Takım Çelikleri

 

Takımın, işlediği malzemeden çoğu zaman daha sert, daha yüksek dayanımlı ve aşınmaya dirençli olması gerekir. Bundan dolayı, takım imali için kullanılan malzemelerin birkaç ayrıcalık dışında, kullanım yerlerinin koşullarına uygun olarak, mümkün olduğunca yüksek sertlikte ve dayanımda, fakat yeterli süneklilikte olması gerekir. Özellikle ayırma işi yapan, form veren ve form değiştiren, darbe ya da çarpma tarımda zorlanan takımlarda, oldukça yüksek sertlik, iyi aşınma dayanımı ve bunlarla birlikte yüksek süneklilik ile erişilebilen en yüksek sertlikte kırılmaya karşı güvenlik istenir.

Bir takımın kullanım özeliklerinin karakterize edilmesinde en önemli büyüklük, daha çok Rockwell ya da Vickers yöntemleriyle saptanan sertliktir. Yüzeyde baskı elemanı izi istenmediğinde, geri sıçrama yöntemiyle de sertlik ölçülebilir. Çok sert ve kırılgan malzemelerde, Knoop sertlik ölçme yöntemi de kullanılabilir. Her ne kadar, çekme deneyi ile tespit edilen elastiklik sınırı, akma sınırı ya da 0,2 sınırı, çekme dayanımı, kapma uzaması ve büzülme değerleri, takımlar için olan malzemelerde de dayattım ve şekil değişebilirliği değerlendirmede kriter olarak alınabilirse de, takım malzemelerinde kırılmaya kadar pek az plastik form değişmesi meydana geldiğinden, bunlar malzemenin tanımlanması için yeterli değildir. Mekanik özeliklerin daha iyi değerlendirilmesi, statik eğme deneyi ile saptanan 0,1 eğme sınırı, eğme dayanımı ile elastik ve plastik form değiştirme işinin tespitiyle yapılabilir. Torsiyon (burulma) ve darbeli torsiyon deneyi de, takım malzemelerinin pratikteki koşullara uygun olarak denenmesinde kullanılabilir. Her ne kadar takımın ömrünün, kırılma tehlikesinden ayrılarak tesbit edilmesi yapılırsa da, süneklilik ve kırılma direnci için kantitatif değer saptanması problem yaratır.

Bugüne kadar çoğu zaman, akma sınırı ve eğmede kırılma dayanımıyla bağlantılı olarak, kırmaya kadar sarf edilen iş esası üzerine sünekliliğin saptanması yapılır. Buna göre, kalitatif olarak süneklilik kademeleri şöyle sınıflandırılabilir:

 Kırılgan: Düşük dayanımda, az plastik şekil değiştirme işi.
 Sünek yumuşak: Düşük dayanımda, yüksek plastik şekil değiştirme işi.
 Sünek sert: Yüksek dayanımda, yüksek plastik şekil değiştirme işi.

Yüksek sertlikteki malzemenin süneklilik durumunun tespiti, bugüne kadar daha çok, çentiksiz ve çentikli numunelerde, darbeli eğme ve statik eğme deneyi ile yapılmıştır. Ancak kırılma mekaniğinin geliştirilmesiyle, kırılma tokluğu KIC bazı üzerine sünekliliğin karakterize edilmesi için yeni olanaklar, nisbeten kırılgan takım malzemeleri için de verilmektedir. Böylece, -stabil olmayan çatlak genişlemesi karşınızda direnç olarak bu malzeme karakteristiğinin tanımlanması-, aşınma koşullarıyla da bağlantı sağlayabilmektedir.

Ayırma takımlarının gücü ve ömrü, birinci planda takım ve malzeme arasındaki kontakt yerinde aşınma olayıyla belirlenir. Talaşlı işleme esnasında 1000 °C 'nin üzerine kadar sıcaklıklar doğabileceğinden, mekanik zorlamaların yanında termik zorlamalar da aşınma mekanizmasında etkili olur. Böylece, termik dayanımın azalması ve kesilme maddeciklerinin konmasıyla birlikte gelişen yapışma sonucu mikroskobik adhezyon aşınması ve çatlak teşekkülü olayları ortaya çıkar.

Kesme kenarlarının yuvarlanması tarzında görülen kesici kenar aşınması, daha çok alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde görülür. Genişliği, aşınma işareti "B" olarak tanımlanan aşınma yüzeyinin oluşumu, serbest yüzey aşınması olarak karakterize edilir. Nadiren, talaş yüzeyi üzerinde talaş yüzeyi aşınması adı verilen, aşınma görülür. Bu aşınma formu, özellikle hız çeliklerinden ve sert metallerden yapılmış takımlarda, oyuk aşınması (kraterleşme - oyukçuklaşma) tarzında görülür. Kesmenin yanında, kesme süresinin devamıyla derinleşen ve kesme kenarı doğrultusunda kayan, küçük düz kraterler oluşur ve bu durum hızla tahribata ve körlenmeye neden olur.

Aşınma tanımlama büyüklüğü olarak, serbest yüzey üzerindeki oyuk derinliği ve oyuk ekseninin kesme kenarına olan mesafesi önemlidir. Bunun tespiti için, talaşlı şekillenebilirlik testi gereklidir. Bu amaçla, kesme süresi veya kesme yoluna bağlı olarak aşınma işaret genişliği B 'nin tesbit edildiği, aşınma karakteristiği deneyi yapılır. Kabul edilebilir aşınma işaret genişliği, malzemeye, takımın çeşidine ve ekonomik bakış açısına bağımlıdır. Henüz başlangıçta, işletme prosesi esnasında direkt aşınma ölçülmesiyle, talaşlı şekillendirme yönteminin optimizasyonu yapılabilir.

Malzemede form verme veya form değiştirme yapan takımlardan, abrasif aşınmaya karşı iyi bir direnç istenmesinin yanında, yeterli süneklilikte yüksek bir dayanım da beklenilir. Yüksek sıcaklıkta şekillendirme için sıcak iş takım çelikleri kullanıldığında, bunlar hem mekanik zorlamaya karşı ve hem de termik zorlamaya karşı koymak zorundadırlar. İyi bir sıcakta sertlik ve sıcakta dayanım dışında, oksidasyon sonucu meydana gelen tufallaşmaya dayanım ile yanma ve sıcakta çatlamaya karşı hassasiyetle ifade edilen, yeterli düzeyde termik dayanıma sahip olmalıdırlar. Eğer takım, pres döküm kalıbı ve dövme kalıbı gibi, periyodik iş akışında çok fazla sıcaklık değişmelerine maruz kalıyorsa, yanma çatlakları teşekkül edebilir. Isıtılmış malzeme ile direkt temas eden takım yüzeyi, saniyenin çok altında bir süre içerisinde aniden ısınır ve genleşir. Takım malzemesinin içlerindeki daha soğuk tabakaların daha az genleşmesinden dolayı, basma gerilmeleri teşekkül eder, müteakip soğumada da çekme gerilmesi teşekkül ederek ters durum olur. Bununla bağlantılı olan elastik-plastik şekil değiştirmeler sonucunda, ağ formunda yüzey çatlakları meydana gelir (atrisyon ile aşınma). Yanma çatlakları yanında, özellikle derin oyuklu takımlarda kesit değişmelerinde ve iç kenarlarda, takımın içine de nüfuz eden, sıcakta çatlamalar meydana gelir. Şok ısınmaya karşı dayattım olarak da ifade edilen çatlamaya hassasiyet için ölçü, çentik darbe dayanımı ve sıcakta alana sınırı yanında, malzemenin ısı iletme kabiliyeti ve genleşme katsayısıdır. Ayrıca, işletme koşulları altında takım tutumunun tahmini için, çoğu zaman mekanik titreşim ya da sıcaklık etkisiyle uzun süre devam eden zorlamaların olduğu göz önünde tutulmalıdır. Böyle durumlarda, malzemenin sürekli titreşim dayanımı veya zaman sürekli dayanımının saptanması yoluna gidilir.

Kalıpta kesme ve ölçme takımları için, ölçü kararlılığı da önem taşır. Bu olay, hem ölçü değişmesi olarak tanımlanan, ısıl işlem esnasında ısıl gerilmelerle form değişmesi ve dönüşüm olaylarıyla hacim değişmesi sonucu önlenemeyen ölçü değişmelerini ve hem de kurala uygun yapılmayan ısıl işlemde oluşan ve düzeltilemeyen form değişmelerini kapsar. Ölçü değişmeleri, çok karışık olarak incelenebilir ve alaşım miktarına, ısıl işlem teknolojisine ve takım form ve ölçülerine bağımlıdır.

Takım ya da iş çeliklerinin ergitme, alaşımlama ve ısıl işlem teknolojisinin geniş sınırlar içerisinde değişmesi ve bununla çok farklı isteklerin karşılanması, oldukça fazla önem taşır. Alışılmış olarak, çelikler aşağıdaki tarzda sınıflandırılabilir:


 Alaşımsız takım çelikleri

 Alaşımlı soğuk iş çelikleri

 Sıcak iş çelikleri

 Yüksek hız çelikleri 


Konstrüksiyon ve takım çelikleri arasında, kimyasal bileşim açısından kesin bir sınır yoktur. Örneğin, aynı miktarda krom içeren bir çelik, hem rulmanlı yatak ve hem de soğuk hadde takımı için kullanılabilir. Diğer taraftan, sementasyon çelikleri, yüksek polimerlerin işletmesinde kullanılan takımlar için en önemli malzemedir.

Çeliklerin yanında ilave olarak, dökülmüş sert alaşımlar, sinterlenmiş sert metaller ve oksit seramikler, sert döküm, elmas (diamant) ve sentetik sert maddeler de kullanılır. Demir olmayan metaller ve alaşımları, ancak özel yerlerde kullanılabilir: örneğin, nikel esaslı sıcak kesme bıçağı ve enjeksiyon döküm kalıbı, Cu-Be alaşımlı kıvılcım yapmayan takımlar gibi.
 

Takım çelikleri, prensip olarak asal çelik olarak ve daha çok da bazik ark formlarında üretilirler. İyi bir kalite için en önemli yaklaşım, az miktarda Cr, Ni ve Cu içeren temiz hurda kullanılmasıdır. Ergitmenin, vakum altında, elektron bombardımanlı çok kamaralı fırında (EMO) ve cüruf altında ergitme (ESU) tarzında yapıldığı, yüksek kaliteli takım çeliği üretimi de yaygınlaşmaktadır. EMO yönteminde kalitenin iyileştirilmesi, düşük basınçta ve su ile soğutulan kristalizörde katılaşma ile sağlanırken, ESU yönteminde içinden çeliğin damladığı reaksiyon kabiliyetli cürufun rafinasyonu ile ulaşılır. Bu tarzda üretilen ultra arı (UA) çeliklerin yapısı, boşluksuz, kabarcıksız, gözeneksiz ve çekirdek çekmesiz durumdadır ve pek az çökelme eğilimi nedeniyle, daha iyi kimyasal homojenlik gösterirler. Bu şekilde elde edilen iyi çekirdek özelikleri, özellikle büyük boyutlu takımlar için yarar sağlar. Ultra arı çeliklerin bir diğer üstünlüğü, önemli ölçüde azaltılmış gaz miktarıdır. Böylece, EMO yönteminde oksijen miktarı yaklaşık % 70 ve azot miktarı % 30 ila 50 değerlerine düşürülerek, kükürt miktarının da düşürülmesiyle birlikte, metalik olmayan bağlantı miktarı çok azaltılır ve bununla mikroskobik arıklık derecesinde önemli ölçüde iyileşme sağlanır. Ayrıca, vakum altında tekrar ergitme yapıldığında, sıcakta şekillenebilirliği ve sıcakta sünekliliği azaltan Pb, Bi, Sb ve As gibi, kolay uçabilen eser elementler de çelikten tam olarak uzaklaştırılabilir. Ultra arıtılmış çeliklerden takım imalatı için, iyi parlatılabilirlik (yüksek polimer malzemelerin üretimi ve soğuk haddeleme takımları), iyileştirilmiş meneviş dayanımı (yükseltilmiş sıcakta aşınma dayanımı) ve yükseltilmiş sıcakta süneklilik (azaltılmış yarma çatlağı tehlikesi), büyük önem taşır. Ultra an çeliklerden imal edilen takımların ömrü, takım cinsi ve işleme koşullarına bağlı olarak, alışılmış tarzda üretilen çeliklere nazaran % 20 ila 100 kadar daha fazladır.

ESU yönteminin ilave bir gelişimi ile kristal ayrışmalarının görülmesi de engellenmiş ve çeliklere izotropik özelik kazandırılmıştır. Tek faz strüktürü sağlanması sonucu, haddeleme doğrultusuna dik yönde yükselen süneklilik, kopma dayanımını iyileştirir ve çok eksenli gerilim durumlarında çentik hassasiyetini azaltır. Bu yönteme göre üretilen soğuk iş ve sıcak iş takım çelikleri, iki ila üç kat kadar daha yüksek ömre sahiptir.

Kütükler döküldükten sonra, haddeleme ya da dövme ile tekrar işlenirler. Yüksek karbonlu çeliklerde sementit ağı oluşabileceği ve düşük sıcaklıklara siyah kırılma meydana gelebileceğinden dolayı, sıcak şekillendirme sıcaklığının tam doğru olarak korunmasına dikkat edilmelidir.

Çelik döküm veya hassas dökümle üretilen malzemeler, çok sayıda üretilen takımlar için ekonomik olabileceğinden, ancak sınırlı olarak tercih edilirler. Çelik dökümün kullanılması halinde, takımın sıcakta dayanımı ve aşınma direnci yükselir ve mekanik özeliklerde daha iyi izotropi sağlanır.

Alaşım Elementlerinin Etkisi

Alaşım elementi ilavesiyle, takım çeliklerinin özelikleri çok katlı olacak şekilde değiştirilebilir. Ya demir kafesinde çözülen ya da özel karbür teşekkülü için katılan alaşım elemanları, sertleşebilirliği, meneviş dayanımını, sertliği, dayanımı, sünekliliği ve aşınma direncini farklı ölçüde iyileştirirler. Önemli alaşım elemanlarının her birinin takım çeliklerindeki özel etkisi, özet olarak şöyledir;

 Karbon: Ani soğutma sertleşmesiyle, alaşımsız çeliklerde 1 ila 4 mm sertleşme derinliğine ulaşılması mümkündür. %1  karbonun üzerinde, ulaşılabilecek en yüksek sertlik sabittir, fakat artan karbür miktarıyla aşınma direnci giderek yükselir.

 Mangan: Dönüşüm hızını düşürmesinden dolayı, sertleşebilirliği arttırır ve böylece daha büyük kesitlerde sertleşebilirlik sağlar. Ancak, tane kabalaşması da yapar ve meneviş kırılganlığına sebep olur. Darbe ve basma zorlamalarında aşınma direncini arttıracak şekilde, soğuk sertleşme eğilimi vardır.

 Sillsyum: Oksidasyona karşı dayattım arttırır, fakat aynı zamanda karbon azalması (dekarbürize) eğilimi de artar. Elastiklik sınırını yükseltmesinden dolayı, silisyum alaşımlı çelikler iyi yaylanma özellikli takımlar için kullanılır. Sıcak iş takım çeliklerinde, % 1 Si miktarıyla, yapışma eğilimi azaltılabilir.

 Krom: Kritik soğuma hızını düşürür ve böylece sertleşebilirliği arttırır. Özel karbürler teşekkül ettirdiğinden, aşınma direncini, soğuğa dayanıklılığı arttırır. Takım çeliklerinde, en önemli alaşım elementlerinden biridir. 

 Volfram: Tane inceltici olarak etki eder, aşırı ısınmaya karşı hassasiyeti azaltır ve aşınma direncini, sıcakta dayanımı ve meneviş dayanımını iyileştiren özel sert karbürler meydana getirir. Kötü yönü, ısı iletme kabiliyetini azaltması ve bununla bağlantılı olarak ısıl işlemde çatlak teşekkülü eğilimini arttırmasıdır.

 Molibden : Meneviş kırılganlığına mani olur ve kuvvetli karbür yapıcı olarak sertliği, aşınma direncini ve meneviş dayanımını arttırır.

 Vanadyum: Zor çözülebilen karbürler teşekkül ettirmesi sonucu, yüksek ostenitleştirme sıcaklıklarında tane büyümesini engeller ve aşınma direncini artırır. Bundan dolayı, yüksek vanadyum miktarlarında takımın parlatılabilirliği kötüleşir.

 Kobalt : Karbür teşkil edici elementlerin ostenitte çözülme kabiliyetlerini artırır ve ayrıca sıcakta dayanımı, sıcakta sertliği, meneviş dayanıklılığını ve ısı iletme kabiliyetini yükseltir.

 Nikel: Sertleşme derinliğini iyileştirir ve taneyi inceltir. Nikel ilavesi, darbe ve çarpma zorlamalarıyla çalışan takımlarda sünekliliği arttırması bakımından, özel önem taşır. Sözü edilen alaşım elementleri, takım çeliklerinde genellikle birlikte buluntular. Bundan dolayı, özelik değişmelerinin değerlendirilmesinde, tüm elemanların komplex etkisine dikkat etmek gerekir.

Alaşım miktarına bağlı olarak, meydana gelebilecek yapılar şöyle sınıflandırılabilir.

 Perlitik Takım Çelikleri: Yüksek karbon miktarlı, alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerdir. Su ya da yağda sertleştirildikten sonra yapısı, martensit ve artık ostenitten oluşur.

 Martensitik (havada sertleşen) Takım Çelikleri: Ostenitleştirme sıcaklığından yavaş soğumada da martensit meydana getirebildiğinden dolayı, bunlar doğal sertleşen ya da havada sertleşen olarak tanınırlar.

 Ostenitik Takım Çelikleri: Alaşım ilavesiyle, hızlı soğumada y => a dönüşmesi engellenen, oda ostenitik yapıya sahip çeliklerdir. Bunlar mağnetik değildirler ve dönüşümle sertleşmezler.

 Ledeburitik Takım Çelikleri: Ötektiğin katılaşmasından sonra, ledeburit fazı içerirler.
 

Alaşımsız takım çelikleri, asal çeliklerin klasik temsilcisidir. Bunlar, yüksek derecede arıklık ve sertleştirme tutumlarında homojenlik gösterirler. Karbon miktarının ve arıtılamayan elemanların sınıflandırılmasına göre, sertleşebilirlik değişir. Karakteristik özelikleri, iyi çekirdek sünekliğinde, yüksek yüzey sertliğidir. Çekirdeğe kadar tam sertleşme, yalnızca küçük kesitlerde mümkündür. 

Alaşımsız takım çelikleri, sembolle belirtmede DIN standardında W1, W2, ve W Özel amaçlar için olarak, üç kalite grubunda sınıflandırılırlar. TS 3941 standardında ise T1, T2 ve T olarak üç kalitede belirtilmektedirler. Sembolde karbon miktarı belirtildikten sonra, örneğin % 1,05 karbonlu çelik için C 105 ve 1. kalite de ayrıca belirtilmek istendiğinde C 100 WI1 (C 100 T1) olarak gösterim yapılır.

Her bir kalite grubundaki çelikler, arıklık derecesi (P ve S), sertleşebilirliğe etki eden elementler Si, Mn ve Ni miktarı, sertleşme derinliği ve sertlik hassasiyeti bakımlarından fark gösterirler. 1. Kalite grubundaki çelikler, en fazla arıklıkta ve en az sertleşme derinliğine sahiptirler. Bunlar, aşırı sertleştirme sıcaklığına ve aşın bekleme süresine hassas değildirler, yani sertleştirme güvenilirlikleri büyüktür. Dezoksidasyon esnasında vanadyum ve titan ilavesiyle, çekirdek teşekkülü etkisi kuvvetlenir ve böylece ince taneli yapıya ulaşılır. 2. Kalite grubundaki çelikler de keza, yüksek arıklığa sahiptirler, fakat sertleşme derinliği 1. kalite grubuna nazaran biraz büyüktür. Sertleştirme güvenirliği, özellikle basit ve robust kalıpların imaline izin verecek ölçüde, yeterli düzeydedir. 1. ve 2. kalite çeliklerde, arıtılamayan element olarak fosfor ve kükürtün yanında, silisyum ve mangan miktarları da belirli sınırlarda tutulur. Özel kalite grubundaki çelikler, yüksek miktarda silisyum ve mangan içerdiklerinden, oldukça fazla sertleşme derinliği sağlarlar. Aşırı ısıtmaya hassastırlar ve daha çok yağda sertleştirilirler. Bazı kullanım amaçları için, sertleştirilmemiş ya da ıslah edilmiş durum da söz konusudur. Özel kalite grubu, özel kullanım amaçlı çelikleri kapsar.

Isıl işlemde, özellikle sertleştirmede, öngörülen sıcaklıklar tam olarak sağlanmalı ve garanti edilmeli, ısıtma işlemi yavaş ve homojen gerçekleştirilmelidir. Komplike formdaki ya da büyük boyutlu takımlarda sertleştirme çatlağını önlemek için, su ve daha sonra yağda kesintili sertleştirme tavsiye edilmektedir. Aşırı ısıtmalarda çatlak teşekkülü, yanma ve deformasyon, düşük sıcaklıklarda ise daha az sertlik değeri elde edilir. Yüzeysel karbon azalması ya da takım ve soğutma ortamı arasında buhar hapsolması sonucunda, yumuşak cidar ya da lekeler meydana gelebilir. Çatlak oluşumunu engellemek için, ani soğutma banyosundan alman parçalar, vakit geçirilmeksizin derhal menevişlenmelidir. Meneviş sıcaklığı, arzu edilen çalışma sertliğine bağlı olarak, 100 ila 300 °C arasında seçilir. Menevişlemeden sonra, havada soğutma yapılır.

Takımlardan beklentilerin yükselmesine ve çoğu zaman alaşımlı çelikler gerekmesine karşın, alaşımsız takım çeliklerinin de çok yönlü kullanım alanı vardır. Esas olarak, şiddetli darbe zorlamalarına maruz kalan takımlar için düşük karbon miktarlı çelikler ve aşınma direncinin ön planda olduğu yerlerde de yüksek karbonlu çelikler tercih edilir.
 

Alaşımlı soğuk iş takım çelikleri grubu, alaşımsız takım çeliklerinin geliştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Bu çeliklerin kullanımı, takımlarda maksimum yüzey sıcaklığının en fazla 200 °C 'ye kadar yükselebildiği, özellikle talaşsız ve talaşlı şekil verme işlemleridir. Önemli bir miktar da, ölçme cihazlarının imalatında kullanılır.

Alaşımlı soğuk iş takım çelikleri, TS 3921 ve DIN 17350'de standartlaştırılmıştır, Her iki standartta da çelik çeşitleri ve özelikleri, büyük ölçüde uyum içerisindedir.

Alaşımlı soğuk iş takım çeliklerinde, alaşımsız takım çeliklerine nazaran özeliklerin iyileştirilmesi amacıyla düşük ya da yüksek alaşımlama yapılır. Karbür teşekkül ettirici V, Mo, W ve Cr ile alaşımlama yapıldığında ve buna uygun ısıl işlem uygulandığında, dayanımın (0,2 uzama sınırı 1800 ila 2500 MPa arasında) yanında, özellikle sertlik ve aşınma direnci de yükselir. Alaşımlı soğuk iş çeliklerinde karbon miktarı, % 0,3 ila 2,5 arasında değişir ve hatta yüksek alaşımlı çeliklerde % 3 'e ulaşır. % 1 karbonda düşük alaşımlı çeliğin yapısındaki karbür miktarı % 5 iken, % 2 'den fazla karbon içeren yüksek alaşımlılarda bu değer % 10 ila 30 değerine yükselir.
 

Takım çeliği fiyatları istenilen malzemenin cinsine, ebatlarına ve ağırlığına göre değişiklik göstermektedir. Takım çeliği fiyatı almak için bizi 0262 658 81 37 numaralı telefondan arayabilir ya da aşağıdaki iletişim formunu kullanabilirsiniz.

Adınız Soyadınız

E-Mail Adresiniz

İrtibat Telefonunuz

Mesajınız