Çelik, temelde demir (Fe) ve karbon (C) elementlerinden oluşan bir alaşımdır. Diğer alaşımlama elementleri de çelik özelliklerini ve mikroyapısını etkileyebilir. Çeliğin kristal yapısı, karbon içeriğine, alaşımlama elementlerine ve özellikle uygulanan ısı işlemine bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
Çelikte yaygın olarak bulunan kristal yapılar şunlardır:
1. Ferrit (α-Fe)
Kristal Yapısı: Vücut merkezli kübik (BCC - Body Centered Cubic).
Özellikleri: Ferrit, düşük karbon içeriğine sahip olan yumuşak ve manyetik bir fazdır. Oda sıcaklığında demirin kararlı hali olan ferrit, karbon çözünürlüğü düşüktür.
2. Austenit (γ-Fe)
Kristal Yapısı: Yüzey merkezli kübik (FCC - Face Centered Cubic).
Özellikleri: Austenit, yüksek sıcaklıklarda kararlı olan ve oda sıcaklığında bazı özel çelik türlerinde (örn. austenitik paslanmaz çelikler) bulunan manyetik olmayan bir fazdır. Karbon çözünürlüğü ferrite göre daha yüksektir.
3. Sementit (Fe₃C)
Kristal Yapısı: Ortorombik.
Özellikleri: Sementit, yüksek karbon içeriğine sahip sert ve kırılgan bir bileşiktir. Mikro yapılarda genellikle lamellar veya küresel formda bulunabilir.
4. Perlit
Özellikleri: Perlit, ferrit ve sementit lamellarının özelliklerini gösteren bir mikro yapıdır. Perlitin mikro yapısı, çeliğin soğuma hızına bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
5. Martensit
Kristal Yapısı: Gövde merkezli tetragonal (BCT - Body Centered Tetragonal).
Özellikleri: Martensit, sert ve kırılgan bir fazdır. Yüksek hızda soğutma (örn. su verme) sonucunda austenitten oluşur.
6. Bainit
Özellikleri: Bainit, orta hızlarda soğutma sonucunda austenitten oluşan bir mikro yapıdır. Üst ve alt bainit olmak üzere iki çeşidi vardır.
7. Ledeburit
Özellikleri: Ledeburit, demir-karbon diyagramında eutektik bileşiğin hemen yanında yer alır. Ledeburit, sementit ve sıvı fazının eutektik reaksiyonu ile meydana gelir. Bu yapı, yüksek karbon içerikli dökme demirlerde daha belirgin olarak bulunur.
8. Sorfirit
Özellikleri: Sorfirit, perlitin daha ince lamellar bir versiyonudur. Daha yavaş soğutma hızlarında perlit yerine oluşabilir.
9. Troostit
Özellikleri: Troostit, martensit ve sementitin bir araya gelmesiyle oluşan bir mikro yapıdır. Orta hızlı soğutmalarda oluşabilen bu yapı, perlit ve bainite göre daha serttir.
10. Karbürler
Özellikleri: Yüksek alaşımlı çeliklerde, farklı alaşımlama elementlerinin karbür formasyonları olabilir. Bu karbürler, çeliğin sertliğini, aşınma direncini ve diğer mekanik özelliklerini etkileyebilir.
11. Ferritik, Martensitik, Austenitik ve Duplex Paslanmaz Çelikler
Paslanmaz çelikler özel bir çelik kategorisini oluşturur ve mikro yapısına göre sınıflandırılır. Ferritik paslanmaz çeliklerde ferrit fazı, martensitik paslanmaz çeliklerde martensit fazı, austenitik paslanmaz çeliklerde austenit fazı baskındır. Duplex paslanmaz çeliklerde ise hem ferritik hem de austenitik fazlar mevcuttur.
Çeliğin mikro yapısı, karbon içeriğine, alaşımlama elementlerine ve uygulanan ısı işlemine duyarlıdır. Belirli bir mikro yapıya sahip çelikler, belirli mekanik özellikler gösterebilir ve bu nedenle belirli uygulamalar için daha uygundur. Bu, çeliğin o kadar çok farklı uygulamada kullanılabilmesinin ana nedenlerinden biridir. İster otomotiv sektörü, ister inşaat sektörü, ister enerji üretimi olsun, çelik, özelleştirilebilir özellikleri sayesinde endüstriyel uygulamaların çoğunda vazgeçilmez bir malzeme olmuştur.
