Çeliğin Özellikleri ve Kullanım Alanları

Esas olarak veya büyük ölçüde olarak bilinen malzemeden yapılan yapılar çelik insanlığın Dünya'nın manzarasına yaptığı en önemli eklemeler olabilir.

Dünya'daki tüm yaşam başka bir yere ışınlansaydı ve bir grup uzaylı araştırsaydı, bulacakları en dayanıklı ve heybetli nesneler açıkça orada olmazdı. doğal jeolojik süreçlerden kaynaklanan çelik içerecektir: gökdelenler, köprüler, ağır makineler ve esasen güçlü kuvvetlere dayanmak için gereken her şey. zaman.

Belki çeliğin nereden "geldiği" ve "ne olduğu" hakkında biraz bilginiz vardır. Başka bir şey değilse, genel olarak nasıl göründüğünü, hissettiğini ve hatta bazı durumlarda neye benzediğini kesinlikle biliyorsunuzdur.

Çeliği bir metal olarak düşünüyorsanız, bu doğaldır, ancak çelik aslında bir metal olarak sınıflandırılır. alaşım veya farklı metallerin bir karışımı. Bu durumda, spesifik reçete ne olursa olsun, birincil metalin neredeyse tamamı demirdir, ancak göreceğiniz gibi, az miktarda karbon bile çeliğin özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir.

İnşaat ve mühendislik tarihinde haklı olarak en önemli malzeme olarak adlandırılabilecek şey hakkında çok şey öğrenmeye hazırlanın,

Sizin de gördüğünüz, işittiğiniz ve sizinle temas halinde olduğunuz için şüphesiz bildiğiniz gibi, çelik en başta dayanıklılığı, sertliği ve tokluğu ile bilinir. Bazı durumlarda, parlaklığıyla da ünlüdür.

Bu niteliklerin ölçülebilir fiziksel terimlerle ifade ettiği şey, çok yüksek erime noktası (yaklaşık 1.510 °C, çoğu metalden daha yüksek; örneğin bakır yaklaşık 500 derece daha soğuktur) ve bir çok yüksek yoğunluk (7,9 g/cm3³, suyun neredeyse sekiz katı).

Çelik, genel olarak sözde ana elementi olan demirden daha sert ve daha güçlüdür. Yine de öyle son derece esnek ve onun için bilinen yüksek çekme mukavemeti (yani, şeklini kaybetmeden uygulanan yüklere veya kuvvetlere dayanma yeteneği).

Tüm çelik türlerinin çekme mukavemeti diğer malzemelere kıyasla yüksektir ancak çelik türleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Alt uçta, değerler yaklaşık 290 N/mm'dir.²; üst uçta, çekme mukavemeti 870 N/mm kadar yüksektir².

• Bir milimetre kare (mm²) metrekarenin sadece milyonda biridir. Bu, çeliğin, Dünya'da 88.8 milyon kilogram veya 195.7 milyon pound (97.831 ton) kütleye eşit, metrekare başına 870 milyon Newton'luk bir gerilme mukavemetine sahip olabileceği anlamına gelir!

Eğer hiç kullandıysanız Demir Döküm tencere, ne kadar sağlam (veya en azından ağır) göründüğünü fark etmiş olabilirsiniz. Demir, tava gibi bir şeyin tek veya neredeyse tek bileşeni olduğunda, çelikten daha kırılgandır.

Ancak çoğu günlük pişirme sıcaklıkları için ("sıcak" görünen, ancak eritme fırını benzeri olmayan hiçbir yerde), demir ve çelik arasındaki işlevsel fark, genellikle biraz görünseler bile, kolayca görülmeyebilir. farklı.

Bugün üretilen çeliğin çoğuna basitçe denir. karbon çelikveya düz karbon çeliği, demir ve karbonun yanı sıra silikon ve manganez gibi metaller de içerebilse de.

Çelik varyasyonunun miktarı yüzeyde önemli görünmeyebilir, çünkü karbon hiçbir zaman çeliğin yüzde 1,5'inden fazlasını oluşturmaz. Ancak, bu küçük kesrin kendisinin 10 kat (yüzde 0,15 ila yüzde 1,5) arasında değişebileceğini düşündüğünüzde, bunun sahip olabileceği fiziksel etkiyi takdir etmeye başlarsınız.

Çelik, bir dizi kriter kullanılarak farklı kategorilere ayrılabilir. Bilim adamları tarafından kullanılanlar (çoğunlukla şeylerin özellikleriyle gerçekte olduğundan daha fazla ilgilenenler) bunları kullanmak) genellikle ana endişesi, bunlardan yapılan son ürün türleri olanlardan farklıdır. çelik.

Mekanik: Belirtildiği gibi, çeliğin çekme mukavemeti 290 N/m arasında değişebilir.² ve 870 N/m². Çeliğe karbon eklemek, karbon atomlarının aslında dağılma şekli nedeniyle onu daha da zorlaştırır. kendilerini demir atomları arasında, malzemenin dislokasyonunu çok zorlaştıracak şekilde oluştururlar. Fe'nin "taneleri"₃C. Bu aynı zamanda çeliği demirden daha kırılgan yapar, bu nedenle demirin çeliğe dönüştürülmesi, ikincisinin belirgin avantajlarına rağmen, sıfır pratik maliyetle gelmez.

Mekanik özelliklerine göre sınıflandırılan çelik, "Fe" ile başlar ve ardından 1) E'dir ve minimum akma gerilmesi değeri, çeliğin esas olarak bu temelde sınıflandırılmasıdır_, veya 2) birincil sınıflandırma özelliği buysa, sadece çekme mukavemetinin değeri. (_Verim stresi mekanik deformasyona karşı direncin bir ölçüsüdür.)

• Örneğin, "Fe 290", 290 N/mm2 çekme mukavemetine sahip çeliktir. "Fe E 220" ise 220 N/mm akma gerilimine sahip çeliktir.².

Kimyasal: Yüzde 0,06 karbon ile yüzde 1,5 karbon arasında değişen düz karbonlu çelikler, spesifik karbon içeriklerine göre aşağıdaki tiplere ayrılır.

1. Ölü yumuşak çelik — 0.15'e kadar

   yüzde

   karbon 2. Düşük karbonlu veya yumuşak çelik — 0.15

   yüzde

   0.45'e kadar

   yüzde

   karbon 3. Orta karbonlu çelik — 0.45

   yüzde

   0.8'e

   yüzde

   karbon 4. Yüksek karbonlu çelik — 0.8

   yüzde

   1.5'e kadar

   yüzde

   karbon

Paslanmaz çelik adını su direncinden alan bir çelik türüdür. oksidasyon (paslanma) hem de aşınma, güçlü bir asidin uygulanmasından kaynaklanabileceği gibi. 1913 yılında İngiliz metalurji uzmanı tarafından icat edilmiştir. Harry Brearleymetal ekleyerek bunu keşfetti krom yüksek miktarlarda (yüzde 13) çeliğe dönüştürüldüğünde, krom, nesnenin etrafında kendini yenileyen koruyucu bir film oluşturmak için havadaki oksijenle reaksiyona girer.

Günümüzde bir dizi paslanmaz çelik kullanılmaktadır:

• Martensitik paslanmaz çelikler 12 ila 14 içerir

  yüzde

  krom ve 0.12 ila 0.35

  yüzde

  karbon ve geliştirilen ilk paslanmaz çeliktir. Bu çelikler manyetik ve ısı ile muamele edilerek sertleştirilebilir. Bunlar, diğer mühendislik ekipmanlarının yanı sıra hidrolik pompalarda, buhar pompalarında, yağ pompalarında ve valflerde kullanılır.
  * Ferritik paslanmaz çelikler daha fazla miktarda kroma sahip (16 ila 18)

  yüzde) ve yaklaşık 0.12

  yüzde

  karbon. Bu çelikler, martensitik paslanmaz çeliklerden daha korozyona dayanıklıdır, ancak ısı kullanımıyla sertleşme kapasitesi çok azdır. Bu paslanmaz çelikler, korozyona karşı yüksek dirençleri nedeniyle öncelikle şekillendirme ve presleme işlemlerinde kullanılır.
  * Östenitik paslanmaz çelikler büyük miktarda hem krom hem de nikel içerir; Kesin kimyasal bileşimde birçok varyasyon mevcuttur, ancak en yaygın olarak kullanılanları 18

  yüzde

  krom ve 8

  yüzde

  nikel, karbon minimumda tutuldu. Kayda değer ölçüde ısıl işlem görmemeleri pahasına korozyona çok iyi direnç gösterirler. Bu çelikler pompa millerinde, çerçevelerde, kılıflarda ve vida, somun ve cıvata gibi günlük bileşenlerde kullanılır.

Alaşımların zaten kullanışlı olan bir malzemeyi nasıl daha iyi hale getirebileceğini veya belki de daha da ileri giderek daha özel hale getirebileceğini gördünüz. Bu süreç moleküler düzeyde nasıl işliyor?

Çoğu saf metal, çoğu sert görünse de, aslında ağır imalatta kullanılamayacak kadar yumuşaktır. (Önemli bir istisna, çeliğin çoğunlukla alaşımsız bırakıldığı ve neredeyse saf demir içerdiği otomotiv endüstrisidir.) Ancak diğer metallerle karıştırılması olağanüstü sonuçlar verebilir.

Örneğin, nikel ve krom korozyona dayanıklıdır ve paslanmaz çelikten yapılmış cerrahi aletlere dahil edilmeleriyle bilinirler. Çelik mıknatıslarda manyetik geçirgenliği daha yüksek bir alaşım isteniyorsa, kobalt mükemmel bir seçimdir.

Manganez önemli mukavemeti ve sertliği nedeniyle ağır hizmet demiryolu geçişleri gibi daha büyük ölçekli projelerde kullanılmaktadır. En sonunda, molibden metallerin standartlarına göre bile alışılmadık derecede yüksek sıcaklıklarda gücünü koruyabilir ve yüksek hızlı matkap uçları gibi hassas uygulamalarda kullanılır.

• Mevcut çelik kafese daha büyük iyonlar eklendiğinde, bu kafesin bozulmasına neden olur. bitişik "katmanların" birbirini geçmesini zorlaştırır, bu da çeliğin sertlik. Daha küçük atomların eklenmesi, demir kristal kafes yapısına farklı bir mekanik bozulma biçimi yoluyla aynı etkiye sahip olabilir.

Çeliğin arzu edilen birçok özelliği arasında çevre dostu olmasıdır. Genellikle hoş olmayan yerlerde gökyüzünü süsleyen büyük çelik yapılar her zaman böyle görünmeyebilir, ancak harika dayanıklılık, örneğin, toksik bir şeye dönüşmeyeceği ve yeraltı sularına ve diğer sulara görünmeden sızmayacağı anlamına gelir. alanlar. Yenilenebilir enerji kaynakları (örneğin güneş, rüzgar ve hidroelektrik) paslanmaz çelikten bol miktarda yararlanır.

• Çelik artık Dünya'da en çok geri dönüştürülen malzemedir; ağır olmasına rağmen, manyetik özellikleri, akarsulardan ve diğer atık türlerinden başka yerlerden geri kazanılmasını kolaylaştırır. CO'yu azaltabilir₂ emisyonlar.

Diğer malzemelerle karşılaştırıldığında çelik, nispeten hafif çelik elemanlar inşa ederken düşük miktarda enerji gerektirir ve çeşitli biçimlerde şekillendirilebilir. Silah yapımında kullanılan demirden daha iyi şekil ve kenar sağlar.

Çelik, belirtildiği gibi, otomobil endüstrisinde kullanılmaktadır. Yoğun saatlerde sadece kendi şehrinizin yollarındaki, hepsinin gövdeleri, kapıları, motorları, süspansiyonları ve büyük ölçüde çelikten oluşan iç mekanlarının sayısını düşünün.

• Ortalama olarak, bir arabanın yüzde 50'si çelikten yapılır.

Binek araçlardaki rolü dışında çelik, tarım araçları ve makinelerinin üretiminde kullanılmaktadır.

Modern evlerde bulunan buzdolapları, televizyonlar, lavabolar, fırınlar vb. aletlerin çoğu "düz" çelikten yapılmıştır. Ayrıca, mutfakta vakit geçirmek için yene sahip olanlar, paslanmaz çeliğin kaliteli çatal bıçak takımlarındaki rolünün kesinlikle farkındadır. Paslanmaz çelikler, özellikle cerrahi aletler ve implantlar için iyi bir seçim olmasını sağlayan niteliklerden biri olan steril bir ortamın kolay bakımına katkıda bulunur.

Çünkü, görünmezi oluşturmaktan çok, kaynakların, çeliğin kolay oluşumuna katkıda bulunur. modern yapılar çerçevesinde çağdaş yapı örneklerinde başlı başına bir yer edinmiştir. mimari. Sözde "yumuşak" çelik, özellikle yüksek rüzgarların yerel iklimin bir özelliği olduğu bölgelerde, günlük bina yapımında kullanılır.

Çeliğin kendisi bir alaşımdır ve türü ne olursa olsun tanımı gereği kimyasal veya moleküler formülü yoktur. Yine de çelik yapım sürecinde meydana gelen bazı önemli reaksiyonları incelemek faydalıdır.

Demir artı hurda çeliğin veya bazı durumlarda tek başına hurda çeliğin yanması, bir dizi farklı reaksiyonu içerir. Önemli olanlardan bazıları şunlardır:
2 C + O₂ → 2 CO
Si + O₂ → SiO₂
4K + 5 O₂ → 4 P₅Ö₂
2 Mn + O₂ → 2 MnO
CO (karbon dioksit) atık bir üründür, ancak geri kalanı kirecin şekillendirilerek çelik yapım sürecine devam etmesi için eklenir. cüruf.