Vasıflı Çeliklerin Otomotiv Sanayisindeki Yeri

1.VASIFLI ÇELİKLERİN OTOMOTİV SANAYİSİNDEKİ YERİ

On dokuzuncu yüzyılın son on yılından bu yana, otomotiv gibi endüstriyel yapılar temel olarak çeliklere dayanıyordu. Çelikler mühendislik uygulamalarında en çok kullanılan malzemelerden biridir zaman içinde de kullanım alanları artmış ve gelişmiştir. Kullanım alanlarından biri de otomotiv endüstrisidir. Otomobil üretiminde dünya çapındaki rekabet nedeniyle, otomotiv endüstrisinin zorluklara karşı uygun yanıtları bulması gerekiyordur. Tüm bu zorlukların giderilmesi geleneksel malzemeler ve geleneksel üretim yöntemleri ile mümkün değildir. Bu yüzden yeni malzemeler ve yeni üretim yöntemleri geliştirilmektedir.

Endüstriler arasında da çok sayıda uygulama için oluşturulabilecek birçok farklı alaşım vardır. Vasıflı çelikler, otomotivlerde, inşaat sektöründe, savunma sanayinde, uçaklarda ve daha birçok alanda kullanılmaktadır. 1920’lerden beri otomotiv sanayinin de gelişimi ile birlikte de dünya çapındaki otomobil üreticilerinin en çok tercih ettiği malzeme vasıflı çelikler olmuştur ve olmaya da devam edecektir. Vasıflı çeliklerin imalatında demir öncelikle belli oran karbon ile karıştırılarak çelik hammaddesinin elde edilmesi sonucunda çeşitli alaşımlar ile nitelikli hale getirilmiştir.

Vasıflı çelikler araçların hafiflemesini sağlamaktadır bu da çeşitli nedenlerle desteklenmektedir. Aracın bileşenleri yol tutuşunu etkiler, bu nedenle çelik, yalnızca güvenliği değil, aracın genel performansını da sağlamak için seçilir. Diğer nedenlerden bazıları da şu şekildedir: Katı ve giderek artan çevre kısıtlamaları, zararlı emisyonların azaltılması ihtiyacı, daha yüksek güvenlik gereklilikleri. Bu gerekliliklerin yerine getirilmesinde ağırlık azalması belirleyici bir role sahiptir. Bugün çelik, ortalama bir otomobilin ağırlığının yaklaşık %65'ini ve tüm aracın bel kemiğini oluşturuyor.

Ortalama olarak araç başına 900 kg çelik kullanılıyor fakat yeni vasıflı çelik sınıfları, otomobil üreticilerinin geleneksel çeliğe kıyasla araç bileşenlerinin ağırlığını %25-39 ve toplam araç ağırlığını %8-10 oranında azaltmasını sağlar. Tipik bir beş kişilik aile arabasına uygulandığında, aracın toplam ağırlığını 100-150 kg azaltır bu da yolcu güvenliğini ve araç performansını arttırır. Bunlardan dolayı araç ağırlığının azaltılması bugün otomotiv endüstrisinin en büyük önceliği haline geldi ve bu noktada da vasıflı çelikler kilit rol oynuyor.

Bir otomobilin toplam ağırlığında, otomobil gövdesi belirleyici bir role sahiptir. Sac şekillendirme, otomobil gövde elemanlarının üretiminde en önemli üretim süreçlerinden biri olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, yeni, düşük maliyetli üretim süreçlerinin detaylandırılması, sac metal şekillendirmedeki ana hedeflerden biridir.

2.OTOMOTİV SANAYİNDE KULLANILAN VASIFLI ÇELİK KALİTELERİ

2.1.Karbon Çelikleri

2.1.1.Düşük Karbonlu Çelikler

Aracın hem içinde hem de dışında bulunabilir. Debriyaj mahfazaları, süspansiyon parçaları, kontrol kolları, braketlerde kullanılırlar. Dekoratif kullanımları ayrıca tekerlek jantları, kapaklar, vidalar, rondelalar, cıvatalar, somunlar, bağlantı elemanlarıdır. Bunların tümü, bir aracın yapısını ve dengesini korumak için gereklidir. Otomotivlerde kullanılan düşük karbonlu vasıflı çelikler:

• SAE 1008, çoğunlukla orta derecede kaynak, çekme, bükme ve şekillendirmenin gerekebileceği açıkta veya açıkta olmayan parçalar için kullanılır.
• SAE 1010, otomotivlerde kaportalar ve daha küçük parçalarda kullanılırlar.
• SAE 1020, kamyonlarda, otomotivlerde, akslarda ve mekanik parçalarda kullanılırlar.
• SAE 1025, dişliler, pimler, valfler, uçak ve otomotiv bileşenlerinde kullanılırlar.

2.1.2.Orta Karbonlu Çelikler: Yüksek mukavemetlerinin, aşınmaya ve tokluklarına karşı dirençlerinin bir sonucu olarak, orta karbonlu çelikler genellikle demiryolu rayları, otomotiv endüstrisi tren tekerlekleri, krank milleri ve bu özelliklerin kombinasyonunu gerektiren dişliler ve makine parçaları için kullanılır. Otomotivlerde kullanılan orta karbonlu vasıflı çelikler:

• SAE 1030, makine parçaları, kancalar, braketler, frenler ve debriyajlarda kullanılırlar.
• SAE 1035, otomobil arkalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
• C30, oto komponent yapımında kullanılmaktadır.
• C35, otomobil parçalarında yaygın olarak kullanılırlar. Makine, şasi, koltuk parçalarında yer alırlar.
• C40, otomobil arkalarında kullanılırlar.
• SAE 1040, şaftlar, gerilimli pimlerde kullanılmaktadır.
• SAE 1050, otomotivlerde ki yaylarda kullanılırlar.
• SAE 1045, otomotiv uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Mühendislik alanında önemli bir rol oynamaktadır. Genellikle aks, biyel, cıvata, somun ve krank milinde kullanılmaktadır.

2.1.3.Yüksek Karbonlu Çelikler: Yüksek karbon içeriğine sahip çelikler, su verme olarak bilinen bir ısıl işlem yöntemine tabi tutulmuş alaşımlardır. Araç çerçeveleri, şasi, burçlar, kapı panelleri, destek kirişlerinde kullanılırlar. Otomotivlerde kullanılan yüksek karbonlu vasıflı çelikler:

• SAE 1060, çelik, akslar, miller, pistonlar, dişliler ve debriyaj disklerinde kullanılırlar.
• SAE 1070, şaft, yaylarda kullanılmaktadır.

2.2.Islah Çelikleri

Islah çeliklerinin, otomotiv eksantrik milleri için bağlantılardan çelik burunlu başlıklar gibi yüksek mukavemet gereksinimleri olan karmaşık şekilli bileşenlere kadar birçok kullanımı vardır. Otomotivlerde kullanılan ıslah çelikleri:

• 41CrS4, ortalama ısıl işlem bölümlerinin ortalama yüklü parçaları ve araç imalatı, motor ve makine imalatında geliştirilmiş işlenebilirlik için uygundur.
• 41Cr4(SAE 5140), krank milleri gibi otomotiv tahrik elemanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır
• 42CrMo4(SAE 4140, genellikle su verildikten ve temperlendikten sonra kullanılan, yüksek yoğunluklu, yüksek sertleştirilebilirliğe sahip yaygın bir krom-molibden çeliğidir. 42CrMo4 alaşımlı mühendislik çelik malzemeleri, otomotiv tahrik elemanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
• 42CrMoS4, birçok endüstride yaygın olarak kullanılır. Yüksek mukavemet ve aşınma direncine sahiptir. Aletler, otomotiv parçaları, makine mühendisliği, dişli çarklar, biyel kolları, makine mühendisliği parçalarında kullanılır.
• 34CrNiMo6, yüksek mukavemet, yüksek tokluk ve iyi sertleşebilirliğe sahip bir su verme ve tavlama çeliğidir . Büyük akslar, makine bileşenleri, aletler ve yüksek mukavemetli bağlantı elemanları için kullanılır.
• 34Cr4, makinelerin, yapıların ve küçük araçların parça ve alt gruplarının imalatında kullanılır.
• 37Cr4, otomobil endüstrisi ve makine mühendisliği milleri, biyel kolları, krank milleri, vidalar için düşük ve orta gerilimli bileşenlerde kullanılır.

2.3. Paslanmaz Çelik

Bir çelik hammaddesi, ancak diğer alaşım bileşiklerinin yanı sıra en az %10,5 krom, %1 karbon içeriyorsa 'paslanmaz' tanımına sahip olabilir. Bu çelik türünün çarpıcı bir özelliği, aşındırıcı malzemelere direnme yeteneğidir. Parlak ve hafif gövdeli tasarımı, yalnızca araç imalatında değil, birçok endüstride dayanıklılık ve işlevsellik ile eş anlamlı olmuştur. Araç egzoz sistemleri 15 ila 2 kilogram paslanmaz çelik içerir. Otomotivlerde kullanılan paslanmaz vasıflı çelikler:

• 303 paslanmaz çelik, otomotiv sanayinde dişlilerde ve bağlantı elemanlarında kullanılmaktadır.
• 304 paslanmaz çelik, saclar özellikle otomotiv sanayinde kullanılmaktadır.
• 420 paslanmaz çelik, gaz türbini egzoz susturucularında, donanımda, motor şaftlarında ve daha fazlasında kullanılma eğilimindedir.

3.VASIFLI ÇELİKLERİN ÖNEMİ

Vasıflı çelikler artık neredeyse her yeni araç tasarımında kullanılıyor. Halihazırda kullanılan geleneksel yumuşak çeliğin yaklaşık %60'ının yerini alacağı tahmin edilmektedir. Vasıflı çelikler çok ince ölçülerde üretilebildiğinden ve yumuşak çeliklerle aynı mukavemeti koruduğundan, tasarımcılar geleneksel çelikleri vasıflı çelikler ile kolayca değiştirebilirler. Maliyet-fayda analizi sonucunda, çelik parçaların diğer hafif malzemelerden, daha güçlü ve daha ucuz olduğunu görülmektedir. Çelikle rekabette en popüler hafif malzeme alüminyumdur. Otomotiv endüstrisinde kullanılan alüminyum mütevazı bir artış gösterse de, alüminyum ile üretilen gövde yapıları çeliğe göre %60 ila %80 daha pahalıya mal olmaktadır.

'Geleceğin mobilitesi' kavramı sonucunda hibrit araçlardan, elektrikli araçlara doğru eğilim gün geçtikçe artmaktadır bu da genellikle otomotiv endüstrisinin bir dönüşümü olarak sunulsa da, araç üreticileri hala araba üretiyor ve hepsi de esas olarak çelikten yapılıyor. Bu da araçların hafifleme ihtiyacının var olmaya devam edeceğini gösteriyor. Dolayısıyla önümüzde ki yüzyıl tüketiciler, otomotiv sektöründe çeliğe olan talebin şekillenmesinde önemli bir rol oynamaya devam edecektir. Mevcut entegre mobilite ve ulaşım vizyonları, tüketici tutum ve davranışlarındaki değişikliklere bağlı olarak zaman içinde gelişecektir. Bu geçişin bir parçası olarak, otomotiv üreticileri ve dolayısıyla çelik tedarikçileri ana rol oynayacaktır. Geleceğin, çelik üreticileri ve çelik değer zincirindeki diğer oyuncuların vasıflı çeliklerin gelişimine odaklanması gerekmektedir.