Çelik ve demir, imalatta en sık kullanılan metallerden ikisidir. Genel olarak demir, dünyada doğal olarak bulunan bir metal elementtir. Son derece çok yönlüdür ve en güçlü ve en ucuz metallerden biridir. Bu arada, bitki ve hayvan yaşamında çok önemli bir unsurdur. Bununla birlikte çelik, demir ve karbonun karıştırılmasıyla oluşturulan insan yapımı bir alaşımdır. Sofra takımlarından savaş gemilerine, gökdelenlere ve uzay roketlerine kadar çeşitli insan yapımı nesnelerde bulunabilir.
Çoğu kişi terimleri birbirinin yerine kullansa da, çelik ve demir iki farklı metaldir. Bu makale kısa tanıtımlarını, türlerini ve çelik ile demir arasındaki farkları tartışacaktır. Demir ve çeliğin nasıl farklı olduğuna dair ayrıntılı bir bakış için okumaya devam edin.
Çelik Nedir?
Çelik, demir ve karbonun bir alaşımıdır. Ağırlık olarak, çelik yaklaşık %2,14 karbon içerir. Karbonun varlığı, çeliğe diğer demir türlerinden daha yüksek mukavemet ve kırılma direnci verir. Çelik, silikon, manganez, fosfor, kükürt ve oksijen gibi diğer elementlere eklenerek özelliklerini geliştirilebilir. Örneğin, korozyona ve oksidasyona dayanıklı paslanmaz çelikler genellikle fazladan %11 krom gerektirir. Burada oksidasyon potansiyeli düşük olan krom oksitlenir. Bu, demirin oksitlenmesini önler. Sonuç olarak, çelik çok daha uzun süre parlar.
Çelik, yüksek çekme dayanımı ve düşük maliyeti nedeniyle inşaat, altyapı, aletler, gemiler, trenler, araçlar, makineler, elektrikli aletler ve silahlarda kullanılabilir. Ismarlama prototipleme için çelik kılavuzların kullanımında da önemlidir.
Çelik Çeşitleri Nelerdir?
Bir alaşım olarak çelik, farklı kimyasal elementler eklenerek güçlendirilebilir. Bu, her biri kendi özelliklerine sahip 3.500’den fazla farklı çelik kalitesi yapmayı mümkün kılar. Bununla birlikte, bu çelik kaliteleri genellikle dört farklı türde sınıflandırılır: karbon çeliği, alaşımlı çelik, takım çeliği ve paslanmaz çelik.
Karbon çelik
Karbon çeliği, günlük üretilen tüm çeliğin %80’ini oluşturan en yaygın türdür. Karbon çeliği ayrıca karbon içeriğine göre düşük karbonlu veya yumuşak çelik, orta karbonlu çelik, yüksek karbonlu çelik ve ultra yüksek karbonlu çelik olarak gruplandırılır.
Düşük karbonlu Çelik
Yaygın olarak yumuşak çelik olarak bilinen düşük karbonlu çelik, ucuz olması ve çeşitli kullanımlar için uygun malzeme özelliklerine sahip olması nedeniyle en popüler türdür. Düşük karbonlu çelik, yaklaşık %0,05-0,25’lik bir karbon içeriğine sahiptir, bu da onu dövülebilir ve sünek hale getirir. Yumuşak çelik, düşük çekme mukavemetine sahiptir, ancak ucuzdur ve şekillendirilmesi kolaydır. Düşük karbonlu çeliğin yüzey sertliği karbonlama ile geliştirilebilir.
Orta karbonlu Çelik
Orta karbonlu çelikteki karbon içeriği %0,3-0,6’dır. Güçlü bir aşınma direncine ve hoş bir süneklik ve güç dengesine sahiptir. Bu çelik kalitesi genellikle miller, akslar, dişliler, krank milleri, kaplinler ve dövme parçalar gibi makine bileşenlerini yapar. Ayrıca trenler için ray ve tekerlek yapımında da kullanılabilir.
Yüksek karbonlu çelik
Karbon, yüksek karbonlu çeliğin %0,60 ila %1,00’ini oluşturur. Sertliği diğer kalitelere göre daha yüksektir, ancak sünekliği daha düşüktür. Yüksek karbonlu çelikten yaylar, halat telleri, çekiçler, tornavidalar ve anahtarlar yapılabilir.
Ultra yüksek karbonlu Çelik
Ultra yüksek karbonlu çeliğin karbon yüzdesi kabaca %1,25-2,0’dir. Yüksek sertlik derecesine kadar temperlenebilen çeliklerdir. Bu çelik kalitesi, kamyon yayları, metal kesme aletleri gibi sert çelik nesneler ve (endüstriyel olmayan) bıçaklar, akslar veya zımbalar gibi diğer benzersiz uygulamalar için kullanılabilir. Toz metalürjisi, %2,5’tan fazla karbon içeriğine sahip çeliklerin çoğunun yapılmasına hizmet eder.
Alaşımlı çelik
Alaşımlı çelikler, demir ve karbonun yanı sıra, vanadyum, molibden veya kobalt gibi temel çeliğin özelliklerini etkilemeye yetecek miktarda ek elementler içerir. Alaşımlı çelik, mekanik özelliklerini iyileştirmek için ağırlıkça %1.0 ila %50 arasında değişen toplam oranlarda bir dizi elementle alaşımlanmıştır. Alaşımlı çelikler iki kategoriye ayrılır: düşük alaşımlı çelikler ve yüksek alaşımlı çelikler.
Takım Çeliği
Takım çeliği, çok sert olan ve makineler için takımlar, kalıplar ve parçalar üretmek için kullanılan bir alaşımlı çeliktir. Gelişmiş sertlik ve aşınma direnci için nikel, molibden veya tungsten gibi diğer elementler eklenmiş demir ve karbondan yapılmıştır. Takım çelikleri ayrıca çeliğin yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasını, hemen soğutulmasını ve ardından tekrar daha düşük bir sıcaklığa ısıtılmasını içeren temperleme ile sertleştirilir.
Paslanmaz çelik
Paslanmaz çelikler, diğer alaşım elementleri olsun ya da olmasın en az %10 krom içeren düşük karbonlu çeliklerdir. Mukavemeti ve korozyon direnci nedeniyle nakliye ve işleme ekipmanlarında, motor parçalarında ve ateşli silahlarda sıklıkla kullanılır. Kromun varlığı, paslanmaz çeliğin sertliğini, mukavemetini ve korozyon direncini arttırır. Nikel karşılaştırılabilir faydalar sağlar, ancak süneklik veya tokluktan ödün vermeden sertlik ekler. Aynı zamanda termal genleşmeyi azaltarak daha büyük boyutsal kararlılık sağlar.
Demir Nedir?
Demirin simgesi Fe’dir ve atom numarası 26’dır. Yeryüzünde kütlece en yaygın elementtir ve oksijenden hemen sonra gelir. Demir, dünyanın dış ve iç çekirdeklerinin çoğunu oluşturur. Yerkabuğunda en yaygın olarak bulunan dördüncü elementtir. Gerçekte demir, binaları ve köprüleri desteklemek için yaygın olarak kullanılan sağlam metal değildir. İnşaatta ve diğer amaçlarla kullanılan demir, saf demir değil, şu anda ünlü olduğu fiziksel özellikleri elde etmek için diğer elementlerle harmanlanmış bir alaşımdır.
Bozulmamış ve saf demir, çok yumuşak ve kırılgan olan gümüş grisi bir malzemedir. Zayıf mekanik özelliklere sahip olmasına rağmen, saf demir olağanüstü termal ve elektriksel iletkenliğe ve olağanüstü manyetik özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, demir, kahverengiden siyaha değişen hidratlı demir oksitler olan pası oluşturmak için oksijen ve su ile kolayca reaksiyona girer. Yüksek saflıkta ütüler (elektrolitik demir gibi) korozyona daha dayanıklıdır.
Demir Çeşitleri Nelerdir?
Saf demir, çok kullanışlı olamayacak kadar yumuşak ve reaktiftir, bu nedenle günlük kullandığımız “demirin” çoğu, çelik gibi daha güçlü, daha esnek metal formlar elde etmek için demiri diğer elementlerle (özellikle karbon) karıştırarak yapılan demir alaşımlarıdır. Bazı yaygın demir türleri arasında pik demir, dökme demir ve dövme demir bulunur.
Pik demir
Pik demir, ham demir olarak bilinen tıknaz kalıplanmış bloklar olarak üretildiği için temel ham demire verilen isimdir. Pik demir yapmak için yüksek demir oksit içeren bir demir cevherini ısıtmak için bir yüksek fırın kullanılır. Silindir şeklinde devasa bir endüstriyel şömine. Düzenli “patlamalar” halinde içine büyük miktarda sıcak hava üflenir.
Demir cevheri, fırın içinde kok (karbon açısından zengin bir kömür türü) ve kireç taşı ile kimyasal olarak reaksiyona girer. “İndirgeme” adı verilen kimyasal bir işlemde kok, oksijeni demir oksitten “çeker” ve nispeten saf bir sıvı demir üretir. Kireçtaşı, kayalık cevherin kil, kum ve küçük taşlar gibi “cüruf” adı verilen atık bir bulamacı oluşturan diğer kısımlarını ortadan kaldırmaya yardımcı olur.
Yüksek fırında üretilen demir, %90-95 demir, %3-4 karbon ve az miktarda silisyum, manganez ve fosfor gibi ek elementler içeren bir alaşımdır. Pik demir, %100 saf demirden çok daha serttir, ancak yine de çoğu sıradan uygulama için çok zayıftır.
Dökme demir
Dökme demir, dökülmüş sıvı demirdir. Demir eritilir, bir kalıba dökülür ve boru, dişli veya büyük demir köprü kirişi gibi nihai bir yapısal şekil elde etmek için soğutulur ve sertleştirilir. Dökme demirin yüksek karbon içeriği (pik demirle hemen hemen aynı — yaklaşık %2-4) onu aşırı derecede sert ve kırılgan yapar: dökme demirdeki büyük karbon kristalleri, demir kristallerinin etrafa dağılmasını engeller. Dökme demirin iki büyük dezavantajı vardır: Birincisi, sert ve kırılgan olduğu için ısıtıldığında bile şekil vermek neredeyse imkansızdır; ikincisi, oldukça çabuk paslanır.
Dövme demir
Ferforje, sıvı demirin cüruf (artık atık) ile karıştırılmasıyla oluşan benzersiz bir maddedir. Oldukça düşük karbon içeriğine sahip bir demir alaşımıdır. Ferforje, dökme demirden daha yumuşak ve daha az serttir, bu da onu daha kolay şekillendirmenize ve paslanmaya daha az eğilimli olmanıza olanak tanır.
Çelik ve Demir: Farkları Nelerdir?
Her iki metal de aynı baz bileşikle başlarken, üretimden sonra farklı metallere dönüşür. Sonuç olarak, sıklıkla farklılıklar gösterirler. Çelik ve demir arasındaki farka daha yakından bakalım.
Element Bileşimi
Demir, dünya yüzeyinin altındaki kayalarda bulunan doğal bir elementtir ve çelik, demirin diğer elementlerle karıştırılmasıyla yapılır. Demiri diğer elementlerle karıştırmadan önce rafine edilmeli ve karbon eklenmelidir. Çeşitli çelik türleri oluşturmak için manganez ve silikon gibi elementler eklersiniz. Alaşımlı çelikler, krom, nikel, molibden ve diğer elementler eklenerek elde edilebilir. Örneğin, insanlar krom ve nikel ekleyerek paslanmaz çelik elde edebilirler. Paslanmaz çelik, standart çelikten çok daha dayanıklı olduğu ve yavaş paslandığı için son derece değerlidir. Bazı paslanmaz çelikler korozyona dayanıklı olduklarından çatal bıçak takımı yapımında kullanılırlar.
Korozyon Direnci
Korozyon, metal bileşimini kimyasal oksidasyon yoluyla değiştiren doğal bir süreçtir. Oksidasyon metalin paslanmasına ve turuncu renge dönüşmesine neden olur. Çeliğin, demirden önemli ölçüde daha fazla korozyona dayanıklı olduğuna inanılmaktadır.
Demir oksidasyona ve dolayısıyla paslanmaya eğilimlidir. Su, çeliğin bütünlüğünü tehlikeye atabilirken, bu riski azaltmak ve direnci artırmak için bazı adımlar atılabilir. Örneğin çeliğin yüzeyinde koruyucu boyalar ve spreyler bulunabilir. Ayrıca korozyona karşı ateşe dayanıklı malzemelerle de kaplanabilir. Çelik ayrıca gözeneksiz bir alaşımdır ve doğal olarak korozyona dayanıklıdır.
Güç ve Ağırlık
Çelik, demirden daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve daha güçlüdür. Çelik, yüksek mukavemeti ve çok yönlülüğü nedeniyle binalarda, konutlarda ve demiryolu hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çelik ayrıca demirden daha hafiftir ve çekme gerilimini daha iyi idare edebilir. Çeliğin mukavemeti ve ağırlığı, eğilme veya bükülme olasılığını azaltır.
Dökme demir, dayanıklılığı ile bilinir, ancak sünekliği ile tanınmaz. Bununla birlikte, dökme demir binada daha kırılgan ve daha az yararlı olabilir. Durum bu olduğundan, alet yapımında demir daha sık kullanılır.
Dayanıklılık ve Hava Direnci
Çelik, zamanın ve elementlerin testine dayanacak bir yapı inşa ederken kullanılacak en büyük malzemedir. Aşırı güç ve ısı, yapısal çelik tarafından tolere edilebilir. Bu, ateşe dayanabileceği ve rüzgar ve yağmur gibi diğer unsurlara karşı koyabileceği anlamına gelir. Çeliğin küflenmeden etkilenme olasılığı demirden daha düşüktür.
Çelik, çok yönlülüğü nedeniyle en dayanıklı inşaat malzemelerinden biri olarak kabul edilmektedir. Çelik deforme olmaz, bükülmez, kırılmaz veya çürümez. Demir bu özellikleri paylaşamaz. Çeliğin dayanıklılığı, yapı projelerinde demire tercih edilmesinin başlıca nedenlerinden biridir. Çelik ayrıca I Kirişler ve basit ürünler gibi kesitler üretmek için iyi bir şekilde uyarlanmıştır.
Çok yönlülük
Çelik, binada bize esneklik ve yaratıcılık verir. Çelik, herhangi bir projenin gereksinimlerini karşılamak üzere bükülebilir ve şekillendirilebilir. Bu nedenle çelik, içi boş kesitli parçalar gibi karmaşık şekillere sahip parçalar yapmak için kullanılır. Mimarlar, işlevsellikten ödün vermeden tasarım ve ifade esnekliği nedeniyle çeliği tercih ederler.
Demir genellikle saf haliyle kullanılamayacak kadar yumuşaktır. Bir alaşım veya karbon ile birleştiğinde demirin çok yönlülüğü artar. Geçmişte mimarlar, karmaşık şekillere dönüştürülebildiği için demiri severdi. Bu, bugün hala görülebilen çok sayıda klasik süs unsuruyla sonuçlandı. Demir, mimaride güzel süs unsurlarına izin verirken, çelik kadar çok yönlü değildir.
Maliyet ve Ekonomi
Yapısal çelik genellikle binada demirden daha ekonomiktir. Çelik, Sanayi Devrimi’nden bu yana seri üretim nedeniyle ekonomik olarak faydalı bir malzeme olmuştur.
Yapısal olarak çelik, demirden çok daha hafiftir. Bunun genel inşaat maliyetleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Çelik üretiminin demir üretiminden daha ucuz olduğu da düşünülüyor. Çeliğin fiyatı derecesinden etkilenir. Benzer şekilde, daha yüksek kalite de demir fiyatlarını etkileyecektir. Dökme demir gibi daha güçlü demirler, daha yüksek üretim seviyelerine ihtiyaç duyar ve bu da daha yüksek fiyatlara neden olur.
Sürdürülebilirlik ve Çevre Dostu
Hem demir hem de çelik çevre dostu ve sürdürülebilir olarak kabul edilir. Yapı çeliği %100 geri dönüştürülebilir ve yapı sektöründeki en sürdürülebilir malzemelerden biridir. Çelik, dayanıklılıktan ödün vermeden süresiz olarak geri dönüştürülebilir. Çelik, uzun ömürlü olduğu için çevre için demirden daha iyi kabul edilir.
Demir geri dönüştürülebilir olmakla birlikte, üretim süreci yoğun bir şekildedir. Ayrıca, çelik endüstrisinin karbon ayak izi azaldığı için demir daha az sürdürülebilir.
Renkler ve Uygulamalar
Çelik tipik olarak gümüş rengindedir; ancak bu, alaşımlara ve kaplamalara bağlı olarak değişir. Demir, doğal olarak oluşan gümüş grisi bir elementtir.
Çelik her yerde kullanılır: Borular, somunlar ve cıvatalar, bağlantı elemanları, valfler, TMT, yapılar, savunma, demiryolu parçaları, havacılık, vb. Binalar ve altyapı, mekanik ekipman ve otomobiller, çeliğin kullanıldığı üç önemli uygulamadır. Demirin üç önemli kullanımı vardır: metallerin ve alaşımların, mıknatısların ve işlenmiş metal eşyaların merkezi bir bileşeni olarak.