SPER ALAIMLARnemli oranlarda alam elementleri ieren stn zelliklerdeki pahal eliklerdir. Bu blmde bu eliklerin birkana yer verilecektir.

PASLANMAZ ELKLER MARAGING ELKLER HADFIELD ELKLER

Paslanmaz eliklerPaslanmaz elikler, %12den daha yksek oranda krom ieren ve bir ok ortamda stn korozyon direnci gsteren elik trdr.Bileiminde bulanan krom, yzeyde ince pasif oksit tabakas oluturarak elii korozyondan korumaktadr.

Paslanmaz eliklerdeki balca alam elementleri nem srasna gre Cr, Ni, Mo ve Mn dir. Bunlardan ncelikle Cr ve Ni iyapnn ferritik veya stenitik olmasn belirlerler.

Paslanmaz elik retiminin temeli, krom gibi kolay oksitlenen alam elementlerini sv elik ierisinde tutarak, karbonu azaltmaktr. Argon Oksijen Dekarbrizasyon (AOD) sisteminde yaplr. Gerekli alam elementleri ilavesi yaplan sv elik AOD konverterinde rafine edilerek son bileimine getirilir. Ondan sonra dkm ve ekillendirilmesi gelir.

Korozyona direnli olmalar ve dier gelimi zellikleri nedeniyle paslanmaz eliklerin; enerji, kimya, ila, petrokimya, gda, otomotiv, inaat, kat ve tp aletleri retimi sektrleri gibi ok geni kullanm alanlar vardr. nsann yaam kalitesinin artmas ile hijyenik, dekoratif ve uzun mrl paslanmaz eliklerin inaat sektrnde ve insanlarn yaam alanlarnda kullanlmas giderek artmaktadr.

Paslanmaz eliklerin korozyon direncini, mekanik zelliklerini ve yksek scaklktaki davrann belirleyen ana etkenler; kimyasal bileimi ve mikroyapsdr. Kimyasal bileime bal olarak paslanmaz eliklerin kristal yaplar ve sertleebilme mekanizmalar farkllar. Bu zelliklere gre paslanmaz elikler be ana snfta deerlendirilirler:

Ferritik Paslanmaz elikler % 1230 arasnda krom ve % 0.12den daha az karbon ieren bu elikler, ferritik (HMK, -demiri) mikroyapdadr. stn korozyon direncine ve orta derecede ekillenebilme kabiliyetine sahiptir. Nikel iermediinden nispeten ucuzdur. Su verme ile martensitik dnme gstermeyen eliklerdir. Sadece plastik deformasyonla snrl olarak sertletirilebilirler. En belirgin zellikleri yksek korozyon direnleridir. %16-30 aralnda krom ierirler. Balca kullanm alanlar; petrol endstrisi, para, cvata ve mil yapm, mutfak donanm, scaklk uygulamalardr.

Martensitik Paslanmaz elikler %1217 arasnda krom ve %0.151.0 arasnda karbon ieren paslanmaz elik trleridir. Bu eliklere stenit sahasndan havada su verilerek martensitik mikroyap kazandrlabilir. Su verme sonrasnda tokluu arttrma amacyla temperleme ilemine tabi tutulur. Manyetik zellik gsterirler. Martensitik paslanmaz elikler ferritik ve stenitik paslanmaz eliklere nazaran daha dk korozyon direncine sahiptirler. Isya dayankldrlar. Genellikle jet motorlar, pompa aftlar, valfler, kesici aletler, rulmanlar, yaylar, nozller, jilet ve kesici aletler ve mutfak eyalar yapmnda kullanlrlar.

Ostenitik Paslanmaz elikler Bu elikler temel olarak demir-krom-nikel l alamdr. Nikel, eliklerde stenit faznn kararlln arttran alam elementidir. stenitik paslanmaz eliklerin bileiminde %1626 arasnda krom ve yapy stenit fazda tutan %722 aralnda nikel bulunur. Karbon ierii %0.03den az ise, yapda karbr kelmesi olmaz ve mikroyap tamamen stenitten oluur. Ferritik ve martensitik paslanmaz eliklere nazaran korozyon direnci daha yksektir. stn sneklik ve ekil deitirme kabiliyetine de sahip olan stenitik paslanmaz eliklerin dk scaklklarda darbe direnci de yksektir.

Yksek oranda nikel iermeleri bu eliklerin pahal olmasnn nedenidir. 300 serisidirler. stenit yapsnn kararllndan dolay su verme sl ilemi ile sertletirilemezler, plastik deformasyonla sertletirilebilirler. Tavlanm veya yarm sert, tam sert gibi plastik deformasyonla sertletirilmi durumlar ile kullanlabilirler. stenitik paslanmaz eliklerin korozyon direnlerinin yannda sneklik ve mekanik zellikleri olduka iyidir. Genellikle kimya endstrisinde, gda endstrisinde, mutfak ara gere yapmnda, otomobil jant kapaklarnda, uak gvdelerinde, rekperatrlerde kullanlrlar.

kelme ile Sertleen (PH) Paslanmaz elikler

Bu eliklerin kimyasal bileimi, alminyum, bakr, niyobyum veya tantalyum iermeleri dnda stenitik paslanmaz eliklerle hemen hemen ayndr. kelme sertlemesi uygulanabilen paslanmaz eliklerden dk karbon ieriklerinde bile stn mekanik zellikler elde edilebilir.

Tipik 17-7 PH kalite paslanmaz eliin sl ilemi; 760955 Cde stenitleme, su verme ve 500-600 Cde yalandrma olmak zere kademede gerekletirilir. Yalandrma, martensitik yapda Ni3Al ve dier metalleraras bileiklerin kelmesini salar. Dk yalandrma scaklklarnda daha yksek mukavemet deerleri elde edilir. kelme ile sertleen paslanmaz eliklerin gerilmeli korozyon direnleri yksektir ve dolaysyla zellikle gerilme ile korozyonu bir arada bulunduran koullarda kullanlmas uygundur. kelme ile sertleen paslanmaz eliklerin nemli kullanma alan uak ve uzay endstrisidir.

ift Fazl (Duplex) Paslanmaz elikler ki faz, yani stenit ve ferrit veya stenit ve martenziti birlikte ieren paslanmaz eliklerdir. ki fazn iyi zellikleri kullanlarak elik zellikleri tasarlanabilir.

Paslanmaz elik Teknolojisindeki GelimelerTm paslanmaz eliklerin korozyon direnci, ok youn ve koruyucu, krom oksit ince pasif yzey tabakasnn olumasna dayanr. Korozyona kar korumay salayan bu mekanizmann anlam udur: eliin yzeyindeki pasif tabaka krldnda elik blgesel olarak korozif saldrya urar ve bu ekilde aktif hale gelen blgede metalin korozyonu devam eder.

Bu yzden oyuklanma ve atlak korozyonu, gerilmeli korozyon ve tane snr korozyonu gibi blgesel korozyon tipleri genellikle genel korozyondan daha kritiktir. Buna bal olarak elie alam ilavesi, blgesel saldrlara olduka etkili ekilde kar koyabilme zellii kazandrmaktadr. Oyuklanma ve atlak korozyonuna kar diren, kat zeltiler eklindeki Cr, Mo, N ierikleri ile arttrlmtr, rnein aadaki ampirik forml oyuklanma direncini tanmlamaktadr.

Oyuklanma Direnci Pitting Resistance Equivalent (PRE)

PRE = %Cr + 3,3 %Mo + 30 %Neklinde veya

Pitting Resistance Equivalent Number (PREN)FPREN = %Cr+3.3(%Mo+0.5%W)+16%N

eklinde verilmektedir.

Ayrca, Cr ve Mo gerilmeli korozyona kar direnci olduka artrmaktadr. stenitik paslanmaz eliklerin tipik Ni ierii, rnein >%5Ni, gerilmeli korozyona kar direnci artrrken, ferritik paslanmaz eliklerin dk seviyedeki tipik Ni ierikleri, bu direncin dmesine neden olmaktadr.

Bu adan, yksek korozyon performansna sahip paslanmaz eliklere duyulan ihtiyalar, yeni daha yksek alaml eliklerin kademeli olarak gelitirilmesini salamtr. Ayrca stenitik paslanmaz elikleri sl evrimlere kar duyarsz klmak iin karbon oranlar azaltlarak (L kalite) ve niyobyum, titanyum, tantalyum gibi kuvvetli karbr yapc elementler katlarak stabilize edilmi kalitelerin retimi giderek yaygnlamtr.

Maraging elikleriMaraging elikleri; dk karbonlu (rnein 0.02 %C) ancak ok yksek dayanml zel eliklerdir. Yksek dayanmlar karbondan deil, intermetalik keltilerden kazanlr. Maraging eliklerinin yaygn bileimi %17-19 Ni, %8-12 Co, %3-5 Mo %0.2-1.6 Ti eklindedir.

ntermetalik keltilerle dayanml hale gelen dier martensitik alamlara benzer olarak, maraging eliklerine; stma ile stenit oluumunu, soutma ile martensitik reaksiyonunu ve yalandrma ile martensitin ayrmasn ieren dnmsel sl ilem uygulanr. ok yksek dayanmn gelitirilmesi iin yaplan; martensitik dnm ve ardndan yalanma sertlemesi uygulanmas nedeniyle bu elikler maraging elikleri eklinde anlmaktadrlar.

%18 kadar Ni ieren maraging eliinde 800 C den soutulduu zaman, 200C civarndaki scaklklarda stenitin dnmyle, yumuak martensitin oluumu salanr. Yeniden stmada, bu martensit, scaklk 500C ye eriinceye kadar ostenite geri dnmez.

Soutma ve stmada dnmlerin scaklndaki bu histerisis, bu eliklerin kelme sertleebilirliinin esasdr.

%30 a kadar nikel ieren blge iin demir nikel faz diyagram.

Ostenit; kobalt, molibden, titanyum vb gibi alam elementlerin byk oranlarda znmesini salar. Bu alam elementlerinin martensitdeki znrl ok dktr. Buna karlk, alam elementlerinin 200C civarndaki scaklklarda martensitden kelmeleri nemli miktarlarda gereklemez, nk onlarn yaynma hzlar ok yavatr. Sperdoymu martensit stlrsa, zellikle dnm scaklna yakn, genellikle 450-500C aralnda, dzenleme ve n-kelme prosesi gerekleir. Bu proses karakteristik kelme sertlemesi etkisine sahiptir. kelme sertlemesi prosesleri FeTi, Ni3Mo ve Fe2Mo fazlar ierir.

Fiyatn nemli olmad yerlerde, zellikle uzay ve havaclkta kullanlan maraging elikleri 200, 250, 300 ve 350 gibi ksi olarak ekme dayanmn ifade eden saylarla isimlendirilirler. ekme dayanm; bileimde %0.1 ile 1.5 aralnda bulunabilen Ti ierii ile deiir. Karbon ierikleri dk seviyelerdedir (0.03%). Manganez ve silisyum ierikleri (0.2%) ve kkrt ve fosfor ierikleri de dktr.

Maraging eliklerinin sl ilemi basittir. Solsyona alma ilemi yaklak 820C scaklkta1.3 mm kalnlk iin 0.25-0.5 saat sre bekletme ile salanr. Ar kesitlerde her 25 mm iin 1 saat bekletmek yeterlidir.Ardndan havada yaplan oda scaklna soutma ile yumuak fakat youn dislokasyonlu, masif veya dilimli demir-nikel martensiti elde edilir. Yksek nikel ierii Ms scakln yaklak 150C ye drr. Bu aamada akma gerilmesi 690 N/mm2 kadardr. Bu ileme ou kez tavlama ad verilir.

Daha sonra 480 500 C scaklk aralnda birka saat (genellikle 3 saat) yaplan yalandrma ileminde martensitik dnmle dislokasyonlar ve dilim snr boyunca Ni3Mo ve Ni3Ti veya Ni3(Mo,Ti) intermetalik fazlarn ince dalmlar oluurlar.Martensitin yalandrlm (maraged) koulundaki final sertlii 52 Rc civarndadr.

%0,01C, %18,9 Ni, %8,3 Co,%4,6 Mo, %0,41 Ti, %0,15 Al (Tavlanm)

18 Ni250 Kalite

Fe-19,5Ni-5Mn elii

Tavlanm Yalandrmadan nce

300 C de 1000 saat Yalandrlm 500 C de 10 saat Yalandrlm

Isl ileminde nemli yalandrma sertletiricisi molibden ve titanyumdur. Molibden, tokluu dren zararl tane snr kelmesini nleme eilimindeki, ortorombik Ni3Mo oluturur.Titanyum Ni3Ti, Ni3(Ti,Al), veya Ni3(Mo,Ti) oluturur ve ilave sertleme salar. Titanyum ayrca Ti(C,N) kelti partiklleri oluturarak kalnt karbon ve azotun giderilmesine yardm eder.

Intermetalik kelti partikllerin boyut aral 100-500 dr ve uniform biimdedir. Nikel; yaandrma sertlemesi srasnda intermetalik biimde karbonsuz martensit matriksi oluturur.

%18 Ni, %8-12 Co ve %4-5 Mo ieren maraging eliklerinin kelme sertletirmesi ilemi yaplm durumdaki ekme dayanmna Ti ieriinin etkisi.

Maraging eliklerinde kobaltn da sertletirici etkisi vardr. Kobaltn sertletirici etkisi ksa aralk dzen ile ilikilidir. Co n ilavesi %18 Ni li maraging eliinin Ms ve Mf scakln ykseltir ve Fe-Ni martensit matriksinde molibdenin znrlnn azalmasna neden olur ve bu nedenle yalanma ilemi srasnda martensitte ince Ni3Mo kelti partikllerinin miktarn arttrr.

%18.5-20.1 Ni ieren maraging eliklerinin maksimum sertliklerine Mo ve Mo + %7Co n etkisi

18 Ni li maraging eliinin yalandrlmasnda hzl sertleme 482 C de olur. Bu koulda, hem kelme iin ok sayda ekirdeklenme yeri ve hem de hzl difzyon kinetii salanmas ile ok yksek hatal martensit matriks oluur. Artan yalanma sresi ve/veya ok yksek scaklk ile sertlik doruk noktasna ulatktan sonra der. Bu sertlik d genellikle kelti partikllerinin irilemesi ve ostenit oluumu ile ilikilidir.

X2NiCoMoTi 18 12 4 eliinin eitli yalandrma scakl iin yalandrma sresine karlk sertliinin deiimi. rnekler yalandrlmadan nce 1 saat 820 C de stlm ve soutulmutur.

Uygun sl ilem yaplm alamda, istenen 13792413 MPa aralndaki ekme dayanm, mkemmel krlma tokluu ile birleebilir. Buna karlk uygun olmayan sl ilem durumlarnda, tam intergranlar krlma davran ile ciddi tokluk d grlr. Uygun olmayan sl ileme rnek: ok yksek zeltiye alma scakl ve ardndan yava soutma. Ostenit faz alannda orta scaklk tavlama sl ilemi. Bu durum scakla bal gevreklik olarak isimlendirilir ve birincil ostenit tane snrlarnda alamlarn karbr (TiC) veya karbonitrr (TiCN) segregasyonlarna ve/veya keltilerine atfedilir.

Maraging eliklerinin sl ileminde dekarbrizasyon sorunu yaanmaz. Bu eliklerde oluan martensit ok dk karbonludur. Bu yap ilenebilirlik ve %80-90 dan fazla bir orana kadar haddelenebilirlik asndan yeterince yumuaktr.Scak deformasyon da mmkndr. Ayrca martensitin yalandrma ileminde ok az boyutsal deiime urarlar. Bu nedenle yalandrma ncesinde son ekle ilenmesi bir sorun yaratmaz.

Maraging eliklerinin rnek mekanik zellikleri olarak aadaki deerler gsterilebilir: Akma Gerilmesi ekme Dayanm Uzama Oran Sertlik Deeri : 1670 N/mm2 : 1770 N/mm2 : %10 : 470 HB

Yksek Manganezli Ostenitik eliklerelik ierisinde manganez miktarnn artmas Fe-C sistemindeki tektoid noktasnn karbon bileimini ve scakln drr. Ayrca manganez yine Ms dnm scakln drr. Yksek oranlarda manganez oda scaklnda ostenit fazn stabil klar.

Alam elementlerinin Fe-C sisteminde tektoid noktasnn karbon bileimine ve scaklna etkisi.

Standart yksek manganezli ostenitik elikler nominal olarak %1.0-1.4 C, %10-14 Mn, %0.3-1.0 Si, %0.1 P (max), %0.05 S (max) ierirler.

Yksek manganezli ostenitik eliklerin dkm halindeki yaplar, souma hzlarna bal olarak, ya tamamen ostenitiktir veya oklukla ostenit ile birlikte (Fe-Mn)3C eklindeki karbrlerden oluur. Yaplarnda ostenit ve karbrlerin yan sra ok az da ferrit grlebilir.

Souma hznn yksek olduu durumlarda (kokil dkm veya ince kesitli paralarn dkm gibi) yap hemen hemen tamamiyle ostenitiktir. Kum kalplarda yava souma hz ile katlaan ve souyan malzemelerde, ostenit kristallerinin etrafn saran karbr faz oluur. Bu durum malzemenin gevrek ve krlgan olmasna, ekme dayanmlarnn ve uzama oranlarnn dk seviyelerde olmasna neden olur. Uygulanan ostenitleme ve su verme gibi sl ilemlerle bu zellikler yksek deerlere tanabilir. Dolaysyla bu eliklerde sl ilem uygulama gereklilii vardr.

Yksek manganezli ostenitik eliklerde, manganez ve karbon ierikleri yapnn tamamen ostenit kalmas iin gereklidir. Oda scaklndaki bu ostenit ancak 195 C gibi ok dk scaklkta martensitik dnme urayabilmektedir.Bu nedenle yksek manganezli ostenitik eliklerin, genel elikler gibi faz dnm salanan su verme sl ilemi ile su verilip serletirilmeleri mmkn deildir. Ancak ostenitik yapdan martensitik yapya gei darbe etkisi ile mmkn olabilmektedir.

Yksek manganezli ostenitik eliklerin yapsnn tamamyla ostenitik olmasnn salanmas iin; paralarn ostenit blgesinde bekletilip, karbrlerin tamamyla ostenit ierisinde zeltiye alnmas gerekir. Uygulanacak sl ilemde stma scakl karbon ieriine gre deiir. Ostenit blgesinde stlan malzemeler daha sonra oda scaklndaki suya daldrlarak soutulur. Bu ilemde dnme olmaz ve yksek scaklklardaki ostenit faz oda scaklnda da korunur.

%13 manganez ieren standart ostenitik eliklerde, uygulanacak sl ilemde stma scaklnn karbon ieriine gre deiimi.

% 1,19 C, %12,7 Mn Yksek Mangenezli stenitik elik

Dkm Hali

1050 C den suda soutulmu

Deformasyonla sertletirilmi

Ostenitik eliklerde yava souma veya stma karbrlerin kelmesine neden olur. Karbrlerin kelme blgeleri genel olarak yksek enerjili tane snrlardr. Karbrlerin kelmesi, eliin 500-800 C scaklklar arasnda stlmas ile de olabilir.Genellikle dkm paralar olarak kullanlan yksek manganezli ostenitik eliklerin, dkm scaklndan kalp ierisinde soumalar srasnda, ok ar karbr kelmesi meydana gelir. Ar karbrl malzemenin darbe direnci dktr.

Karbr kelmesi olay karbrlerin kat eriyik ierisine alnmas ve bunu takiben hzl soutma (rnein suda soutma) ile nlenir. Bu ilem eliin ostenitin homojenlemesinin saland scakla (1000-1100C) kadar stlmas ve bunu takiben ok hzl soutulmas (su verilmesi) kademelerinden oluur. ok kk paralar havada soutma, elie arzulanan yapy vermek iin yeterli olabilir.

Yksek manganezli ostenitik eliklerde ne soutma, ne de stma srasnda ostenitik yapnn tane klmesine neden olacak herhangi bir faz dnmesi sz konusu deildir. Kat eriyik iine alma (solsyona alma) ilemi dnm olmadndan, bir miktar tane kabalamas grlebilir. Ancak bunun, eliin tokluuna herhangi bir etkisi olmaz. Aksine, kat eriyik oluturma ilemi, yksek manganezli ostenitik eliklerin tokluunu byk lde arttrr.

Yksek manganezli ostenitik eliklerin yzeylerine uygulanan souk ilemle dislokasyonlar oluturularak martensite dnm salanr ve bunun sonucu yzey sertliinde byk artlar meydana gelir.Yksek manganezli ostenitik eliklerin sertliklerinin souk ilemle kastl olarak arttrlmas iin elik zerinde bir patlaycnn patlatlmas gerekir. elik bilyalarla yaplan talamayla yzey sertliinde byk artlar salanabilir.

Uygun sl ilemlerle malzemenin mekanik zellikleri geliir.

Ayrca sl ilemlerle beraber uygun paralara uygulanabilecek haddeleme ilemleri ile malzemelerin mekanik zellikleri daha da geliebilir. rnein haddeleme + sl ilemi; sadece sl ileme gre ekme dayanmnda %10 civarnda art salar.

Yksek manganezli ostenitik elikleri, nominal bileimlerinin yan sra Cr, Ni, Mo gibi elementlerle alamlandrlarak zelliklerinde baz deiimler meydana getirilebilir.