Demir-Karbon Alaşımlarının Genel Özellikleri

a) Demirler:

Demirler çok yumuşak ve düşük mukavemetli olmakla beraber plastik işlenebilme yetenekleri yüksektir. Korozyona dayanıklıkları iyidir, ayrıca galvanizasyon ve emaye işlemleri ile bu özellik daha da arttırılır. Demir borular ve saclar ergimiş çinko banyosuna daldırılarak galvanize edilir. Diğer taraftan banyo küvetleri ve benzeri elemanlar seramik filmle kaplanarak emaye edilir. Uygulamada galvanizli borular, su ve ısıtma tesisatlarında, galvanizli saclar ise yapılarda çok yaygın olarak kullanılır.

b) Çelikler:

Çeliklerde karbon oranı yükseldikçe iç yapıda yumuşak ferrit fazının yanında sert ve gevrek olan demir karbür fazının miktarı artar, şekil değiştirme zorlaşır dolayısıyla sertlik ve mukavemet artar ancak süneklik azalır.

Çeliklerin elastisite modülleri karbona bağlı değildir, düşük mukavemetli yumuşak çeliklerle yüksek mukavemetli çeliklerin elastisite modülleri aynı olup ortalama 210.000 N/mm2’dir.

Çeliklerin gerilme şekil değiştirme diyagramlarının karbon oranına bağlı olarak aldığı biçimler temsili olarak aşağıdaki şekilde görülmektedir.
Az karbonlu çeliklerde akma basamağı belirgin olarak görülür, mukavemet düşük olmakla beraber tokluk yüksektir. Yüksek karbonlu çeliklerde mukavemet yüksek fakat tokluk düşüktür.

Çeliklerde şekil verme işleminin uygulandığı sıcaklığın düzeyi mekanik özellikleri etkiler. Yeniden kristalleşme sıcaklığının üstünde şekil verilmiş (sıcak haddeleme) çeliklere doğal sertlikte çelikler denir.

Az karbonlu çeliklerin sertlik ve mukavemetleri düşüktür, kolay işlenir ve kolay kaynak yapılabilir. Suverme ile sertleştirilemezler, sertlik ve mukavemetleri soğuk şekil verme ile arttırılır. Genel amaçlar için kullanılan en ucuz çeliklerdir.

Orta karbonlu çeliklerin mukavemetleri ve toklukları yüksektir, plastik şekil vererek işlenebilirler. Şekil verildikten sonra su verme ile sertlik ve mukavemetleri birkaç kat arttırılabilir. Bu çelikler genellikle yapılarda, makina parçaları, buhar kazanları, demiryolu rayları gibi mukavemet istenen yerlerde kullanılırlar.

Yüksek karbonlu çeliklerde sertlik ve mukavemet yüksek olmakla beraber, süneklikleri ve toklukları düşüktür, şekil vermek zordur. Kaynak yetenekleri iyi değildir,kaynak sırasında yerel sertleşme ve gevrekleşme oluşur, çatlamalar meydana gelebilir. Bu çelikler genellikle takım, kalıp ve yay çelikleri olarak kullanılırlar. Şekil vermeden önce 700°C civarında uzun süre tavlanırsa tabaka ve ağ şeklindeki demir karbür fazı küresel şekil alır. Bu küreselleştirme işleminden sonra yumuşak ferrit fazı içinde dağılmış küresel demir karbür tanelerinden oluşan çelik kolay işlenir ve daha sonra su verme ile sertleştirilir.

c) Dökme Demirler:

Beyaz Dökme Demirler: Beyaz dökme demirlerde ana faz olarak demir karbür çok sert ve gevrektir, kesilerek veya plastik şekil vererek işlenemez. Uygulamada aşınma direncinin mukavemetten daha önemli olduğu yerlerde kullanılır. Çimento endüstrisinde öğütme değirmenlerinde aşındrıcı bilyalar, çamur pompaları, kazı makinaları ve benzeri yerlerde aşınmaya maruz parçaların üretimine elverişlidir. Diğer taraftan beyaz dökme demirden temper dökümü elde edilir. 800°C’nin üzerinde uzun süre tavlanırsa kararsız demir karbür bileşiği ferrit ve ince parçacıklar halinde grafite ayrışır. Yumuşak ferrit fazı içinde ince grafit kümelerinden oluşan bu yapıya temper döküm veya dövülebilme anlamına gelen maleabl döküm denir. Temper dökümünün çekme mukavemeti 380 N/mm2 ve sünekliği %20 düzeyindedir. Uygulamada karışık şekilli parçalar önce beyaz döküm halinde üretilir, sonra tavlanarak temper dökümüne dönüştürülür.

Gri (Kır) Dökme Demirler: Ergime sıcaklığı çeliğe göre çok daha düşük olduğundan üretimi kolaydır, kalıbı son derece iyi doldurur ve katılaşırken çok az büzülür. Gevrek olmasına karşın yumuşaktır ve kesilerek kolayca işlenebilir. Çekme mukavemeti düşük olsa da basınç mukavemeti yapı çeliklerinin üzerindedir. En ucuz metal malzemelerden biridir. Makine gövdeleri ve drenaj boruları gibi yüksek gerilmeye maruz kalmayan parçaların üretiminde kullanılır.

Küresel Grafitli (Sfero) Dökme Demirler: Dökümden hemen önce sıvı metale yaklaşık %1 oranında magnezyum (Mg) ilave edilirse, grafit yapısı ferrit fazı içinde küreler halinde dağılır. Yumuşak ferrit fazında küresel grafit taneleri barındıran bu yapıya sfero döküm denir. Mukavemeti ve sünekliği yapı çeliklerine oldukça yakındır. Özellikle karmaşık geometriye sahip yüksek mukavemetli makine parçalarının dökümle üretimine çok uygundur.