1.Giriş

 

Vakum ve vakum altında yeniden ergitme proseslerinin çelik üretim prosesleriyle kombinasyon halinde olmasıyla bugün yüksek kaliteli çeliklerin üretimi mümkün olmaktadır. Vakum ve vakum altında yeniden ergitme metalurjisi yöntemiyle; Yüksek alaşımlı takım çelikleri, ultra düşük karbonlu ve azotlu IF çelikleri, çok düşük kar-

 

bonlu Ti ilaveli, Ti+Nb ilaveli ve Nb ilaveli çelikler, dar analiz toleranslarının inklüzyon miktarlarının minimize edilmesinin istendiği çelikler, yüksek derecede şekillendirilebilirliğin istendiği derin çekme, extra derin çekme özellikli çeliklerin ve yüksek sıcaklık alaşımlarının bugün üretimi yapılabilmektedir.

 

2.Vakum İndüksiyon Yeniden Ergitme/ VIR

 

Bu proses bir hassas döküm prosesidir. Vakum altında işlem görmüş alaşımların tekrar ergitilmesinde kullanılır. VIM prosesi ile ergitilmiş alaşımlar ön ısıtmalı seramik kalıplara dökülür. Bu ergitme işlemi büyük çoğunlukla indüksiyon, bazen de elektron dalga ergitme ve vakum ark ergitme fırınlarıyla yapılır. VIM fırınları iki ana bölümden oluşur; Ergitme Bölmesi ve Şekil Verme Bölgesi, şekil verme bölmesinin genellikle ergitme odasının altında yer alması tercih edilir. Bunun nedeni rotasyonun daha iyi sağlanabilmesidir. Bu proseste döküm; eşeksenli döküm, direkt katılaşma, tek kristal olmak üzere üç amaca göre dizayn edilmiştir.

 

3. Elektro Cüruf Ergitme / ESU/ ESR Prosesi

 

İstenilen çelik kalitesindeki elektrot, klasik usullerle elde edildikten sonra su ile soğutulan bakır bir pota içinde, kimyasal aktif bir cüruf tabakası altında hava ile temas ettirilmeden ergitilmesi işleminden ibarettir.

ESR yönteminin karakteristik özellikleri şöyle sıralanabilir; minimum segregasyon seviyesi, optimum ingot yapısı, minimum sülfür konsantrasyonu, minimum metalik olmayan kalıntı miktarı, yüksek üniform dağılım ve hiç inklüzyon içermeme, çok iyi izotropik özellikler, uygun biçimde ayarlanabilen ingot ağırlığı, proses otomasyonları sayesinde yüksek tekrar üretilebilirlik.

 

 

4. Basınç Altında Elektro Cüruf Altı Ergitme/ PESR

 

Bu proses temel olarak ESR prosesiyle aynıdır. Fakat işlemi ESR’den ayıran fark basınç altında çalışıyor olmasıdır. Bu prosesin kullanılma nedeni basınç altında çelik içerisinde nitrojen çözülmesini sağlamaktır. Sistem vakum altında çalışır ve ESR yöntemine benzer fakat nitrojen içeren ingot üretimi yapılır. Bu sistem genellikle östenitik çelik, dubleks çelik ve korozyon direncine sahip martenzitik çelik üretiminde ve plastik kalıp çelik üretiminde kullanılır. Bu yöntemle üretilen çelik içerisinde bulunan nitrojen, östenit stabilitesi, çekme dayanımı, korozyon direnci, aşınma direnci, tokluk gibi özellikleri artırıcı etkilerde bulunur.

 

5.Vakum Ark Yeniden Ergitme/ VAR

 

Bu proseste VIM ‘den alınan ingotlar elektrot olarak kullanılır. İşlem bir pota ile elektrot arasında ark oluşturarak başlatılır. Katılaşma mikroyapısı üzerinde daha geniş kontrol imkânı vardır, ergitme hızı ve soğutma hızı elektrotla pota arasındaki ark uzunluğu değiştirilerek değiştirilebilir. VAR yöntemi; optimum ingot yapısı, Minimum gaz miktarı, minimum kalıntı element miktarı (As, Sb, Sn, Cu), minimum metalik olmayan kalıntı miktarı, yüksek üniform dağılım ve hiç inklüzyon içermeme, çok iyi izotropik özellikler, optimum polisajlanabilirlik, uygun biçimde ayarlanabilen ingot ağırlığı gibi karakteristik özellikler sergiler.

 

 

6.Vakum Ark Çift Elektrot Yeniden Ergitme/ VADER

 

Yöntem esas çalışma prensibi olarak “Vakum Altında Yeniden Ergitme” (VAR) prosesine benzemesine rağmen bu işlem için iki elektrot kullanılmaktadır. Bu elektrotlara vakum altında direnç uygulayarak birbirine temas esnasında ergitilir. Sistem ismini de bu iki elektrotun birbirine temas sonrasında ergimesinden alır. Vakum ark sonrası ergiyen çelik eletrot sıvı damlacıkları şeklinde su soğutmalı bakır kalıp içerisine damlar. Soğutma işlemin kontrollü ve çabuk olması sonucunda çok üstün özelliklere sahip ürün elde edilir.

 

7. Plazma Ark Ergitmesi/ PSC

 

Plazma ark ergitmesinde bir elektrik akımının geçişiyle bir gazın iyonizasyonunu kullanır. İki elektrot arasında bir arkın oluşturulmasıyla kesilen veya iyonize olan gaz etkilenir. Sonuç plazma tarafında üretilen çok yüksek ısı süper alaşımlar gibi yüksek sıcaklık süper alaşımlarını ergitmek için başarıyla kullanılır. Plazma ark ergitmeden elde edilen ingotlarda hala mikroyapı problemleri vardır ve plazma işlemi VAR veya ESR işlemlerini takip eder.

 

8. Sprey Ergitme ve Döküm

 

Sprey döküm veya Ospray prosesi geçmişte asıl şekline yakın parçaların üretiminde kullanılmıştır. Çelik şeritler bu teknik kullanılarak üretilmişlerdir. Bu proses bir pota içinde şarjı ergitmesini içerir; ergimiş metal daha sonra potanın altına yerleştirilmiş olan bir nozuldan serbest bırakılır. Bunu atomizasyon aşaması izler, bu aşamada ergimiş metal azot veya argon kullanılarak ince damlacıklar haline dönüştürülür. Bu damlacıklar daha sonra gazla soğutulur ve bir altlığa (substrate) doğru hızlandırılır ve bu altlık üzerinde asıl şekline yakın bir şeklinde mukavemetlendirilir, böylelikle temiz ve kontrol edilebilir bir çelik üretilmiş olur. Esasen bu üretim tarzı toz metalurjisi üretim tarzına yakın özelliklerde çelik üretimine olanak sağlamaktadır. Fakat yöntem sonucu üretilen çelik kalitesinde ki temizlik ve karbür dağılımı toz metalurjisi yöntemi ile üretilen çelik kadar gelişmiş değildir.

 

9. Toz Metalurjisi Ürünü Çelikler

 

Takım çeliklerinin toz metalurjik uygulamasında esas, işlem sürecinde elde edilen yüksek katılaşma hızları sonucu hem dendritlerin, hem de dendritler arası uzayda bulunan karbürlerin inceltilmesidir. Konvansiyonel döküm teknolojisiyle yapılan üretimde, yüksek hız çelikleri ledeburitik olarak katılaşırken, ingot merkezlerinde segregasyon sonucu birincil (blokvari veya dejenere ötektik) karbürler kaba olarak oluşmaktadır. Böylece büyük ingot merkezleri hem ikinci kalite malzeme olmakta, hem de ingotun haddelenmesi sonucu katılaşmadaki karbür, sıcak deformasyon sürecinde karbür bantları oluşturarak uniform olmayan bir mikroyapıya yol açmaktadır. Toz metalurjik üretimde elde edilen yüksek katılaşma hızları bu dezavantajlı mikroyapının yoğun olarak düzeltilmesini sağlar. Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen çeliklerin genel avantajları: Çok Sert Karbürler, Çok Küçük Karbürler, Homojen Karbür Dağılımı, Çok İnce Tane Yapısı şeklinde sıralanabilir. Şekil 9’da Toz Atomizasyon yöntemi ile çelik üretim akış şeması verilmiştir

 

 

10. Endüstriyel Uygulamalar Sonuçlar ve İleriye Bakış

 

 

Yeni Nesil Ergitme işlemleri, takım çelikleri kadar çok fazla temiz olması öngörülen yüksek sıcaklık servisinde kullanılacak çelik ve alaşımlar için de uygulanır. Yeni Nesil Ergitme metalurjisi yöntemiyle üretilen çelikler endüstriyel uygulamalar için son derece üstün performanslar sergilemektedirler. Bütün bu üstün özellikleri sayesinde gün geçtikçe dünya genelinde çelik üretim prosesleri hızlı bir şekilde değiştirilmektedir. Bunun temel nedeni; üretim süreçlerinin kolaylığı, üretim şartlarının kontrol edilebilirliği ve çelikten beklenen metalurjik özelliklerin son derece üstün olmasıdır.

 

Kaynakça

 

[1]Murat Aydın, Franz Müller,“Vakum Metalurjisi Yöntemiyle Çelik Üretimi ve Karakterizasyonu”, Aybitak; Bilim ve İleri Teknoloji Araştırma Merkezi, Çelik Teknolojileri Araştırma Departmanı

 

[2]Ashok Choudhury, “Vacuum Metallurgy”, Materials Park, Ohio,

 

[3]“Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys”, ASM Handbook,

 

[4]“Elektroslag Remelting and Plasma Arc Melting”, National Materials Advisory Board, Commission on Sociotechnical Systems, National Research Council, National Academy of Sciences,

 

[5] http://products.asminternational.org

 

[6] http://www.internationalmetallographicsociety.org

 

[7] http://www.substech.com

 

[8] http://www.böhler-edelstahl.com

 

[9] http://web.ald-vt.de

 

[10] http://www.sms-mevac.com

 

[11] http://www.consarc.com