Otomat Çelikleri

 

Otomat Çeliği Nedir

Seri olarak imal edilen parçaların ekonomik olarak talaşlı şekillendirilmesi (tornalama, delme, frezeleme, planyalama, v.b.) yüksek hızda kesme yapan otomatlarda gerçekleştirildiğinde, malzemelerin de iyi talaşlı şekillenebilir olması gereklidir. Talaşlı şekillenebilirlik, işlenen malzemenin bileşimi ve yapısı dışında, takım, malzeme ve tezgahın rijitliği, tezgahın kesme gücü, takım malzemesi, takım geometrisi, talaşlı şekillendirilen yerde meydana gelen sıcaklık ve talaş kaldırma yöntemi gibi, çok sayıda diğer faktöre bağlıdır. Çelik üreticileri otomat çeliklerinde özeliklerin iyileştirilmesinde, talaşlı şekillenebilirlik için aşağıdaki kriterlerin yerine getirilmesine çalışırlar.

Malzemede daha yüksek kesme hızları uygulanabilmelidir. Bu kavram, aynı zamanda kısa işlem süresi ile de tanımlanır.

Daha az takım aşınması ve bunun sonucu olarak da daha uzun takım ömrü sağlanmalıdır. Böylece, takım maliyeti düşer, takımın değiştirmesi ve tekrar ayarlaması için sarf edilecek süre kısalır.

Daha az yüzey pürüzlülüğünün sağlanmasıyla, daha sonraki taşlama ve benzeri işlemler azalır ve parçalarda yüzey kalitesi daha iyi garanti edilebilir.

Gerekli hassasiyet ve seri imalatta parçalarda değişebilirlik, daha dar toleranslarla çalışılabileceği için iyileşir.

Daha az kesme kuvveti kullanılır ve böylece daha az enerji gereksinmesi olur.

Otomata uygun malzemelerdeki kısa kırılgan talaş nedeniyle, sürekli talaş akışı yok olur ve talaşlar için alınacak korunma ve depolama önlemleri de azalır.

Otomat çeliklerinin önemli özeliklerini belirtmeden önce, talaşlı şekillendirmede meydana gelen olayların kısaca açıklanması yararlı olacaktır. Malzeme içerisine talaş kaldırma takımının dalmasıyla birlikte, talaşlı şekillenebilirlik kriterlerini etkileyen şu olaylar meydana gelir.

 Malzeme sıkışır, yani belirli bir dayanım artmasıyla birlikte soğuk şekil değiştirme olur. Bu esnada, aynı zamanda şekil değiştirme ısısı açığa çıkar.

 Takımın ağızladığı malzeme tabakası, malzemeden talaş olarak kopar. Bu esnada, ayrılma ısısı meydana gelir.

 Ayrılmış sıcak talaşlar, takımın talaş yüzeyi üzerinden kayar ve bu esnada sürtünme ısısı meydana gelir. Talaş ve takım arasındaki akma bölgesinde, sürtünme ve difüzyon kontrollü kontakt reaksiyon sonucunda, yaklaşık 1000 N/mm² basınç ve 800 °C sıcaklık ile oyuk aşınma etkisi meydana gelir.

 Ters kuvvetin basıncı altında yeni talaş kaldırılmış malzeme yüzeyinde hareket eden takımın serbest (boşluk) yüzeyinde, sürtünme ve ayrıca bir ölçüde de kontakt reaksiyonlar sonucunda aşınma etkisi ve kesme kenarında körlenme meydana gelir.

Basınç ve sıcaklığın etkisi altında kaynak olmuş, dayanımı çok fazla artmış kopan malzeme parçacığı yığılma kesilmesi olarak adlandırılır ve talaş kaldırılmada çok önemli fonksiyona sahiptir. Bu kesilme yığılmasının sertliği ana malzemenin iki ila dört katıdır. Kesilme yığılmasının büyüklüğü ve stabilitesi, sürekli değişen bir etki yapar. Serbest ve talaş yüzeyi üzerinde hareket eden kopmuş parçacıklar, hem takımın aşınmasını ve hem de malzemenin yüzey pürüzlülüğünü etkiler.

Yukarıda verilen bilgiler ışığında, iyi talaşlı şekillendirilebilir çelik için olması gereken özelikler, çeliğin çok yüksek dayanımlı olmaması, fakat aynı zamanda belirli ölçüde kırılganlığın da olması, yani düşük plastisite özeliği şeklinde verilebilir. Bu iki etki büyüklüğü, birbirine ters karakteristiklerdir. Çeliklerde düşük dayanım değerleri, yapının büyük ölçüde ferritik olmasıyla mümkündür ve bu yapı çok sünek olduğundan, talaşların yapışma ve kaynak olma eğitimleri vardır. Yapının, büyük bir dayanım yükselmesi olmadan kırılgan hale getirilmesi için, ferrit içerisinde çözülebilen ve ferritin sünekliligini önemli ölçüde azaltan ilave elementler katılabilir. Bunların meydana getirdiği ince dağılmış ve çok sayıdaki bağlantılar, yapıda homojenliği bozarak talaş kesilme düzlemlerinde ayrılma kırılması meydana gelmesini sağlarlar. Talaşları kırılgan yapmak için bir diğer olanak da, kaba tane tavlaması uygulayarak, ferritik yapıda kabalaşma yapılmasıdır. Bu tür önlemler alınırken, otomat çeliklerinde özellikle şekillendirmeye dik doğrultuda soğuk şekillenebilirlik, kaynak edilebilirlik gibi özelikler de korunmaya çalışılmalıdır.

Malzemenin talaşlı şekillenebilirliği, değişik yöntemlerle saptanabilir. En önemli kriterler, takımın ömür koşulları, etki eden kesme kuvveti, işlenen malzemedeki yüzey kalitesi ve talaş teşekkülüdür. Takımın ömrü, kesmedeki aşınma ile tarif edilir. Bu değer, belirli bir çalışma süresi ve kesmedeki ilerlemeye bağlı olarak, kesme hızı "v" ile tanımlanır. Otomatlar için, çok sık takım değiştirmekten sakınmak için, örneğin 480 dakika için kesme hızının (v480) tesbiti yapılabilir. Kesme kuvveti mümkün olduğu kadar düşük tutulmalı, böylece takım korunmalı ve tezgahtan istenen güç düşük tutulmalıdır. Yüzey kalitesi, işlemenin hassasiyetine göre büyük önem taşır. Talaş teşekkülü, otomatlar için çok fazla öneme sahiptir. Uzun akan talaşlar, işlenen parçaya sarılır, kesmeyi kesintiye uğratırlar, çok yer kaplarlar ve derhal uzaklaştırılarak temizlenmesi gerekir. Bu nedenle, kısa kırılgan talaşlar, kolayca uzaklaştırılabildiklerinden daha iyidirler.

Otomat çelikleri TS 3051 (Mart 1978) ve DIN 165I'de standartlaştırılmıştır ve her iki standartta verilen çelik çeşitleri ve özelikler büyük ölçüde uyum içerisindedir.

Otomat imalatında genellikle küçük parçalar üretildiğinden dolayı, daha çok karbon miktarı yaklaşık % 0,10 ila 0,60 arasında olan, alaşımsız sementasyon ve ıslah çelikleri kullanılır. Talaşlı işlene bilirliği iyileştirmek için, normal çeliklere nazaran daha yüksek miktarda kükürt (genellikle % 0,15 ila 0.40) ve fosfor (% 0,07 ilâ 0,10) katılır. Bunlar, otomat çeliği olarak tanımlanırlar. Kükürt, mangan ile birlikte mangansülfürü teşekkül ettirir ve metalik yapıda kırılganlık yaratarak, kısa kırılgan talaş meydana getirir. Bundan başka, yağlama etkisi yapar ve kesmede talaşların kırılganlığının ve dayanımının artmasıyla, temiz yüzey teminini kolaylaştırır. Bu durumda, takımın ömründe fazla değişme olmaz.

Karbon, silisyum ve mangalı, talaşlı şekillenebilirliği kötüleştirirler. Ancak, mangansülfür (MnS) bağlantısını teşekkül ettirebilmek için, belirli bir mangan miktarına gereksinim vardır. Teorik olarak, bunun için Mn/S oranı 1,72/1 olmalıdır. Ancak pratik olarak, ferritin sertliğini yükseltmek ve yeterli bir sertleşe bilirliğe ulaşabilmek için mangan fazlası arzu edilir ve Mn/S oranının 4,5/1 olması, talaşlı şekillendirme için bir sorun teşkil etmez.

Karbon, çeliğin dayanımını ve sertleşe bilirliğini iyileştirmek için temel alaşım elemanıdır. Çelikteki diğer elementlerle birlikte düşünüldüğünde, talaşlı şekillenebilirlik için en uygun miktarı yaklaşık % 0,2 kadardır. Daha az miktarlarda perlit oranı çok düştüğünden, ferritik yapı çok yumuşak olur ve talaşlı şekillendirme kötüleşir, yüksek miktarlarda ise perlit oranı artacağından talaş kaldırmak zorlaşır. Yapıdaki perlitin ince lamelli olması ve karbürlerin ince lameller halinde bulunması, talaşlı şekillene bilirliği iyileştirir. Tane sınırı karbürleri ise, talaşlı şekillendirmeyi kötüleştirir.

Silisyum, alüminyum gibi çeliğin ergitilmesinde ve sakinleştirilmesinde klasik dezoksidasyon maddesidir. Bu elementlerin, silikat, alüminyumoksit ve nitrür gibi reaksiyon ürünleri, talaşlı şekillendirmeyi kötüleştirirler. Özellikle silisyumun olumsuz etkisinden dolayı, standartlarda verilen yumuşak otomat çeliklerinde silisyum miktarı % 0,05 ile sınırlandırılır.

Çelikteki alışılmış miktarları ferrit içerisinde çözülebilen ve çeliğin özeliklerine genellikle benzer etki eden fosfor ve azot (azotun etkisi fosfora nazaran 5 ila 10 kat değerdedir), ferriti kırılgan hale getirdiklerinden genellikle talaşlı şekillenebilirliği de olumlu etkilerler. Ancak, yüksek miktarlarda bulunmaları, çeliğin diğer özelikleriyle birlikte talaşlı şekillenebilirliği de olumsuz etkiler. En iyi talaşlı şekillenebilirlik % 0,008 ila 0,010 azot ve % 0,06 ila 0,08 fosforda meydana geldiğinden, otomat çeliklerinde azot miktarı diğer çeliklere göre nispeten daha yüksektir ve % 0,10 değerlerine çıkabilmektedir.

Kükürtün meydana getirdiği sülfür bağlantıları, kesme düzlemlerinde gerilim pikleri meydana getirerek, kırılganlık yaratırlar. Böylece, talaş kaldırma takımının şekil vermede zorlanması azalır. Talaşın daha az sıkışmasından dolayı, daha ince talaşlar oluşur ve takımın yaptığı döndürme momenti nedeniyle, daha çok kıvrılma meydana gelir, talaşlar kısa ve kırılgan olurlar. Talaşların kıvrılma çapı ne kadar küçükse, talaş ve takım arasındaki temas yüzeyi o kadar azalır ve böylece sürtünme de düşer. Ayrıca, yukarıda da belirtildiği gibi, sülfürlerin yağlama etkisi olduğundan, talaşlı şekillendirmede sarf edilen güç çok azalır.

Talaşlı şekillendirmeyi iyileştirmek için, otomat çelikleri ilave elementlerle de alaşımlanabilir. Özellikle, % 0,15 ila 0,30 kurşun, sülfürlü bağlantıların içinde ince parçacık formu yaratmak için ilave edilir. Bu durumda, çeliğin mekanik ve teknolojik özelikleri değişmez. Kurşun, takım ve işlenen malzeme arasındaki sürtünmeyi azaltır (yağlama etkisi). Bunun sonucu olarak, takım ömrü artar, talaş formu ve yüzey kalitesi iyileşir ve kesme kuvveti ile kesmede oluşan ısınmalar azalır. Aynı talaş kaldırma koşullarında, yalnızca kükürt içeren otomat çeliklerine nazaran, takım ömründe dört kata kadar artma meydana gelir. Daha yüksek talaşlı şekillendirme koşulları, kurşun yanında tellur, selen ve bizmut gibi talaşı kırılgan yapan özel elementlerle de sağlanabilir.

Kaynar dökülmüş otomat çelikleri, otomat sementasyon çelikleri ve otomat ıslah çelikleri arasında farklar vardır. Kaynar dökülmüş otomat çelikleri, özellikle merkezinde talaşlı şekillendirme yapılacak ve dikine doğrultuda önemli bir dayanım beklenilmeyen parçalar (örneğin, somun) için uygundur. Daha arı olan dış bölgesinde, talaşlı şekillenebilirlik biraz düşüktür. Dış bölgesinde de talaşlı şekillenebilirlik nispeten iyi olan yarı sakin dökülmüş sementasyon çelikleri (9 SMn 28, 9 SMn 36, 9 SMnPb 28 ve 9 SMnPb 36) geliştirilmiştir. Bu çelikler, 9 S 20 çeliğine nazaran mekanik özeliklerde daha homojendir ve talaşlı şekillenebilirlik daha iyidir. Kural olarak, imal edilmiş parçalarda iyileştirilmiş yüzey kalitesi ve takımın ömrünün uzaması da göz önünde tutulur.

Sakin dökülmüş otomat sementasyon çelikleri (örneğin 10 S 20), tercihan kesitin tüm sahasında komplike talaşlı şekillendirme olduğunda kullanılırlar. Sakin dökülmüş çeliklerde dikine doğrultuda dayanım özelikleri ve sünekliliği, yarı sakin dökülmüş olanlara nazaran daha iyidir. Son olarak, dikine doğrultudaki süneklilikte fazla beklenti olmayan seri üretilen parçalar için, alaşımsız ıslah çelikleri 25 S 20  60 S 20 kullanılır. Bunların yüksek kükürt miktarından dolayı, gözenek ve çatlak eğilimi yüksektir ve kaynak için de pek uygun değildirler. Galvanizle yüzey kaplama işlemi de, kaba empüriteler nedeniyle kötüleşir.

Otomat çeliklerinin mekanik ve teknolojik özeliklerinin değerlendirilmesinde, arıtılamayan elemanlar ve bunun sonucu olan kırılganlık mutlaka göz önünde tutulmalıdır. Bunlar, ısıl işlemlerde ve plastik şekillendirmede çatlak teşekkülüne meyillidirler. Perçinleme, yufkaçlama ya da benzer yöntemlerle işlenebilirlikleri, bu nedenle sınırlıdır. Dik doğrultuda özeliklerde büyük bozulmalar söz konusu olduğundan, daha çok boyuna zorlamalarda ve boyuna özelikler göz önünde tutularak seçim yapılır. Soğuk çekilmiş halde dikine doğrultudaki özelikler, boyuna doğrultuya nazaran % 5 daha azdır, ancak yaklaşık 550 °C sıcaklığında tavlanmak suretiyle, eşitsizlik giderilebilir. Benzer olarak, çekme sonrasında az olan çentik darbe dayanımı da, talaşlı şekillendirmeye ek bir masraf olarak, tavlama ile iyileştirilebilir. Sürekli dayanımı, soğukta dayanıklılık ya da sıcakta dayanıklılık gibi özeliklerde yüksek beklentiler, otomat çelikleriyle karşılanamaz.

Krom ve krom-nikel esaslı, paslanmaz ve aside dayanıklı yüksek alaşımlı çelikler de kükürt ve kısmen de selen, zirkon ve tellur ile alaşımlanarak, talaşlı şekillendirilmeleri iyileştirilebilir. Bu durumda, korozyon dayanımı biraz düşer.
 

Otomat Çeliği Fiyatları