Çeşitli ticari amaçlarla metaller ve alaşımlar için dernekler, profesyonel mühendislik toplulukları, standart kuruluşları ve özel sektörler tarafından kullanılmak üzere birkaç farklı numaralandırma sistemi geliştirilmiştir.

Metal veya alaşımı tanımlamak için kullanılan sayısal kod, ürünün karşılaması gereken teknik ve ticari gereksinimlerin bir ifadesi olan bir tanımlamayla ilgili olabilir veya olmayabilir.

Kullanılan numaralandırma sistemleri arasında Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (AISI), Otomotiv Mühendisleri Topluluğu (SAE), Amerikan Test ve Malzeme Kurumu (ASTM), Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI), Amerika Çelik Kurucuları Derneği tarafından geliştirilenler yer almaktadır. Amerikan Makine Mühendisleri Derneği (ASME), Amerikan Kaynak Derneği (AWS), Alüminyum Derneği, Bakır Geliştirme Derneği, ABD Savunma Bakanlığı (Askeri Tanımlamalar) ve Genel Muhasebe Ofisi (Federal Tanımlamalar).

Birleşik Numaralandırma Sistemi (UNS), ticari bir değere sahip metaller ve alaşımlar için farklı numaralandırma sistemlerini ilişkilendirmenin bir yolunu sağlamak için ASTM ve SAE’nin ortak çabasıyla geliştirilmiştir. Bu sistem, aynı malzemeyi belirtmek için birden fazla kimlik numarası kullanıldığında veya tamamen farklı iki malzemeye aynı numara atandığında ortaya çıkan karışıklığı önler. UNS numarasının bir tanımlama olmadığını anlamak önemlidir. UNS numarası, ayrıntılı özellikleri başka bir yerde verilen metaller ve alaşımlar için bir tanımlama numarasıdır.

Her sayı, bir harf ön ekinden ve ardından beş rakamdan oluşur. Bazılarında harf, alüminyum için “A” ve bakır için “C” gibi seri tarafından tanımlanan metal ailesini belirtir. Mümkün olan durumlarda UNS gruplarındaki sayılar malzemenin tanımlanmasını kolaylaştırmak için doğrudan diğer sistemlerden alınan numaralandırma dizilerini içerir. Örneğin, AISI 1020 çeliği için karşılık gelen UNS numarası G10200‘dür.

Karbon Çelikleri

Karbon çeliği, çoğunlukla karbon elementinden oluşan özelliklere sahip ve yapısında karbon ağırlıklı olan çeliktir. Dünyadaki en mükemmel karbon, yapısı %100 karbon olan elmastır. Karbon tüm çeliklerde bulunur ve soğutma ile elde edilebilecek sertlik veya mukavemet seviyesini belirleyen ana sertleştirme elementidir. Çeliğin karbon içeriği arttıkça çekme mukavemetini, sertliği, aşınma ve aşınma direncini yükseltirken sünekliği, tokluğu ve işlenebilirliği düşürür.

Soğuk Çekilmiş karbon çeliği, AISI numaralandırma sisteminde tipik olarak “10” ön ekiyle ve ardından üründeki nominal karbon yüzdesini (%100’e kadar) temsil eden iki sayı ile numaralandırılır. Örneğin, C1018, %0,18 karbona sahipken C1045, %0,45’e sahiptir. Genellikle karbon, malzemenin aşınma direncini artırmak için malzemeye sertlik verir. %0,30’un üzerindeki karbon içeren çelikler için ürün doğrudan sertleştirilebilir. Bu seviyenin altındaki karbon çeliği, tipik olarak karbon moleküllerinin dahil edildiği ısıl işlem gördüğünde, yüzeyde veya gövdede sertleştirilmiş bir katman geliştirilebilmesi için karbonlama gerektirir. Sertleştirme kavramının bulunduğu yer burasıdır. Karbon, çeliğin %1.00 oranının altında maksimize edilir, çünkü bu yüzdenin üzerindeki seviyeler için malzeme kırılgan hale gelebilir. Genel olarak karbon içeriği ne kadar yüksek olursa, karbon çeliğinin işlenmesi de o kadar zor olur.

Alaşımlı çelikler

Alaşımlı çelikler, belirli özellikleri elde etmek için elementlerin eklendiği veya çıkarıldığı karbon çeliklerinin türevleridir. Tipik olarak bu özellikler işlenebilirlik, aşınma direnci ve mukavemeti içerir. Demir bazlı karışım, %0,165’ten fazla manganez, %0,5’ten fazla silikon, %0,6’nın üzerinde bakır içerdiğinde veya krom, nikel, molibden veya tungsten gibi diğer minimum miktarlarda alaşım elementleri mevcut olduğunda alaşımlı çelik olarak kabul edilir.

Demir alaşımları kullanılan en yaygın alaşımdır. Çelik, demir ve karbonun katı bir çözeltisidir, karbon demirde çözülür. Demir çözücü, karbon ise çözünendir. Çelik, su gibi faz değişimlerinden geçebilir. Su ile fazlar; katı, sıvı ve gazdır.

Karbon çeliği ile fazlar sıvı, östenit ve ferrittir. Suya tuz eklenirse, tüm faz değişikliklerinin sıcaklığı değişir. Tuzun yaygın bir buz eritme bileşiği olmasının nedeni budur. Tuz, sıvının gaza geçiş sıcaklığını ve sıvının katıya geçiş sıcaklığını da düşürür.

Alaşımlı Çelikler

Demire karbon eklendiğinde, sıcaklıklar aynı şekilde değişir. Ne kadar fazla karbon eklenirse (bir noktaya kadar), faz değişiminin sıcaklığı o kadar düşük olur. Karbon ayrıca kendi başına demirde bulunmayan yeni fazlar oluşturur. Perlit, sementit (Fe3C) artı ferrit karışımıdır. Ostenit içinde çözülebilen en fazla karbon %0,80’dir. Buna “ötektik” denir. Diğer alaşımlar ötektik alaşımlar olarak tanımlanabilir. Bu alaşımlar, ana malzemede çözülebilecek maksimum alaşım elementi miktarına sahiptir.

Çeliğe ne kadar fazla karbon eklerseniz (%0,20’nin üzerinde), %0,80’e kadar daha fazla perlit elde edersiniz. %0,80’in üzerinde ise karbürler elde edersiniz. Bir çelikte %0,20’den daha az karbon varsa, elde edebileceğiniz tek şey ferrittir. Bir çelikte %0.40 karbon varsa, perlit ve ferrit elde edersiniz. Bir çelikte %0,90 karbon varsa, perlit ve karbürler elde edersiniz.

Bir çeliğin kimyasını derecesini bilerek anlamak için aşağıdaki kuralları unutmayın: sade karbon çelikleri 10xx kalitedir. 10 düz karbondur ve sonraki iki sayı karbon içeriğidir. 10 sınıfın hepsinde ayrıca manganez, fosfor ve silikon bulunur. Tüm derecelerin son iki sayısı karbon içeriğini belirtir. Bir kalite 12L14 veya 10B21 ise; L, işlenebilirlik için kurşun içerdiğini ve B, artırılmış sertleşebilirlik için bor içerdiği anlamına gelir. Alaşımın kimyasını biliyorsanız, sertliğini, güçlü yanlarını ve ısıl işlemin işe yarayıp yaramadığını bilme şansına sahip olursunuz.