Demir-Çelik Endüstrisi ve Metal Malzeme Seçimi

Hem demir hem de çelik birkaç milenyum boyunca insan medeniyetinin gelişmesinde önemli bir rol oynamıştır ve tarımda, inşaatta, elektrik üretimi ve dağıtımında, makine ve aletlerin üretiminde, ev aletleri ve tıp sektöründe kullanımları bulunmuştur.

Metal malzeme seçiminin en yoğun yaşandığı metal endüstrisi, birçok sanayi koluna girdi sağlamakla beraber, tüm endüstri için öncü bir nitelik taşımaktadır. İnşaat, otomotiv, savunma sanayisi ve elektronik gibi birçok sektörün üretimi bu işkoluna bağlıdır ve bu nedenle de oldukça stratejik değer taşımaktadır. Bu sektörün en temel özelliklerine bakılacak olursa:

•    Anapara ve teknolojinin yoğun olduğu yatırımları gerektirmesi, 
•    Metal sektörü içerisindeki diğer alt sektörlerin teknolojik ve mali açıdan birbirlerine oldukça bağlı olmaları, 
•    İlgili iş kolunda tekelleşme oranının diğer farklı sektörlere nazaran daha düşük olması, 
•    Üretim yapılan alanlarda, bölgesel yoğunlaşmanın mümkün olması,
•    Sektörün kamunun nezaretinde gelişme göstermiş olmasıdır

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için paslanmaz çelik sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Metal sektörü oldukça gelişmiş ve çeşitlenmiş birçok alt sektörlere sahiptir. Metal endüstrisinin dünya genelinde öncü ve egemen niteliklerini yitirmeye başladığı yıllarda, demir-çelik sanayi sermayesi gelişmiş ülkelerden, gelişmekte olan ülkelere ihraç edilmeye başlamıştır. 1960 ve takip eden yıllar, gelişmekte olan dünya ülkelerinde petro-kimya, demir-çelik gibi temel sanayi kollarına yapılan yatırımların arttığı ve üretim departmanlarının faal hale geçtiği yıllardır. 1980 ve takip eden yıllarda ise, özel sermayeye yeni kazanç yolları oluşturmak amacıyla tüm dünyada ve özellikle Sovyetlerden ayrılacak olan doğu blokuna dahil ülkeler ile Latin Amerika’da bu sektörde yoğun bir özelleştirme rüzgârı görülmektedir. Birçok sektöre girdi sağlayan metal endüstrisinde yarı mamul ve mamul ürünlerin elde edilmesi için gerekli hammaddenin bulunması, taşınması, stoklanması ve üretime dönüştürülmesi uzun bir zaman gerektirmekte ve sektörde faaliyet gösteren şirketleri küresel ekonomilerde yaşanan dalgalanmalara karşı birçok riskle karşı karşıya bırakmaktadır. Bu ise dolaylı olarak demir-çelik sektörünü, iktisadi dalgalanmalara son derece açık hale getirmektedir. Dünya demir çelik üretimi dikkate alındığında Avrasya ülkeleri üretimin üçte ikisini sağlamaktadır. Onları Amerika Birleşik Devletleri izlemektedir. Üretimin geri kalan kısmında ise Uzakdoğu Asya, Doğu Avrupa ülkeleri ile Latin Amerika devletleri izlemektedir. Hiçbir ülkenin bu sektörde ezici bir üstünlük kurduğu söylenemeyecek olmakla birlikte, tek başına Çin Halk Cumhuriyeti dünyadaki üretimin %17’sini karşılamaktadır.

Malzemelerin tüm mühendislik tasarım sürecinde önemli bir rolü vardır. Malzemelerin mühendisler için uygunluğu her zamankinden çok daha fazladır. Mühendislik tasarımında, malzeme seçimi için uygulama teknikleri uzun yıllardır geliştirilmiştir. Mühendislik tasarımı için uygulama tekniklerinin geliştirilmesi, bir dizi gereksinim beklemek üzere belirli bir cihaz için en uygun materyali seçmek suretiyle sağlanır. Malzeme yönetimi politikası, herhangi bir firmada en iyi malzeme seçiminin seçimine bağlıdır.

Günümüzde yetmiş beş bin ve üzeri demir esaslı metal malzeme olmakla birlikte yüz binden fazla kullanılan geniş malzeme ortamı vardır. Ayrıca günlük hayatta karşılaştığımız ve oldukça sık kullanılan araçlarda binlerce malzeme kullanılabilmektedir. Kullanılan her bir malzeme ayrı ayrı sayılacak olursa; yaklaşık, bir traktörde yirmi bin, bir tankta kırk beş bin, bir uçakta yüz on bin ve bir denizaltıda yüz yirmi bin adet malzeme bulunmaktadır. Bu karmaşık sistemlerde, oldukça çok sayıda malzeme bir araya getirilmekle birlikte, bünyesindeki her bir malzeme önemli görevleri yerine getirmektedir. Dolayısıyla, malzemelerin en doğru şekilde seçilmesi, bulundukları yerdeki şartlara göre, uygun olarak değerlendirilmesi çok önemlidir. Eğer böyle yapılmazsa, çalışma sırasında sistemin söz konusu parçası kırılıp telafisi mümkün olmayan can ve mal kaybına sebep olabilir. Bu durumda iş gücü kaybı ile beraber kaynakların azalmasına neden olabilir. Bu olumsuz durumlara engel olmak için, metal malzemelerin kullanılacakları şartlara ve yüksek dayanım gerektiren durumlara dayanıklı ve uygun bir biçimde seçilmesinde büyük kazanç vardır.

Pek çok mühendislik çalışması gibi metal malzeme seçimi de, işletmeler için problem çözme işidir. Bu problemi çözmek üzere, metal malzeme seçiminin adımları genel kabul olarak aşağıdaki gibi sıralanır:

•    Malzemelerin genel karakteristiklerinin analizi 
•    Aday malzemelerin seçilmesi 
•    Adayların değerlendirilmesi 
•    Gerekli spesifikasyonlara optimum uyum gösteren malzemenin seçimi

Endüstriyel ürünlerin dizayn ve imalatı, uygun malzeme seçimi olmaksızın başarıya ulaşamaz. Dizayna uygun ideal malzemenin seçilmesi işleminde, doğru sonuca ulaşılabilmesi için uzmanların belirlemesi gereken bazı durumlar bulunmaktadır. Uzmanların belirlediği bu durumlara göre bir model oluşturulup ideal malzemenin seçilmesi sağlanabilir.

Seçilmesi istenen malzemede dikkat edilmesi gereken hususlar nelerdir? Bu hususlar kapsamında hangi malzemeler kullanılabilir? Malzeme nasıl bir ortamda kullanılacaktır? Malzeme, belirlenen ortamda nasıl bir görevde kullanılacaktır? vb. gibi durumlar için bir yapı oluşturulmalıdır. Malzeme seçimi işlemini gerçekleştiren pek çok çalışmada bu sorulara cevap teşkil eden örnekler bulunmaktadır.

Malzeme seçiminde, malzemeyi kullanacağınız servis şartları büyük önem arz etmektedir. Yapılan bu çalışmada seçilecek olan malzeme; titreşimli ve basınca duyarlı ortamlarda kullanılması gerekmektedir. Ortama bağlı olarak, malzemeden beklenen özellikler doğrultusunda ana ve alt kriterler oluşturularak bu ortamda kullanıma uygun olan, farklı özellikteki alternatif malzemeler belirlenecektir.

1970’li yıllarla birlikte, kişisel tercihlerini arka plana iten, her üretileni satın alan müşteri profili yerine net bir şekilde özgürce istekte bulunabilen, fonksiyonel tasarım ve fiyat açısından reel gereksinimleri kalite boyutundan feragat etmeden seçen müşteri yapısı söz konusudur. Tüm bu gelişmeler sonunda artık firmalar için teknik mükemmelliğe sahip ürünleri pazara sürmek yeterli olmamaya başlamıştır. Müşteri gözünde ürüne değer katan özellikler; ürün ergonomisi (kolay kullanım, güvenlik ve konfor, kalite (sağlamlık, garanti), estetik (görsel, işitsel ve dokunma), his ve ürün etkisinin belirlenmesi konuları ön plana çıkmıştır.

Ürün tasarım prosesi açısından da müşteri (kullanıcı) gereksinimlerinin (ihtiyaçlarının) çıkarımı ürüne değer katacak fonksiyonların belirlenmesi açısından önemlidir. Belirsiz ve açık olmayan müşteri gereksinimlerinin açık ve anlaşılabilir bilgiye dönüştürülmesi ve bu bilgiler dikkate alınarak ürün tasarım prosesinin şekillendirilmesi üzerinde en çok çalışılan konulardan biridir.

Literatürde tasarımsal anlamda, “mühendislikte estetik” olarak kabul gören bir terim bulunmaktadır. Mühendislikte estetik, mamüllerin veya sistemlerin tasarımında mühendislik ve bilimsel metotların nasıl ortak kullanılacağı ve ürünlerin estetik yapısı bakımından nasıl değerlendirileceğine yönelik bir yaklaşım şeklidir. Mühendislik estetiği yaklaşımın temelini iki prosesli araştırma metodolojisi oluşturmaktadır.

Üretim yönetim süreçleri de sürekli ve hızla değişen müşteri beklentilerine ayak uydurabilmek için kitlesel üretimden kitlesel bireyselleştirmeye yönelmiştir. Kitlesel bireyselleştirme için modüler ürün tasarımı ve bireysel müşteri istek ve ihtiyaçlarını karşılayacak ürün tasarımı yaklaşımları önerilmektedir.
 

Literatürde malzeme seçimi yapan çalışmalar incelendiğinde bu çalışmaların çoğunda tasarımı yapılan parçaya özel (odaklı) seçimler yapıldığı görülmektedir. Geniş bir alanda veya farklı alanlarda malzeme seçimi yapan çalışmaların sayısı ise sınırlıdır. Malzeme seçim literatüründe, farklı kullanım alanlarında bulunan parçalar için kullanılabilecek en genel ve kapsamlı seçim metodolojisi Ashby tarafından oluşturulmuştur. Malzeme seçim literatürü dikkatlice incelendiğinde geliştirilen metotların eleme ve seçim metotları olarak iki ayrı gruba ayrıldığı görülür. Eleme metodları çalışma koşulları tarif edilen parça için uygun olmayan malzemeleri eleyerek uygun aday malzemeleri kullanıcıya sunma amaçlıdır. Seçim metotları ise tarif edilen parça için verilen uygun malzemeler arasında birden fazla kriterdeki değerleri kullanarak bir sıralama yaparak en uygun malzemeyi belirler. Bu bölümde literatürde geliştirilen malzeme seçim metotları yukarıda açıklanan iki grup başlığı altında sunularak incelenmiştir.
 

Eleme metotları arasında birim maliyet metodu, tablo metodu, soru formu oluşturarak eleme yöntemi, bilgisayar destekli seçim metotları ve sinir ağları yer almaktadır. Bu metotlar tanımlanan bir işe en uygun malzemeyi bulmak yerine uygun aday malzemeleri belirleme amaçlıdır. Bu yöntemler tablo yöntemi, anket yöntemi ve birim maliyet yöntemi olarak ele alınmaktadır.

Tablo Yöntemi

Malzemelerin çeşitli kriterler karşısında değerlerini içeren tabloları kullanan Tablo metotları arasında en yaygın kullanılanı Ashby tarafından hazırlanmıştır. Ashby’nin tablo metodunda, malzemelere ait verilerden hazırlanan tablolar CES programı ile taranarak tarif edilen işe ait değerleri sağlamayan malzemeler elenerek kalan malzemeler kullanıcıya sunulmaktadır.

Anket Yöntemi

Anket metodu ile malzeme seçimi yapacak tasarımcıya çeşitli sorular sorarak kriterlerin önemlerini ve seçilecek malzemenin sağlaması gereken değerleri belirlenmeye çalışır. Sorular direkt olduğu gibi dolaylıda (kullanım şartları gibi) olabilir. Sorulara örnek olarak; “Malzeme için gereken en düşük dayanım değeri nedir?”, “Tasarımı yapılan parçanın çalışacağı çevrenin özellikleri nelerdir?” ve “Kullanım sırasında çalışma koşullarında döngüsel değişimler olmakta mıdır?” verebilir. Bu sorulara rakamsal değerle cevap verilebileceği gibi şıklar arasından cevap veya cevaplar seçilebilir. Soruların cevaplanmasının ardından malzemeler arasında tarama ve eleme işlemi yapılmaktadır.

Birim Maliyet Yöntemi

Birim maliyet yöntemi malzeme seçiminde kriter olarak maliyetin diğer kriterlere göre önemi çok fazla olduğu durumlarda kullanılır. Yöntemde malzeme seçiminde maliyetten sonra gelen en önemli kriter belirlenir. Her malzemenin malzeme maliyetinin seçilen diğer kriterdeki değere bölünmesiyle ‘birim’ maliyeti hesaplanır. Maliyet/dayanım ($/MPa) oranı en çok kullanılan birim maliyetlerdendir. Bu oranın düşük olması istenir ve önceden belirlenen bir değerin üstünde olan malzemeler elenir. Yöntemin en önemli eksikliği sadece maliyet ve bir başka kriteri kullanmasıdır.
 

Malzemeler arasında tanımlanan bir parça için en uygun malzemeyi belirlemek amacıyla aday malzemelerin birden fazla kriterdeki değerlerini kullanarak tek bir değerlendirme puanı elde ederek seçim yapan metotlara seçim metotları denir. Bu metotların malzemeleri karşılaştırmak ve aralarından seçim yapabilmesi için kriterlerin önem dereceleri ve malzemelerin kriterlerdeki değerleri gerekmektedir. Literatürde, malzeme seçimlerinde ELECTRE, TOPSIS, VIKOR, AHP, PROMETHEE, MOORA, COPRAS, EVAMIX, ORESTE, OCRA, ağırlıklandırılmış kriterler metodu gibi çok ölçütlü karar verme (ÇÖKV) metotları ve hedef programlama gibi metotlar bulunmaktadır.

Ashby Yöntemi

Ashby, eleme metodu ile elde ettiği aday malzemeler arasından en uygun malzemeyi belirlemek için, kullanıcı kişi, malzemenin kriterlerdeki değerlerini 1 ile 10 arasında bir puana dönüştürür. Ashby’nin metodunda her kriter aynı önemde kabul edildiğinden dolayı malzemenin her kriterde aldığı 1 ile 10 arasındaki puanları toplanır ve malzemeler toplam puanlarına göre büyükten küçüğe doğru sıralanır. Sıralamada en yüksek puanlı malzeme kullanıcıya önerilir.

Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri

Çok ölçütlü karar verme yöntemleri; bir karar verme sürecinde etkili olan kriter sayısının birden çok olduğu durumlarda kullanılmaktadır. Bu süreç içerisinde, kullanılan kriterlerin ağırlıkları eşit olabildiği gibi farklı değerler de alabilmektedir. Aynı şekilde, değerlendirmeyi yapan kişi ya da kişiler karar verici konumunda olup, uygulamaya bağlı olarak her karar verici farklı ağırlıkta öneme sahip olabilmektedir.

Çok ölçütlü karar verme yöntemlerinin kullanılması, uygulamada oldukça kolaylık sağlamaktadır. Normal hayatta sezgisel olarak karar verilip değerlendirilen kriterler, kriter sayısı arttıkça karmaşık bir hal alacağından, sonucun doğruluğu konusunda sıkıntılar oluşmaktadır. Özellikle sosyal bilimler alanında yapılan çalışmalarda, değerlendirmenin sözel şekilde yapılması, kriter sayısının birden çok olması, karar verici sayısının birden fazla olması, karar vericilerin her birinin farklı deneyim ve önseziye sahip olması gibi nedenler sonucu olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Kriter sayısındaki artış aynı zamanda, karar verici ya da karar vericilerin; kriterlerin ağırlık değerlerini her alternatif için aynı derecede değerlendirememesine sebep olabilmektedir ki bu da seçim sürecinde objektifliği ciddi derecede etkileyen bir faktör olmaktadır.

Geniş bir kullanım alanında değerlendirildiğinde; karar verme sürecinde yapılan bir hata büyük sıkıntılar doğurabilmektedir. Bu nedenle pek çok sosyal ya da fen alanında, kişisel önsezi ve deneyimlerin yanında bilimden faydalanılmaktadır. Son dönemde bulanık mantık yaklaşımı ile yapılan, pek çok ÇÖKV problemi bulunmaktadır. Teknik alanda bakıldığında, çok önemli bir süreç olan malzeme seçimi problemi için, dilsel belirsizliğin değerlendirilmesinde kolaylık sağlayan bulanık yaklaşımdan sıklıkla faydalanılmaktadır. Malzeme seçiminin ardından; malzemein performansının değerlendirilmesi gibi pek çok sosyal alanda ya da eşya, hizmet gibi ürünsel performans değerlendirmede, herhangi bir üretim tekniğinin kullanımı hakkında ya da uygulama sonucu kalitenin değerlendirilmesi gibi pek çok farklı alanda bulanık çok ölçütlü karar verme yöntemleri karşımıza çıkmaktadır. Bu çok ölçütlü karar verme yöntemlerin kullanılması ile karar verici ya da karar vericiler; hem kendilerini sözel şekilde ifade ederek durumu değerlendirmiş hem de kriter sayısının sezgisel bir karışıklık doğurarak seçimi etkilemesini engellemiş olmaktadır.

Çok ölçütlü karar verme yöntemleri, kriter sayısının birden fazla olduğu durumlarda kullanılmakta ve kriter sayısı için herhangi bir üst sınırlama getirmemektedir. Kullanım alanına, karar verme işlemi sonucunda elde edilen seçimin sahip olması gereken durumlara göre kriter sayısı arttırılabilmektedir. Çok ölçütlü karar verme yöntemleri ile çözüm sağlanırken, karar verici sayısı da oldukça esnek bir yapıdadır. Karar verici sayısında herhangi bir kısıtlama olmadığı gibi; önem ağırlığının belirlenebilmesi sayesinde karar vericilerin seçime katılmasında da farklı öncelikler sağlanabilmektedir. Her karar vericinin eşit söz hakkına sahip olmadığı durumlar düşünüldüğünde, bu yapı sayesinde seçimde objektif bir sonuç sağlanmaktadır. Yetki farklılıklarının bulunduğu pek çok alanda çözüm gerçekleştirilirken; hiyerarşik yapı nedeniyle karar vericiler seçim sırasında da bu yapıya uygun olarak değerlendirme yapmakta ve sonuç bu doğrultuda oluşmaktadır.