerinde yapılmalıdır. Aksi halde meneviş kırılganlığı meydana gelir. Sıcaklıkta şekillendirilebilirler. Korozyona dirençleri ferritik ve ostenitik tiplere göre daha düşüktür. Kâğıt makinaları ve pompalarda parça ve civata malzemesi olarak kullanılırlar.
Ferritik paslanmaz çelikler: % 14-27 arasında krom ve martenzitik çeliklere göre daha az karbon ihtivâ ederler. Isıl işlemle sertleştirilmezler, ancak soğuk şekillendirme ile sertlik ve mukâvemetleri orta derecede artırılabilir. Sıcak ve soğuk şekillendirilebilirler. Çekme mukâvemetleri normal çeliklere göre % 50 daha fazladır.
Ostenitik paslanmaz çelikler: Hem krom hem de nikel ihtivâ eden alaşımlardır. Krom ve nikelin toplam oranı en az % 23 olmalıdır. Alaşım elemanı olarak nikelin de katılması paslanmazlık özelliğini daha da artırmıştır. Bu tiplerde karbon oranının mümkün olduğu kadar az olması istenir. Bugün dünyâ paslanmaz çelik üretiminin büyük bir kısmını bu tür teşkil etmektedir.
Çeliğe su verilmesi: Belli bir şekil verilen çelik, kızgın haldeyken âniden suya daldırılırsa, kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu işleme çeliğe su verme denir. Kızgın çelik hava akımıyla soğutulursa daha değişik özellikler kazanır. Târih boyunca demir ve çelik sanatında en üstün millet Türkler olmuştur. Osmanlı ve daha önceki Türk devletlerinde kullanılan harp malzemelerinin üstünlüğü de bunu doğrulamaktadır.
Alm. Stahl (m), Fr. Acier (m), İng.
Steel. Bileşiminde % 1,8’den
daha az karbon bulunan,
demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e
kadar çıkabilir. Çelik üretimi millî ekonominin gelişme göstergelerinden
biridir. Üretimi basit mâdencilik ve
çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç
gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu vâsıtalar, uçak ve diğer modern
makinalar için esastır.
Steel. Bileşiminde % 1,8’den
daha az karbon bulunan,
demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e
kadar çıkabilir. Çelik üretimi millî ekonominin gelişme göstergelerinden
biridir. Üretimi basit mâdencilik ve
çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç
gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu vâsıtalar, uçak ve diğer modern
makinalar için esastır.
A lm. Stahl (m), Fr. Acier (m), İng. Steel. Bileşiminde % 1,8’den
daha az karbon bulunan, demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e kadar çıkabilir. Çelik üretimi
millî ekonominin gelişme göstergelerinden biridir. Üretimi basit mâdencilik
ve çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu
vasıtalar, uçak ve diğer modern makinalar için esastır.
Üretimi: Yüksek fırından elde edilen ham demir % 2-4,5 karbon ve önemli
miktarda fosfor, kükürt gibi yabancı maddeler ihtivâ eder. Bu maddeler
gevrekleştirici etki yapar ve özellikle darbelere karşı dayanımı çok düşürür.
Büyük bir ham demir parça, insan elinden düşüp sert bir zemine çarpsa,
kolaylıkla ikiye ayrılabilir. İlk defa 1856’da Henry Bessemer, ham demiri
ergiterek içinden hava geçirdi ve bu kırılganlık yapıcı maddeleri yakmayı
başardı. Yanan maddelerden hâsıl olan enerji, çeliği sıvı halde tutmaya
yetmektedir. Böylece çelik üretiminde Bessemer usûlü doğdu. Eskiden
çelik üretimi çok zaman alıyordu ve çok pahalıydı. Bu işlemler çok
kısaldığından çelik üretimi hem kolaylaştı, hem de ekonomik duruma geldi.
Bessemer usulüyle elde edilen çelikte bir miktar fosfor ve kükürt yanmadan
kalıyordu. Bunlar da çeliği gevrekleştiriyordu. Bunun üzerine 1876’da
Thomas Gillchrist, Bessemer’in, kullandığı asit astar yerine bazik
dolomit astar kullanarak sıvı çeliği büyük ölçüde yakmayı başardı.
Böylece iyi kaliteli çelik elde edildi. Fakat bu usûlde endüstriyel
üretimin % 5’i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu. Her yıl milyonlarca
ton makina parçasının hurdaya çıkması hurdaların kullanılmasını
mecburi kıldı. 1865’te geliştirilen Siemens Martin usûlü, saydığımız
bu iki mahsuru ortadan kaldırtacak nitelikteydi. Bu usülde % 100’e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilir. Fırınlar 300-500 ton kapasitededir. Fırın önce üçte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur, kireçtaşı ilave edilerek 3 saat üstten ısıtılır. Daha sonra sıvı ham demir ilâve edilerek fırın kapasitesine çıkılır. İstenilen analize erişildikten sonra fırından alınır. Bessemer ve Thomas usüllerine göre daha kaliteli çelik üretilebilir. Alaşımlı çelik üretmek de mümkündür. Fakat alev sıvı metalle temas ettiği için alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması sözkonusu olur.
Oksijen üfleme usûlünde, Thomas ve Siemens Martin usüllerinin üstünlükleri bir arada toplanmıştır. Ham demir içindeki istenmeyen elemanları yakarak uzaklaştırmak için teknik saflıkta oksijen kullanılmaktadır. Bu sebepten reaksiyonlar daha çabuk meydana gelmektedir. Hava içinde % 79 oranında bulunan azot lüzumsuz yere ısıtılmamaktadır. Fakat daha önemlisi azotu düşük çelik üretilebilmektedir.
Çelik üretiminde, LD, LDAC, Kaldo, Elektro-Çelik gibi birbirinden farklı değişik isimler sayılabilir. Fakat temelde prensip açıklanan şekildedir, bâzı küçük farklılıklar mevcuttur.
Alaşımsız çelikler genelde ihtivâ ettikleri karbona göre sınıflandırılır. % 0,8 karbon ihtivâ edenlere ötektoit, daha az oranda karbon ihtivâ edenlere ötektoit-altı, % 0,8’den daha fazla karbon ihtivâ edenlere ötektoit-üstü çelik denir. Karbon durumuna göre bir başka sınıflama şöyledir: % 0,1-0,2 karbon ihtivâ edenlere yumuşak çelik, % 0,2-0,3 karbon ihtivâ edenlere az karbonlu çelik, % 0,3-0,85 karbon ihtivâ edenlere orta karbonlu çelikler denir.
Eğer sınıflama genel olarak yapılırsa çelikler iki gruba ayrılır: Îmâlat çelikleri, takım çelikleri.
a) Îmâlat çelikleri: % 0,06-0,65 karbon ihtivâ ederler. Kendi aralarında üçe ayrılırlar: 1) Çekme mukâvemetine göre çelikler; Fe 37-2 şeklinde gösterilir. Fe sembolü çelik olduğunu, 37 sayısı kgf/ mm2 olarak çeliğin minimum çekme mukâvetini gösterir. En sonundaki iki rakamı kalite durumunu ifâde eder. 2) Kimyâsal analize göre çelikler kendi aralarında sementasyon çelikleri ve ıslah çelikleri olarak ikiye ayrılırlar. Sementasyon çelikleri % 0,2’den daha az karbon ihtivâ ettiklerinden, ısıl işlemle sertleştirilemezler. Eğer sementasyonla yüzeyden karbon verilirse ve ısıl işlem uygulanırsa yüzey kısmı sertleşebilir. İç kısmı sertleşmeden kalır. Islah çelikleri ısıl işlemle çok iyi sertleşir. Fakat bu durumda çok kırılgan olduklarından süneklik kazandırmak maksadıyla ıslah işlemine tâbi tutulurlar. Islah işlemi A1 sıcaklığının altında bir sıcaklıkla 1-2 saat tavlanarak yapılır. 3) Özel îmâlat çeliklerinin ise otomat çelikleri, civata ve somun çelikleri gibi çeşitleri vardır.
b) Takım çelikleri: Endüstride malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan çeliklerdir. Sert, aşınmaya, darbelere karşı dayanıklı ve oda sıcaklığında, yüksek sıcaklıkta kesici olmaları gerekir. Alaşımlı ve alaşımsız takım çelikleri olarak iki gruba ayrılırlar. Alaşımlı olanlar kendi aralarında sıcak-iş, soğuk-iş takım çelikleri ve hız çelikleri olmak üzere üçe ayrılırlar.
Çeliklerde ısıl işlem sonucu sertlik artışını sağlayan elaman karbondur. % 0,2’den daha az karbon ihtivâ eden çeliklerin sertlikleri ısıl işlemle çok az artış gösterir, bu sebepten sertleşmiyor kabul edilirler. Piyasada bunlara demir de denir. Arı demirde ısıl işlemle hiçbir sertlik artışı görülmez. Çünkü içinde karbon yoktur.
Sertleştirme sonucu % 0,2 karbonlu çelikte yaklaşık 28-30 HRC, % 1 karbonluk çelikte 67 HRC sertlik elde edilebilir. Karbon oranının % 1’in üzerine çıkması sertlikte daha fazla bir artışa sebeb olmaz. Soğutma ortamı olarak tuzlu su, musluk suyu, yağlar ve hava kullanılabilir. Tuzlu suda soğuma çok hızlıdır. Soğuma hızı suya göre düşük olmakla birlikte türden türe değişmektedir. Havada soğuma ise çok çok yavaştır. Ancak sertleşme kâbiliyeti çok iyi olan bâzı yüksek alaşımlar bu yolla sertleştirilebilirler.
Sertleştirilmiş çelikler bir mıknatısa sürtülürse veya bir magnetik alan etkisinde kalırlarsa, mıknatıslanırlar. Bir defâ mıknatıslandıktan sonra, uzun süre mıknatıs olarak kullanılabilirler. Bu tür maksatlar için genellikle sertleştirilmiş % 1 karbonlu çelikler kullanılıyordu. Son zamanlarda bunların yerini, çeşitli miktarlarda krom, tungsten (volfram) ve kobalt ihtivâ eden alaşımlı çelikler almıştır. Bugün kobalt çelikleri rakipsizdir ve giderek başka tip mağnetik malzemelerin de yerini almak yolundadır.
Otomat çelikleri: Kısa ve kırılıcı talaş veren ve işlenmiş yü zeyleri oldukça düzgün olan türlerdir. Talaşları kolay kırıldığı için otomatik tezgahlarda işlenmesi kolaydır. Kükürt, daha önce belirtildiği üzere çeliği gevrekleştirici olup, darbelere dayanıksız hâle getirir. Buna rağmen, talaş kırılganlığı yaptığı için çelik içinde bulunmasına müsâade edilir.
Civata ve somun çelikleri: Çapları 16 milimetreden küçük olan civata ve somunlar, soğuk şekillendirildikleri için bu işleme uygun malzemeden îmâl edilmelidir. Ç apları 16 milimetreden büyük olanlar talaş kaldırılarak işleneceği için, talaşlı îmâlata uygun malzemeden yapılmalıdır.
Kazan çelikleri, sıcaklığa dayanıklı ve kaynak kâbiliyeti iyi olan çeliklerdir. Yay çelikleri, yüksek elastiklik veya akma sınırına, fakat aynı zamanda sarılabilecek kadar plastik şekil değiştirme kâbiliyetine sâhip olmaları istenen çeliklerdir. Silisyum alaşım elemanı olarak katılırsa yaylanma özelliğini iyileştirir.
Paslanmaz çelikler: Krom veya nikel, çelik yü ;zeyinde çok ince ve yüzeye yapışan bir oksit filmi (tabakası) meydana getirirler. Bu tabaka oksitlenmenin içeriye doğru ilerlemesini durdurur. Düşük kromlu çeliklerde bu tabaka korozyonun içeriye doğru ilerlemesini önleyemez. Krom oranı % 10’un üzerinde olan çelikler korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Paslanmaz çelikler mikro yapılarına göre üç grubu ayrılırlar.
Martenzitik paslanmaz çelikler: % 11,5-18 Cr ve % 0,1-1 C ihtivâ ederler. Kromdan başka önemli bir alaşım elemanları yoktur. Krom, çeliğin hem mukâvemetini hem de sertleşebilme kâbiliyetini çok iyi artıran bir elemandır. Isıl işlemle sertleştirilebilirler. Alaşımsız çeliklerin sertleşebilmesi için çok hızlı soğutulmaları gerekir. Oysa bu çelikler havada çok yavaş soğusalar bile sertleşirler. Normal olarak sertleştirme sıcaklıkları 1010 °C dolaylarındadır. Soğutma yağda veya havada yapılabilir. Menevişlenmesi 590°C üzerinde yapılmalıdır. Aksi halde meneviş kırılganlığı meydana gelir. Sıcaklıkta şekillendirilebilirler. Korozyona dirençleri ferritik ve ostenitik tiplere göre daha düşüktür. Kâğıt makinaları ve pompalarda parça ve civata malzemesi olarak kullanılırlar.
Ferritik paslanmaz çelikler: % 14-27 arasında krom ve martenzitik çeliklere göre daha az karbon ihtivâ ederler. Isıl işlemle sertleştirilmezler, ancak soğuk şekillendirme ile sertlik ve mukâvemetleri orta derecede artırılabilir. Sıcak ve soğuk şekillendirilebilirler. Çekme mukâvemetleri normal çeliklere göre % 50 daha fazladır.
Ostenitik paslanmaz çelikler: Hem krom hem de nikel ihtivâ eden alaşımlardır. Krom ve nikelin toplam oranı en az % 23 olmalıdır. Alaşım elemanı olarak nikelin de katılması paslanmazlık özelliğini daha da artırmıştır. Bu tiplerde karbon oranının mümkün olduğu kadar az olması istenir. Bugün dünyâ paslanmaz çelik üretiminin büyük bir kısmını bu tür teşkil etmektedir.
Çeliğe su verilmesi: Belli bir şekil verilen çelik, kızgın haldeyken âniden suya daldırılırsa, kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu işleme çeliğe su verme denir. Kızgın çelik hava akımıyla soğutulursa daha değişik özellikler kazanır. Târih boyunca demir ve çelik sanatında en üstün millet Türkler olmuştur. Osmanlı ve daha önceki Türk devletlerinde kullanılan harp malzemelerinin üstünlüğü de bunu doğrulamaktadır.
daha az karbon bulunan, demir karbon alaşımı. Alaşımlı
çeliklerde karbon oranı % 2,1’e kadar çıkabilir. Çelik üretimi
millî ekonominin gelişme göstergelerinden biridir. Üretimi basit mâdencilik
ve çiftçiliğin tersine teknolojiye ihtiyaç gösterir. Çelik; demiryollar, motorlu
vasıtalar, uçak ve diğer modern makinalar için esastır.
Üretimi: Yüksek fırından elde edilen ham demir % 2-4,5 karbon ve önemli
miktarda fosfor, kükürt gibi yabancı maddeler ihtivâ eder. Bu maddeler
gevrekleştirici etki yapar ve özellikle darbelere karşı dayanımı çok düşürür.
Büyük bir ham demir parça, insan elinden düşüp sert bir zemine çarpsa,
kolaylıkla ikiye ayrılabilir. İlk defa 1856’da Henry Bessemer, ham demiri
ergiterek içinden hava geçirdi ve bu kırılganlık yapıcı maddeleri yakmayı
başardı. Yanan maddelerden hâsıl olan enerji, çeliği sıvı halde tutmaya
yetmektedir. Böylece çelik üretiminde Bessemer usûlü doğdu. Eskiden
çelik üretimi çok zaman alıyordu ve çok pahalıydı. Bu işlemler çok
kısaldığından çelik üretimi hem kolaylaştı, hem de ekonomik duruma geldi.
Bessemer usulüyle elde edilen çelikte bir miktar fosfor ve kükürt yanmadan
kalıyordu. Bunlar da çeliği gevrekleştiriyordu. Bunun üzerine 1876’da
Thomas Gillchrist, Bessemer’in, kullandığı asit astar yerine bazik
dolomit astar kullanarak sıvı çeliği büyük ölçüde yakmayı başardı.
Böylece iyi kaliteli çelik elde edildi. Fakat bu usûlde endüstriyel
üretimin % 5’i veya daha fazlası fire olarak atılıyordu. Her yıl milyonlarca
ton makina parçasının hurdaya çıkması hurdaların kullanılmasını
mecburi kıldı. 1865’te geliştirilen Siemens Martin usûlü, saydığımız
bu iki mahsuru ortadan kaldırtacak nitelikteydi. Bu usülde % 100’e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilir. Fırınlar 300-500 ton kapasitededir. Fırın önce üçte bir kapasite hurda malzeme ile doldurulur, kireçtaşı ilave edilerek 3 saat üstten ısıtılır. Daha sonra sıvı ham demir ilâve edilerek fırın kapasitesine çıkılır. İstenilen analize erişildikten sonra fırından alınır. Bessemer ve Thomas usüllerine göre daha kaliteli çelik üretilebilir. Alaşımlı çelik üretmek de mümkündür. Fakat alev sıvı metalle temas ettiği için alaşım elemanlarının yanma yoluyla azalması sözkonusu olur.
Oksijen üfleme usûlünde, Thomas ve Siemens Martin usüllerinin üstünlükleri bir arada toplanmıştır. Ham demir içindeki istenmeyen elemanları yakarak uzaklaştırmak için teknik saflıkta oksijen kullanılmaktadır. Bu sebepten reaksiyonlar daha çabuk meydana gelmektedir. Hava içinde % 79 oranında bulunan azot lüzumsuz yere ısıtılmamaktadır. Fakat daha önemlisi azotu düşük çelik üretilebilmektedir.
Çelik üretiminde, LD, LDAC, Kaldo, Elektro-Çelik gibi birbirinden farklı değişik isimler sayılabilir. Fakat temelde prensip açıklanan şekildedir, bâzı küçük farklılıklar mevcuttur.
Alaşımsız çelikler genelde ihtivâ ettikleri karbona göre sınıflandırılır. % 0,8 karbon ihtivâ edenlere ötektoit, daha az oranda karbon ihtivâ edenlere ötektoit-altı, % 0,8’den daha fazla karbon ihtivâ edenlere ötektoit-üstü çelik denir. Karbon durumuna göre bir başka sınıflama şöyledir: % 0,1-0,2 karbon ihtivâ edenlere yumuşak çelik, % 0,2-0,3 karbon ihtivâ edenlere az karbonlu çelik, % 0,3-0,85 karbon ihtivâ edenlere orta karbonlu çelikler denir.
Eğer sınıflama genel olarak yapılırsa çelikler iki gruba ayrılır: Îmâlat çelikleri, takım çelikleri.
a) Îmâlat çelikleri: % 0,06-0,65 karbon ihtivâ ederler. Kendi aralarında üçe ayrılırlar: 1) Çekme mukâvemetine göre çelikler; Fe 37-2 şeklinde gösterilir. Fe sembolü çelik olduğunu, 37 sayısı kgf/ mm2 olarak çeliğin minimum çekme mukâvetini gösterir. En sonundaki iki rakamı kalite durumunu ifâde eder. 2) Kimyâsal analize göre çelikler kendi aralarında sementasyon çelikleri ve ıslah çelikleri olarak ikiye ayrılırlar. Sementasyon çelikleri % 0,2’den daha az karbon ihtivâ ettiklerinden, ısıl işlemle sertleştirilemezler. Eğer sementasyonla yüzeyden karbon verilirse ve ısıl işlem uygulanırsa yüzey kısmı sertleşebilir. İç kısmı sertleşmeden kalır. Islah çelikleri ısıl işlemle çok iyi sertleşir. Fakat bu durumda çok kırılgan olduklarından süneklik kazandırmak maksadıyla ıslah işlemine tâbi tutulurlar. Islah işlemi A1 sıcaklığının altında bir sıcaklıkla 1-2 saat tavlanarak yapılır. 3) Özel îmâlat çeliklerinin ise otomat çelikleri, civata ve somun çelikleri gibi çeşitleri vardır.
b) Takım çelikleri: Endüstride malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan çeliklerdir. Sert, aşınmaya, darbelere karşı dayanıklı ve oda sıcaklığında, yüksek sıcaklıkta kesici olmaları gerekir. Alaşımlı ve alaşımsız takım çelikleri olarak iki gruba ayrılırlar. Alaşımlı olanlar kendi aralarında sıcak-iş, soğuk-iş takım çelikleri ve hız çelikleri olmak üzere üçe ayrılırlar.
Çeliklerde ısıl işlem sonucu sertlik artışını sağlayan elaman karbondur. % 0,2’den daha az karbon ihtivâ eden çeliklerin sertlikleri ısıl işlemle çok az artış gösterir, bu sebepten sertleşmiyor kabul edilirler. Piyasada bunlara demir de denir. Arı demirde ısıl işlemle hiçbir sertlik artışı görülmez. Çünkü içinde karbon yoktur.
Sertleştirme sonucu % 0,2 karbonlu çelikte yaklaşık 28-30 HRC, % 1 karbonluk çelikte 67 HRC sertlik elde edilebilir. Karbon oranının % 1’in üzerine çıkması sertlikte daha fazla bir artışa sebeb olmaz. Soğutma ortamı olarak tuzlu su, musluk suyu, yağlar ve hava kullanılabilir. Tuzlu suda soğuma çok hızlıdır. Soğuma hızı suya göre düşük olmakla birlikte türden türe değişmektedir. Havada soğuma ise çok çok yavaştır. Ancak sertleşme kâbiliyeti çok iyi olan bâzı yüksek alaşımlar bu yolla sertleştirilebilirler.
Sertleştirilmiş çelikler bir mıknatısa sürtülürse veya bir magnetik alan etkisinde kalırlarsa, mıknatıslanırlar. Bir defâ mıknatıslandıktan sonra, uzun süre mıknatıs olarak kullanılabilirler. Bu tür maksatlar için genellikle sertleştirilmiş % 1 karbonlu çelikler kullanılıyordu. Son zamanlarda bunların yerini, çeşitli miktarlarda krom, tungsten (volfram) ve kobalt ihtivâ eden alaşımlı çelikler almıştır. Bugün kobalt çelikleri rakipsizdir ve giderek başka tip mağnetik malzemelerin de yerini almak yolundadır.
Otomat çelikleri: Kısa ve kırılıcı talaş veren ve işlenmiş yü zeyleri oldukça düzgün olan türlerdir. Talaşları kolay kırıldığı için otomatik tezgahlarda işlenmesi kolaydır. Kükürt, daha önce belirtildiği üzere çeliği gevrekleştirici olup, darbelere dayanıksız hâle getirir. Buna rağmen, talaş kırılganlığı yaptığı için çelik içinde bulunmasına müsâade edilir.
Civata ve somun çelikleri: Çapları 16 milimetreden küçük olan civata ve somunlar, soğuk şekillendirildikleri için bu işleme uygun malzemeden îmâl edilmelidir. Ç apları 16 milimetreden büyük olanlar talaş kaldırılarak işleneceği için, talaşlı îmâlata uygun malzemeden yapılmalıdır.
Kazan çelikleri, sıcaklığa dayanıklı ve kaynak kâbiliyeti iyi olan çeliklerdir. Yay çelikleri, yüksek elastiklik veya akma sınırına, fakat aynı zamanda sarılabilecek kadar plastik şekil değiştirme kâbiliyetine sâhip olmaları istenen çeliklerdir. Silisyum alaşım elemanı olarak katılırsa yaylanma özelliğini iyileştirir.
Paslanmaz çelikler: Krom veya nikel, çelik yü ;zeyinde çok ince ve yüzeye yapışan bir oksit filmi (tabakası) meydana getirirler. Bu tabaka oksitlenmenin içeriye doğru ilerlemesini durdurur. Düşük kromlu çeliklerde bu tabaka korozyonun içeriye doğru ilerlemesini önleyemez. Krom oranı % 10’un üzerinde olan çelikler korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Paslanmaz çelikler mikro yapılarına göre üç grubu ayrılırlar.
Martenzitik paslanmaz çelikler: % 11,5-18 Cr ve % 0,1-1 C ihtivâ ederler. Kromdan başka önemli bir alaşım elemanları yoktur. Krom, çeliğin hem mukâvemetini hem de sertleşebilme kâbiliyetini çok iyi artıran bir elemandır. Isıl işlemle sertleştirilebilirler. Alaşımsız çeliklerin sertleşebilmesi için çok hızlı soğutulmaları gerekir. Oysa bu çelikler havada çok yavaş soğusalar bile sertleşirler. Normal olarak sertleştirme sıcaklıkları 1010 °C dolaylarındadır. Soğutma yağda veya havada yapılabilir. Menevişlenmesi 590°C üzerinde yapılmalıdır. Aksi halde meneviş kırılganlığı meydana gelir. Sıcaklıkta şekillendirilebilirler. Korozyona dirençleri ferritik ve ostenitik tiplere göre daha düşüktür. Kâğıt makinaları ve pompalarda parça ve civata malzemesi olarak kullanılırlar.
Ferritik paslanmaz çelikler: % 14-27 arasında krom ve martenzitik çeliklere göre daha az karbon ihtivâ ederler. Isıl işlemle sertleştirilmezler, ancak soğuk şekillendirme ile sertlik ve mukâvemetleri orta derecede artırılabilir. Sıcak ve soğuk şekillendirilebilirler. Çekme mukâvemetleri normal çeliklere göre % 50 daha fazladır.
Ostenitik paslanmaz çelikler: Hem krom hem de nikel ihtivâ eden alaşımlardır. Krom ve nikelin toplam oranı en az % 23 olmalıdır. Alaşım elemanı olarak nikelin de katılması paslanmazlık özelliğini daha da artırmıştır. Bu tiplerde karbon oranının mümkün olduğu kadar az olması istenir. Bugün dünyâ paslanmaz çelik üretiminin büyük bir kısmını bu tür teşkil etmektedir.
Çeliğe su verilmesi: Belli bir şekil verilen çelik, kızgın haldeyken âniden suya daldırılırsa, kristal özelliği değişerek sertleşir. Bu işleme çeliğe su verme denir. Kızgın çelik hava akımıyla soğutulursa daha değişik özellikler kazanır. Târih boyunca demir ve çelik sanatında en üstün millet Türkler olmuştur. Osmanlı ve daha önceki Türk devletlerinde kullanılan harp malzemelerinin üstünlüğü de bunu doğrulamaktadır.