Çelik evet mi hayır mı? Tasarımcılar ve ürün geliştiriciler bunu dikkate almalı

Eyfel Kulesi gerçek bir çelik şaheseridir. 1889'da tamamlanan Paris’in simgesi, 18.000'den fazla parçadan oluşuyor ve hâlâ dünyanın her yerinden gelen ziyaretçiler için bir mıknatıs. Güçlü ve elastik metalden havadar ve dayanıklı bir yapı yaratan Gustave Eiffel ve adamları tarafından 7.300 ton çelik kullanıldı. 130 yılı aşkın bir süredir “Yaşlı Demir Kadın” hava koşullarının, siyasetin zorluklarına ve günde 32.000 çift ayağa kadar dayandı.

Fransa'dan gelen tasarımcının bir zamanlar fark ettiği şey bugün hala tartışmasız: Çelik, çok çeşitli uygulamalardaki bileşenler için çok çeşitli avantajlara sahip bir malzemedir. Ancak dezavantajları da vardır ve her zaman en iyi seçim değildir. Aşağıda dayanıklı metalin artıları ve eksileri hakkında genel bir bakış okuyabilirsiniz.

Tasarımcılar ve ürün geliştiriciler için çeliğin avantajları

• Statik yük kapasitesi ve esneklik
  Çelik yapılar genellikle çok uzun süre korunan yüksek statik yük taşıma kapasitesine sahiptir. Örneğin, dış mekan fotovoltaik sistemlerinin dikey desteklerinin büyük yükler taşıması ve uzun yıllar boyunca ve tüm mevsimler boyunca güçlü çevresel etkilere dayanması gerekir. Çeliğin yüksek elastiklik modülü nedeniyle elastik hammadde, yüksek yük taşıma kapasitesinin garanti edilmesi gereken her yerde, hatta daha geniş alanlarda bile kullanılır. Örneğin, Berlin'deki Reichstag binasının genel kurul salonu kurşun geçirmez bir cam cepheyle donatılmıştı ve bu kadar yüksek bir açıklıktaki bu ağır ve kalın cam cepheyi yalnızca çelik destekleyebilirdi.
  
  

• Dinamik stres
  Çelik aynı zamanda üretimdeki bileşenler için de popüler bir malzemedir çünkü bir yandan sert ve güçlüdür, diğer yandan da sağlamdır ve çok az yorulma belirtisi gösterir veya hiç göstermez. Hidrolik bileşenler gibi parçaların periyodik olarak özellikle yüksek veya düşük yüklere maruz kaldığı durumlarda dinamik gerilime karşı yüksek düzeyde direnç özellikle önemlidir.
  
  
• Alaşımlarda çeşitlilik
  Hammadde çeliği, alaşım elementleri kullanılarak kolayca çoğaltılabilir ve çok çeşitli uygulamalar için optimize edilebilir. Günümüzde otomotiv endüstrisinde çarpma sönümleme elemanları olarak yüksek mukavemetli alaşımlar kullanılmaktadır. Bunlar ve diğer kalite biçimleri genellikle modern yeniliklere eşlik eden yeni gereksinimler nedeniyle ortaya çıkar. Çelik sektöründeki trendler sürekli birbirini aşıyor ve Welser Profil gibi şirketler de bu gelişmeleri destekliyor.
  
  
• %100 geri dönüştürülebilirlik
  Alüminyumun aksine (türüne göre toplanması gerekir), çeliğin yaşam döngüsü sınırsızdır ve bu nedenle %100 geri dönüştürülebilir. Mevcut araştırmalar ve ilk üretim gelişmeleri de yeşil çeliğe odaklanıyor ve çeliğin kullanımını sürdürülebilir bir gelecek trendi haline getiriyor.

• Termal genleşme katsayısı
  Binaların yüksek sıcaklıkta fısıldaştığını duyan herkes burada hayaletlerin iş başında olmadığını bilir. Güneş 40-50°C'de perde duvarlara vurduğunda doğru malzeme önemlidir çünkü örneğin alüminyumun termal genleşmesi çeliğin iki katıdır.
  

• Yüksek yangın dayanımı
  Yangın durumunda bile çelik, yangına dayanıklılığı nispeten yüksek olduğundan bileşenler ve yangın kapıları için en uygun malzemedir. Binanın içinde veya üzerinde bir yerde yangın çıkması durumunda, örneğin alüminyum nispeten hızlı bir şekilde çökerken, çelik parçalar, aşırı ısı altında hemen deforme olmadan yanan alevlere uzun süre dayanabilir.
  
  
• Çeşitli çelik türleri
  Şu anda piyasada 2.500'den fazla çelik türü bulunmaktadır ve bunlar yapısal çeliklerden alaşımlı/alaşımsız çeliklere, takım çelikleri ve (yüksek) dayanımlı çeliklere, paslanmaz çelik ve özel çeliklere kadar çeşitlilik göstermektedir. Çoğu durumda, bireysel çelik kalitelerinin malzeme özellikleri, tasarımcıların ve ürün geliştiricilerin kendi bileşenleri için sahip oldukları bireysel gereksinimlerle eşleşir. Ve çelik üreticilerinin çabaları henüz sona ermedi.
  
  
• Yüksek kullanılabilirliğe sahip hammadde
  Son zamanlarda çokça dile getirilen hammadde kıtlığına rağmen, özellikle Orta Avrupa'da çelik malzeme arzı oldukça yüksektir. Çelik tedarikçileri ve çelik işleme şirketleri de yeterince temsil edilmektedir, böylece özellikle geleneksel çelikler genellikle her zaman mevcuttur.
  
  

Tasarımcılar ve ürün geliştiriciler için çeliğin dezavantajları

• Ağırlık
  Çelik, alüminyumdan daha yüksek bir ağırlığa sahiptir. Ancak mukavemeti ve yüksek sertliği nedeniyle metalin malzeme kalınlığı bu ağırlık dezavantajını en aza indirecek kadar ince seçilebilir.
  
  
• Korozyon koruması
  Birçok ortamda çıplak çelik, korozyona karşı örneğin alüminyuma göre çok daha az dayanıklıdır. Örneğin açık yüzeyli ve kenarlı profillerin korozyon koruması yoktur ve bu nedenle ek bir kaplamayla korunmalıdır.
  
  
• İşleme
  Rollform ile şekillendirilmiş çelik bileşenlerin avantajı, delik delme, yüzey işleme ve boy kesimlerinin doğrudan sisteme entegre edilebilmesidir.
  
  
• Maliyet önyargısı
  Bu her ne kadar doğal bir dezavantaj olmasa da, söz konusu bileşen için en iyi malzeme olsa bile çeliğin erken bir aşamada hariç tutulması olumsuz etki yaratan bir önyargıdır. Birçok tasarımcı ve ürün geliştirici arasındaki hakim görüş, çeliğin alternatiflere göre daha yüksek maliyetlerle ilişkili olduğu yönündedir. Ancak maliyet muhasebesi o kadar çok faktöre bağlıdır ki, bireysel hesaplamalar çoğu zaman şaşırtıcı sonuçlara yol açmaktadır.
  
  

Rollform ile şekillendirme sırasında çelik

Rollform ile şekillendirme sırasında (aynı zamanda rollform ile profil verme veya rollform ile form verme), bir bobine sarılan çelik şerit, sistemdeki çeşitli silindirlerden geçirilerek istenilen şekillendirme sağlanır. Kaynaklama ve zımbalama gibi ek işlem ve bitirme işlemleri, yalnızca birkaç üretim adımında ilgili bileşenin çok çeşitli mukavemet ve işlevselliklerine olanak sağlar. Dayanıklı, mukavim malzeme ile esnek, sürdürülebilir sürecin birleşimi, tasarım ve ürün geliştirme açısından ikna edici bir potansiyele sahiptir:

• İlk üretim sürecinde doğrudan sistem üzerinde fonksiyonel parça boşaltma, delme ve kabartma yapmak mümkündür.
• Yüksek mukavemetli çeliklerde bile dar toleranslarla karmaşık kesitler üretilebilir.
• Dekoratif yüzeyler mevcutsa yine rollform şekillendirme ile bu ihtiyacı karşılamak da mümkündür.
• Rollform şekillendirme, kapalı profil kesitlerinin (lazer veya HF kaynaklı profil boruları ve özel borular) uygun maliyetli üretimini sağlar.

Parçanız için çeliğin doğru malzeme olup olmadığına ilişkin 7 soru

Elbette aşağıdakiler her bileşen için hemen net bir cevap sağlamayan temel sorulardır. Bununla birlikte, yeni parçanız için çelik malzeme arayışının değerli olup olmadığına dair ilk göstergeyi alacaksınız. Bakalım kaç soruya EVET diyerek cevap verebileceksiniz:

• CO₂'yi azaltmak şirketimin iklim hedeflerinden biri mi?
• Parçamın yüksek rijitliğe (bükülme, burulma) sahip olması gerekiyor mu?
• Parçamın yüksek ısıya dayanması gerekiyor mu?
• Parçamın yüksek burulma kuvvetlerine dayanması gerekiyor mu?
• Parçamın 5 yıldan daha uzun süre dayanması mı gerekiyor?
• Parçamın aşınmaya dayanıklı olması gerekiyor mu?
• Parçamın hafif ama aynı zamanda çok güçlü olması mı gerekiyor?

Sonuç: Çelik, evet mi hayır mı?

Çeliği kullanma kararı sadece malzemeye ilişkin bir karar değil, aynı zamanda günümüz şirketlerinin geleceğe yönelik sorunlarına da ilişkin bir karardır. İnovasyon ve sürdürülebilirlik, özellikle kalkınmaya özgü bağlamda giderek daha fazla el ele gidiyor. Örneğin çelik, alüminyuma göre kaynak ve enerji açısından daha verimlidir ve bugün aklımıza bile gelmeyecek çok yönlü uygulama olanaklarıyla etkileyicidir. Rollform ile şekillendirme prosesi sayesinde, üretim maliyetlerini hemen artırmadan çok sayıda ek fonksiyon bir parçaya entegre edilebilir.

Yeni parçanız için çelikle ilgili 7 sorudan 4'üne EVET yanıtı verdiniz mi? O zaman bunun hakkında konuşalım. Kesinlikle bağlayıcı değildir ve tamamen bilgilendiricidir.