DEMİR

Arı halde gümüşsü beyaz renkli bir metal olan demir (Fe), dünyada ki metaller içinde en bol bulunanların ikincisi, elementler arasında ise dördüncüsüdür. Yeryüzünün çekirdeği, büyük miktarda metal demirden yapılmıştır. Ancak, yeryüzü kabuğunda demir, öteki maddelerle tepkimeye girmiş durumdadır. Arı durumda çok seyrek bulunur: Yalnızca bazı göktaşlarında ve bazaltlı kayalarda.

Tüm bitkilerin, hayvanların ve insanların, yaşamak için demire ihtiyaçları vardır. İnsanlarda en büyük demir yüzdesi, kırmızı kan hücrelerinde bulunur. Hemoglobinin temel bölümlerinden birini oluşturur. Kasalarda ve dokularda, küçük miktarlar halinde bulunur.

Demirin kimyasal simgesi olan Fe, latince ?demir? anlamına gelen ferrum? dan türetilmiştir. Demirin atom numarası 26, atom ağırlığı 55,85 ve özgül ağırlığı 7,86? dır.

Demir, küçük iğnelerden dev yapılara kadar, binlerce işlenmiş ürünün ana maddesidir. Kükürt ve oksijen gibi metallerle kolayca birleşir. Başka herhangi bir metalden çok daha büyük miktarlarda, alaşımlarda kullanılır. En yararlı ve ucuz metallerden biri olan çelik, demire küçük bir miktar karbon katılmasıyla elde edilir.

Topaz, turkuvaz ve lal taşı dahil, çeşitli değerli taşların kapsamında deri vardır.

DEMİR FİLİZLERİ
Demir, yer kabuğunda büyük miktarlarda bulunan birçok yükseltgenmiş minerallerden ergitilir. Bu mineraller arasında hematit, magnetit, limonit ve karbonat sideriti sayabiliriz.

Hematit (Fe2O3), yüzde 70 demir, yüzde 30 oksijen kapsayan bir filizdir. Adı, kan kırmızısı renginden ötürü yunanca ?kan? sözcüğünden türetilmiştir. Hematit, bazen eşkenar paralel yüzlü biçiminde, bazen bir gül yapraklarına benzeyen ince tabakalar halinde, bazen de boya maddesi olarak kullanılan ve topraklı kırmızı bakır filizi diye adlandırılan bir toz halinde bulunur.

Magnetit (Fe3O4), adını magnetit özelliklerinden alan ve yüzde 72 demir kapsayan en zengin demir filizidir. Eşkenar paralel yüzlü ve sekiz yüzlü sistemlerde billurlaşır. Magnetit su ve çözelti halindeki gazların kimyasal olarak aşındırmaya uğrattığı olivin ve biyotit gibi kayaların değişiminden de oluşur.

Limonit filizi, dünya demir üretiminde oldukça önemli bir yüzde oluşturur. Her bir limonit örneğinde ki demir yüzdesi, bulunan su molekülleri sayısına bağlıdır. Öteki demir filizlerinin değişimiyle oluşan limonit çoğunlukla demirli su çözeltileri yataklarındadır. Demir bakterisi adıyla bilinen küçük organizmaların hareketi de büyük miktarlarda limonit yatakları oluşumuna yol açmaktadır. Avrupa? daki en büyük yataklar olan Alsace-Lorraine yatakları böyle oluşmuştur.

Siderit, FeCO3 formülüyle gösterilen ve yüzde 43 demir kapsayan bir demir II karbonattır. Billurları eşkenar paralel yüzlüdür. Siderit değişimi uğramadığı sürece beyazdır; ama yükseltgenliğinde (oksitlendiğinde), rengi sarı ile ya da kahverengiyle dönüşür. Siderit, çeşitli türlerde tortul kayalarda birleşme ya da kayaların kimyasal değişmeleri sonucu oluşur.

Mika, formülü FeO(OH) olan bir demir hidroksittir. Limonit ile birlikte bulunur. İğne biçiminde billurlar ya da tabakalar halinde rastlanır.

Prittien de (demir disülfür, FeS2 büyük miktarlarda demir çıkarılır. Prit, kavurma denilen bir süreçle, kükürt dioksit yapmak için bol hava ile yakılır. Kükürt dioksit, daha sonra, demir çıkarılmasına elverişli olan sülfürik asit ve demir oksitler oluşturmadan kullanılır.

DEMİR YATAKLARI

A.B.D. en büyük demir üreticisidir. Hemen her eyalette demir bulunur. Ancak, en önemli yataklar Michigan, Minnessota ve Wisconsin? deki hematit filizleridir. Dünya yüzeyindeki insan yapısı en geniş delik, Minnessota? da Hibbing yakınlarındadır ve bir de demir madeni yüzünden açılmıştır. Lorraine? deki büyük limonit yatakları, Fransa için zengin ve ekonomik bir demir kaynağı oluşturur. Rusya? daki başlıca yataklar Urallar? da Perm? de ve Ukrayna? da dır. Britanya? da demir filizi yatakları, Midlands ve Kuzey İngiltere kömür havzaları arasında yer alır. İsveç, Almanya, İspanya, Lüksemburg, Kanada ve Hindistan? da geniş yataklar vardır. Son yıllarda Afrika? da da geniş demir yatakları ortaya çıkarılmıştır.

Birçok demir filizi yatağının geçmişi, bir yükselme ve düşüş öyküsüdür: Birçoğu, yüzyıllarca işletildikten sonra bırakılmış, ötekiler,yüzyıllarca ilgi çekmedikten sonra gün ışığına çıkarılmıştır. Geçmişte çıkarma teknikleri, yüksek nitelikli metalin yalnızca çok arı haldeki filizlerden çıkarılmasına olanak sağlayacak düzeydeydi

Bugün metal işleme tekniklerindeki gelişme nedeniyle bir yatağın kazanç getirici sayılabilmesi için büyük olması ve açık tavanlı madenciliğe elverişli olması gerekir.

DEMİR BİLEŞİKLERİ

Demirin başlıca bileşiklerindeki yükseltgenme sayıları +2 ve +3? tür. Havada oksijenle demir oksit oluşturacak biçimde bileşir. Oldukça kararsız olan bu bileşiğin demir (III) oksit denilen ferrik oksit? e (Fe2O3) dönüşme eğilimi vardır. Ferrik oksit, demirin havası bol bir ortamda yakılmasıyla elde edilir. Ferro sülfür? ü (FeS) de kapsayan sülfürleri, hidrojen sülfürün (H2S) amonyaklı ortamda demir tuzları ile etkileşiminden oluşur.

Demirin sülfürik asitte çözünmesiyle, soluk yeşil renkli ferrosülfat [Fe2(SO4)3] oluşur. Ferrosülfat hava ile temas ettiğinde hızla, kahverengi ferrik sülfata dönüşür. Demir hidroklorik asit (HCI) ile birleşince, susuz halde beyaz renkli, dört hidrojenli haldeyse yeşil renkli ferro klorür (FeCI2) oluşur. Demir klorla tepkiyince yer yer yeşile çalan ve siyahımsı-kırmızı renkli bir bileşik olan ferrik klorür oluşur.

ÇELİK NEDİR ?

ÇELİK, bir Demir (Fe) Karbon (C) alaşımıdır. C?dan başka farklı oranlarda alaşım elementleri ve empürite elementler bulunur. Çeliğe farklı özellikler kazandıran içerdiği elementlerin kimyasal bileşimi ve çeliğin iç yapısıdır. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri katılabileceği gibi, çeşitli işlemler (ıslah, normalizasyon vs.) ile iç yapı da kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelik elde edilir.

Manganez (Mn), Fosfor (P), Kükürt (S) ve Silisyum (Si) üretim sırasında hammaddeden kaynaklanan elementler olup, çelik bünyesinde belirli oranlarda bulunur. Diğer elementler ise (Cr, Ni vs.) ferro-alyajlar halinde istenilen miktarlarda çelik bünyesine ilave edilir.

Çelik demir cevherinden veya hurdadan geri dönüşüm ile iki şekilde üretilmektedir. Sıvı çelik üretildikten sonra döküm ile ingot olarak veya sürekli döküm yöntemi ile kütük veya blum olarak şekillendirilir.

Vasıflı Çelikler alaşımsız, düşük alaşımlı ve alaşımlı çelikler olup, kitlesel olarak üretilen çeliklerden bazı noktalarda ayrılmaktadır. Bu noktalar;

Üretim yöntemi,

Üretim araçları,

Alt limitlerde bulunan S, P ve diğer empüritelerin ile çözünmüş gaz miktarları.


Çelikler genel olarak aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır;

Karbon ve alaşımlı çelik olarak bileşimlerine göre,

Üretim yöntemlerine göre

Son üretim yöntemine göre

Ürün şekline göre

Kullanım yerleri, üretim programları ve deoksidasyon durumlarına göre


Çeliklerin temel özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir;

Çeliklerin büyük çoğunluğu ısıl işlemlere karşı duyarlıdır. Kimyasal bileşimin yanı sıra uygulanan ısıl işlemler sonucunda istenen sertlik, mekanik ve fiziksel özellik, elektriksel özellik, korozyona ve yüksek sıcaklığa dayanım özelliklerine tam olarak kavuşturulabilir.

Çelikler yapılarının gerektirdiği sıcaklıklara kadar ısıtıldıklarında şekillenme özelliğine kavuşur. (Haddeleme, Presleme, Dövme)

Ayrıca kimyasal bileşim ve iç yapı olarak uygun olan çelikler haddeleme, presleme gibi yöntemlerle soğuk olarak da şekillendirilebilir.

Talaş kaldırıcı tezgahlarda işlenerek, istenilen şekil ve yüzey düzgünlüğüne getirilebilir.

Kimyasal bileşim olarak uygun olan çelikler kaynak işlemi ile birleştirilebilir.

Çeliklerin büyük bir bölümü çeşitli yöntemler ile metal ile kaplanmaya, emaye yapılmaya, boyanmaya ve plastik maddeler ile kaplanmaya elverişlidir.


Alaşım Elementlerinin Çelik Yapısına Etkisi:
Karbonlu Çelikler:

Mn, Si gibi alaşım elementlerinin bir veya ikisinin çeliğin içindeki değerleri,-enaz- Mn %1,65 ? Si %0,60 geçmiyor ve kimyasal bileşiminde başka herhangi bir alaşım elementinin belirli bir miktarda (en az) bulunması istenmiyorsa bu çelikler, karbonlu çelikler sınıfına girer.

Alaşımlı Çelikler:

Karbonlu çeliklerin normal olarak sağlanamayan kendine has özellikleri kazanmak için, bir veya birden fazla alaşım elementi katmak suretiyle yapılan çelikler alaşımlı çeliklerdir. Mn, Si gibi alaşım elementlerinin bir veya birden fazlasının, çeliğin içindeki değerleri Mn %1,65, Si %0,60?dan fazla olan ve bunlara öteki elementlerden ?Al B Cr Co Mo Ni Ti W V Zr- birinin veya birkaçının bulunması istenen çelikler, alaşımlı çelikler sınıfına girer.

Alaşımlı çeliğin, alaşım elementlerinin alt ve üst limit değerleri arasındaki fark çok az olup, alaşım elementi sayısı arttıkça, alınacak dökümlerde uygun olmayanların sayısı fazlasıyle artar. Alaşımlı çelik ingot ve kütüklerin gerek yüzünde gerekse içinde meydana gelmesi muhtemel çatlamalara neden olmaması için, özel kuyu ocaklarında ağır ağır soğutulur. Ayrıca haddeleme ve dövme işlemlerinden önce son olarak hatalar giderilir. Bu nedenlerden ötürü alaşımlı çelik yapımı, karbonlu çeliklere kıyasla daha zordur.

Karbon:

Çelikte başlıca sertleştirici etkisi olan elementtir. Karbon miktarındaki her artış, çeliğin sıcak haddeleme ve normalize edilmiş halindeki sertlik ve çekme dayanımını arttırır. Fakat esnekliğini, dövülme, kaynak edilme ve kesilme özelliğini zayıflatır.

Mangan:

Çeliğin dayanımını geliştirici bir alaşım elementidir. Esnekliğini az miktarda azaltır. Dövme ve kaynak edilme özelliğine olumlu etkide bulunur. Manganın, sertlik ve dayanımını arttıran özelliği, karbon miktarına bağlıdır. Manganın yüksek karbonlu çeliklerdeki etkisi, düşük karbonlu çeliklere oranla daha fazladır. Mangan suverme derinliğini arttırır. Paslanmaya ?korozyona- olan dayanımını geliştirir.

Silisyum:

Çelik dökümlerde fiziksel dayanımı ve özgül ağırlığı arttırır. Silisyum, mangan gibi bütün çeliklerde bulunan bir elementtir. Çelik yapımında demir cevherinden, veya ocak astarı olan tuğlalardan da bir miktar silis, çeliğin bünyesine kendiliğinden girer. Silisyumlu çelikler deyimi; bileşiminde %0,4?dan fazla silisyum olan çelikler için kullanılır. Çelikte silisyumun bulunması esnekliği eksi yönde etkilese de beher %1 artış için çekme dayanımını 10 kg/mm2, akma dayanımını da benzer oranda arttırır. %14 arasında silisyum bulunan çelikler, kimyasal tepkilere karşı dayanımlı olduklarından, bu durumdaki çelikler dövülemezler.

Fosfor:

Fosfor; genel olarak çelikte zararlı olarak bilinir, yüksek nitelikteki çeliklerde fosfor yüzdesi en çok olarak 0,030-0,050 arasında tutulur.

Kükürt:

Kükürt; çeliği kırılgan yapar ve haddelenmesini güçleştirir. Çeliğin işlenebilme özelliğinin arttırılması söz konusu olmadığı hallerde, fosfor gibi istenmeyen yabancı maddeler olarak kabul edilen bir elementtir. Normal olarak müsaade edilen miktar en çok %0,025-0,050 arasında sınırlandırılır.

Krom:

Krom; çeliğin dayanım özelliğini arttıran fakat buna karşılık, esnekliğini çok az bir dereceye kadar eksi yönde etkileyen bir alaşım elementidir. Krom, çeliğin sıcağa dayanımını arttırır. Kabuk ?tufal- yapmayı önler. İçinde yüksek oranda krom bulunması; çeliğin paslanmaya karşı dayanımını arttırır.

Kromlu paslanmaz çeliklerde krom oranı arttıkça, kaynak edilebilme yeteneği azalır. Krom, dengesi çabuk bozulmayan karbürü meydana getirir. Çelikte beher %1 oranındaki krom yüzdesi artışına karşılık, çekme dayanımında yaklaşık olarak 8-10 kg/mm2?lik bir artış görülür. Aynı oran içinde olmamakla beraber, akma dayanımı yükselirse de çentik dayanımı düşer.

Nikel:

Nikel; çeliğin dayanımını silisyum ve mangana kıyasla daha az arttırır. Çelikte nikel, özellikle kromla birlikte bulunduğu zaman, sertliğin derinliklere inmesini sağlar.

Krom nikelli çelikler paslanmaz, kabuklaşmaya ve ısıya dayanımlıdır. Özellikte düşük sıcaklıklarda, makine yapım çeliklerinin çentik dayanımını arttırır. Nikel, ıslah ve sementasyon çeliklerinin dayanımını arttırdığı gibi, istenen yapıdaki çelikler, paslanmaya ve kabuklaşmaya dayanımlı çelikler için, uygun bir alaşım elementidir.

Molibden:

Molibden; çeliğin çekme dayanımını özellikle ısıya dayanımıyle kaynak edilme özelliğini arttırır. Yüksek miktarda molibden, çeliklerin dövülebilmesini güçleştirir. Molibden, kromla birlikte daha çok kullanılır. Molibdenin etkisi volframa benzer.

Alaşımlı çeliklerde molibden; krom nikelle birlikte kullanıldığında, akma ve çekme dayanımını arttırır. Molibden kuvvetli karbür meydana getirdiğinden, hava ve sıcakiş çeliklerinde, ostenitik pasa dayanımlı çeliklerde, sementasyon, makine yapım çelikleriyle ısıya dayanımlı çeliklerin yapımında kullanılır.

Vanadyum:

Vanadyum; çok düşük miktarda kullanıldığında çeliğin sıcağa dayanımını arttırır. Vanadyum, alaşımlı makine yapı çelikleri tane yapısının ince olmasını ve fiziksel özelliklerinin gelişmesini sağlar.

Aynı zamanda çelik kesici uclarının, daha uzun zaman keskin kalmasını sağlar. Genellikle alaşımlı makine yapım çeliklerinde bulunan vanadyum miktarı %0,03-0,25 arasında değişir. Karbür yapmaya karşı kuvvetli bir eğilimi vardır. Çeliğin çekme ve akma dayanımını arttırır. Makine yapım ve sıcakiş çeliklerinde özellikle vanadyum krom, hava ve makine yapım çeliklerinde volframla birlikte kullanılır.

Volfram:

Volfram; çeliğin dayanımını arttıran bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinde, kesici kenarlar sertliğin artmasını kullanılma ömrünün uzamasını ve yüksek ısıya dayanımını sağlar. Bu yönden hava çeliklerinde, takım çeliklerinde ve ıslah çeliklerinde, alaşım elementi olarak yaygın bir şekilde kullanılır. Çelikte volframın bulunması belirli yüzdelere kadar kaynak edilebilme özelliğine geliştirici etkiler yapar. Çeliğe ilave edilecek beher volfram yüzdesi, akma ve çekme dayanımını 4 kg/mm2?ye kadar arttırır. Volframın karbür meydana getirmeye karşı kuvvetli bir eğilimi olup, yüksek çalışma sıcaklığında, çeliğin menevişlenip sertliğini kaybetmemesini sağladığından, sıcağa dayanımlı çeliklerin yapımında tercih edilir


alıntıdır