Demir-Karbon Alaşımları

Demir, arı halde çok yumuşak ve düşük mukavemetlidir. İçine katılan karbon oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar ancak süneklik ve tokluk azalır Ayrıca elastisite modülünün yüksek oluşu diğer metallere göre ayrı bir üstünlük sağlar. Bu nedenle demir – karbon alaşımları, yapı ve makina malzemesi olarak kullanılmaya en uygun metallerdir.

Demir – Karbon Alaşımlarının Sınıflandırılması

Demir – karbon alaşımları genellikle üç ana sınıfa ayrılırlar:

a) Demirler: C<%0,1
b) Çelikler : Ayrıca üç alt sınıfa ayrılırlar.

Düşük karbonlu çelikler  : %0,1<C<%0,2
Orta karbonlu çelikler  : %0,2<C<%0,5
Yüksek karbonlu çelikler : %0,5<C<%2
c) Dökme Demirler : Üretim yöntemine ve bileşimine bağlı olarak iç yapıya göre, beyaz dökme demir ve kır dökme demir olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

Demir – Karbon Alaşımlarının Üretimi

Doğada çoğunlukla Fe2O3 ve Fe3O4 bileşikleri halinde bulunan demir filizleri yüksek fırında redüklenerek ham demire (pik demir veya font) dönüştürülür. Yüksek fırında bir tabaka kok kömürü, bir tabaka demir filizi ve ayrıca bir miktar kireçtaşı konur. Yüksek sıcaklıkta redüklenen demir bileşiklerinden elde edilen ham demirde %3-4 oranında karbon bulunur. Bu şekilde elde edilen ham ergimiş halde çelik fırınlarına konur ve içinden oksijen geçirilerek karbonun fazlası yakılarak istenen düzeye indirilir. Çelik fırınından alınan sıvı metal kokil denen kalıplara dökülerek ham (ingot) çelik elde edilir. Döküm sırasında erimiş kütle içinde kalan FeO karbon tarafından deokside edilir ve bu sırada oluşan CO gazı katılaşma tamamlanıncaya kadar kısmen kabarcıklar halinde yüzeye çıkmaya devam eder, kısmen de kütle içinde kalır. Kaynama şeklindeki görüntü nedeni ile elde edilen bu çeliğe kaynar dökülmüş veya sakinleşmemiş çelik denir. İçeride kalan gaz boşlukları çoğunlukla haddeleme sırasında kaynaklanarak kapanır. Bu çeliklerin kalitesi bağıl olarak düşüktür. Diğer taraftan döküm sırasında potaya katılan silisyum, aliminyum veya benzer katkılar doğrudan FeO’i deokside eder ve gaz kabarcıklarının oluşması önlenir, dolayısıyla kaynama görülmez. Bu yöntemle elde edilen çeliğe sakinleşmiş çelik denir. Bu işlem özenli yapılıp daha iyi bir sonuç elde edilirse tam sakinleşme sağlanmış olur. Sakinleşmiş çelikler mekanik özellikler ve kaynak kabiliyeti yönünden üstün nitelikli sayılırlar.

Çeliklerin bileşiminde üretim sırasında bir miktar fosfor ve kükürt bulunur. Bu elemanlar çeliği gevrekleştirir, kaynak kabiliyetini azaltır ve kaliteyi düşürür, bu nedenle bunların miktarını sınırlı tutmak gerekir.

Aşağıdaki şekilde verilen üretim çizelgesinde demir – karbon alaşımlarının üretim süresinde geçirdikleri aşamaları gösterilmiş ve kullanılan bazı terimler verilmiştir.