35MnB çeliği, mükemmel sertleşebilirliği ve ısıl işlem süreçlerindeki üstün performansı nedeniyle inşaat makinelerinin paletli şasi bileşenlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür parçalara örnek olarak makaralı tekerlek gövdeleri, paletli zincir ray bağlantıları, diş blokları ve diğer aşınmaya dayanıklı bileşenler dahildir.

Uygulamalarının zorlu çalışma koşulları göz önüne alındığında, 35MnB çeliğin kullanımı su verilmiş ve temperlenmiş durumda olmasını gerektirir.

Sertleşebilirlik su verilmiş ve temperlenmiş çelik için çok önemli göstergelerdir ve değerleri tipik olarak Karbon (C), Silikon (Si), Manganez (Mn), Bor (B) ve Krom (Cr) gibi temel elementlerin sıkı bir şekilde kontrol edilmesiyle korunur.
 

35MnB çeliğindeki karbon içeriği, su verme sonrasında elde edilebilecek sertliği belirler. Daha yüksek karbon içeriği, daha yüksek su verme sertliğine yol açar, ancak aynı zamanda çatlama riskini artırır ve çeliğin plastisitesini ve darbe tokluğunu azaltır.

Paletli şasi gibi önemli bileşenler için, karbon içeriğindeki dalgalanmanın yüzey sertliği ve söndürme tabakası derinliği üzerindeki etkisini en aza indirmek için, karbon içeriğinin seçilmesine yönelik gereksinimlerin belirlenmesi gereklidir. Genel olarak, karbon içeriğinin üst ve alt limitleri %0,05 aralığında kontrol edilir.
 

35MnB çeliğindeki silikon, mukavemeti ve sertleşebilirliği artırmanın yanı sıra, gazın çelikten çıkarılmasına ve çelik üretimi sırasında stabilize edilmesine de yardımcı olur.

Ancak silikon içeriği arttıkça çeliğin plastisitesi ve tokluğu azalır ve bantlı bir yapı oluşturmaya eğilimli hale gelir.
 

35MnB çeliğin birincil alaşım elementi olan manganez (Mn), çeliğin sertleşebilirliğini artırır ve kritik soğuma hızını düşürür. Mn, ısıtma sırasında ferrit ile katı bir çözelti oluşturarak çeliğin mukavemetini arttırır. Mn tipik olarak sertleştirilmiş tabakanın derinliği 4 mm'den fazla olduğunda kullanılır. Bunun nedeni kritik soğutma hızını düşürmesi ve soğutma koşulları stabil olmadığında bile daha düzgün su verme sertliği sağlamasıdır.

Çelikteki Mn içeriği %1,10 olduğunda, plastisitede yalnızca küçük bir azalma ve toklukta hafif bir iyileşme ile çeliğin mukavemetini büyük ölçüde artırır. Bununla birlikte, Mn içeriği bu miktarı aşarsa, sertleşebilirlik ve mukavemet gelişmeye devam edecek, ancak tokluk önemli ölçüde düşecektir.
 

Su verilmiş ve temperlenmiş yüksek dayanımlı çelikte, alaşım elementi B'nin eklenmesi sertleşebilirliği artırabilir. Bu, az miktarda B'nin yüksek sıcaklıktaki östenit içinde çözülmesiyle elde edilir. Soğutma sırasında B, östenit tane sınırlarında ayrışarak ferrit çekirdeklenmesini engeller ve böylece özellikle düşük soğutma hızlarında sertleşebilirliği geliştirir.

Bununla birlikte çelikteki B, söndürme sıcaklıklarında çözünmeyen kararlı BN oluşturmak için N ile kolayca reaksiyona giren aktif bir elementtir. Bu, östenit katı çözeltisindeki etkili B miktarını azaltır ve sertleşebilirliği arttırıcı etkilerini azaltır.

Sertleşebilirliği iyileştirmek için, nitrür oluşturucu elementler eklemek, N elementlerini kontrol etmek ve ostenitte B'nin katı çözelti miktarını korumak gerekir. Ek olarak, B içeriği 30ppm'yi aştığında, malzemenin plastisitesi ve tokluğu önemli ölçüde azalacaktır.

V, Ti, Al ve B gibi elementler çelikte güçlü nitrür oluşturan elementlerdir ve sırasıyla VN, AlN, BN ve TiN nitrürlerini oluştururlar. B içeren çeliğe eklendiğinde, çelikte N tercihen TiN veya Ti (C, N) olarak çökelecektir. Bu çökelme, BN'nin çökelme başlangıç sıcaklığından çok daha yüksek olan 1400°C'den daha yüksek sıcaklıklarda başlar. Sıcaklık düştükçe, TiN'deki katı N oranı artar, N'yi çelikte sabitler ve BN oluşumunu engeller, böylece östenitteki etkin B içeriğini arttırır ve sertleşebilirliği geliştirir.

Etkili B içeriğini en üst düzeye çıkarmak için, çelikteki TiN oranını ideal bir değer olan 3,42 ile kontrol etmek önemlidir. Oran 3,42'den küçükse, kalıntı N içeriği artacak ve BN çökelmesi meydana gelerek etkin B içeriğini, sertleşebilirliği ve kırılganlığı artıracaktır. Bu etkilerden kaçınmak için çelikteki artık N içeriğini sıkı bir şekilde kontrol etmek önemlidir.

Krom İçeriğinin Etkisi

Cr, çeliğin sertleşebilirliğini büyük ölçüde artıran bir elementtir.

Orta karbonlu krom çeliğe Cr ilavesi, faz dönüşümü inkübasyon süresini artırarak izotermal dönüşüm eğrisinin sağa kaymasına neden olur. Bu da perlit dönüşümünün daha yüksek sıcaklıklarda, beynit dönüşümünün ise daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşmesine neden olur.

Sonuç olarak, çeliğe doğru miktarda krom eklendiğinde, su verme işlemi sırasında yavaş soğutma olsa bile, aşırı soğutulmuş östenit, martensit dönüşüm sıcaklığına ulaşmadan önce perlite veya bainite dönüşmeyecek ve çeliğin sertleşebilirliğini önemli ölçüde artıracaktır.

Bununla birlikte Cr, nikel ve manganlı çeliklerin temper kırılganlığını da önemli ölçüde şiddetlendirir. Bu nedenle, 35MnB çeliğindeki Cr içeriği dikkatle düzenlenir.

35MnB paletli bakla çeliğinin sertleşebilirliği üzerinde iz Cr'nin etkisine ilişkin araştırmalar, Cr içeriğindeki (Cr ≤ %0,20) küçük değişikliklerin bile, özellikle Cr içeriği %0,10'u aştığında sertleşebilirliği önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermektedir. Bu, özellikle su soğutmalı uçtan uzak noktalarda çeliğin sertliğini önemli ölçüde artırır.

Su soğutmalı uçtan uzaklık 20,0 m'den fazla olduğunda, sertlik yaklaşık 6 HRC kadar daha da artar.

Ek olarak, %0.18 Cr içeren 35Mnb çeliğinden söndürülebilir yuvarlak çubuğun çapı, %0.02 Cr içeren çeliğinkinden yaklaşık 20 mm daha büyüktür.

Cr, karbür oluşturma yeteneğine sahip olduğundan, ısıtma sıcaklığında bir artış ve daha uzun bir ısıtma süresi gerektirir; bu, indüksiyonla sertleştirme için ideal değildir.

35MnB Çelikte Kalayın Zararı

Çelik yapım işlemi sırasında kalayın yüksek erime noktası, dökümden ve katılaşmadan önce sıvı fazda çökelmesine neden olur. Bu, sıvıda tipik olarak 2-10 μm boyutunda olan kalay parçacıklarının oluşmasına neden olur.

Bu parçacıklar kare, eşkenar dörtgen veya üçgen şekle sahiptir ve son derece yüksek bir sertlik sergiler (1000V'den büyük).

Çeliğin katılaşma başlangıcındaki sıcaklığı 1500℃ olduğunda, çelikte 80 ppm N ve %0,043'ten fazla Ti bulunması sıvı ve kalay çökelmesine neden olur. Benzer şekilde çelikteki N içeriği 40ppm ve Ti içeriği %0,086'yı geçtiğinde sıvı ve kalay çökelmesi olacaktır.

Dendrit erimiş çeliğin nihai katılaşma sıcaklığı 1400°C olduğunda, 80 ppm N ve %0,012'den fazla Ti varlığı, sıvı ve kalay çökelmesine neden olur. Ayrıca çelikteki N içeriği 40 ppm ve Ti içeriği %0,024'ü aşarsa sıvı ve kalay çökelmesi olur.

Sıvı kalay oluşumunu önlemek için çelikteki Ti ve N içeriğini uygun şekilde ayarlamak çok önemlidir. Bu, katılaşma sırasında sıvı kalay çökelmesini önleyecek ve son katılaşan erimiş çelikteki çökelmeyi azaltmak için döküm sırasında soğutma hızını artıracaktır. Soğutma hızını artırarak, yağışın dinamik olarak oluşması için yeterli zaman olmayacaktır.

Kalayın sıvı demir içindeki çözünürlük ürününün hesaplanması, eritme ve dökme sırasında nihai katılaşma sıcaklığının yaklaşık 1495°C olduğunu ve kalayın denge çözünürlük ürününün 0,00302 olduğunu göstermektedir.

N içeriği 80 ppm'de kontrol edilirse, nihai katılaşma sıcaklığında sıvı demirde çözülebilen maksimum kalay miktarı %0,0413'tür. Kalayın sıvı çökelmesini önlemek için, kimyasal bileşimin Ti içeriği ≤ %0,0413 olmalıdır.

Azot içeriği 60 ppm'de kontrol edilirse, nihai katılaşma sıcaklığında sıvı demirde çözülebilen maksimum T içeriği %0,05'tir. Sıvı kalay üretmekten kaçınmak için, çelik kimyasal bileşiminin tasarım Ti içeriği ≤ %0,05 olmalıdır.

35MnB çeliğinde etkili B içeriğini artırmak için çelikteki N içeriği 60 ppm'nin altına düşürülmelidir.

Kalayın sıvı faz çökelmesi 6 μm'yi aşarsa, malzemenin yorulma ömrünü ve darbe tokluğunu büyük ölçüde azaltabilir. 6 μm'yi aşarsa, Al2O3 kırılgan içeriği olarak değerlendirilmelidir.

Sert ve kırılgan olan kalay, Al2O3, MgO · Al2O3 ve Cao · Al2O3 gibi kapanımlar, deformasyon sıcaklığında plastisiteye sahip değildir. Deformasyon sırasında gövde yapısından kolayca ayrılarak devamlılığını bozarlar. Şiddetli durumlarda, deforme olmayan inklüzyonun kenarında çatlaklar veya boşluklar görünebilir.

Hizmette, değişen gerilim kolayca gerilim konsantrasyonuna neden olabilir ve metal yorgunluğunun kaynağı haline gelebilir.

Özet

Malzeme performansını garanti etmek için iyi malzeme bileşimi kontrolü esastır. Eritme sırasında 35MnB malzeme için önerilen bileşim (ağırlık yüzdesi olarak) aşağıdaki gibidir:

Sınıf: 35MnB
K: 0.32-0.36
Si: 0.15-0.35
Mn: 1.1-1.4
P: ≤0.025
S: 0.025
Cr: 0,15-0,25
Ni: 0.2
Cu: 0.25
B: 0,0005-0,003
Al: 0.015-0.045
Ti: ≤0,05
Mo: ≤0.05
[H] ≤2ppm
[O] ≤18ppm
[N] ≤60ppm