Yener KILIÇ
Metalurji ve Malzeme Mühendisi
İnsanoğlu, kuşkusuz ki tarihi boyunca doğada daha kolay şartlar altında yaşayabilmek için nesneleri değişken şartların gerektirdiği gibi biçimlendirme çabası içerisine girmiştir.
Bu çaba, insanoğlunu daima çeşitli malzeme türlerini keşfedip geliştirmeye itmiştir.
Nesneleri biçimlendirerek form verme, amaca yönelik kullanımını sağlama, ancak bir malzemenin kendinden daha sert bir malzemeyle şekillendirilebilmesiyle mümkün olur.
Tabiatın bizlere sunduklarıyla birlikte insanların ilkel dönemlerden itibaren arayış ve iyileştirme çabaları günümüz endüstriyel teknolojisinin temellerini oluşturmuştur.
Bilindiği gibi yer kabuğunun yaklaşık %70’i demirden oluşmaktadır. Bu element saf halden daha ziyade, demirin en önemli hammaddesi olan demir cevheri şeklinde bulunmaktadır.
Cevherden ham demir ve ham demirin içerisinde bulunan %4 ağırlıktaki karbonun çeşitli yöntemlerle %2’nin altına düşürülmesiyle birlikte çelik eldesi sanayi için oldukça önemli bir yere sahiptir.
Bu bağlamda metal malzemelerin keşfi ve geliştirilmesi önem arz etmektedir.
Çelikler yapısındaki karbon bileşimine göre farklılık gösterirler. Az karbonlu çelikler genel amaçlar için kullanılan ucuz çelik türleri olup, yüksek süneklikte, kolay işlenebilen ve su vermeyle sertleşmeyen malzemelerdir.
Orta karbonlu çelikler daha yüksek mukavemete sahip olup su alabilen çeliklerdir.
Yüksek karbonlular ise çok daha sert olup işlenmesi zordur ve takım-kalıp üretimine elverişli malzeme gruplarıdır.
En önemli özelliği belli bir fazın oluşumunu geliştirmek veya onu kararlı hale getirmek olan alaşım elementlerinin çeliğin içerisine belirli oranlarda katılmasıyla birlikte istenilen mekanik özellikler elde edilerek uygun çalışma koşullarında maksimum verim eldesi sağlanmış olur.
Çelikleri kısaca; yapı çelikleri, aşınmaya dayanıklı çelikler, ısıya dayanıklı çelikler, takım ve kalıp çelikleri olarak kategorize etmek mümkündür.
Bu bağlamda günümüz endüstrisinde çok fazla kullanım alanlarına sahip takım çeliklerinin önemi su götürmez bir gerçektir. Bunların arasında yüksek sertlikleri, aşınma, oksidasyon dirençleri ve bu özelliklerini yüksek sıcaklıklarda koruyabilmeleri nedeniyle HSS’lerin yeri önem arz etmektedir.
Yüksek hız çelikleri XX. yüzyılın başından beri bilinen ve sürekli geliştirilen takım malzemesi grubu olup, oda ve yüksek sıcaklıklarda yüksek sertliği, yüksek tokluk ve aşınma dayanımı sayesinde iyi performansıyla kesici takım malzemesi olarak modern sanayide çok yaygın bir kullanım alanına sahiptir ve konvansiyonel olan döküm-hadde ya da toz metalurjik yöntemlerle üretilmektedir.
Yüksek kesme hızı ve kesme gücündeki yoğun artış ve yüksek kesme kapasitesi bu grup çeliklerin “Yüksek Hız Çelikleri” olarak adlandırılmalarına neden olmuştur.
Günümüzde torna, planya gibi talaş kaldırma ve işleme operasyonlarının önemli bir kısmında kullanılan HSS’lerin başlıca kullanım alanları form verme takımları, raybalar, freze bıçakları, vida kılavuz ve sert delici takımları, daire testereler ve yüksek aşınma direnci gösteren makine parçaları vb. olarak sıralayabiliriz.
Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (American Iron and Steel Institute: AISI)’ne göre yüksek hız takım çeliklerinin yaklaşık olarak 40’tan fazla sınıflandırması bulunmaktadır. Bunlar yerli üreticilerin sayıları ile birleştiğinde HSS kategorisinde her çeliğin toplam sayısı 150’yi geçmektedir.
Yüksek hız çelikleri önemli miktarda W, Mo, V ve Cr gibi karbür yapıcı elementlerle yeniden yapılandırılırlar.
Bu çelikler ihtiva ettikleri ana refrakter elementlere göre iki ana gruba ayrılırlar.
Molibdenli yüksek hız çelikleri (AISI M grubu: %0,8 C, %0,4 Cr, %5-8 Mo, %0-6 W ve % 1-2 V) ve tungstenli yüksek hız çelikleri (AISI T grubu: %0,7 C, %4 Cr, %18 W ve %1 V) şeklindedir.
Üretilen bütün yüksek hız çeliklerinin büyük çoğunluğunu M grubu çelikler oluşturmaktadır. M grubu çeliklerin başlangıç maliyeti T grubu çelikten %40 daha düşüktür. Ayrıca M grubu yüksek hız çelikleri daha yüksek abrasif dirence sahiptir. Isıl işlem esnasında daha az distorse olurlar.
Yüksek hız çeliklerinin matriks yapısı martenzittir. Hızlı soğutmanın bir sonucu olarak meydana gelen martenzitik yapı ince perlit lamellerden oluşur ki bu da, HSS’lerin yüksek mukavemetlerinin önemli bir kısmının oluşmasında etkin rol oynamaktadır.
Buna göre yüksek hız çeliklerini bu denli önemli kılan yüksek, sertlik ve kesme kabiliyetleri nereden kaynaklanmaktadır? Sorusunun cevabı elbetteki intermetalik karbür bileşikler olacaktır.Çeliğin yapısında bulunan karbon elementi metal bileşiklerle aralarında güçlü bağlar yaparak karbürleri oluştururlar.
Tungsten ve molibden primer karbür dediğimiz M6C tipi karbürleri oluştururlar. Östenitleme esnasında çözünen bu tip karbürler matriksin sertleşmesini sağlarken; çözünmeden kalanlar ise aşınma direncinin artmasına neden olmaktadırlar.
Vanadyum ise tıpkı volfram ve molibden gibi karbon afinitesi yüksek ve kuvvetli karbür oluşturucu element olup, MC tipi karbürleri oluştururlar.
Çok sert ve yüksek kararlılıktaki bu tip karbürler östenitlemede az çözünürler. Çözünmeden kalan MC tipi serbest karbür partikülleri ise abrasif aşınma direncine yüksek katkı sağlarlar.
Sonuç olarak; yüksek hız çeliklerinin en belirgin özellikleri olan aşınma dayanımı; katılaşma sırasında oluşan primer karbürlerin türü, miktarı ve şekliyle belirlenirken; tokluk ise bu karbürlerin boyut ve dağılımlarının homojenitesiyle doğru orantılıdır. Aksi halde kümelenmiş iri karbürler mikro çatlak oluşumuna, daha sonra da kırılmalara sebebiyet verebilmektedir.
Uygun ısıl işlem parametreleri bu karbürlerin şekil, boyut ve dağılımlarını doğru bir biçimde belirlerken maksimum verimlilik de elde edilmiş olur.
Bilindiği gibi yüksek hız çeliklerinin en karakteristik özelliği, bazı çeliklerin yumuşamaya başladığı sıcaklıklarda sertliğinin artmasıdır. Bu bağlamda tıpkı mikro yapı gibi uygun ısıl işlem parametrelerinin seçimi de oldukça önemlidir.
Yüksek hız çeliklerinin uygulama alanlarında maksimum verim beklentisi aşikardır. Yaklaşık 40-50 yıl öncelerine gidildiğinde HSS takımların 20-30 m/dak’lık kesme hızları yeterli görülmekteyken günümüzde ise 500-600 m/dak’lık kesme hızlarına ulaşmıştır.
Şüphesiz ki ilerleyen zamanlarda bu hızlar daha da aşılacaktır.
Hal böyleyken hem yüksek devir hızlarında maksimum verim alma düşüncesi, hem de aşınmayı minimum seviyelere çekme girişimleri üretici firmaların Ar-Ge çalışmalarının ve yatırım maliyetlerinin artırmalarını zorunlu kılarak kalitelerini bir üst seviyelere çekebilmeyi ve dünya piyasasındaki yerlerini korumalarına doğru yönlendirmiştir.Bunun en tipik örneğini EAST TOOL & DİE CO. LTD.’de görmekteyiz .
Takım uçları ve kalıbın performansını %10-30 arasında artırmaya yönelik üretim yapan ve üretim parkurlarının tamamını üstün kaliteye yönelik anlayışla Çin’de özel sektörün en büyüğü ve dünyada vasıflı çelik üreticilerinin arasında layığıyla ilk sıralarda yer edinmiş olan EAST TOOL bu anlamda örnek bir kuruluş olma misyonunu halen devam ettirmektedir.
Bilindiği gibi gerek alaşım elementlerinin kalitesi, gerekse de kullanılan hurda kalitesiyle birlikte ergitme ve döküm tekniğindeki gelişmeler, takım çeliğinin kalitesini doğrudan etkilemektedir.
Bu bağlamda ince karbürlerin üniform dağılımı, tanelerin küçültülerek küresel bir hal alması, yapıdaki porozitelerin minimize edilmesi ve temiz bir nihai mikroyapıya ulaşılması ESR (Electro Slag Remelting) ve EFS (Extra Fine Structure) teknolojilerini önemli derecede ön plana çıkartmaktadır.
Curuf altı ergitme (ESR) ile birlikte son derece temiz ve homojen bir mikroyapı, yüksek tokluk ve süneklik eldesi sağlanırken; yöntemin pahalı olması mikroyapısal avantajlarının kullanımını büyük ölçüde engellemektedir. Bu nedendendir ki bu tüp uygulama metotlarının piyasa payı maalesef %5 mertebelerinde halen yerini korumaktadır.
Gerek dövme tekniğiyle, gerekse de sahip olduğu 50’ye yakın ESR ve EFS fırınlarıyla birlikte kaliteli alaşım elementi ve kendi hurdalarını kullanmasından kaynaklı yüksek hız çeliği üretiminde lider olma potansiyelini sürdüren EAST TOOL’un Türkiye ayağı olan EST NUR ÇELİK aynı anlayışla birlikte “global düşün yerel davran”, “işe müşterinin istekleriyle başla, müşterinin bilgisiyle bitir” ilkesini kendisine şiar edinerek tecrübe ve bilgiyi her geçen gün genişleyen vizyonuyla birlikte güncelleyerek aynı potada eritmeye devam etmektedi.