ÇELİK, bir Demir (Fe) Karbon (C) alaşımıdır. C’dan başka farklı oranlarda alaşım elementleri ve empürite (saf olmayan, kirlilik yaratan) elementleri bulunur. Çeliğe farklı özellikler kazandıran içerdiği elementlerin kimyasal bileşimi ve çeliğin içyapısıdır. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri katılabileceği gibi, çeşitli işlemler ısıl işlemler (ıslah, normalizasyon vb.) ile içyapı da kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelik elde edilir. Manganez (Mn), Fosfor (P), Kükürt (S) ve Silisyum (Si) üretim sırasında hammaddeden kaynaklanan elementler olup, çelik bünyesinde belirli oranlarda bulunur. Diğer elementler ise (Cr, Ni vs.) ferro-alyajlar halinde istenilen miktarlarda çelik bünyesine ilave edilir.

Yapı Çelikleri

DIN normundaki yapı çelikleri DIN 17100 standardı altında toplanmışlardı ve DIN normu kısa gösterimde önünde “St” bulunan tüm malzemeler yapı çeliği olarak adlandırılmaktaydı. 

Günümüzde DIN 17100 standardı yerini EN 10025 standardına bırakmıştır.

EN normunda kısa gösterimde önünde “S” veya “E” bulunan malzemeler yapı çeliği olarak adlandırılmaktadır. 

Bir yapı çeliğinin belirtilen mukavemet değerleri sıcak veya soğuk haddeden geçerek almış  olduğu form için geçerlidir. Eğer Yapı çeliği tornada veya frezede talaş kaldırılarak inceltilecek olursa ortaya çıkacak olan mukavemet değerleri  katalogda belirtilen değerlerden çok daha düşük olur çünkü yapı çeliklerinde iç kısımlardaki mukavemet değerleri kabuktaki mukavemet değerlerinden çok daha düşüktür. Bu nedenden yapı çeliklerine kesme ve delik delme işlemleri hariç talaş kaldırmalı işlemler ve ısıl işlemler uygulanamaz. Yapı çelikleri temin edilmiş olduğu formda kesilir, bükülür, delinir ve kaynak edilebilir.
Yapı çeliklerinde DIN standardında kısa gösterimde verilen rakam genellikle çeliğin “Kgf/mm²” cinsinden sağlaması gereken minimum kopma dayanımını, EN standardında kısa gösterimde verilen rakam ise “N/ mm² veya MPa” cinsinden sağlaması gereken minimum akma dayanımını belirtir.

S235JR – St 37-2 (1.0037) İnşaat, sanayi sektöründe, kutu profil, çubuk yapımı ve sıcak haddelenmiş sanayi profilleri yapımında yaygın kullanılmaktadır.

S275JR – St 44-2 (1.0044) ASTM A570 Gr.40 İnşaat ve sanayi sektöründe, yüksek mukavemetli sıcak çekilmiş sanayi profilleri yapımında kullanılır.

S355J0 – St 52-3 (1.0570) Sanayi ve inşaat sektöründe yüksek mukavemet gerektiren uygulamalarda kullanılmaktadır.

E295 – St 50-2 (1.0050) ASTM A570 Gr.50 Daha çok basma gerilimine maruz yüklerde, manivelalar, kalıp ve pres altlıkları imalinde kullanılmaktadır.

E335 – St 60-2 (1.0060) Yüksek mukavemet gerektiren makine elemanları, dişli çarklar gibi imalatlarda kullanılmaktadır.

E360 – St 70-2 (1.0070) Perçin, özel civata kama ve mukavemet gerektiren makine elemanları imalatında kullanılmaktadır.

Islah Çelikleri

Su verilerek sertlikleri derinlemesine arttırılabilen çeliklere ıslah çelikleri denir. Islah çelikleri özellikle karbon miktarı bakımından bileşimleri, sertleştirmeye elverişli olan ve ıslah işleminin sonunda belirli bir çekme dayanımında yüksek tokluk gösteren makina imalat çelikleridir.

Bu çelikler yalın karbonlu çelik (C30, C45 vb.) olabildiği gibi alaşımlı çelik (42CrMo4, 30CrNiMo8, 51CrV4 vb.) de olabilirler.

Alaşımlı çeliklerin derinliğine (iç bölgelerde) sertleşebilme yeteneği yalın karbonlu çeliklere göre daha fazladır, çünkü içeriğinde bulunan Cr, Ni, Mo gibi elementler su verme esnasında çeliklerin çatlama, çarpılma risklerinin düz karbonlu çeliklere göre daha az olmasını sağlar.

Gerek yalın karbonlu çeliklerde, gerekse düşük alaşımlı çeliklerde su verilerek kabuk sertliği ancak belli bir derinliğe kadar sağlanabilmektedir. Tam sertleşebilen alaşım çeliklerinde ise bu derinlik daha fazladır. Bu derinliğin sağlanabilirliği uygulanan sertleşebilirlik testi (Jominy testi) ile olarak tespit edilmektedir. Sertleşebilirlik bantının garanti edildiği kaliteler, SAE standart gösteriminde kalite adının sonuna “H” harfi alırlar. (SAE 4140H,  SAE 5140H) Aynı durum EN standartlarında da “+H, +HL, ve +HH” harfleri ile ifade edilmektedir.

C22E (1.1151) – SAE 1020 Taşıt, makine, motor ve aparat yapımında, az zorlanan yüksek saflıkta çelikten yapılacak parçaların üretiminde kullanılır.

C35E (1.1181) SAE 1035 Makine taşıt ve motor yapımında fazla zorlanan ve yüksek saflık gerektiren çelikten yapılacak parçaların üretiminde kullanılır.

C40E (1.1186) SAE 1040 Taşıt, makine, motor ve aparat yapımında, orta zorlanan ve yüksek saflıkta çelikten yapılacak parçaların üretiminde kullanılır.

C45E (1.1191) SAE 1045 Taşıt, makine, motor ve aparat yapımında, orta zorlanan ve yüksek saflıkta çelikten yapılacak parçaların üretiminde kullanılır.

C50E (1.1206) SAE 1050 Makine, taşıt, motor ve aparat yapımında, fazla zorlanan talaşlı işlenecek parçaların üretiminde kullanılır.

C55E (1.1203) SAE 1055 Makine, taşıt, motor ve aparat yapımında, fazla zorlanan talaşlı işlenecek parçaların üretiminde kullanılır.

C60E (1.1221) SAE 1060 Makine taşıt ve motor yapımında fazla zorlanan ve yüksek saflık gerektiren çelikten yapılacak parçaların üretiminde kullanılır.

28Mn6 (1.1170) SAE 1330 / SAE 1527 Genel makine ve taşıt yapımında Mn alaşımlı ıslah çeliğinden parçaların üretiminde kullanılır.

30CrNiMo8 (1.6580) Otomobil ve motor yapımında, dayanım, süneklilik ve elastikliğin ön planda olduğu çok zorlanan parçaların üretiminde kullanılır.

34CrNiMo6 (1.6582) SAE 4340 Otomobil ve motor yapımında, krank mili ve diğer tahrik aksamı, ön aks, aks kovanı gibi çok zorlanan parçaların üretiminde kullanılır.

34Cr4 (1.7033) SAE 5132 Taşıt ve makine yapımında, krank mili ve diğer tahrik aksamı, ön aks, aks kovanı gibi parçaların üretiminde kullanılır.

37Cr4 (1.7034) SAE 5135 Siyanür banyosunda sertleştirilecek, şanzıman parçaları, piston kolu, krank mili ve dişli çarklar gibi parçaların üretiminde kullanılır.

41Cr4 (1.7035) SAE 5140 Taşıt ve motor yapımında, krank mili, ön aks, aks kovanı, direksiyon mili gibi parçaların üretiminde kullanılır.

25CrMo4 (1.7218) SAE 4130 Otomobil ve taşıt yapımında, aks mili, aks kovanı, türbin parçaları ve türbin kanadı gibi parçaların üretiminde kullanılır.

42CrMo4 (1.7225) SAE 4140 Otomobil ve uçak yapımında krank mili, aks mili ve kovanı, yivli mil ve sünekliliği yüksek parçalar, dişli çark gibi parçaların üretiminde kullanılır.

50CrMo4 (1.7228) SAE 4150 Otomobil ve uçak yapımında yüksek süneklikte parçalar, şanzuman, direksiyon ve aktarma organı gibi parçaların üretiminde kullanılır.

51CrV4 (1.8159) SAE 6150 Otomobil ve çeşitli mekanizmaların yapımında, dişli çark, mil, yönlendirme parçası gibi aşınmaya zorlanan parçaların üretiminde kullanılır.

Otomat Çelikleri

Karbonlu çeliklerin tezgahlarda kolay işlenebilirliğini sağlamak için içeriğine kurşun, kükürt, fosfor katılarak talaşın uzamadan kırılması sağlanır. Bu tip çeliklere otomat çelikleri denir. Bu çelikler genellikle soğuk çekilmiş olarak satışa sunulur. 

9S20 (1.0711) SAE 1212 Otomotiv endüstrisinde, aparat ve cihaz yapımında seri imalat parçaları üretiminde kullanılır.

10S20 (1.0721) SAE 1108 Otomotiv endüstrisinde, cihaz aparat ve makine yapımında, sementasyon gerektiren seri parçaların üretiminde kullanılır.

10SPb20 (1.0722) SAE 11L08 Otomotiv endüstrisinde, cihaz aparat ve makine yapımında, kurşun ilavesi daha iyi talaşlı işlenme kabiliyeti sağlar.

11SMn30 (1.0715) SAE 1213 Otomotiv endüstrisi, cihaz ve aparat yapımında yüksek güçlü otomat çeliği olarak seri imalatta yaygın olarak kullanılır.

11SMnPb30 (1.0718) SAE 12L13 Otomotiv endüstrisi, cihaz ve aparat yapımında yüksek güçlü otomat çeliği olarak seri imalatta yaygındır, kurşun ilavesi daha iyi talaşlı işlenme kabiliyeti sağlar.

11SMn37 (1.0736) SAE 1215 Otomotiv endüstrisinde, cihaz aparat ve makine yapımında, sementasyon gerektiren seri parçaların üretiminde kullanılır.

11SMnPb37 (1.0737) SAE 12L14 Otomotiv endüstrisinde, cihaz aparat ve makine yapımında, sementasyon gerektiren seri imalat, kurşun ilavesi daha iyi talaşlı işlenme kabiliyeti sağlar.

35S20 (1.0726) SAE 1140 Otomotiv endüstrisinde, cihaz, aparat ve makine yapımında, ıslah gerektiren orta dayanımlı seri imalat parçaların üretiminde kullanılır.

46S20 (1.0727) SAE 1146 Otomotiv endüstrisinde, cihaz aparat ve makine yapımında, ıslah gerektiren yüksek dayanımlı seri parçaların üretiminde kullanılır.

Maksimum %2 karbon içeren demir karbon alaşımları çelik olarak adlandırılır. Çelikler halen günümüzde en yaygın

kullanılan malzeme grubunu oluşturmaktadır. Çelikler yalın karbonlu olabileceği gibi, çeşitli özelliklerin

geliştirilebilmesi için bazı alaşım elementleri içerebilirler. Çelik bünyesinde bulunan elementler; istenerek katılan

alaşım elementleri ve bunların yanında uzaklaştırılmak istenen, çeliğin özelliklerine kötü yönde etki eden elementlerdir. 

Çeliklerde kullanılan alaşım elementleri ve etkileri şunlardır;

Karbon (C):
Çeliklerin temel alaşım elementi olan karbon, çeliklerin üretim işlemleri sırasında yapıdaki yerini alır.

Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyen faktördür. Karbon, çeliğin akma ve çekme

mukavemetini artırır, yüzde (%) uzamayı, şekillendirilme ve kaynak kabiliyetini azaltır. İşlenebilme özelliğinin ön

planda olduğu çeliklerde karbon miktarı düşük tutulmalı, dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda

ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır. 

Düşük karbonlu yumuşak çeliklerin şekillendirilmesi sırasında meydana gelebilecek en önemli problem mavi gevrekliktir*. 

Bu olay karbon (ve/veya azot) atomlarının küçük çaplı olması nedeniyle kolay yayınmalarından kaynaklanır ve işleme

sırasında kırılganlık yaratır. 

*Mavi Gevreklik; Yumuşak çelikler 270-350 °C arasında şekillendirilirlerse küçük çaplı atomlar hızlı bir şekilde yayınır.

Yayınan atomlar dislokasyonları kilitleyerek malzemenin akma sınırı noktasını yükseltir. Dolayısıyla malzeme daha

gevrek davranır. Sözü edilen sıcaklıklar arasında çeliğin aldığı renk mavi olduğu için bu olaya mavi gevreklik denir.

Mangan (Mn):
Mangan da karbon gibi üretim işlemlerinde çelik yapısında yer alan bir elementtir ve çeliğin dayanımını arttıran etki

gösterir. Bunun yanında sertleşebilme ve kaynak kabiliyetini de artırır, östenit kararlaştırıcı bir elementtir. Manganın

en önemli özelliği kükürtle MnS bileşiği yapması ve demir kükürt FeS bileşiği oluşumunu engellemesidir. FeS sıcak

kırılganlığa neden olur. 

Silisyum (Si):
Silisyum oksijen giderici olarak kullanıldığı için çelik içinde yer alır. Çeliğin akma, çekme dayanımını ve elastikiyetini

artırır. Çelik yapısındaki silisyum miktarı azaldıkça tufal yapma oranı artar. 

Silisyum ucuz bir alaşım elementidir, yaygın olarak yüksek elastikiyet gerektiren yay çeliklerinde kullanılır. Ayrıca

elektriksel akım zayiatını önleyen bir elementtir. 

Silisyum miktarı fazla olan filmaşinler çok küçük çaplara indirilmeleri zordur. Çünkü silisyum, malzeme tel haline

getirilirken teli sertleştirir ve kopmalara neden olur. Filmaşinlerde bu yüzden düşük silisyum tercih edilmektedir.

Fosfor (P):
Fosfor çeliğin akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve eğme özelliklerini çok fazla kötüleştirir, soğuk

kırılganlık yaratır, talaşlı şekillendirme kabiliyetini arttırır. Fosfor çelik içinde üretim işlemlerinden kalan bir

elementtir ve istenmeyen özellikleri nedeniyle mümkün mertebe yapıdan uzaklaştırılır.

Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum fosfor miktarı %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.

Kükürt (S):
Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzde uzamasına ve tokluğuna

etkisi çok fazladır. Kükürt malzemenin tokluğunu ve sünekliğini önemli ölçüde azaltır. Ayrıca kaynaklanabilirliği kötü

yönde etkiler. Kükürt demirle birleşerek FeS fazını oluşturur. Bu faz düşük ergime sıcaklığına sahip olduğu için

haddeleme sıcaklığında ergiyerek sıcak kırılganlığa sebep olur. Bu olumsuz etki kükürdün manganla birleşmesi

sağlanarak önlenir.

Kükürt çelik içinde çeliğin üretiminden kalan bir elementtir ve yukarıda belirtilen istenmeyen özellikleri nedeniyle

yapıdan mümkün mertebe uzaklaştırılır. Sadece talaşlı şekillendirilmeye uygun otamat çeliklerinde kükürt miktarı

yüksek tutulur.

Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum kükürt miktarı %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.

Krom (Cr):
Krom paslanmaz çeliklerin temel alaşım elementidir. Krom, korozyon ve oksidasyon direnci sağlar. Sertleşebilme

kabiliyetini artırır. Yüksek karbonlu çeliklerde aşınma direncini yükseltir. Krom karbon ile tane sınırlarında biriken

Cr23C6 bileşiğini oluşturur. Oluşan bu bileşik paslanmaz çeliklerde tane sınırlarındaki krom miktarını paslanmazlık

sınırı olan %12 nin altına çeker. Bu bileşik yüksek sıcaklıklarda karbon yayınımının hızlanması ile kolayca meydana

gelir ve kaynaklı paslanmaz çeliklerde, kaynak dikişi yakınlarında kaynak bozulmalarına neden olur. 

Nikel (Ni): 
Nikelin darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır. Nikel östenitik paslanmaz çeliklerin kromdan sonra ikinci

en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmaz çeliklerde ki nikel miktarı %7-20 arasındadır. Nikel östenit

kararlaştırıcı bir elementtir ve östenitik paslanmaz çeliklerin, adından da anlaşılacağı gibi oda sıcaklığında bile

kafes yapısı KYM dir. KYM kafes yapısı östenitik paslanmaz çeliklere yüksek şekillendirilebilme özelliği kazandırır.

Molibden (Mo):
Tane büyümesini önler, sertleşebilme kabiliyetini artırır. Meneviş gevrekliğini giderir. Meneviş sıcaklığından yavaş

soğumalarda bazı alaşımların tane sınırlarında karbür çökelmesi meydana gelir, bu da kırılganlığa neden olur. Molibden

bu olumsuz etkiyi ortadan kaldırır. Ayrıca molibden çeliklerin sürünme dayancına ve aşınma direncini yükseltir. Alaşımlı

takım çeliklerinde önemli bir alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği için

korozyon direncini önemli ölçüde artırır.

Bazı mikro alaşımlı çeliklerde nitrür veya karbonitrür oluşturan alaşım elementi olarak molibden kullanılır. 

Kobalt (Co):
Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini muhafaza etmesi için

kullanılır.

Tungsten (W): 
Aşınma direncini artıran, sıcakta sertliğin muhafazasını sağlayan bir alaşım elementidir. Özellikle hız çeliklerinde

olmak üzere alaşımlı takım çeliklerinde yaygın olarak kullanılan bir alaşım elementidir.

Vanadyum (V):
Tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını oldukça artırır. Ayrıca sertleşebilme

kabiliyetini artırır, menevişleme ve ikinci sertleşmede olumlu etkileri vardır. Alaşımlı takım çeliklerinde kullanım

yeri olan bir alaşım elementidir.

Vanadyum, tane küçültücü ve karbür yapıcı etkisi ile,mikro alaşımlı çeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte

kullanılan bir mikro alaşım elementidir. Mikro alaşımlı çeliklerde alaşım elementleri toplamı %0,25 i geçmez.

Bu elementler tek, ikili ve üçlü kompozisyonlar halinde mikro yapı içerisinde oluşturdukları karbonitrür çökeltileri

ile tane boyutunu inceltmenin yanı sıra çökelti sertleşmesi mekanizmasıyla dayanımı artırırlar.

Titanyum (Ti):
Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır. Ancak bu etkisi vanadyumun etkisinden daha yüksektir. Mikro alaşımlı

çeliklerde mikro alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini

giderebilmek için karbür oluşturucu alaşım elementi olarak kullanılır.

Niyobyum (Nb):
Mikro alaşımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde

titanyumun yaptığı etkiye yapar ve titanyumla birlikte veya tek başına kullanılır.

Alüminyum (Al):
Oksijen gidermek için kullanılır. Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir. Yüksek alüminyum miktarı

sürekli dökümlerde nozul tıkanmalarına sebep olur.

Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temel alaşım elementidir. Bazı mikro alaşımlı

çeliklerde de nitrür ve karbonitrür oluşturan mikro alaşım elementi olarak da kullanılır.

Kalay (Sn):
Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır. Kalay düşük ergime

sıcaklığına sahip bileşikler yaparak haddeleme sırasında kopmalara neden olur.

Bakır (Cu): 
Akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve şekillenebilirliği azaltır. Soğuk çekilebilirliği kötü yönde etkiler.

Bu yüzden filmşinlerde ki bakır oranın olabildiğince düşük olması istenir. Korozyon direncini yükselten etki gösterir.

Kurşun (Pb):
Haddelenme kabiliyetini azaltır. Haddeleme esnasında kopmalara neden olur, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler.

Sürekli dökümlerde sorunlara sebebiyet verir. Kurşun çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetine artırır, bu yüzden

otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır. 

Azot (N):
İstenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur, eğme özelliklerini çok kötüleştirir.

Hidrojen (H): 
Hidrojen gevrekliğine neden olur. Azottan daha tehlikelidir. Malzemenin elastikiyetini azaltır.