Ortak Unsurların Dökme Çelik Üzerindeki Etkisi

Çelik döküm işlemine C eklemek, döküm yaptığımız yaygın bir yoldur. C içeriği 2%'den az olduğunda, buna dökme çelik diyoruz; 2%'den yüksek olduğunda, buna C çeliği diyoruz. Ancak, C'nin kendisi mukavemet ve sertliğe sahip değildir. Ancak katı çözeltideki demir karbür Fe(3)C olarak C, mukavemet ve sertlik için birincil kontrol unsurudur.

C.'nin başrolü

Paslanmaz çelik dökümde, C içeriği arttıkça, çeliğin mukavemetini, sertliğini ve sertleşebilirliğini artırır. Ancak plastisite, tokluk, manyetik ve elektriksel özellikleri azaltır. Çelikteki C ve belirli alaşım elementlerinin kombinasyonu, çeliğin özellikleri üzerinde farklı etkileri olan çeşitli karbürler oluşturur.
Bazı çelik döküm aralıklarında C içeriği: C çeliği 0.03 ~ 1.04%, yüksek hız takım çeliği 0.75 ~ 1.60%, sıcak iş takım çeliği 0.22 ~ 0.70%, soğuk iş takım çeliği 0.45 ~ 2.85%.

Deoksidasyon ve desalinizasyon sürecinde erimiş çelikte Mn görürüz, ancak bu noktada çelikte 1%'den daha az miktarlarda kalır. Çelikteki Mn miktarı 1%'yi aştığında, Mn kasıtlı olarak eklenen bir alaşım elementidir.

Mn'nin ana rolü:

Çelik dökümün çekme mukavemetini, sertleşebilirliğini, yüksek tokluğunu ve işleme özelliklerini iyileştirmek için. S içeren çeliklerde Mn, S'nin neden olduğu sıcak ve soğuk gevrekleşmeyi en aza indirir. Yüksek Mn içeriğine sahip çelik, sert çalışma veya darbeden sonra yüksek aşınma direncine sahiptir. Ancak çeliğin tane büyümesini teşvik etme ve ikinci tip temperleme kırılganlığını artırma eğilimi vardır. Mn elementi yapısal çelik, çelik takviye çeliği ve yay çeliğinde kullanılır.
Bazı çelik dökümlerde Mn içerik aralığı: C çeliği 0.25 ~ 0.65%, Mn çeliği 1.6 ~ 1.9%, soğuk takım çeliği 0.30 ~ 2.50%, otantik Cr - Ni paslanmaz çelik 2.00 ~ 15.5%.

Si ferrit oluşturan bir elementtir. A(1) ve A(3) sıcaklıklarını yükseltir. Si grafitik bir etkiye sahip olduğundan, genellikle çelikte karbürlerin stabilizatörü olarak Mn ile birleştirilir. Yaygın olarak kullanılan bir deoksidandır.

Si'nin ana rolü:

Elektrik sac çeliklerinde Si, geçirgenliği ve özdirenci artırır ve histerezis kayıplarının sığ olmasını sağlar. Si, bazı yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikleri oksidasyona karşı dirençli hale getirir. Çelik döküm ise Si ve Mn kombinasyonu sayesinde sertleşebilirliği, mukavemeti ve darbe tokluğunu artırır. Özellikle su verme ve temperlemeden sonra çeliğin akma sınırını ve elastik sınırını iyileştirebilir. Çelik dökümün yüksek Si içeriği, manyetik özellikleri ve direnci önemli ölçüde artar. Bununla birlikte, Si grafitleşmeyi teşvik etme eğilimindedir ve çelik yüksek seviyelerde C içerdiğinde, etki daha da büyüktür.
Normal çelikteki Si içeriği 0,17 ila 0,37% arasında değişmektedir.

Cr.'nin ana rolü

Paslanmaz çelik döküm, Cr çeliğin sertliğini artırdığında yeterince C içerir. Genel olarak 1% C içeren düşük Cr'lu çelikler çok serttir. Düşük C içeren çeliğe eklenen Cr, mukavemeti artırabilir ancak sünekliği azaltabilir. Cr, çeliğin yüksek sıcaklık mukavemetini ve sertleşebilirliğini artırır; yüksek C çeliğinde ve aşınma direncinde.

25%'ye kadar büyük miktarlarda eklendiğinde Cr, çeliğin yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturarak korozyon direncini artırır. Ni gibi elementlerle birlikte, oksidasyon direncini ve çeliğin termal mukavemetini artırır ve korozyon direncini daha da iyileştirir. Cr, tane büyümesini teşvik ederek çeliğin kırılganlığının artmasına neden olur. Cr, yapısal, takım, yatak, paslanmaz ve ısıya dayanıklı çeliklerde yaygın olarak kullanılan bir elementtir.

W katı karbür oluşturan bir elementtir. Çok sert ve kararlı karbürler W(2)C, WC ve karmaşık karbür Fe(4)W(2)C oluşturur. Bu karbürler çok yavaş ve sadece çok yüksek sıcaklıklarda çözünür. W, takım çeliklerinin, özellikle de yüksek hızlı takım çeliklerinin önemli bir bileşenidir. Bu çeliklerde W, ikincil sertleştirmeden sonra sertliği önemli ölçüde artırır. Ferrit oluşturan bir element olarak W, A(4) sıcaklığını düşürür ve A(3) sıcaklığını yükseltir.

W.'nin başrolü:

W tane büyümesini engeller ve bu nedenle tane inceltici bir etkiye sahiptir. W, sıcak işleme ve ısıl işlem sırasında dekarbürizasyonu azaltır. Su verilmiş ve temperlenmiş çeliklerin yüksek sıcaklık sertliğini arttırır. Bazı yüksek sıcaklık alaşımlarında W sürünme dayanımını artırır. W içeren paslanmaz çelik döküm 600~700°C'ye kadar ısıtıldığında karbür hala çökelmez, böylece çeliğin yumuşaması önlenir. Yüksek hızlı takım çeliği ve alaşımlı takım çeliğinde daha çok kullanılan elementlerden biridir. Ancak dökme çeliğin oksidasyon direnci için uygun değildir.
Bazı çelik içerik aralığında W: W-Cr çeliği 1.75%, yüksek hızlı takım çeliği 1.15 ~ 21.0%, sıcak iş takım çeliği 0 ~ 19.0%, soğuk iş takım çeliği 0 ~ 2.0%, darbeye dayanıklı çelik 0 ~ 3.0%.

Mo sağlam bir karbür oluşturucu elementtir. Sert ve kararlı karbür Mo(2)C'nin yanı sıra Fe(4)Mo(2)C ve Fe(21)MoC(6) gibi diğer kompleks karbürleri oluşturur.

Mo'nun başrolü:

Küçük bir miktar, dönüşüm oranını etkili bir şekilde azaltabilir ve dökme çeliğin yüksek sıcaklık mukavemetini ve sürünme direncini artırabilir. Ayrıca, özellikle hidroklorik asit çözeltilerinde paslanmaz çeliğin korozyon direncini artırabilir. W, yüksek hızlı takım çeliğinde de benzer bir role sahiptir, genellikle W yerine Mo kullanılır. Bu, W içeren çeliklerde karbür birikimini azaltır ve mekanik özellikleri iyileştirir. Mo, yüksek gerilme mukavemetine ve iyi plastisiteye sahip Mo çeliklerinin temel bileşenlerinden biridir. Cr çeliklerinde Mo, işlenebilirliği ve mekanik özellikleri iyileştirmek için eklenir. Ni-Mo çeliklerinde Mo, dökme paslanmaz çeliğin yüzey sertliğini artırır.
Bazı çelik içerik aralığında Mo: Mo çelik 0.15 ~ 0.60%, yüksek hızlı takım çeliği 0 ~ 10.0%, sıcak iş takım çeliği 0 ~ 5.5%, soğuk iş takım çeliği 0 ~ 1.8%, otantik Cr - Ni paslanmaz çelik 0.~ 4.0%, martensit Cr çelik 0 ~ 1.25%, ferrokrom çelik 0 ~ 1.25%.

V karbür oluşturan katı bir elementtir. Karbür VC oluşturur. V, dökme çelikte ince taneli ve dağınık karbürler ve nitrürler olarak bulunur. Ortalama ısıl işlem sıcaklıklarında ayrışmazlar ve tane büyümesini engelleyebilirler. Yüksek sıcaklıklarda yeterli miktarda karbon ve çözünebilir V, gözlemlenebilen en önemli ikincil sertleşme etkisine neden olur.

V.'nin başrolü

V önemli bir tane inceltici elementtir. Östenit büyümesini engeller ve 0,1% V kadar az bir miktar sertleşme sırasında tane büyümesini etkili bir şekilde engelleyecektir. Ancak dökme çelik, tane büyümesinin karbür ve nitrür parçacıklarının çözünmesini engellediği bir sıcaklığa ısıtıldığında tane büyümesi hemen başlar.
Demir, 5.7'den büyük karbon içeriği oranı, paslanmaz asit çeliği taneler arası korozyon üzerindeki ortamı önleyebilir veya azaltabilir. Ve dökme paslanmaz çeliğin yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve hidrojen korozyonuna karşı direncini önemli ölçüde artırır. Taneyi rafine edebilir ve alaşım elementlerinin transfer hızını yavaşlatabilir, ancak dökme demir çeliğin yüksek sıcaklık oksidasyon direnci iyi değildir.
Bazı çelik ve alaşım içerik aralığında V: krom - V çelik 0.10 ~ 0.20%, yüksek hızlı takım çeliği 0.90 ~ 5.25%, sıcak takım çeliği 0 ~ 2.20%, soğuk takım çeliği 0 ~ 5.15%

Co karbür oluşturan bir elementtir. Demirden biraz daha güçlü bir karbür oluşturma eğilimine sahiptir. Çeliğin yüksek sıcaklık özelliklerini ve oksidasyon ve korozyona karşı direncini artırır. Co, bazı süper sert yüksek hızlı takım çeliklerinin, bazı kalıcı mıknatıs alaşımlarının ve yüksek sıcaklık alaşımlarının önemli bir bileşenidir.

Co'nun başrolü:

Co, çökelme sertleşmesi sürecini teşvik ederek mukavemeti ve tokluğu önemli ölçüde artırır. Co, ferrit veya austinit içinde çözünür ve sıcaklık artışı sırasında yumuşamayı engeller.
Bazı çelik ve alaşımlarda Co içeriği aralığı: Yüksek hızlı takım çelikleri için 0~13.0%, sıcak iş takım çelikleri için 0~4.5%

Ti katı karbür oluşturucu bir elementtir. Katı çözelti durumunda, güvenilir çözelti güçlendirme etkisi son derece güçlüdür ancak aynı zamanda katı çözeltinin tokluğunu azaltır.

Ti'nin başrolü:

Orta kromlu çeliklerde Ti, karbonu katı çözeltiden geri çeker ve martenzit sertliğini ve sertleşebilirliği azaltır. Yüksek kromlu çeliklerde Ti östenit oluşumunu engeller. Östenitik paslanmaz çeliklerde, Ti yüksek sıcaklıklarda katı çözeltiden karbonu geri çeker, böylece tane sınırlarında krom karbürlerin oluşmasını önler. Östenitik yüksek sıcaklık alaşımlarında Ti, çökelme sertleşmesini teşvik eder. Sedimanter yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çeliklerde Ti çeliğin tokluğunu artırır. Ti taneyi inceltebilir ve karbonu sabitleyerek dökme demir çeliğin kaynaklanabilirliğine fayda sağlar.
Yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelikteki Ti içeriği 0~0.10% arasında değişmektedir.

Kurşunun erimiş çelikte çözünürlüğü sınırlıdır. Çelikten çok daha mükemmel bir yoğunluğa sahip olduğundan, erimiş çelikte batar ve çelikten ayrılır. Çelikte inklüzyonlar halinde bulunur. Bu inklüzyonlar yumuşaktır ve interstisyel yağlayıcı görevi görür. Yaklaşık 0.20% içeriği ve çok küçük parçacıkların varlığı, diğer özellikleri önemli ölçüde etkilemeden çeliğin işlenebilirliğini artırabilir.

Ni karbür oluşturmaz. Dökme demir çelikte Ni'nin varlığı demirin karbürlerini kararsızlaştırır ve bu nedenle grafitleşmeyi teşvik eder. Ni, basit ikame katı çözeltiler geliştirerek ferriti güçlendirmek için hareket eder. Östenit oluşturan bir element olarak Ni, A(4) sıcaklığını yükselterek ve A(3) sıcaklığını düşürerek östeniti stabilize eder. Saf demir 25%'den fazla Ni içeriyorsa, elde edilen alaşım yavaşça oda sıcaklığına soğutulsa bile saf östenittir.

Ni'nin başrolü:

5% Ni'ye kadar Ni içeren alaşımlı çeliklerde Ni, mukavemeti ve tokluğu artırır. Ni, yüksek krom içeriğine sahip östenit oluşumunu sağlayarak östenitik krom-Ni paslanmaz çelikler verir. Özellikle paslanmaz çelik ve ısıya dayanıklı çeliklerde yaygın olarak kullanılır. Az miktarda karbon içeren yüksek Ni'li çelikler, izotropik heterokristal dönüşümün termal histerezisini önemli ölçüde artırır. Bu, 600°C'ye ısıtıldığında martensitik yaşlandırılmış çeliklerde martensitin korunmasına yol açar. Ni termal genleşme katsayısını azaltır ve yüksek Ni alaşımlarında geçirgenliği artırır. Dökme çelikteki Ni içeriği yüksek olduğunda, krom ile birleştirilmesi çeliğin korozyon ve ısı direncini önemli ölçüde artırabilir.

Nb, çökelme sertleşmesi ve ferrit tanesini daha da rafine ederek mukavemeti artırır.

Nb'nin ana rolü:

Az miktarda Nb (yaklaşık 0,02%) karbon çeliğinin çekme ve akma mukavemetini etkili bir şekilde artırabilir. Nb, bazı yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çeliklerin temel bir bileşenidir.
İçerik karbon içeriğinin 8 katını aştığında, dökme çelikteki neredeyse tüm karbonu sabitleyebilir. Otantik çelikler, oksitleyici ortamlar tarafından dökme çeliğin taneler arası korozyonunu önler. Karbonun çelikte sabitlenmesi ve çökelme sertleşmesi etkisi nedeniyle, sıcak mukavemetli çeliklerin sürünme mukavemeti gibi yüksek sıcaklık özelliklerini iyileştirebilir.

Bakır, austinit oluşturan bir elementtir. Bakır grafitleşme eğilimi gösterdiğinden, sadece yumuşak çeliğe ve 1.5%'den fazla olmayan miktarlarda eklenir.
Bakırın ana rolü, korozyon direncini iyileştirmek ve çökelme sertleşmesi yoluyla alaşımın gerilme mukavemetini arttırmaktır. Bakır, çökelme sertleşmesinin meydana gelmediği çeliklerde akma dayanımını biraz artırabilir. Ancak, paslanmaz çelik dökümün plastisitesi ve tokluğu azalır. Karbon çeliği sertleşebilirliği artırır ve sünekliği azaltır. Bakır içeriği 0.4%-0.5%'yi aştığında, sıcak çalışma sırasında çelik parçaların yüzeyinde çatlakların oluşmasını kolaylaştırır.

Al, demirden daha düşük karbür oluşturma kapasitesine sahiptir. Al, paslanmaz çelik dökümde grafitleşmeyi teşvik eder.

Al'ın başrolü:

Al ve azot veya O, tane büyümesini engellemek için etkili ince dispersiyonlar üretmek için. Azotun düşük sıcaklıkta difüzyonu (nitrürleme) yoluyla etkili bir yüzey sertleştirme tabakası oluşturur. Ve Al, dökme demir çeliğin yüzeyinde katı bir Al oksit tabakası geliştirerek çeliği korozyona dayanıklı hale getirir. Al, dökme paslanmaz çelik tanelerini rafine eder, böylece çeliğin mukavemetini ve tokluğunu artırır.
Bazı çelik ve alaşımlardaki Al içeriği, normal çelikte 0,01 ila 0,03%, ferritik paslanmaz çelikte 0 ila 0,30% ve çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikte 0 ila 1,5% arasında değişmektedir.

B, 2300°C'de eriyen çok sert bir katıdır.

B.'nin başrolü

Tamamen oksijeni giderilmiş dökme paslanmaz çeliğe eser miktarda B (0.0005 ila 0.005%) eklenmesi çeliğin sertleşebilirliğini önemli ölçüde artırabilir. Bunun nedeni soğutma sırasında faz geçiş hızındaki azalmadır, ancak karbon içeriği arttığında sertleşebilirlik azalır. Bu nedenle, <0,6% karbon içeriğine sahip düşük veya orta karbonlu çeliğe eklenen B'nin önemli bir etkisi vardır. Az miktarda B eklerseniz, diğer daha pahalı alaşım elementlerinin miktarını yarı yarıya azaltın, yine de aynı dönüşüm oranını korumak için çelik dökün. B, dökme paslanmaz çeliğin sünekliğini ve mekanik özelliklerini geliştirir.

S, dökme çelik için en zararlı elementtir. Kırılgan sülfür FeS oluşturarak çelik üzerinde en zararlı etkiye sahiptir. Sülfür çelikte 0,01% kadar düşük miktarlarda bulunur ve tane sınırları boyunca sülfür çökelmesini de uyarabilir.

S.'nin ana rolü

Dökme çeliğe yeterli miktarda manganez eklendiğinde, S, sıcak çalışma sıcaklıklarında plastik olan MnS'yi oluşturur. S, çelikteki metalik olmayan kalıntıları artırabilir, böylece çelik mukavemeti azalır ve çeliğin kaynak özelliklerini önemli ölçüde azaltır. Sıcak çalışmada, kırılgan (sıcak kırılgan) üretilmesi kolaydır, ancak biraz daha yüksek S içeriği düşük karbonlu çeliğin işlenebilirliğini artırabilir.
Normal çelikteki S içeriği ≤ 0,045%'dir.

S, dökme çelik için en zararlı elementtir. S, kırılgan sülfit FeS oluşturarak çelik üzerinde en zararlı etkiye sahiptir. Sülfür çelikte 0,01% kadar düşük miktarlarda bulunur ve tane sınırları boyunca sülfür çökelmesini de uyarabilir.

S.'nin ana rolü

Dökme çeliğe yeterli miktarda manganez eklendiğinde, S, sıcak çalışma sıcaklıklarında plastik olan MnS'yi oluşturur. S, çelikteki metalik olmayan kalıntıları artırabilir, böylece çelik mukavemeti azalır ve çeliğin kaynak özelliklerini önemli ölçüde azaltır. Sıcak çalışmada, kırılgan (sıcak kırılgan) üretilmesi kolaydır, ancak biraz daha yüksek S içeriği düşük karbonlu çeliğin işlenebilirliğini artırabilir.
Normal çelikteki S içeriği ≤ 0,045%'dir.

Çelikteki N hem nitrür oluşturabilir hem de katılaşmadan sonra ara boşluklarda çözünebilir. Her iki durumda da N çeliği gevrekleştirir ve soğuk işleme için uygunsuz hale getirir. Bu nedenle, yüksek plastisiteye sahip yumuşak çelikler üretmek için N içeriği 0,002% kadar düşük olmalıdır. N içeriğinin azaltılması su verme yaşlanmasını da azaltır. Sıcak haddelenmiş veya dövülmüş çeliklerde fosfor, çelikte zayıf noktalar haline gelen "anormal bölgeler" oluşturur.

Hidrojen oda sıcaklığında çelikten dışarı yayılabilir. Bu difüzyon yavaş bir sıcaklık artışı sırasında daha etkilidir. Yaklaşık 0,0005%'den daha yüksek bir hidrojen içeriği çeliğin sünekliğinde bir azalmaya yol açar. 0,0005%'nin üzerindeki hidrojen içeriği çeliğin içten kopmasına neden olabilir. Bu genellikle haddeleme veya dövme işleminden sonra metalin soğuması sırasında meydana gelir.
Çeliği, hidrojen gevrekleşmesine yol açabilen beyaz noktalar gibi kabul edilemez kusurlara duyarlı hale getirir ve aynı zamanda kaynağın ısıdan etkilenen bölgesinde soğuk çatlamaya (gecikmeli çatlama) yol açan önemli bir faktördür.

Çelik üretiminin üfleme işlemi sırasında, eriyik havuzuna büyük miktarda O üflenir. Üfleme işleminin sonunda, çelik fazla O içerir. Eğer deoksidize edilmezse, sonraki dökme işlemini etkileyecektir. Ve çelik katılaştırma işleminde, O büyük miktarlarda oksit çökelmesi şeklindedir. Dökme paslanmaz çelik ayrıca oksit metalik olmayan kalıntılar üretecek, çeliğin plastisitesini ve darbe tokluğunu azaltarak çeliği kırılgan hale getirecektir.

İçerik 0.20%'yi aşmadığından, dökme paslanmaz çeliğin genel mekanik özellikleri önemli değildir, ancak temperleme kırılganlığının hassasiyetini arttırır.

Az miktarda Zr, tanenin rolünü gazdan arındırmış, saflaştırmış ve rafine etmiştir. Çeliğin düşük sıcaklık tokluğu faydalıdır. Ayrıca yaşlanma olgusunu ortadan kaldırabilir ve çelik damgalama özelliklerini geliştirebilir.