Metalurji ve Malzeme Mühendisliği TAKIM ÇELİKLERİ Takım çelikleri; metal, plastik, lastik, seramik, refrakter ile kağıt ve ahşap malzemelerin işlenmesi ve şekillendirilmesinde kullanılmak üzere tasarlanan çeliklerdir. Toplam çelik üretiminin % 8’ine sahip olan takım çeliklerinin kullanımı her yıl artış göstermektedir. Çelik malzemelerin Takım Çeliği olarak sınıflandırılması sadece kullanım amacına yönelik bir sınıflandırmadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 1 /92
Çelikleri; temelde kimyasal bileşimlerine göre, ayrıca; Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Çelikleri; temelde kimyasal bileşimlerine göre, ayrıca; bazı fiziksel özelliklerine göre (paslanmaz, manyetik, yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler gibi) ısıl işlemlere göre (ıslah, sementasyon, nitrasyon çelikleri gibi) kullanım alanlarına göre (genel imalat, makine imalat, takım, yay, rulman çelikleri gibi) ve imalat şekline göre sınıflandırmak mümkündür. Diğer çelik gurupları gibi takım çeliklerinde kimyasal bileşime göre sınıflandırma mümkün değildir, zira hem kimyasal bileşim çok geniş aralıklarda değişebilmekte ve hem de diğer çelik gurupları ile kesişmeler olabilmektedir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 2 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu nedenle aynı kimyasal bileşimdeki çelikler üretim yöntemlerindeki değişikliklerle farklı özelliklere sahip olabilmektedir, böylece farklı kullanım alanlarında aynı kimyasal bileşime sahip malzeme farklı isimler ile adlandırılabilmektedir. Mesela; • 29 CrMoV 9 (1.2307, plastik enjeksiyon kalıp çeliği • 30 CrMoV 9 (1.7701) ıslah çeliği • 31 CrMoV 9 (1.8519) nitrasyon çeliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 3 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Az alaşımlı çeliklerde, toplam alaşım elementleri miktarı % 5’den küçüktür. Bu çeliklerin simgelenmesinde ilk iki sayı ortalama karbon miktarının yüz katını (%C x 100) belirtir. Bu sayılardan sonra alaşım elementlerinin simgeleri yer alır. Bunlardan sonrada bu alaşım elementlerinin yazılış sırasına göre, ortalama % ağırlıkları ile ilişkili sayılar yazılır. Bu sayılar bazı çarpanlarla çarpılıp tam say haline getirilerek yazılır. Alaşım elementlerine bağlı olarak bu çarpanlar tablo verilmiştir Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 4 /92
DIN Normuna Göre Yüksek Alaşımlı Çeliklerin Simgelenmesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği DIN Normuna Göre Yüksek Alaşımlı Çeliklerin Simgelenmesi Toplam alaşım elementi miktarı %5’in üzerinde olan çelikler, yüksek alaşımlı çeliklerdir. Bunların simgelenmesi şöyledir: Önce ‘X’ harfi yazılır ki bu ‘yüksek alaşımlı’ demektir. Bundan sonra ‘100 x % C’ miktarı yazılır. Büyüklük sırasına göre alaşım elementlerinin simgeleri yazılır. Sırasıyla bu simgelerin % miktarlarını gösteren tam saylar yazılır. Az alaşımlı çeliklerin simgelenmesinde kullanılan katsayılar, yüksek alaşımlılarda yoktur. Elementlerin % miktarları yazılırken 0,5’ten büyük veya küçük olma durumuna göre bir üst veya bir alt rakama yuvarlatılır. Yüksek hız çeliklerinde ise önce S harfi yazılır. Sonra ise sırasıyla; Wolfram-Molibden-Vanadyum ve eğer varsa Kobaltın % miktarları bu sıraya uygun olarak ve aralarına çizgi çizilerek yazılır. Örnek: S 6-5-2 , S 10-4-3-10 gibi. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 5 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği SAE / AISI Standartlarında Takım Çeliklerinin Simgelenmesi Takım çelikleri kullanım alanına göre bir harf ile simgelenir. Bu harften sonra yer alan rakam ise, o alaşımı içeren takım çeliği grubundaki bütün alaşımların bulunduğu listedeki sıra numarasını belirtir Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 6 /92
Alaşım elementi miktarı Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinde kullanılan alaşım elementleri ve kullanım oranları Alaşım elementi Alaşım elementi miktarı C 0-2 Si Mn 0-17 Cr 0-25 Co 0-12 Mo 0-9 Ni 0-20 V 0-5 W 0-18 Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 7 /92
Çeliklerde kullanılan alaşım elementlerinin etkileri Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Çeliklerde kullanılan alaşım elementlerinin etkileri Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 8 /92
Takım çelikleri genel olarak şu özelliklere sahip olmalıdırlar: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çelikleri genel olarak şu özelliklere sahip olmalıdırlar: Yüksek Mukavemet (Dayanım) Yüksek Sertlik Yüksek Aşınma Direnci Yüksek Sertleşebilirlik Yüksek Süneklik Yüksek Tokluk İyi Yüksek Sıcaklık Özellikleri Yüksek Isıl iletkenlik Düşük Isıl Genleşme, Yüksek İşlenebilirlik İyi Kaynaklanabilirlik İyi Parlatılabilirilik Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 9 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu özelliklerin tamamının aynı çelikte toplanmış olması beklenmez, ancak kullanım yerine bağlı olarak en uygun malzeme, toplam ekonomi yani kalıptan beklenen ömür/performans dikkate alınarak seçilir. Takım çeliğinin içerdiği yüksek orandaki alaşım elementleri , çeliğin ergitilmesinden dökümüne ve işlenmesine kadar her aşamasında diğer çeliklerin üretiminden farklı sistemlerin kullanılmasını zorunlu kılar. Takım çeliğinin kalitesi de çeliğin üretiminde uygulanan bu işlemlere bağlıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 10 /92
Dar Kimyasal Bileşim Aralığı Homojen Kimyasal Bileşim Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu işlemlerin hedefi, takım çeliğinin aşağıdaki özelliklere sahip olabilmesidir; bu özellikler aynı zamanda çeliğin kalitesini ifade eder: Dar Kimyasal Bileşim Aralığı Homojen Kimyasal Bileşim İnce Taneli ve Homojen Mikroyapı İşlenmiş Yüzeyler (Kabuk Soyulmuş) Tam Kalite Kontrolü Stok Genişliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 11 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çelikleri, içerdikleri alaşım miktarlarına bağlı olarak da alaşımsız, düşük alaşımlı, yüksek alaşımlı ve yüksek hız çelikleri olarak ayrıca sınıflanabilir. Ayrıca, takım çelikleri içinde ifade edilen kimi paslanmaz çelikler bulunmaktadır. Bu çeliklerin uygulama alanları ve kullanımları giderek genişlemektedir. Benzer biçimde, günümüzde giderek daha geniş uygulama alanı bulan bir diğer takım çeliği grubu ise Toz Metalurjik çeliklerdir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 12 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinin sistematik olarak içerdiği alaşım elementlerine ve kimyasal bileşimine göre sınıflandırılması mümkün olmadığı için sınıflama ana kullanım alanına göre yapılmaktadır. Burada karakteristik farklılık malzemenin özelliklerini de etkileyen kullanım sıcaklığıdır. Buna göre DIN 17350 normunda takım çelikleri; • Soğuk iş takım çelikleri • Sıcak iş takım çelikleri • Yüksek hız takım çelikleri olarak sınıflandırılır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 13 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu malzemeleri birbirlerinden ayıran en önemli özellik, sertlik ve bu sertliğin temperleme sıcaklığı ile değişimidir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 14 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Soğuk iş takım çelikleri yüksek başlangıç sertliğine sahiptir ve bu sertlik 200 °C sıcaklığın üzerinde hızlı bir şekilde düşer. Sıcak iş takım çelikleri ise daha düşük temper öncesi sertliğe sahip olmakla birlikte bu sertlik 600°C temper sıcaklıklarına kadar sabit kalır ve düşmez. Yüksek hız takım çelikleri ise hem yüksek temper öncesi sertliğe sahiptir ve hem de bu sertlik çok yüksek temper sıcaklıklarına kadar kalıcı olur. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 15 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek hız ve sıcak iş takım çeliklerinin önemli özelliklerinden biri de 500-600 °C temper sıcaklık aralığında sertlikte gözlenen artıştır. İkincil sertleşme olarak da bilinen bu artış V, W, Mo gibi alaşım elementlerin karbür çökeltileri ile meydana gelir ve bu malzemenin 500 °C sıcaklığın üzerine kullanılmasına imkan tanır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 16 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinin sınıflandırılması ve kullanım alanları Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 17 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği TAKIM ÇELİĞİ ÜRETİMİ Takım çeliği üretimi, çelik üretimi içerisinde özel bir öneme sahiptir. Çok yüksek nitelikli çelikler olan takım çeliklerinin üretiminde kullanılan yöntemler, son derece kaliteli ve yüksek teknoloji ürünü süreçlerden oluşmaktadır. Alışılmış çelik üretim süreçlerine ek olarak, çok temiz hurda (özellikle paslanmaz çelik hurdası) girdi olarak kullanılır. Ergitme işlemi Elektrik Ark Ocaklarında (EAO) yapılır ve mutlaka ergitme sonrası pota metalurjisi ile alaşımlama ve gaz alma, Ca enjeksiyonu vb. işlemler, çeliğin kalitesini arttırmak için ergiyiğe tatbik edilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 18 /92
Pota Metalurjisi ve Döküm Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Pota Metalurjisi ve Döküm Döküm, yine aynı amaçla dipten döküm yöntemi ile gerçekleştirilir. Böylece elde edilen ingotlar, Curuf Altı Ergitme (ESR) işlemi gördükten yani yeniden ergitilerek iç yapı homojenliği daha da yükseltildikten sonra, dövülerek ısıI işleme alınır. Burada dövülmüş çeliğin mikroyapısı modifiye edilir ve gerek dövme gerekse de ısıI işlem sırasında yüzeyde oluşan bozunmuş tabakaların çelikten uzaklaştırılması için kütükler talaşlı işleme girer. Böylece kabuk soyulmuş hale gelen bu kütükler, daha sonra ultrasonik çatlak kontrolünden geçirilerek, diğer mekanik inceleme için hazır hale getirilir ve müşteriye ancak bu incelemelerden geçerek sertifikalandırılmış ürünler sevk edilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 19 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Kütüğün her bölgesinde, çekirdeğinde ve yüzeyinde kimyasal bileşimin belli sınırlar dahilinde aynı olması, işleme kolaylığından, ısıl işlemde kalıbın her bölgesinde aynı sertliğin elde edilebilmesine kadar bir dizi özellik kazandırır. Takım çeliğinin en önemli özellikleri tokluk ve sünekliktir. Ağız dökülmesine, çatlak oluşumuna ve çatlağın ilerlemesine karşı malzemenin gösterdiği direnç mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 20 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Kimyasal bileşimle oynayarak, yeni bileşimler geliştirerek bu özellikleri arttırmanın sınırları vardır. Öte yandan, iki malzemenin kimyasal bileşimi aynı olsa dahi, mikroyapıları farklı olabilir. Çeliğin hücre yapısı olarak anılan mikroyapının ince olması ve her bölgede aynı, yani homojen olması, bu özellikler açısından da çok önemlidir. Taneler ne kadar ufak ve biçimleri de küreye yakınsa, çeliğin özellikleri de o kadar yüksek olacaktır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 21 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği İşte bu yüzden takım çelikleri, vakum altında gaz giderme ile safsızlık yaratan oksijen, azot ve hidrojenden arındırılırlar. Ca-enjeksiyonu ile sülfürler küresel hale getirilir ve en önemlisi Curuf Altı Ergitme işlemi ile çelik yeniden ergitilerek içerdiği son safsızlıklardan da kurtulması sağlanır. Böylece, son derece temiz bir mikroyapı yani son derece sünek ve tok bir çelik elde edilmiş olunur. Özellikle Metal Enjeksiyonu söz konusu olduğunda kullanılan kalıp çeliğinin tokluğu ve sünekliği çok büyük bir önem taşır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 22 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Dövme Takım çeliklerinin içerdiği yüksek oranlı, alaşım elemanları (Cr, V, Mo, W vb.), çeliğin katılaşma yapısında yoğun olarak kaba karbürler biçiminde bulunur. Bu karbürler ayrıca ağ yapısındadır. Tokluğu düşüren ve çeliği kırılgan yapan bu ağ yapısının parçalanması ve karbürlerin olabildiğince küçültülerek yapı içinde dağıtılması istenir. Bunun için de takım çelikleri haddelenerek şekillendirilmekten ziyade dövülerek şekillendirilir Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 23 /92
Talaşlı işleme ve Kalite Kontrol Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Talaşlı işleme ve Kalite Kontrol Gerek dövme sırasında gerekse de ısıl işlem esnasında kütüklerin yüzeyinde meydana gelen oksidasyon (tufal oluşumu) etkisini ve dövme sırasında oluşan yüzey çatlaklarını ortadan kaldırmak gerekir. Bu yüzden bu kütüklerde mutlaka kabuk soyma işlemi yapılmalıdır. Kabuk soymanın bir diğer getirisi, elde edilen bu temiz yüzeyde çatlak kontrolünün yapılabilmesidir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 24 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım malzemelerin üretim maliyetinin önemli bir kısmını talaşlı veya talaşsız (şekillendirme) işleme ile ısıl işlem maliyetleri oluşturmaktadır. İstenen özelliklerin sağlanması ve bunların optimizasyonu en uygun mikro yapının oluşturulması ile mümkündür. İstenen mikro yapının oluşumu ise alaşım elementleri ve miktarlarına, üretim koşullarına, işleme (şekillendirme) ısıl işlem ve kısmen de yüzey işlem koşullarına bağlıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 25 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinde istenilen özelliklere göre mikroyapı ve özellik değişimleri Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 26 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Özellik Takım Çeliği Cinsi Yüksek hız Sıcak iş Plastik kalıp Soğuk iş Isıl işlem sırasında boyut koruma Yüzey parlatılabilirlik Ekonomik talaşlı şekillendirme Yüksek kesme özelliği Ekonomik talaşsız şekillendirme Yüksek sertleşebilirlik Homojen mikroyapı ve izotropi Temper dayanımı Yüksek kullanım sertliği Aşınma dayanımı Basma dayanımı Sıcak dayanım Sıcak aşınma direnci Sıcak tokluk Sıcak çatlak oluşum direnci Oksidasyon direnci Tav sertliği Tokluk Korozyon direnci Form (şekil) koruma Takım çeliklerinden istenen özellikler Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 27 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinde istenilen bu çok yönlü özelliklerin sağlanması alaşım elementleri, bunların miktarları ve kombinasyonunun optimizasyonu ile ulaşılmıştır. Bu da hemen her farklı kullanım için neredeyse farklı takım malzemelerinin geliştirilmesini getirmiştir. Günümüzde alaşım elementleri ile ilgili araştırmalar büyük çoğunluk olarak bitirilmiş ancak kimyasal bileşimde hala düzeltmeler yapılmaktadır ve bunlar genellikle kullanım yönündeki isteklere paralel olarak yapılan araştırmalar ile ortaya çıkmaktadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 28 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 29 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım malzemelerinde beklenen en önemli özellikler; kullanım şartlarında plastik şekil değiştirmemesi, kırılmaması (veya çatlak oluşmaması) ve mümkün olduğunca uzun süre yüzeyinin değişmeden (yüzey genel, oksidasyon, pürüzlülük, sertlik vb.) kalmasıdır. Böylece takım çeliklerinin en önemli kullanım şartlarını belirleyen özellikler; – sertlik, – tokluk ve – aşınma dayanımıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 30 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği SERTLİK Takım malzemesinin sertliği işleyen veya işlenilen malzemenin sertliğine oranı ile ortaya çıkar ve bu oran olabildiğince yüksek olmalıdır. Kullanılan takımların sertlikleri; – 200 HV (cam şekillendirme kalıpları) ile – 900 HV arasındadır. (talaşsız veya talaşlı şekillendirme kalıpları) Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 31 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Sertlik malzemeden bağımsız bir özellik olmadığı ve özellikle aşınma direnci ve tokluk ile değiştiği için öncelikle takım malzemeleri olabildiğince sert ve bu yolla şeklini koruyacak şekilde dizayn edilmeye çalışılır. Bu özellikler sınırlı olmasına rağmen bu yönde çalışılır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 32 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Sertlik ve mukavemet arasındaki bağıntıların yardımıyla ve mukavemet arttırıcı mekanizmalar kullanarak sertliği kolayca arttırmak mümkündür. Bunlar: – çökeltiler (boyut, miktar ve dağılımı), – tane boyutu vb. – Sertlik artışını sağlayan en etkili mekanizma martenzit oluşumudur. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 33 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ulaşılabilecek en yüksek sertlik çözeltiye alınan karbon oranına bağlı olarak %0,6 C için 65 HRc civarındadır. Daha yüksek karbon oranlarında tane sınırı karbür oluşumu ile tokluk kaybına ve özellikle yüksek alaşımlı çeliklerde artan kalıntı östenit oluşumuna ve sertlik kayıplarına yol açmaktadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 34 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Kullanım şartlarındaki dinamik ve darbeli yüklenmeler veya heterojen gerilim dağılımları nedeniyle lokal gerilimler (gerilim piki (maksimumları)) veya çok eksenli gerilmeler, takım malzemelerinde kullanım şartlarında meydana gelen gerilmeler, akma mukavemetinin çok altında kalmasına rağmen gevrek kırılmalara sebep olabilmektedir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 35 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Artan sertlik ile şekil değiştirme hızla azalıyor, yani tokluk üssel olarak azalıyor. Takım çeliklerinde tokluk kaybı ile normal kullanım yüklenmelerinde bile kolaylıkla çatlak oluşumu meydana gelebiliyor. Başlangıç yapısında veya ısıl işlem sonrası oluşabilen inhomojenlikler (segregasyon vb.) tokluğu düşürücü etki gösteriyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 36 /92
Tok ve gevrek takım çeliklerinde gerilme eğme eğrileri Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Tok ve gevrek takım çeliklerinde gerilme eğme eğrileri Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 37 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği AŞINMA DİRENCİ Takım malzemelerinin sınırlı kullanım ömürlerinin nedeni; genellikle kullanılan yüzeylerde meydana gelen aşırı aşınmalar ve bu yüzeylerin kesilerek (taşlanarak) kaybolması. Bu nedenle malzeme, kullanılan koşullara dayanıklı olmalı ve yüksek aşınma dayanımı sağlanmalı. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 38 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinde aşınma dayanımını arttıran en önemli parametreler matriks sertliğinin arttırılması ve çelik malzemeye sertlik arttırıcı katkıların kazandırılmasıdır (örneğin çökeltiler). Burada sertlik artışı ile yani çökelti artışı ile tokluk azalacak ve kırılma tehlikesi artacaktır. Mo, W ve V gibi karbür oluşturucu elementler ile alaşımlama da; C artışı ile karbür kaynaklı sertlik artar ve buna bağlı olarak takım aşınması azalır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 39 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Çeşitli metal, metal karbür ve mineral sertliklerinin kıyaslanması Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 40 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Matris ve zımba malzemelerindeki aşınmanın, sertleştirilmiş halde iken içerdiği karbür miktarı ile değişimi Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 41 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım malzemelerinde % 25’in üzerinde karbür kullanımı normal şartlarda mümkün değildir. Bu kadar karbür kullanımı ile sıcak deformasyon sınırı oluşmuş olur yani malzeme daha fazla şekil değiştiremez. Daha fazla karbür kullanımı ve bu şekilde takım çeliği üretimi sadece toz metalurjisi ile mümkün olur. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 42 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Karbürlerin şekil ve miktarının dışında ayrıca dağılım ve boyutlarının da aşınma direncine önemli etkisi vardır. Artan karbürler arası mesafe ve azalan karbür boyutu aşınma direncini azaltır, zira hem matriks içerisinde tutunmaları zorlaşıyor ve hem de küçük oldukları için kesme zorlaşıyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 43 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Aşınma direncinin arttırılması için bir başka yol da yüzey değişimi veya yüzey kaplama işlemleri olabiliyor. Geleneksel olarak kullanılan; – nitrürleme, – sert krom kaplama ve – borlama yanında, PVD yöntemi ile uygulanan Titanyum nitrür kaplamalar da kullanılıyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 44 /92
SOĞUK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği SOĞUK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ • Soğuk iş takım çelikleri oda sıcaklığı ile 200 °C gibi düşük sıcaklıklarda şekillendirme amaçlı kullanılan takımları kapsar. • Ana kullanım alanları metalik veya metalik olmayan malzemeler için kullanılan; – kesme, çekme, dişli takımları – soğuk deformasyon ve – plastik şekillendirme takımlarıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 45 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Soğuk iş takım çelikleri; * Kesme * Delme * Zımbalama * Biçme * Baskı * Presleme * Soğuk ezme * Soğuk fışkırtma * Soğuk biçimlendirme işlemlerinde kullanılır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 46 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 47 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Kalıp ömrü daha çok kesici kenarlarda veya kalıp gravürlerindeki şekil değişimine bağlı. Basit kesme kalıplarında basma akma gerilmesi 1500 MPa ve gravür kalıplarında ise 3500 MPa civarındadır. Ağırlıklı olarak basma, aşınma, bükme ve kayma yüklenmeleri altında çalıştıkları için sertlik, aşınma direnci ve tokluk önemli özellikleridir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 48 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 49 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 50 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Oda sıcaklığında çalışan kalıp ve takımlarda, yüksek sıcaklıklara dayanım gerekmediğinden, soğuk iş çelikleri çok iyi aşınma dayanımı ve tokluğu sağlayacak şekilde alaşımlandırılırlar. Soğuk iş çeliklerinde kullanım alanına göre, aşınma dayanımı veya tokluk çok önemli özelliklerdir. Sürekli aşınmaya maruz kalan kalıp veya takımlarda, tokluk özelliğine bakmadan yüksek sertliğe erişebilen çelikler tercih edilebilir. Bu kalıplarda darbe olmadığından tokluğu düşük olabilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 51 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Fakat hem aşınma hem de darbenin olduğu kalıplarda, tokluğu da yüksek olan çelikler tercih edilmelidir. Aksi takdirde kırılmalar, atmalar yaşanabilir. Yüksek darbe ile çalışan kalın sac kesen makas ağızları, zımbalar veya soğuk makaslarda ise tokluk özelliği en ön planda gelir. Bu nedenle tokluğu yüksek olan çelikler tercih edilmelidir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 52 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Son senelerde özellikle yüksek miktarlarda kesim yapan kesme kalıpları ve zımbalarda tercih edilen toz metal ürünü çelikler, geleneksel yöntemlerle üretilen 1.2080, 1.2379 gibi çeliklerden kat kat daha uzun ömürlü olmaktadır. Aşağıdaki mikro yapılardan görüldüğü gibi toz metalurji ürünü çeliğin yapısında karbürler (beyaz renkli) çok homojen dağılmıştır. Bu dağılım sayesinde çeliğin tokluğu ve aşınma dayanımı çok iyi değerlere sahip olmaktadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 53 /92
Geleneksel yöntemlerle üretilmiş çeliğin mikroyapısı Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Toz metalurjisi ile üretilmiş çeliğin mikroyapısı (Beyaz alanlar karbür partikülleridir.) Geleneksel yöntemlerle üretilmiş çeliğin mikroyapısı Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 54 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Geleneksel soğuk iş çelikleri üç grupta toplanır 1- Havada sertleşen çelikler 2- Yüksek karbonlu ve kromlu çelikler 3- Yağda sertleşen çelikler Diğer soğuk iş çelikleri : 1- Özel soğuk iş çelikleri 2- Toz metal soğuk iş çelikleri 3- Toz metal yüksek hız çelikleri Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 55 /92
Alaşımsız Soğuk İş Takım Çelikleri: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Alaşımsız Soğuk İş Takım Çelikleri: Sınıflandırma C oranına göre yapılıyor. – Ötektoid altı (0,4-0,7%C) – Ötektoid üstü (0,8-1,5 %C) – Ötektik altı veya ledebüritik (1,5-2,9%C) Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 56 /92
Fe-C Denge Diyagramında Soğuk İş Takım Çeliklerinin Sınıflandırması Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Fe-C Denge Diyagramında Soğuk İş Takım Çeliklerinin Sınıflandırması Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 57 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Toz metal ürünü PMD M 4 ile 1.3343 (HSS) ömür kıyaslaması İşin Türü / Takım : Soğuk iş / Zımba İşlenen Malzeme : C45 (Sertlik : 200 HB) Toz metal ürünü PMD M 4 ile 1.2601 ömür kıyaslaması İşin Türü / Takım : Soğuk iş / Zımba İşlenen Malzeme : 34 CrMo 4 (Sertlik : 200 HB) Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 58 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 59 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Alaşımsızlarda karbon oranının etkisi vardır ama alaşımlılarda dönüşüme, alaşım elementinin etkisisin bilinmesi lazımdır. • Örneğin – %2 Cr ile %1,5 C oranında, – 13 Cr ile de %0,8 C oranında ledebürit oluşuyor. Diğer yandan alaşım elementleri ve miktarları – ayrıca primer ve sekonder karbür miktarı ile tiplerini ve sertliklerini de etkiliyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 60 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Sertleştirme sıcaklıkları alaşım durumuna göre 760-980 °C’e kadar çıkıyor. Daha yüksek temper sıcaklıkları için 1080 °C’e kadar çıkıyor. Su, yağ veya havada soğutulup bir kez 180°C’de temperleniyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 61 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Soğuk iş takım çeliklerinin en önemli özelliği sertliktir. Sertlik de mikroyapıya bağlıdır. – Sertlik sadece matriksten gelebildiği gibi – hem matriks hem de karbürlere bağlı olabilir. Mikroyapıdaki martenzit, kalıntı östenit, karbür miktarı ve dağılımı sertliği belirliyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 62 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 63 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ötektoid altı çeliklerde; C ostenitleme sırasında neredeyse tamamen ostenit içerisinde çözünüyor. Ulaşılabilen sertlik artan C ile artar, ancak bu çeliklerde en fazla 62 HRc olabiliyor. kalıntı ostenit oranı da çok azdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 64 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ötektoid üstü çeliklerde; Karbon çok yüksek olduğu için bir yandan tam martenzit sertliği 64 HRc var, bir yandan da %5-10 çözünmemiş (M3C ) sertliği vardır. Bu grup soğuk iş takım çelikleri düşük oranda alaşım elementi içerdikleri için martenzitin çok az üzerinde en fazla 65 HRc sertlik alabiliyor. Genel olarak kalıntı ostenit oranı da %5’in altındadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 65 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Grup 1 ve 2’ye ait alaşımsız takım çeliklerinde C ile iyi bir sertlik yakalanabiliyor ama bu neredeyse sadece yüzey ve yüzeyden 1 kaç mm derine kadar kalabiliyor. Bu türde soğuk iş takım çeliklerine kabukta sertleşen malzemeler adı veriliyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 66 /92
– çarpılmalara hatta çatlaklara neden olabilecek Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüzeylerinde basma gerilmeleri var. Bu nedenle çatlak oluşumunda oldukça dayanıklıdır. Basma yüklenmelerine karşı malzeme merkez sertliği düşük olduğu için dayanıksızdır. Sertleşebilirliği iyi olan çelik malzemelerin sertleştirme sıcaklığından çok hızlı soğutulması gerekmiyor. Böylece malzemede; – boyut değişimlerine – çarpılmalara hatta çatlaklara neden olabilecek – yüzey ve merkez sıcaklık farkı da oldukça düşük oluyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 67 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım çeliklerinde alaşım elementlerinin seçimi hem pozitif hem de negatif olacak etkilerine bağlı olarak optimize edilmelidir. Örneğin; – karbür oluşumu, – karbür sertliği, – dekarbürizasyon eğilimi, – yüksek sıcaklığa dayanımı, – nitrasyona yatkınlığı – şekillendirilebilirlik, – dönüşüm sıcaklıklarında değişim vb. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 68 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Örneğin karbür oluşmaksızın yüksek sertleşebilirlik istenirse Ni alaşımlama yapılmalıdır. Ama bunun dezavantajı dönüşüm sıcaklıklarını düşürerek yumuşatma tavlamasını zorlaştırmasıdır. Diğer yandan eğer Si ile alaşımlanırsa dekarbürizas-yon kolaylaşır. Cr, Mo ve V ile alaşımlama da sırasıyla artan etkisiyle karbür oluşumu kolaylaşır, nitrasyona yatkınlığı artar. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 69 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ledebüritik Soğuk İş Takım Çeliklerin de ise, katılaşmasının hemen sonunda karbür oluşumları başlar. Bu karbürler iri oldukları için katılaşma sonrası sıcak şekillendirme ile kırılarak dağıtılması gerekir. Alaşımsız ledebüritik çeliklerin M3C karbür oluşumu nedeniyle pratikte pek kullanım yeri yok. Zira M3C karbürleri dendiritler arasında bir ağ gibi bulunurlar ve sıcak deformasyonu güçleştirir ve kaba karbür oluşumunu getirir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 70 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Buna karşın Cr oranı %12’ye çıkarsa M3C yerine M7C3 karbürleri oluşur. Bu karbürler ağ gibi birbirine bağlı olmayıp çubuk şeklinde izole karbürler şeklinde çökelir. Böylece sıcak deformasyon kolaylaşır daha ince ve homojen dağılan karbürler ile de önemli tokluk artışları gözlenir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 71 /92
Ledebüritik soğuk iş takım çeliklerinde karbür oluşumu Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ledebüritik soğuk iş takım çeliklerinde karbür oluşumu Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 72 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Diğer yandan M7C3 karbürleri M3C karbürlerine (veya alaşımsızlarda Fe3C ) göre oldukça serttir. %25 M7C3 karbürü içeren bir soğuk iş takım çeliği çok yüksek aşınma dayanımına sahiptir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 73 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu çeliklerde %20’nin üzerine çıkan kalıntı ostenit oranlarına rağmen 63-68 HRc sertlikleri rahatlıkla sağlanır. Bu sertlik değerleri soğuk deformasyon ile şekillendirme sağlayan takım malzemelere istenilen yüksek basma dayanımını (elastik) sağlar. Bu dayanım eğme veya torsiyon deneyleri ile (%0,1 elastik sınır) ölçülür. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 74 /92
SICAK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği SICAK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ Sıcak iş takım çelikleri yüksek sıcaklıkta metalik malzemelerin talaşsız şekillendirilmesinde kullanılan takım malzemeleridir. Ana kullanım alanları hafif metallerin basınçlı döküm veya ekstrüzyon ve dövme kalıplarıdır. Bu malzemelerin sıcaklık yüklenmeleri genellikle periyodik ani sıcaklık değişimleri veya yüksek sıcaklıklarda ritmik yüksek mekanik yüklenmeler olabiliyor. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 75 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Çalışma sıcaklığı 200 °C’nin üzerinde olan bu çeliklerin genel özellikleri: – Yüksek temper dayanımı – Yüksek sıcak dayanım – Yüksek sıcak tokluk – Yüksek sıcak aşınma dayanımı – Termoşok dayanımı Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 76 /92
Sıcak iş takım çeliklerinin kimyasal bileşimleri Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Sıcak iş takım çeliklerinin kimyasal bileşimleri Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 77 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Takım malzemesi yüksek sıcaklıkta kullanılıyor veya kullanım sırasında takım ısınması varsa malzemenin bu ısı girişi ve sıcaklık artışı ile sertlik kaybı göstermemesi gerekir. Artan ısıtma ile sertlik kaybı ne kadar düşükse malzemenin temper dayanımı da o kadar yüksek olur. Temper dayanımının görülebileceği yer temper diyagramıdır. Burada sertlik ile eş değer sürede farklı temperleme sıcaklıkları bir diyagrama taşınır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 78 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek alaşımlı sıcak iş takım çeliklerinde ve yüksek hız takım çeliklerinde sertlik soğuk iş takım çeliklerinde olduğu gibi sürekli bir düşüş göstermez, tam aksine alaşım elementi miktarına bağlı olarak 500-600 °C arasında bir maximum sertlik verir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 79 /92
Bazı sıcak iş ve yüksek hız takım çeliklerine ait temper diyagramları Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bazı sıcak iş ve yüksek hız takım çeliklerine ait temper diyagramları Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 80 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Temper dayanımını sağlayan martenzitin parçalanmasını geciktiren alaşım elementleri veya ikincil karbür çökeltileridir. İkincil karbürleri en çok etkileyen Cr, W, Mo ve V elementleridir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 81 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Kullanılan üretim yönteminin sıcak iş takım çeliklerinde tokluğa etkisi (örnek X38CrMoV5 1) Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 82 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Sıcak iş takım çeliklerinin >900°C sertleştirme sıcaklıklarında ısıl işleme ait sıcaklık - zaman diyagramı Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 83 /92
YÜKSEK HIZ TAKIM ÇELİKLERİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği YÜKSEK HIZ TAKIM ÇELİKLERİ Yüksek hız çelikleri (hava çelikleri olarak da adlandırılır) belirli alaşımlandırma ve ısıl işlem ile yüksek sertlik, ısı ve aşınma dayanımına sahip yüksek alaşımlı takım çelikleridir. İsminden de anlaşıldığı gibi, bu çelikler ile diğer takım çeliklerine göre daha yüksek kesme hızlarında (30-40 m/dak) talaşlı imalat yapılabilir. Yüksek zorlamalı talaş kaldırma işlemi ile yüksek kesme kapasitesi sağlarlar. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 84 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Uygun ısıl işlem ile yüksek hız çelikleri, 600°C'ye kadar tam sertlik ve kesme kuvvetlerini korurlar. Yüksek hız çeliklerinin en önemli özelliği, yüksek sıcaklıklarda aşınma dayanımıdır. Yüksek hız çelikleri, aşağıdaki amaçlar için kullanılır: *Spiral matkap ve diş açma takımları *Frezeler *Raybalar *Torna takımları, planyalar *Metal testereleri *Soğuk fışkırtma takımları Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 85 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Alaşım elementlerinin yüksek hız takım çeliklerinin özelliklerine etkisi Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 86 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bir yüksek hız çeliğinin kalitesini belirleyen faktör kesme kuvvetidir; yani belirli kesme şartlarında takım değiştirilmeden veya tekrar bilenmeye gerek kalmadan kullanılabildiği süredir. Diğer önemli özellikler meneviş kalıcılığı, sertlik, tokluk ve aşınma dayanımıdır. Ayrıca taşlanabilme özelliği de ilave bir özelliktir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 87 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek hız çeliklerinin meneviş kalıcılığı, türlü talaşlı imalat için önemli bir özelliktir. Metallerin ve diğer sert malzemelerin talaşlı imalatında, sürtünme dolayısıyla takımlar ısınır, kesici uçlar hızla yumuşar, körelir ve kırılgan hale gelir. Yüksek hız çeliklerinin gelişimi ile yüksek hızlarda işleme ve derin talaş kaldırma olanağı doğmuştur. Meneviş kalıcılığı arttıran en önemli elementler W, Mo, ve V 'dur. Sertleşebilirliği arttıran Cr ve Co katkısı ile kızıl sertlik daha da yükseltilebilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 88 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Yüksek hız çeliklerinin gücü sadece alaşım elemanlarından kaynaklanmaz, doğru ısıl işlem de önemli rol oynar. Yüksek hız çelikleri diğer çeliklere göre daha yüksek sıcaklıklarda sertleştirilir. Bu şekilde sertleştirilen çelik 550-600°C' de meneviş sonrası yumuşamaz, aksine sertleşir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 89 /92
PLASTİK KALIP ÇELİKLERİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği PLASTİK KALIP ÇELİKLERİ Plastik kalıp çelikleri, kullanılan plastik hammaddenin cinsine göre aşınmaya, basınca ve korozyona maruz kalırlar. Bu nedenle, çok çeşitli plastik kalıp çelikleri geliştirilmiştir. Plastik Kalıplarından Beklenen Özellikler • Hızlı işlenebilirlik özelliği • Isıl işlem sırasında boyut değişiminin az olması • Parlaklık • Basınç dayanımı • Aşınma dayanımı Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 90 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 91 /92
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK TAKIM ÇELİKLERİ 92 /92