Çeliklere; mukavemet, korozyon dayanımı, asit-tuz ve bazlara karşı dayanım, sıcak ve soğuğa dayanım, aşınmaya dayanım, sertlik vb. gibi özellikler kazandırmak amacıyla kullanılan alaşım maddelerine katık elemanı denir. Çeliklere özellik kazandırmak amacıyla kullanılan katık elemanlarının başlıcaları arasında; karbon, silisyum, manganez, fosfor, kükürt, oksijen, bakır, krom, nikel, volfram, molibden, vanadyum, kobalt ve alüminyum sayılabilir.
Silisyum
Çelik tanımı içinde yer alan başka bir element olan silisyum, demir filizleri ve yüksek fırınlarda kullanılan yalıtım tuğlaları aracılığıyla çelik iç yapısına girer. Katkı elemanı ve çeliğe yeni özellikler kazandırabilmesi için çelik iç yapısında en az % 0,5 oranında silisyum olması gerekir. Katkı elemanı olarak silisyum kullanılan çelikler, çeliğin oksidini alır, dayanım ve akma sınırını yükseltir. Silisyum miktarı fazla çelikler kaba dokulu olur. Çelik iç yapısında silisyum miktarının yüksek olması, çeliklerin dövülerek şekillendirilmesini engeller.
Fosfor
Çelik iç yapısında istenmeyen elementler kükürt ve fosfordur. Fosfor demir filizlerinden ya da iç yapısında fosfor bulunan kireç taşı gibi katkı maddeleri aracılığıyla ham demire girer. Fosfor, dayanımı ve paslanmaya karşı dayanıklılığı artırır. Ancak çentik darbe sünekliliğini azaltır. Bu nedenle % 0,2’nin üzerinde fosfor bulunan çeliklerde soğuk kırılganlık meydana gelir yani malzeme soğuk biçim değiştiremez. Olumsuz etkileri nedeniyle çelik iç yapısında % 0,05- 0,005’ten yüksek oranlarda olmasına izin verilmez.
Molibden
Volframın çelik üzerindeki etkilerinden daha fazlasını veren bir katkı elemanıdır. Volframda olduğu gibi ısı özelliklerinde iyileştirme yaptığından çeliğin tavlamaya karşı gösterdiği bozuklukları ortadan kaldırır. Diğer yandan aside karşı dayanıklılığı hava çeliklerinde kullanılmasına olanak tanır. Molibden çeliklerde, dayanımı ve akma sınırını yükseltir. Gevrekliği ortadan kaldırır. Çeliği özlü yapar. Ayrıca molibden, çeliklerde tek başına katkı elemanı olarak kullanılmaz. Çoğunlukla nikel ve krom ile birlikte çeliğe ilave edilir.
Kükürt
Çeliği gevrek ve kırılgan yaptığı için çelik iç yapısında istenmeyen bir diğer elementtir. Ancak çok önemli olumsuzluklar yaratmasına rağmen çelik iç yapısında bulunur. Çelik içerisine sülfürlü yakıtlar ile girer. Çelik içindeki kükürdün % 0,02-0,035 arasında olması sorun yaratmaz. Bu oranları aşan kükürt, çelik üretiminden önce yakılarak uzaklaştırılır. Bazı durumlarda ise çelik iç yapısındaki kükürdün, iki misli kadar mangan ilavesiyle olumsuz etkileri yok edilir. Tüm olumsuzluklarına rağmen kükürdün katkı elemanı olarak kullanıldığı çelikler de bulunmaktadır. Otomat çeliği olarak adlandırılan bu gruptaki çeliklerde, kolay işlenme ve düzgün yüzey verme gibi özelliklerden ötürü % 0,3 oranında kükürt bulunması yararlıdır.
Oksijen
Çelik üretimi sırasında fazla orandaki karbonun yok edilmesi için kullanılan oksijen, çeliğin sert, dolayısıyla da kırılgan olmasına neden olur. Çoğu zaman oksijenin olumsuz etkileri hemen görülmez. Yaşlanma olarak adlandırılan oksijen olumsuzlukları, çok zaman sonra çelikte kırılganlık olarak açığa çıkabilir.
Bakır
Çeliğe katkı elemanı olarak ilave edilen bir metaldir. Özellikle paslanmaz çeliklere % 0,55 oranında ilave edildiğinde dayanımı artırır ve akma sınırını yükseltir.
Karbon
Karbon, çeliğin meydana gelmesini sağlayan demirden sonraki ana alaşım elementidir. Ayrıca çeliğe sertlik ve dayanım sağlayan en önemli katık elemanıdır. Karbon, oksitlenmeyi azaltır, korozyon ve aşınma dayanımını sağlar. Elektrik direncini ve ısı dayanımını artırır. Ancak karbon, çeliğin talaş kaldırılabilme, kaynak edilebilme, elastikiyet, eğme, dövme ve derin çekme gibi sıcak veya soğuk olarak biçimlendirilebilme kabiliyetlerini azaltır.
Krom
Endüstrinin birçok alanında kullanımının yanında, çelik katkı elemanı olarak önemli bir yer tutmakta olan krom, çeliğe iç yapısındaki karbon ile birleşerek çok sert olan krom karbürü meydana getirir. Dönüşmeyi yavaşlatır. Bu yönüyle çeliğin çekirdeğe kadar sertleşmesine olanak tanır. Çelikleri ince dokulu yapar. Sertlik ve dayanımı artırır. Üstün aşınma ve kesme özelliği kazandırır. Çeliklerin manyetik özelliklerini yükseltir. Dövme ve ısıl işlemlere karşı çeliklerin hassaslaşmasını sağlar.
Nikel
Çeliklerin sertleştirilmesinde soğutma hızlı yapılırsa çekirdeğe kadar sertleşmeme sorunu ortaya çıkar. Bu sorun nikel aracılığıyla çözülür. Nikel, çeliğin kritik soğutma hızını düşürür. Bu nedenle nikelli çelikler daha derinlere kadar sertleşebilir. Ayrıca çeliğe süneklik sağlar ancak dayanımını artırmaz. Nikelin maliyeti yüksektir. Maliyetin düşürülmesi arzu edildiği takdirde, çeliğe nikel ile aynı özellikler kazandıran mangan ilavesi yapılabilir. Nikel miktarının değişmesi, çelik üzerinde farklı değişikliklere yol açmaktadır.
Alüminyum
Oksijenin bazı durumlarda uzun süreçler sonunda ortaya çıkardığı kırılganlık sorunu, çelik iç yapısına alüminyum ilavesiyle çözülür. Bunun için alüminyum ilavesi, çelik sıvı hâldeyken yapılır. Diğer yandan silisyuma benzer özellikler göstererek çelik üretimi sırasında, cüruf oluşmasına olanak sağlar. Isıl işlemlerden biri olan nitrürasyon ile sertleştirilecek çelikler, alüminyum katkılıdır. Alüminyum, çeliğin yüksek sıcaklıklarda korozyona uğramasını engeller.
Volfram
Katkı elemanı olarak kullanıldığında çeliğin yüksek ısılara karşı dayanımında olumlu etkiler yapar. Diğer yandan, çelik iç yapısında bulunan karbon ile birleşerek volfram karbür oluşmasına olanak tanır. Volfram katkılı çeliklerin yüksek ısılara karşı dayanımlı ve sert olması, onların endüstride kesme takımı olarak kullanılmasına neden olmaktadır. Yine volframlı çelikler, sıcak iş kalıplarının yapımında kullanılır. Çeliğin dönüşme hızını oldukça düşürür, bu yönüyle volfram katkılı çelikler havada sertleşir.
Vanadyum
Molibden ve volframın yeterli ve istenilen özelliği vermediği durumlarda kullanılan vanadyumun, volframda olduğu gibi üstün karbür yapıcı özelliği vardır. Vanadyumun karbür yapma özelliği, çeliği sert bir yapıya kavuştururken ana kütlenin karbonsuz kalmasına neden olur. Dolayısıyla çelik sertleşmez. Bunun önüne geçilmesi için volframda olduğu gibi karbon ilavesi yapılmasıyla sağlanır. Vanadyum katkı elemanı olarak tek başına kullanılmaz, genellikle krom ile birlikte çeliğe ilave edilir.
Kobalt
Sürekli mıknatıs yapımında kullanılan çeliklere ilave edilen kobalt, çeliğin manyetik özelliklerini iyileştirir ve yapısını inceltir. Çeliği, ısıl işlemlere elverişli hâle getirir.
Manganez
Her çeliğin iç yapısında bulunan elementlerden biridir. Bileşiminde mangan bulunan demir filiziyle ham demire girebileceği gibi oksijen ve kükürdün bağlanması için de çeliğe katılarak alaşım yapısına girer. Bu nedenle katkı elemanı olabilmesi için çeliğe % l’den fazla oranlarda katılmış olması gereği vardır. Bu orandan fazla olan mangan, çeliğe aşağıda sıralanan özellikleri verir. Yüksek oranda oksit gidericidir. Çelik dokusunu kabalaştırır, bu özelliğiyle çeliğin, ısıl işlemlere karşı hassas olmasını sağlar. Çeliğin dönüşme hızını yavaşlatır, bu özelliği nedeniyle mangan katkılı çelikler yağda sertleşir. Çeliklerin çekirdeğe kadar sertleşmesine olanak tanır. İç yapısına % 1 oranında mangan katılan çelikler ısıl işlemden sonra ölçü değiştirmez. Çeliğin kaynak yeteneğini düzeltir. Mangan, bir anlamda silisyumun rakibi sayılabilir. Silisyumun kaynak yeteneği üzerindeki olumsuz etkisi, mangan ile azaltılır.
“Alaşım elementlerinin çeliğe etkisi nedir?” başlıklı blog yazımıza gidebilir ya da Kar-Tes Kesici Takımlar Blogu’muza geri dönebilirsiniz.