Çelik Türleri: İmalat Rehberi

Karbon İçeriği: Çeliğin DNA'sı

Çelik, demir + karbondan (genelde %0,05-%2) ibarettir; ama bu küçük yüzde her şeyi değiştirir. Karbon atomları demir kristal kafesine (oda sıcaklığında BCC yapı, ferrit) sıkışıp dislokasyon hareketini zorlaştırır — karbon arttıkça çelik sertleşir ama süneklik ve kaynaklanabilirlik düşer. Bu yüzden çelik seçimi büyük ölçüde bir "ne kadar karbon" sorusudur:

• •Düşük karbon (%0,05-0,25) — S235, C10, 1018: yumuşak, sünek, mükemmel kaynak, sertleştirilemez
• •Orta karbon (%0,25-0,55) — C45, 4140: ıslah edilebilir, mil/dişli/aks standardı
• •Yüksek karbon (%0,55-1,0) — yay çeliği, bazı takım çelikleri: yüksek sertlik, kaynak zor
• •Alaşım elementleri (Cr, Mo, Ni, V) karbonun etkisini güçlendirir ve derinliğine sertleşmeyi (hardenability) sağlar

Ana Çelik Grupları

* Değerler nominal referanstır; malzeme sertifikası (EN 10204 3.1) esastır.

Isıl İşlem Fiziği: Normalize, Islah, Sementasyon

Çeliğin en güçlü özelliği aynı kimyasal bileşimin farklı ısıl işlemlerle tamamen farklı davranışlar sergileyebilmesidir. Üç temel işlem imalatta karşınıza çıkar:

1. 1Normalize: Malzeme Ac3 sıcaklığının (~900°C) üzerine ısıtılıp havada soğutulur — iç yapı homojenleşir, haddeleme/döküm gerilmeleri giderilir. Sertlik artırmaz, sadece kararlı hale getirir.
2. 2Islah (Quench & Temper): ~850°C'ye ısıtılıp suda/yağda hızlı soğutulur — sert ve gevrek martenzit oluşur. Ardından 400-650°C'de temperlenir: aşırı gevrekliği alıp tokluk/dayanım dengesini kurar. 4140, C45 gibi ıslah çelikleri bu şekilde 700-900 MPa dayanıma ulaşır.
3. 3Sementasyon (Carburizing): Düşük karbonlu çelik (16MnCr5, 8620), karbon açısından zengin ortamda ~900°C'de saatlerce tutulur — yüzeye karbon difüze olur. Su verilince sadece yüzey (0,5-2 mm) sertleşir (~60 HRC), çekirdek yumuşak ve tok kalır. Dişli, kam mili gibi yüzeyi aşınmaya, çekirdeği darbeye dayanması gereken parçalarda kullanılır.

Kaynaklanabilirlik: Karbon Eşdeğeri (CE)

Bir çeliğin kaynağının zor olup olmayacağı tek başına karbon oranıyla değil, karbon eşdeğeri (CE)ile ölçülür — karbonun yanına Mn, Cr, Mo, Ni gibi elementlerin ağırlıklı etkisini toplayan bir formüldür (yaygın olan: CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15). CE ~0,40'ın altındaysa kaynak sorunsuzdur (S235, S355). CE yükseldikçe (4140'ta ~0,65-0,70) kaynak dikişinin hızlı soğuması sert ve gevrek martenzit oluşturur, hidrojen çatlağı riski artar. Çözüm ön ısıtmadır(150-300°C) — soğuma hızını yavaşlatıp gevrek faz oluşumunu engeller. Bu yüzden kaynaklı konstrüksiyonlarda mühendisler CE'si düşük S235/S355'i tercih eder, 4140 gibi ıslah çeliklerini kaynaktan kaçınıp cıvata/vidayla birleştirir.

Paslanmazlarda Sensitizasyon Riski

304/316 gibi östenitik paslanmazların korozyon direnci, yüzeydeki ince krom oksit (Cr₂O₃) pasif tabakasından gelir — en az %10,5 krom bu tabakayı kendiliğinden oluşturur. Sorun kaynaktır: dikiş çevresindeki ısı etkisi bölgesi 450-850°C aralığında dakikalarca kalır, bu sıcaklıkta karbon krom ile birleşip tane sınırlarında krom karbür çökeltir. Sınır çevresindeki krom seviyesi %10,5'in altına düşer — pasif tabaka o bölgede oluşamaz ve tane sınırı boyunca seçici (intergranular) korozyon başlar. Standart 304/316'da karbon ~%0,08'e kadar çıkabildiği için bu risk gerçektir; 304L/316L'de karbon %0,03'e sınırlandığı için çökelecek karbür miktarı yetersiz kalır ve sensitizasyon büyük ölçüde önlenir. Pratik kural: kaynaklanacak her paslanmaz parça L grade olmalıdır.

İşlenebilirlik ve Maliyet Sıralaması

• •En kolay işlenen: otomat çeliği (11SMn30) → C45 → S235 → 4140 ıslahlı → paslanmaz 304 → takım çelikleri (sertleştirilmiş)
• •304 paslanmaz işlemede pekleşir (work hardening): düşük devirde sürtünme sertleştirir — deneyimli firma ve doğru takım şart
• •Fiyat merdiveni (kaba): S235 baz → C45 +%15 → 4140 +%40-60 → 304 +%150-250 → 316 +%200-350
• •Sertleştirilmiş parça işlemek (hard machining) CBN/seramik takım ister — mümkünse önce işle, sonra sertleştir, kritik yüzeyleri taşla

Standart Karşılıkları (TR Piyasası)

* Türkiye'de tedarikçiler genellikle hem DIN numarası (1.xxxx) hem eski adla (St37, St52) çalışır.

Pratik Seçim Kuralları

• •Kaynaklı konstrüksiyon → S235/S355 (düşük CE, ön ısıtmasız kaynak); sertleştirilecek mil/dişli → 4140/C45
• •Gıda teması → 304; deniz/kimya/medikal → 316L
• •Kaynaklanacak her paslanmaz parça → L grade (304L/316L) isteyin, sensitizasyon riskini önler
• •Dış mekan ama paslanmaz bütçesi yok → S235 + sıcak daldırma galvaniz
• •Karar veremiyorsanız parçanın çalışma koşulunu (yük, ortam, sertlik ihtiyacı) üreticiyle paylaşın — malzeme değişikliği teklif aşamasında ücretsizdir, üretim sonrası felakettir

Sık Yapılan Hatalar

1. 1Kaynaklı paslanmazda standart 304 istemek: Karbür çökelmesi tane sınırı korozyonuna yol açar; kaynaklanacaksa daima 304L/316L belirtin.
2. 24140'ı ön ısıtmadan kaynatmak: Yüksek karbon eşdeğeri hidrojen çatlağı riskini artırır; 150-300°C ön ısıtma şart.
3. 3Sertlik belirtmeden 'ıslah çeliği' sipariş etmek: Islah durumu (örn. 28-32 HRC) belirtilmezse tedarikçi kendi standardını uygular, işleme zorluğu ve dayanım beklentiden sapar.
4. 4Mıknatıs testiyle paslanmaz doğrulamak: Soğuk şekillendirilmiş 304 hafif manyetik olabilir; malzeme sertifikasına (mill certificate) güvenin, mıknatısa değil.

Sık Sorulan Sorular

İlgili İçerikler