Cad Tasarımda Malzeme Seçimi
Eskiden mühendislikte kullanılan malzemeler genellikle metal ağırlıklı idi. Bugün ise kompozit malzemelerin gelişmesi ile birlikte daha hafif, daha dayanıklı ve ekonomik tasarımlar yapma imkanı ortaya çıkmış oldu. Mühendislik tasarımlarında çelik her nekadar önde olursa olsun kompozit malzemelerin yanı sıra lastik, tahta, cam vs. de mühendislikte yoğun olarak kullanılan malzemelerdendir. Ancak mühendislikte kullanılan çelik dışı malzemeler çelik malzeme kullanımının sadece 7% si mertebesindedir.
Word Steel Associaton (WSA) 2010 yılı verilerine göre dünyadaki çelik üretimi 1.5 Milyar Ton/Yıl mertebesine ulaşmış olup bu miktarın yaklaşık 30 Milyon tonu Türkiyede üretilmektedir. Bu nedenle biz burada sadece çelik seçimi konusunu ele alacağız.
Tasarımınız ne kadar iyi olursa olsun eğer kullanılan malzeme uygun değilse sonuç hüsran olur. Tabii tasarım için sadece uygun çeliğin seçilmesi yetmez eğer gerekiyorsa bu çeliğe birde uygun ısıl işlem uygulanmalıdır. Bu nedenle bir makine mühendisi metalurji mühendisi kadar olmasa bile çelik malzeme konusunda belli bir bilgi ve tecrübeye mutlaka sahip olmalıdır.
Burada aktarmakta yarar gördüğüm bir diğer husus çelik için asla “demir” sözcüğünün kullanılmamasıdır. Kalitesi en düşük malzeme bile karbon içerdiğinden çelik olarak tanımlanır. (dilimize inşaat demiri, parmaklık demiri vs olarak yerleşmiş malzemelerin hepsi çeliktir). İstisnai bir durum olarak yüksek fırınlardan çıktıktan sonra çelikhaneye gönderilmeden kalıplara dökülerek endüstriyel alanlarda dökümcülere hammadde olarak satılan metallere tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de “Pik Demir” denilir.
Bir makine mühendisi yaptığı tasarım için malzeme seçerken aşağıdaki özellikleri dikkate almak durumundadır. Bunlar;
Mekanik özellikler : Çekme mukavemeti, sertlik, tokluk, süneklik, şekillendirilebilirlik, yorulma direnci, akma direnci, vs.
Kimyasal özellikler : Kimyasal bileşenler, Korozyon dayanımı, çözülebilirlik vs.
Termal özellikler: Isı iletim katsayısı, Isı tutma kapasitesi, genleşme katsayısı, vs.
Elektrik özellikleri: Direnç, dielektrik dayanımı, kapasitans değeri vs.
Isıl işlem özellikleri.
Manyetik özellikleri:
Optik özellikleri : ışığı soğurma, yansıtma dereceleri.
Ekonomik özellikler : Fiyat, temin edilebilirlik, vs.
Çelik konusundaki önemli standartlar aşağıdaki kurumlar tarafından yayınlanmıştır.
Bunlar;
1. AISI …………: Amerikan Demir Çelik Enstitüsü standartları
2. SAE …………: Otomotiv mühendisleri topluluğu standartları
3. ASTM……..…: Amerikan malzeme deneme topluluğu standartları
4. AFNOR …….: Fransız standartları enstitüsü
5. JIS ……….….: Japon standartları enstitüsü
6. BS ……….… : İngiliz standartları
7. ISO …………: Uluslararası standartlar organizasyonu
8. EURONORM : Avrupa standartları
9. DIN …………..: Alman standartları enstitüsü
10. TSE……………: Türk Standartlar Enstitüsü
Yukarıda belirtilen kuruluşların hepsi çeliği kendi normlarına göre sınıflandırmış bulunmaktadır. Bunlardan sadece AISI ve SAE aynı çelik için aynı kodu kullanır. Bir diğer husus farklı firmalarda üç aşağı beş yukarı birbirine benzer çelikleri üretiliyor olmasına rağmen tamamen bire bir aynı çelik üretilmemektedir. Belli bir çeliğin muadilini ararken o çeliğin grubundan yola çıkmak gerekir. Örnek: DIN normunda belirtilen bir yapı çeliğini Amerikan normlarında ASTM spesifikasyonlarında aramak gerekirken, ısıl işlem çeliklerini hem ASTM hem AISI/SAE nomlarında aramanız gerekebilir. Muadil çelik grupları için http://www.steelstrip.co.uk/international_equivalents2.htm sitesinden veyahttp://www.scribd.com/doc/18522305/Din-SAE-JIS-Material-Specfication-With-en-Equivalant sitesinden yararlanabilirsiniz.
AISI/SAE standartlarında çelik gösterimi AISI/SAE XX XX formatındadır. Buradaki ilk iki rakam çeliğin türünü son iki rakam ise bu çeliğin içindeki karbon oranını belirtmektedir. Örnek: SAE 1050 gösteriminde 10 malzemenin düz karbon çeliği olduğunu, 50 ise %0.48-%0.55 arası da karbon içerdiğini belirtmektedir. İlk iki rakamın detayları için referans:http://www.engineeringtoolbox.com/aisi-sae-steel-numbering-system-d_1449.html
Malzeme tipi, üretici adı, ticari marka, fiziksel özellikler konusunda en geniş bilgi taramasını “Material Property Data” MATWEB sitesinden yapabilirsiniz.
Çelik standartları arasında bana göre mühendislik kullanımı açısından en açıklayıcı bilgiler DIN normunda belirtilmiş olduğundan bu sitede malzemeleri DIN standartlarında belirtilen Gereç sayısı (Werk stoff number) cinsinden vermeye gayret edeceğim. Zira bir malzemenin Gereç sayısını (W.S.Nr) nı tespit edebilirseniz o malzemenin kimyasal analizi, mekanik özellikleri, ısıl işlem bilgilerine daha kolay ulaşabilirsiniz. Hangi standartta olursa olsun malzeme belirlendikten sonra bu malzemenin diğer standartlardaki muadillerini gösteren bir çok tablo bulunmaktadır bunlardan ASTM muadili malzemelerehttp://doc.diytrade.com/docdvr/229183/23523299/1318158849.pdf den ulaşabilirsiniz
DIN standartında gereç sayısı X.XXXX formatında verilir. Burada ilk rakam çelik için her zaman 1 dir. 0 ise pik demir veya ferro alaşımlar için kullanılır. 2 demir içermeyen ağır metaller, 3 ise hafif metaller içindir. Sondaki dört rakam malzemenin kimyasal kompozisyonunu belirler.
Örnek : W.S.Nr: 1.2710 (45NiCr6) içeriğinde 0.40-0.50 % Karbon, 1.2-1.5 % Krom, 1.5-1.8 % Nikel bulunan soğuk iş takım çeliğidir.
Çelik standartları konusunda “Stahl schlussel” olarak bilinen Almanların çelik anahtarını CD veya katalog olarak temin edilmesi yararlı olacaktır. Bu sitede ekli malzeme tabloları STAHLSCHLUSSEL den alınmıştır.
Ref: http://www.stahlschluessel.de/en/cdcontent.html
Stahl schlussel kataloğunda grup 17 de DIN normundaki tüm çelikler 1 den sonraki dört rakama göre sıralanmış bulunmaktadır. Burada çeliğin sırası bulunduktan sonra son kolondaki grup numarasından o çeliğin mekanik özelliklerinin ve ısıl işlem bilgilerinin belirtildiği sayfalara ulaşmak mümkün olur.
| Hangi çelik hangi şartlarda, nerelerde kullanılır konusuna geçmeden önce çelikler için genel bir tarif yapacak olursak; Çelik içeriğinde maksimum %1.6 Karbon içeren Demir alaşımlı bir malzemedir. Düz karbonlu çeliklerde C oranı %1 i geçmez. Tüm çeliklerin bileşiminde ayrıca Mn, Si, P ve S bulunur. Çelikte en belirleyici özellik kendisine mukavemet ve sertlik değerlerini kazandıran %C miktarıdır. %C miktarının yaratmış olduğu bazı olumsuzluklarda vardır. %C miktarı arttıkça çeliğin süneklik, tokluk, kaynaklanabilirlik özellikleri azalır.
DIN normunda kısa gösterimde içinde St olanlar yapı çeliklerini, C ile başlayanlar alaşımsız ve ısıl işleme elverişli düz karbonlu çeliklerini belirtir. Çelikler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. Ancak bir çelik cinsi özellikleri itibari ile birden fazla sınıfa girebilir. Bunlar; |
| 1. Kalitesiz yumuşak çelikler 2. Kolay kaynak çelikleri 3. Yapı çelikleri 4. İmalat çelikleri 5. Islah çelikleri 6. Transmisyon çelikleri 7. Paslanmaz çelikler 8. Takım çelikleri 9. Kullanım yerlerine göre diğer çelikler. Olarak kategorilere ayrılabilirler |
 |
 |
|
Kullanım yerleri için örnekler verilerek hangi çeliğin nerelerde kullanıldığı ve farklı standart gösterimlerdeki birbirine muadil çelikleri MUADİL ÇELİKLER tablosundan görebilirsiniz.
Bu noktada şu bilgiyi vermek yararlı olacaktır. Türkiyede sanayide en fazla kullanılan malzeme gösterimi yapı çelikleri için St37, St42 vs. İmalat çelikleri için ise C1010, C1030, C1050 vs şeklindedir. Türkiyede imalat çelikleri için kullanılan bu gösterim Makine Kimya Endüstrisi (MKE) çelikleri içindir. Bu kurum SAE normlarındaki gösterimde bulunan SAE yerine Ç harfini koymuştur. Örnek: SAE1010 muadili Ç1010, SAE1040 muadili Ç1040 vs. Tasarımlarınızda malzeme gösterimlerini uluslar arası kabul görmüş standartlarda belirtmek hem o malzemenin özelliklerine daha kolay ulaşmak hemde yurt dışı paylaşımlarda aynı dili kullanmış olmak açısından oldukça önemlidir. SAE standartında belirtilmiş bazı düz karbonlu çeliklerin mukavemet değerlerine ve sertlik değerlerine SAE ÇELİK DAYANIMLARI tablosundan ulaşabilirsiniz. Alaşımlı çeliklerin mukavemet değerlerini vermek istemedim çünkü alaşımlı çeliklerin uğramış oldukları ısıl işlem yöntemi çeliğin mukavemet değerlerinin çok farklı gerçekleşmesine neden olmaktadır. |
||