2Cr13 Takım Çeliği: Kapsamlı Bir Genel Bakış

2Cr13 takım çeliği, özellikle mukavemet, tokluk ve korozyon direncinin dengesini gerektiren plastik kalıpların üretiminde yaygın olarak kullanılan çok yönlü bir malzemedir. Düşük karbonlu martensitik paslanmaz çelik olarak, genellikle söndürme ve temperlemeden sonra kullanılır. Bu ısıl işlem, mekanik özelliklerini artırarak zorlu uygulamalar için uygun hale getirir.

2Cr13 çeliğinin temel avantajlarından biri, verimli işleme ve şekillendirmeye olanak tanıyan iyi işlenebilirliğidir. Isıl işlemden sonra, zorlu ortamlarda bile uzun ömür sağlayan mükemmel korozyon direnci gösterir. Ek olarak, çeşitli yükler altında güvenilir olmasını sağlayan iyi bir mukavemet ve tokluk kombinasyonu sunar.

Korozyon ve ısı direnci 1Cr13 çeliğinden biraz daha düşük olsa da, 2Cr13 havada 700℃'ye kadar stabil oksidasyon direncini korur. Bu, onu orta düzeyde ısıya maruz kalma içeren uygulamalar için uygun hale getirir. Ancak, tavlanmış haldeki kaynaklanabilirliği ve plastisitesinin 1Cr13 çeliği kadar elverişli olmadığını belirtmekte fayda var. Buna rağmen, 2Cr13 çeliği, yüzey kalitesinin kritik olduğu kalıp yapımında önemli bir avantaj olan mükemmel parlatma özellikleriyle bilinir.

1. 2Cr13 takım çeliğinin kimyasal bileşimi

2Cr13 çeliğinin kimyasal bileşimi GB/T 1220—2007'ye göre standartlaştırılmıştır. Ana elementlerinin tipik kütle kesirleri şunlardır:

• Karbon (C): 0.16% – 0.25% (genellikle 0.16% civarında)
• Silisyum (Si): ≤1.00% (genellikle ≤0.60%)
• Manganez (Mn): ≤1.00% (genellikle ≤0.80%)
• Krom (Cr): 12.00% – 14.00%
• Kükürt (S): ≤0.030%
• Fosfor (P): ≤0.040% (bazen ≤0.035% olarak belirtilir)

Bu elementler çeliğin eşsiz özelliklerine katkıda bulunurken, krom korozyon direnci sağlayan birincil alaşım elementidir.

2. 2Cr13 takım çeliği diğer birçok standarda eşdeğerdir:

• Almanca DIN: Malzeme numarası 1.4021, kalite X20Cr13
• İngiliz BS: Sınıf S62
• İngiliz EN: 56B/56C Sınıfları
• Fransız AFNOR: Sınıf Z20C13
• Birleşik Dijital Kod: S45830

Bu çapraz referanslama, farklı standardizasyon sistemlerine aşina olan küresel müşteriler için faydalı olabilir.

3. 2Cr13 takım çeliğinin fiziksel özellikleri

2Cr13 çeliğinin fiziksel özelliklerini anlamak, çeşitli mühendislik bağlamlarında uygulanması için çok önemlidir. İşte temel fiziksel özellikler:

• Erime Noktası: 1450 – 1510℃
• Yoğunluk: 7,75 t/m³
• Özgül Isı Kapasitesi (cₚ): 459,8 J/(kg·K)

Bu özellikler çeliğin işleme ve kullanım sırasında nasıl davrandığını etkiler.

Kritik Sıcaklıklar:

• Aa₁: Yaklaşık 820℃
• Aa₃: Yaklaşık 950℃
• Ac₁: Yaklaşık 780℃

Bu sıcaklıklar, çeliğin faz dönüşümlerini tanımlaması açısından ısıl işlem prosesleri açısından önemlidir.

Elastiklik Modülü (E): 2Cr13 çeliğinin sertliği sıcaklıkla azalır:

• 20℃'de: 210 – 223 GPa
• 400℃'de: 193 GPa
• 500℃'de: 184 GPa
• 600℃'de: 172 GPa

Doğrusal Genleşme Katsayısı (α): Bu, çeliğin ısıtıldığında ne kadar genleştiğini ölçer:

• 20-100°C: 10,5 ×10⁻⁶ °C⁻¹
• 20-200°C: 11,0 ×10⁻⁶ °C⁻¹
• 20-300°C: 11,5 ×10⁻⁶ °C⁻¹
• 20-400°C: 12,0 ×10⁻⁶ °C⁻¹
• 20-500°C: 12,0 ×10⁻⁶ °C⁻¹

Isıl İletkenlik (λ): Çeliğin ısıyı ne kadar iyi ilettiğini gösterir:

• 20-100℃: 23,0 W/(m·K)
• 20-200℃: 23,4 W/(m·K)
• 20-300℃: 24,7 W/(m·K)
• 20-400℃: 25,5 W/(m·K)
• 20-500℃: 26,3 W/(m·K)

Elektriksel Direnç (ρ)): Çeliğin elektrik uygulamalarındaki davranışını etkiler:

• 20℃'de: 0,55 ×10⁻⁷ Ω·m
• 100℃'de: 0,65 ×10⁻⁷ Ω·m

Bu özellikler, özellikle sıcaklık değişimleri veya elektrikli bileşenler içeren belirli uygulamalar için 2Cr13 çeliğini seçerken tasarımcılar ve mühendisler için dikkate alınması gereken önemli özelliklerdir.

4. 2Cr13 takım çeliğinin ısıl işlemi

Düzgün ısıl işlem 2Cr13 çeliğinin tüm potansiyelini açığa çıkarmak için esastır. Aşağıdaki işlemler yaygın olarak kullanılır:

4.1 Dövme

• Isıtma: Çeliği 850℃'ye ulaşmadan önce yavaşça ısıtın ve fırını ≤800℃'de yükleyin.
• Dövme Sıcaklığı: Dövme işlemine 1160-1200℃'de başlayın ve ≥850℃'de bitirin.
• Soğutma: Dövme işleminden sonra kumda soğutun veya hemen tavlayın. Zayıf ısı iletkenliği nedeniyle 850℃'nin altına ısıtma kademeli olmalıdır.
• Dövme Sonrası: Dövme parçaları yavaşça soğutun ve hemen temperleyin.

4.2 Yumuşatma İşlemi

İşleme için sertliği azaltmak için:

• Yüksek Sıcaklıkta Tavlama: 750-800℃
• Alternatif Yöntem: 1-2 saat boyunca 875-900℃'de tutun, ardından 15-20℃/saat hızında 600℃'nin altına soğutun, ardından hava soğutması yapın. Bu, 170-200 HB sertliğe ulaşır.

Elde edilen yapı, (Cr, Fe)₂₃C₆ karbürlü kromca zengin ferrittir.

4.3 Söndürme

• Sıcaklık: Genellikle 1050℃ civarında.
• Soğutma: Küçük kalıplar için, deformasyonu en aza indirmek için hava soğutması mümkündür. Daha büyük kalıplar genellikle yağla söndürülür.

4.4 Temperleme

2Cr13 çeliği genellikle iki temperlenmiş durumda kullanılır:

• Yüksek Sertlik ve Korozyon Direnci İçin: 200-350℃'de temperleyin.
• Dengeli Güç, Esneklik ve Dayanıklılık İçin: 650-750℃'de temperleyin.

Not: İstenmeyen özelliklerin oluşmaması için 400-600℃ arasında temperleme yapmaktan kaçınılmalıdır.

4.5 Önerilen Söndürme ve Tavlama

• Söndürme: Yağ soğutması 980-1000℃ arasındadır.
• Tavlama: İstenilen özelliklere göre değişmektedir.

4.6 Gerilim Giderici Tavlama

• 730-780℃'de temperleyin ve ardından hava soğutmasına geçin.
• Kaynaktan sonra, gerilimi azaltmak için temperleyin. Yüksek sıcaklıklarda yavaş soğutma, bainit oluşumuna yol açabilir.

4.7 Ön Sertleştirme Isıl İşlemi

• 860-900℃'ye ısıtın ve 160-187 HBW'ye ulaşana kadar fırını soğutun.

4.8 Standart Söndürme ve Tavlama

• Söndürme: 1000-1050℃'ye kadar ısıtın, sonra yağ veya su ile ≥45 HRC'ye kadar soğutun.
• Tavlama: 660-670℃'de, 20-23 HRC'ye kadar hava soğutmalı.

Bu ısıl işlem süreçleri, çeliğin özelliklerinin belirli uygulama gereksinimlerine göre uyarlanmasına olanak vererek çeşitli senaryolarda optimum performansı garanti eder.

5. 2Cr13 Çeliklerinin Mekanik Özellikleri

2Cr13 çeliğinin mekanik özellikleri büyük ölçüde maruz kaldığı ısıl işleme bağlıdır. Aşağıda farklı işlemlerle elde edilen tipik özellikler verilmiştir:

5.1 Söndürme ve Tavlama Sonrası

980-1000℃ arasında söndürülen, yağda soğutulan ve daha sonra temperlenen numuneler için:

• Akma Gücü (Rp0.2): ≥440 MPa
• Çekme Dayanımı (Rm): ≥640 MPa
• Uzama (A): ≥20%
• Alan Azaltma (Z): ≥50%
• Çarpma Enerjisi (Ku₂): ≥63 J
• Sertlik (HBW): 192-223

5.2 Tavlanmış Durum

Tavlanmış martensitik paslanmaz çelik soğuk haddelenmiş saclar ve şeritler için:

• Akma Gücü (Rp0.2): ≥225 MPa
• Çekme Dayanımı (Rm): ≥520 MPa
• Uzama (A): ≥18%
• Soğuk Bükme (180°): d = 2a
• Sertlik (HBW): ≤223

5.3 Yüksek Sıcaklık Özellikleri

1000-1020℃'de söndürme, yağ soğutma ve 720-750℃'de tavlama sonrasında çelik, yüksek sıcaklıklarda aşağıdaki özellikleri sergiler:

Test Sıcaklığı (∘C)	Çekme (Rm​, MPa)	Verim (Rp0.2​, MPa)	Uzama (δ, %)	Kırmızı. Alan (ψ, %)	Darbe (αk​, J/cm2)
20	720	520	21.0	68.0	65-175
300	555	400	18.0	66.0	120
400	530	405	16.5	58.5	205
450	495	380	17.5	61.0	–
500	495	420	22.5	66.0	–
550	440	365	32.5	72.5	–

Bu özellikler çeliğin yüksek sıcaklıklarda mukavemetini ve sünekliğini koruyabilme yeteneğini ortaya koyarak, onu ısıya maruz kalma uygulamaları için uygun hale getirir.

6. 2Cr13 Çelik Uygulamaları

Dengeli özellikleri nedeniyle 2Cr13 çeliği çeşitli uygulamalar için popüler bir seçimdir. Özellikle şunlar için uygundur:

• Plastik Kalıplar: Özellikle yüksek yük ve aşındırıcı ortamlarda kullanılan, şeffaf plastik ürünlerin kalıpları başta olmak üzere.
• Yüksek Gerilimli Bileşenler: Türbin kanatları, sıcak yağ pompası milleri ve kovanları, pervaneler ve hidrolik pres valf plakaları gibi.
• Endüstriyel ve Tüketim Malları: Bunlara kağıt endüstrisi, tıbbi ekipman ve bıçak ve çatal bıçak takımı gibi ev eşyalarındaki uygulamalar da dahildir.

Ek olarak, 2Cr13 çeliği delme ve çekme kalıplarının imalatında Cr12 tipi çeliğin yerine kullanılabilir. Karbürleme, söndürme ve temperleme ile işlendiğinde 62-65 HRC yüzey sertliğine ve 38-41 HRC çekirdek sertliğine ulaşabilir ve bu da kalıpların hizmet ömrünü geleneksel Cr12 çelik işlemlerine kıyasla 1-2 kat uzatabilir.

7. Diğer Çeliklerle Karşılaştırma

2Cr13 çeliğinin benzer malzemelerle nasıl karşılaştırıldığını anlamak, belirli ihtiyaçlar için doğru çeliği seçmenize yardımcı olabilir:

• 1Cr13 Çelik'e Karşı: 2Cr13, söndürme ve temperlemeden sonra daha yüksek mukavemet ve sertlik sunar, ancak biraz daha düşük korozyon ve ısı direncine sahiptir. Tavlanmış durumda kaynaklanabilirliği ve plastisitesi de düşüktür.
• 30Cr13 Çelik'e Karşı: 30Cr13, söndürmeden sonra 2Cr13 (20Cr13) ve 12Cr13 çeliklerinden daha yüksek mukavemete, sertliğe ve sertleştirilebilirliğe sahiptir. Oda sıcaklığında seyreltik nitrik asit ve zayıf organik asitlere karşı bir miktar korozyon direnci sağlar, ancak 12Cr13 ve 20Cr13'ten daha azdır.
• 4Cr13 Çelik'e Karşı: 4Cr13, 30Cr13'e göre daha yüksek mukavemet ve sertliğe sahiptir, ancak daha düşük tokluğa ve korozyon direncine sahiptir, kaynak kabiliyeti daha zayıftır.
• 20Cr13 Çelik'e Karşı: 20Cr13, 12Cr13'e benzer özelliklere sahiptir ancak biraz daha yüksek mukavemet ve sertliğe, daha düşük tokluğa ve korozyon direncine sahiptir.

Bu karşılaştırmalar, farklı özellikler arasındaki artıları ve eksileri vurgulayarak mühendislerin uygulamalarının özel gereksinimlerine göre en uygun çeliği seçmelerine olanak tanır.