Dökme Demirler

BÖLÜM 0
GĐRĐŞ
Yüksek fırından elde edilen sıvı ham demirin; kalıplara dökülerek katılaşmasından
elde edilen yarı-mamule “PĐK” pikin ergitme fırınlarında tekrar ergitilerek ve gerekirse
bileşimini de değiştirmek suretiyle, belli bir modele göre önceden hazırlanmış bir kalıp
içerisine dökülmesi ve kalıp boşluğunun şeklini alarak katılaşmasıyla meydana gelen
malzemeye "DÖKME DEMĐR" denilir.
Döküm endüstrisinin bir çok özelliklerinden dolayı en büyük kapasitesi dökme
demirlere aittir. Dökme demirler, gerek döküm ve gerekse mamul parça özellikleri
bakımından birçok üstünlüklere sahiptirler. Bunların başlıcaları:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
ı)
i)
Alçak ergime sıcaklığı (1150 - 13000C),
Đyi akışkanlık (ötektik bileşimine yakınlık)
Döküm ve kalıp şeklini alabilme kabiliyetinin üstünlüğü,
Ergitme ve döküm işlemlerinin ucuzluğu,
Kimyasal bileşim sınırlarının genişçe tutulabilmesi ve yakın
özellikler
elde edilebilmesi,
Çeşitli kısımlardan ibaret bir iş parçasının tek bir işlemle elde edilebilmesi,
Talaşlı imalat tekniğinde iyi işlenebilmesi,
Titreşim söndürme özelliğinin çok iyi olması,
Basma mukavemetinin yüksek olması,
Aşınma ve korozyona dayanıklılığı
olarak sıralanabilir.
Dökme demirlere ait yukarda belirtilen iyi özellikleri yanında, bilhassa
mühendislik projelerinde aranan mukavemet ve esneklik gibi özellikleri zayıf kalır. Zira,
dökme demirlerde kopma mukavemeti l4-28 kg/mm2 sınırları içinde, kopma uzaması
ise, hemen hemen yok denecek kadar küçük miktarlardadır.
Yukarda sıralanan iyi ve kötü özellikler endüstride kullanılan dökme demirlerin
%95 inden fazlasını teşkil eden <GRĐ DÖKME DEMĐR> lere aittir. Bu özellikler,
genellikle, gri dökme demirin yapısında bulunan lamel veya levha şeklindeki grafitlerin
mevcudiyetinden ve bunların dağınımı tarzından ileri gelmektedir.
Đyi olarak nitelendirdiğimiz özelliklerden dolayı döküm endüstrisinin vazgeçilmez
malzemesi olan dökme demirlerin mukavemet, esneklik ve plastiklik gibi mühendislik
özelliklerini de istenen seviyeye ulaştırmak amacı ile bu alanda yapılan çalışma ve
kaydedilen gelişmeleri şöylece özetleyebiliriz:
l - Gri dökme demirler, karbonun lamel tipi grafitler halinde çökelmesi ve bu
grafitlerin malzemenin esas yapısında bir devamsızlık meydana getirmelerinden dolayı,
daha evvel belirtilen kötü özelliklere sahip olmaktadırlar. Gri dökme demirleri imalatı
esnasında aşınma (inokülasyon). aşırı ısıtma, bileşimi kontrol ve alaşımlandırma gibi
tatbikatlar neticesinde özelliklerin, istenen ölçüde olmamakla beraber. bir miktar
düzeltilebilmesi mümkün olmaktadır.
2 - Dökülmüş vaziyette yapısında grafit ihtiva etmeyen ve "BEYAZ DÖKME
DEMĐR" diye isimlendirilen dökme demir tipinin temperleme ısıl işlemi neticesinde,
yapıdaki karbürleri parçalamak ve katı fazlar içerisinde küreye benzeyen biçimde
grafitler meydana getirmek mümkün olmaktadır. Bu yolla elde edilen malzemeye
"TEMPER DÖKME DEMĐR" adı verilir. Grafitlerin mahzurlu lameller halinde olmayıp
daha küçük yüzeylere sahip yumru şekillerinde olması, malzemenin mukavemetinde ve
kopma uzamasında hayli yükselmelere sebep olmaktadır.
Bu görüşten hareketle, dökme demir yapısındaki grafitlerin küçük boyutlu ve
küresel biçimli olarak muntazam bir şekilde taşınımının sağlanması ve böylece malzeme
özelliklerinin çok daha iyi seviyelere yükseltilmesi amacıyla "KÜRESEL GRAFĐTLĐ
DÖKME DEMĐR" malzemesi ortaya çıkarılmıştır.
Genel olarak, gri dökme demir bileşimindeki malzemenin içerisinde çok küçük
miktarlardaki Mg ve Ce gibi alaşım elementleri ilavesiyle küresel grafitli dökme
demirlerin elde edilmeleri mümkün olmaktadır.
Küresel grafitli dökme demirler, adlarından da anlaşıldığı gibi dökülmüş vaziyette
yapılarında küresel biçimli grafit ihtiva ederler.
Küresel grafitli dökme demirler, gri dökme demirlerin iyi özellikleri ile çeliğin
mühendislik alanlarındaki üstünlüklerinin (yüksek mukavemet, sağlamlık, esneklik ve
ısıl işlemle sertleştirilebilme özelliklerini) birleştirilmiş üstün kaliteli mühendislik
malzemeleridir.
0.1. Demir Dökümün Tarihçesi
Demir dökümü ilk olarak Çin'de Shang Sülalesi (M.Ö. 1766 1122) sırasında silah
imalatı ile başlamış, yüzyıllar boyunca babadan oğula geçen bir sanat ve sır seklinde
tutulmuştur. fakat demir dökümün asıl üretim ve tüketimine (M.Ö. 800) yıllarında
Hindistan da başlandığını buda tapınaklarında görülen kirişlerden hükmetmek de
kabildir
Demirin ergitilerek üretiminin tarihi merkezlerinden biri de Karadeniz sahilleridir.
Bu sanatın Avrupa 'ya intikalinin buradan olduğu kanısı yaygındır. l5.yy başlarında
Avrupa'da ergitilen demir ana bir kanal Vasıtasıyla yanlara açılan yollardan kalıplara
dökülmekte idi. Sıvı sıcak demirin beyaz görünüşü dolayısıyla bu işlemin bütünü
yavrularını emziren domuza benzetilişinden elde edilen demire “Pig Demir(Đngilizce de
Pig, domuz anlamına gelmektedir) denilmiştir.
Ancak l7. yüzyılın başlarında, Almanya, Belçika ve Hollanda da çelik, ergitmek
suretiyle üretilmeye başlamış ve çok geçmeden Đngiltere de maden kömürü kullanmak
suretiyle istihsal Đlk defa yüksek fırında gerçekleştirilmiştir. Fakat bununla beraber
dökücülük 20. yüzyılın başlarına kadar dökümhanelerde yine bir sanat ve sır olarak
tutulmuş ve bu endüstri dalının ilerlemesine engel olan faktörlerden biri olarak kalmıştır.
Ancak son asrın başlarından itibaren ağır endüstrinin hızla gelişmesi ve deney
cihazlarının tekamülü sayesinde döküm sanayi de hızla büyümüştür, bir sanat dalı
olmaktan kurtulmuş ve bilim dalları arasına girmeğe başlamıştır.
Son 30 - 40 yıl içerisinde çeşitli döküm cemiyetleri, araştırma merkezleri
kurulmuş, kitap ve mecbalar da yapılan araştırıma neticeleri yayınlanarak, birçok dünya
ülkelerinde az çok paralel bir ilerleme kaydedilmiştir.
0.1. Demir Dökümün Tarihçesi
Demir dökümü ilk olarak Çin'de Shang Sülalesi (M.Ö. 1766 1122) sırasında silah
imalatı ile başlamış, yüzyıllar boyunca babadan oğula geçen bir sanat ve sır seklinde
tutulmuştur. fakat demir dökümün asıl üretim ve tüketimine (M.Ö. 800) yıllarında
Hindistan da başlandığını buda tapınaklarında görülen kirişlerden hükmetmek de
kabildir
Demirin ergitilerek üretiminin tarihi merkezlerinden biri de Karadeniz sahilleridir.
Bu sanatın Avrupa 'ya intikalinin buradan olduğu kanısı yaygındır. l5.yy başlarında
Avrupa'da ergitilen demir ana bir kanal Vasıtasiyle yanlara açılan yollardan kalıplara
dökülmekde idi. Sıvı sıcak demirin beyaz görünüşü dolayısıyla bu işlemin bütünü
yavrularını emziren domuza benzetilişinden elde edilen demire Pig Demir (Đngilizce de
Pig, domuz anlamına gelmektedir) denilmiştir.
Ancak l7. yüzyılın başlarında, Almanya, Belçika ve Hollanda da çelik, ergitmek
suretiyle üretilmeye başlamış ve çok geçmeden Đngiltere de maden kömürü kullanmak
suretiyle istihsal Đlk defa yüksek fırında gerçekleştirilmiştir. Fakat bununla beraber
dökücülük 20. yüzyılın başlarına kadar dökümhanelerde yine bir sanat ve sır olarak
tutulmuş ve bu endüstri dalının ilerlemesine engel olan faktörlerden biri olarak kalmıştır.
Ancak son asrın başlarından itibaren ağır endüstrinin hızla gelişmesi ve deney
cihazlarının tekamülü sayesinde döküm sanayi de hızla büyümüştür, bir sanat dalı
olmaktan kurtulmuş ve bilim dalları arasına girmeğe başlamıştır.
Son 30 - 40 yıl içerisinde çeşitli döküm cemiyetleri, araştırma merkezleri
kurulmuş, kitap ve mecbalarda yapılan araştırıma neticeleri yayınlanarak, birçok
dünya ülkelerinde az çok paralel bir ilerleme kaydedilmiştir.
0. 2. Döküm Nedir?
Metal veya alaşımların şekillendirilmesi döküm, plastik şekil verme, talaşlı
imalat, kaynak, elektro-şekil verme ve toz metalurjisi usulleri veya bunların ikili
konbinezonları ile gerçekleştirilir. Bunlar arasında döküm usulü, en karışık iş
parçalarının en ekonomik olarak şekillendirilmesi bakımından ayrı bir önem taşır.
Dökme metal, ergitilmiş sıvı metalin bir kalıba veya boşluğa dökülerek onun
şeklini alacak tarzda dondurulmuş halidir. bir döküm işleminde genel olarak aşağıdaki
kademeler takip edilir.
1.
Model yapmak,
2.
Maşa yapmak,
3.
Kalıplamak
4. Metali ergitmek ve kalıba boşaltmak,
5.
Temizlemek.
Model yapmak. - Çizimi verilen parçanın hemen benzeri uygulanacak döküm
usulüne göre, tahta, polystren veya metalden imal edilir. Model, bir kum içerisine
yerleştirildikten ve kuma yeterli şekil alma kabiliyeti verildikten sonra dışarı ,alınır.
kum içerisinde kalan kalıp boşluğu çizimi, verilen iş parçasının boşlukta işgal ettiği
hacmi verir.
Maça Yapmak. - Dökülecek iş parçası genel olarak içleri oyuktur. eğer bu
oyukların yerleri kalıp boşluğunda boş bırakılırsa, sıvı metal bu kısımları doldurur ve
elde edilen iş parçasında bu oyuklar meydana gelmez. Bu durumda bu kısımların torna
edilme zorunluluğu belirir ki bu ise maliyeti çok yükseltir. Đşte bu sebepten oyuklara
maça adı verilen ve genellikle imal edilen parçalar yerleştirilir ve böylece iş parçasının
oyukları temin edilmiş olur.
Kalıp Yapmak. - Model derece adı verilen metalik kutulara koyulur,üzerine belirli
bir plastikliğe sahip, özel suretle hazırlanmış kum yerleştirilir. Bu kum el ile veya
mekanik bir sistemle tamponlanıp sıkıştırılır. Model dışarı alınır. Kum içerisinde
meydana gelen kalıp boşluğunda gerekli yerlere maçalar yerleştirilir.
Eritmek ve Boşaltmak. - Metalin kalıp boşluğunu doldurması için belirli bir
akıcılığa sahip olması gerekir. Bu maksatla katı metal istenilen
sıcaklığa kadar ısıtılır. Kalıp içerisinde evvelce yardımcı bir model sayesinde açılan bit
kanal vasıtasıyla sıvı metal kalıp boşluğunu doldurmak üzere boşaltılır.
Temizlemek. - Sıvı metalin ka1ıp boşluğunda katılaşmasından sonra (bilhassa küm
-kalıp usulün de) katı parça üzerinde bazı çapaklar görülür.
Bunlar sıvı metalin kalıp kumunu çatlatıp içerisine girip orada donmasından
meydana gelmiş, arzu edilmeyen hatalardır. Ayrıca, kalıbı doldurmak için kullanılan
kanalın iş parçasından kesilip alınması gerekir. Diğer taraftan eğer iş parçası çizimde
verilen tolerans sınırlarını aşmazsa, parçanın takım tezgahlarında işlenişi lüzumu vardır.
Bu şekilde elde edilen dökme parça eğer gerekirse bazı testlere tabi tutulmak üzere kalite
kontrol dairesine gönderilir.
0. 3. - Demir Döküm usulleri
Demir dökümü başlıca : Kum kalıp, Kokil kalıp. Kabuk kalıp ve Savurma usulleri
ile gerçekleştirilir. Bu döküm usullerinden kum kalıp metodu bu gün kimyada ve
Türkiye'de en fazla tatbikat sahası bulanıdır.
Bunun da sebebi kum kalıp usulünün çok farklı ağırlıkdaki iş parçalarına
uygulanabilmesi yanında kalıplama maliyetinin de çok düşük olmasıdır. Bu sebepten
tezimizde sadece bu usulü incelenmiştir. Bununla beraber diğer döküm usullerinin de
kendilerine göre avantajları vardır. Ancak, avantajlarının belirli sahalarda olmaması, bu
usullerin sadece belirli parça formlarını, metalurjik gayeleri veya ekonomik amaçları
gerçekleştirmek için tatbik edilmelerine sebep olmaktadır.
0. 3. 1. -Kokil Kalıp Usul
Kum kalıplar bir döküm yapıldıktan sonra bozulmaktadır. Yani bir parçanın
döküm için bir kum kalıba ihtiyaç vardır. Kokil kalıplar (Metalik kalıp) ise kalıp
malzemesinin kütlesine göre yüzlerce veya binlerce döküme dayanabilmektedir. Bu
durumda bir keresinde bir kokil kalp yapılırsa seri imalat uygulanabilmektedir. Diğer
taraftan kokil kalıbın üretkenliği, kum kalıba göre yüksek olduğu için sıvı metal çok
hızlı soğumakta, dökme demirin mikro yapısı kum kalıp metoduna göre elde edilenden
değişik olmaktadır. Yapıda yine grafitler görülmekle beraber bunlar ince ve yıldız
şeklinde toplanmıştır. Đşte bu sebepten kokil döküm usulü ile elde edilen dökme
demirlerin mukavemetleri ve sertlikleri yüksek olmaktadır. Ayrıca, kokil kalıpta, yüzey
pürüzsüz çıkmakta ve talaş kaldırmak icap etmemektedir. Bu avantajlarına rağmen,
şurasını unutmamak gerekir ki, kokil kalıbın hazırlanması çok pahalıdır. Birincisi,
malzeme olarak özel alaşımlı çeliklerin kullanılmasını icap ettirmekte, ikincisi de
kendisi kum kalıp metodu ile imal edildiğinden yüzeyler pürüzlü çıkmakta ve işlemleri
gerekmektedir. işte bu sebepten kokil kalıp metodu ancak Seri imalat için ekonomik
açıdan uygun olmaktadır.
0. 3. 2. Savurma Döküm
Bu usül sadece silindirik parçaların dökümü için uygulanmaktadır. Demir bir
fırında ergitilip, içerisi kalıp kumu ile astarlanmış, yüksek devirle dönen yatay eksenli
bir silindire boşaltılır. Sıvı demir merkezde kuvvetin etkisi altında cidarlara yapışır ve
orada katılaşır. Đşlem bittikten sonra iş parçası dışarı alınır. Bu şekilde dökülen
parçaların iç kısımları daima boş ve silindiriktir. Sıvı metal cidarlara yüksek bir hızla
fırlatıldığı için taneler ince yapılı olup, gaz boşluğu yoktur. Soğuma, kalıp yüzeyinden
savurma makinasının eksenine doğrudur. Bu sebepten, farklı soğuma ortamlarındaki
farktan dolayı, malzemenin cidarının dış çevresi ile iç çevresi arasında yapı farkı
mevcuttur.
Savurma döküm usulü ancak silindir gömleği, boru gibi silindirik iş parçalarına
tatbik edilebilmektedir. Is paçalarının da dış yüzeylerinin tam silindirik olması icap
etmez. Bunlar şekilli olabilir, fakat her ayrı yüzey şekli bir ayrı kalıbı gerektirir.
0. 3. 3. Kokil Kalıp Usulü
Bu metot 2. dünya savaşından sonra gerçekleştirilmiş yeni bir usuldür. Bu
metodun tercih sebepleri arasında en önemlisi boyutların dar tolerans sınırları içinde
tutulmasıdır. Kabuk kalıp ile döküm daha ziyade işlenmesi güç olan sert dökmelere
uygulanır.
Kabuk kalıp usulünde aşağıdaki kademeler takip edilir.
1. Dökülecek iş parçasının modeli hazırlanır.
2 Çok ince eleklerden geçirilmiş kuma, sentetik - reçine bağlayıcı karıştırılır.
3. Bu refrakter malzeme model üzerine astarlanır ve 175 - 375 C sıcak1ığa kadar
ısıtılır.
4. Sertleşen refrakter kabuk, modelden sıyrılır.
5. Sıyrılan sert refrakter kabuk, ikinci bir model vazifesi görerek kum kalıba
yerleştirilir, kum üzerine sıkıştırılır.
6. Sıvı metal refrakter modelin meydana getirdiği kalıp boşluğuna doldurulur.
0. 4. Türkiye de döküm endüstrisi
Dökümcülük memleketimizden geri kalmış sanayilerden birisidir: Đstanbul, Đzmir,
Gölcük ve Sivas ‘da ki resmi ve özel teşebbüse ait birkaç dökümhane hariç tutulacak
olursa, Türkiye de dökümcülük halen bir el sanatı halindedir. Bu gün Türk dökümcülüğü
Avrupa dökümcülüğünün 150 – 200 sene önceki durumuna tekabül etmektedir. Döküm
için elverişli kumların bulunması ise1955 den sonra olmuştur.
Yapılan işlerin çoğu görgü ve pratiğin verdiği bilgiye ve dolayısı ile el terazi, göz kantar metoduna göre
yapılmaktadır. Bu şekilde çalışmalar kaliteli döküm elde edilmesine imkan vermedikten
başka aynı zamanda gayri iktisadi de olmaktadır
Modelcilikte de diğer hususta da olduğu gibi geri durumda bulunmaktayız. Pek
mahdut dökümhanenin model hanesi mevcut olup bunlar da ağaç modeli üzerine
çalışmaktadırlar. Ekseriyetle metalin soğuma esnasındaki çekmesi bir hesaba istinat
ettirilmediğinden ve modellerde vukuu muhtemel şekil değiştirmeler dolayısıyla bilhassa
işlemeye tabi tutulacak parçalada boyutların kurtamamsı endişesi ile verilen fazla paylar
işleme işçiliğinin ve dolaylsiyle malliyetin artışına sebep olmaktadır. bir çok ilavelerde
de dökülecek parçanın bizzat kendisi mödel olarak kullanılmaktadır.
Memleketimizde demir dökümünde ergitme amacıyle hemen hemen tamamiyle
kupol ocakları kullanılmaktadr. Bu ocakların iç kuturları 50 -80cm arasında
değismektedir. Yer ocakları miktar itibari ile fazla olmakla beraber, bunlar kısmen
demir dökümünde, kısmen de demirden gayri metallerin ergitilmesinde kullanılmaktadır.
Kupol ocaklarına verilen havanın kontrol edilmemesi dolayısıyla kok nisbeti, şarjın %
25 ine yükselmektedir. Yer ocakları ile çalışıldığında ise bu nisbet % 50 ye çıkmaktadır.
Netice olarak dökümhanelerimiz sadece ustaların eline bırakılmıştır. Bu iş
mühendisler tarafından benimsenmemiştir; ustalar dış ülkelerde kaydedilen ilerlemeleri
takip edebilecek durumda olmadıklarından dökümcülüğümüzde kalite itibariyle bir
kalkınma olmamıştır.
BÖLÜM I
1. 0. Dökme - Demir Malzemeler
Demir - döküm malzemeler, iş parçasının genel geometrisine yakın şekilde
dökülür.
1. 1. Lamel Grafitli dökme Demir (GG)
Lamel grafitli dökme demirde (kır döküm), karbonun büyük bir kısmı yaprakcık
biçimindeki grafit olarak bünyeye kat kat yerleştirilir. (Sekil 1)
1. 1. 1. Nitelikleri
Açık, ferritik-perlitik temel yapıda (siyah,beyaz) grafit, dökme demirin kırık
yüzeyinin gri görünmesine sebep olur. Bu yapı, kolay talaş kaldırılabilir ve özü
titreşimleri sönümlendiren, iyi kayma nitelikleri olan özelliklere sahiptir % 2.6 ila %
3.6'lik yüksek karbon payı, kır döküm akıcı ve kolay dökülmesine sebep olur. Bu
sayede, biçim verilmesi zor ve ince cidarli iş parçaları da kır döküm ile elde edilebilir.
Kır dökümün içinde grafit lamelleri, yükleme esnasında iç çentikler gibi etki eder.
Bu nedenle, malzemeyi mahallinde akma noktasına getirebilen ve böylece dayanımını ve
genleşmesini ölçüde düşüren keskin gerilme değişiklikleri meydana getirir. Buna
karşılık lamel grafitli dökme demirin yapısal dayanımı, çekme dayanımında olduğu gibi,
yaklaşık birkaç kat büyüktür. Grafit lamellerin büyüklüğü, soğutma hızına bağlıdır.
Kalın cidarlı döküm parçalarında, daha yavaş soğutmak suretiyle, dayanımını uygun bir
şekilde azaltan büyük lameller oluşturulur (Sekil 2). Dayanım temel (esas) yapıya da
bağlıdır Bünye grafit odugu, zaman dayanım en düşük düzeye iner, örneğin GG-1 O'da
ve perlit oranı yükseldiği zaman dayanımı artırır, örneğin GG-35'te oldugu gibi (Sekil
3).
1. 1. 2. Üretimi
Lamel grafitli dökme demir, kupol veya elektrikli fırınlarda dökme hamdemirden,
döküm krıklarından, sirkülasyonu (devreden) malzemeden (besleme, toplama, atık
parçalar) ve çelik hurdadan ergitilir. Ardından döküm parçaları olarak kalıplara dökülür.
1. 1. 3. Kullanılması
Kır dökümden takım tezgahları sütun gövde (Kaide) ve kızaklar; şanzıman motor
blokarı, silindir kapakları ve fren gibi makina parçaları üretilir.
1. 2. Meehanite - döküm
Özel ince yapraklardan olan grafitli veya küresel grafitli bir dökme demirdir.
Lamel grafitli dökme demir, yüksek bir, dayanıma sahip olup, aşınmaya direnli, geniş
ölçüde iç gerilmesiz, çarpıksız ve boşluksuzdur. Meehanite döküm, sertleştirilebilir ve
ıslah edilebilir.
1. 3. Küresel Grafitli dökme Demir (GGG)1)
Küresel grafitli dökümde (Sifero döküm), grafit, çeliğin temel bünyesine
(yapısına) benzer bir şekilde küre biçiminde yer almıştır (şekil 1).
1. 3. 1. Nitelikleri
Küresel biçim sayesinde grafit, bir miktar çentik etkisi doğurur. Küresel grafitli
dökme demir diğer taraftan yüksek bir mukevemet ve genleşmeye sahiptir. Bütün dökme
demir cinsleri içinden çeliğe en yakın nitelikleri kendinde toplamıştır. Tavlama suretiyle
genleşme ve ıslah etme suretiyle dayanım artırılır. Küresel grafitli dökme demirden
yapılmış olan iş parçalarının yüzeyleri, alvle veya indiksiyonla sertleştirilebilir.
1. 3. 2. Üretimi
Ergitilmiş dökme demire magnezyum veya karbon katıldıgında, karbon küresel
grafit halinde ayrılır. Küresel grafitli dökme demir için GGG senbolü oluşan grafitin
biçiminden türetilmiştir.
1. 3. 3. Kullanılması
Küresel grafitli döküm, dişli çarklar, krank milleri, direksiyon kutusu muhafazası,
arka aks, pompa ve türbün muhafaza gövdesi ve ayrıca kimya endüstrisi için boru
tesisatları gibi yüksek dayanım ve uzama göstermesi gereken makina parçaları için
kullanılır.
1. 4. Temper Döküm (GT) 2)
Temper dökümden yapılmış olan iş parçaları, dökümden sonra uzun süren bir ısıl
işlemden geçirilir. Meydana gelen parçalı yapının görünüşüne göre, beyaz temper
döküm ve siyah temper döküm olarak gruplara ayrılır.
1. 4. 1. Beyaz Temper Döküm (GTW) üretimi
Ham döküm parçaları, birkaç gün oksijen verici maddeler içinde tavlanmak
suretiyle karbonu emilir. Karbonu giderilmiş (Dekarbürize edilmiş) yüzey tabakasının
parçalı görünüşü açık metalik renktedir ve çaeliğe benzer niteliklere sahiptir. Ancak iş
pargalarının, yüzeyden yaklaşık 5mm' lik bir derinliğe kadar karbonu giderilebilir
(Dekarbürize edilebilir). Daha kalın kesitlerde, iş parçalarının iç kısmındaki demirkarbid, temper kömürler halinde parçalara ayrılır (Sekil 2 ve 3).
1. 4. 2. Siyah Temper Döküm (GTS) Üretimi
Ham döküm parçaları birkaç gün havasız ortamda tavlanır. Bu esnada sementit
ferrit ve pul şeklinde temper dökümler halinde parçalara ayrılır. Siyah taneli kırık yapı
bütün kesit üzerinde et (cidar) kalınlığından bağımsız olarak eşit durumdadır (şekil 4).
Şekil 1:GGG’ nin bünyesi
Şekil 2: GTV’ nin bünyesi
GTS’nin Bünyesi
Şekil 3: Farklı cidar kalınlıktaki GTV’ nin
Bünyesi
1. 4. 3. Siyah ve Beyaz Temper Dökümün Nitelikleri
Beyaz temper döküm, karbonunun giderilmesi ve siyah temper döküm pullar
sayesinde,küresel biçimli grafit nedeniyle lamel grafitli dökme demire göre önemli
ölçüde daha özlüdür (sıkıdır). Her ikisi, iyi dökülebilir özellik taşır. GTW-S 38-12 özel
kalitededir kaynak edilebilir. Temper döküm cinslerinin kısa işaretlerinde
(sembollerinde) GTW ve/veya GTS, daN/mm2 cinsinden çekme dayanımı ve %
cinsinden kopma uzaması verilir.
1. 4. 4. Siyah ve Beyaz Temper Dökümünün Kullanılması
Temper döküm, öncelikle taşıt yapımında, biyel kolları, direksiyon milleri ve vites
çatalı imalatı için kullanılır. Bunun yanında makina yapımında örneğin, kol ve tesisat
teknolojisinde vinç kolu ekleme parçaları ve ventil gövdesi için kullanılır.
1. 5. Sert Döküm (SD)
Set döküm karbonun yumuşak grafit olarak ayrılmadığı aksine, sert demir sementit
olarak meydana geldiği bir döküm türüdür.
1. 5. 1. Nitelikleri
Sert döküm yüke ve basınca dayanıklıdır, fakat aynı zamanda gevrektir. Ayrıca
düşük bir çekme dayanımına sahiptir. Uygun soğutma ve alaşım elamanıarı vasıtasıyla,
tamamı sertleştirilmiş yapıya sahip, sertleştirilmiş
yüzey veya yüzey tabakası sert ve çekirdeği özlü dış tabakası sert döküm
yapılabilir.
1. 5. 2. Kullanılması
Sert döküm, örneğin kırıc plakalar, küresel değirmen için küreler ve temizleme ve
döküm makinalarının aşındırma parçaları gibi, sert ve aşınmaya dayanıklı olması
gereken parçalar için kullanılır.
1. 6. Çelik döküm (ÇD) 1)
Çelik döküm kalıplanarak dökülen çeliktir.
1. 6. 1. Nitelikleri
Çelik dökümde çeliğin avantajları, öncelikle yüksek dayanım ve özlülüktür.
Döküm metodu ile şekillendirilmesi zor olan iş parçalarının üretim imkanı sağlanmıştır
(Sekil 1).
1. 6. 2. Kullanılması
Çelik dökümden, türbün gövdeleri, kanatlı çarklar, pres sütunları ve dişli çark
takımları gibi büyük makina yapımında mekanik olarak yüksek yükle karşılaşılan iş
parçaları, ve ayrıca armatürler için küçük parçalar, tarım makinaları ve takım tezgahları
üretilir.
Şekil 1: Kreyn (Gezer köprü)
Vinç çengeli
1. 7. Alaşımlı Demir – Döküm Malzemeler
Isıya dayanıklılık, korozyon, ölçü, sıcaklık şoku, asit ve ergiyik dayanıklılığı gibi
özellikleri elde etmek için, bütün demir – döküm bütün malzemeler alaşımlı
yapılabilir.
BÖLÜM II
KÜRESEL GRAFĐTLĐ DÖKME DEMĐR
2. 1. Giriş
Küresel grafitli dökme demir, birbirinden bağımsız olarak (British Cast Iron
Researclı Association (BC1RA) ve Đnternational Nikel Company (INCO) tarafından
geliştirilmiş ve ilk defa Amarikan Dökümcüler Cemiyetinin 1948 deki yıllık
top1antısında döküm endüstrisi için yeni bir malzeme olarak tanıtılmıştır.
Bu tip dökme demir için "sphero" "nodüler" ve "küresel grafitli dökme demir
adları kullanılmıştır. yurdumuzda kabul edilen daha çok Küresel Grafitli Dökme Demir
tabiridir.
BCIRA yöntemi esas olarak, gri dökme demirle aynı bileşimdeolan hiper ötektik
dökme demirlere
ergimiş halde cerium (Ce) ilavesinden ibarettir. Cerium'unbüyük kısmı,
bileşimdeki S'ü gidermekte ve geri kalan yaklaşık %0.02 Ce ise, grafitlerin lamel yerine
küre şeklinialmalarını sağlamaktadır. INCO yönteminde ise hipo ve hiper ötektik
dökme demirlere benzer olarak magnezyum ilavesi yapılmaktadır. Bu yöntemlerin ilk
tanıtılmasından sonra bu gün hemen her yerde uygulanan magnezyum töntemi daha
ekonomik oluşu nedeni ile tercih edilmiştir.
Küresel grafitli dökme demir çeliğinkine benzer bir matris içinde dağılmış küre
şekilli grafitlerden oluşan bir yapıya sahiptir.(şekil 2. 1)
Yapı açısından gri dökme demirden yegane ayrıcalığı grafitlerin şeklidir. Küresel
grafitli dökme demirin mekanik özellikleri grafit şekilli ve büyük ölçüde matris yapısı
tarafından etkilenmektedir. Küresel grafitli dökme demirler, gri dökme demirin başlıca
avantajları (düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık ve döküle bilme, mükemmel işlene
bilme ve iyi kesme mukavemeti) ile çeliğin mühendistlik yönünden avantajlarına
(yüksek mukavemet, tokluk, süneklik, sıcak işlenebilme ve sertleşebilme) birleştiren
yeni bir malzeme veya dökme demirler ailesi içinde yeni bir grubu oluşturmaktadır.
Şekil 2. 1. Tipik küre şeklindeki grafit yapısı
2. 2 Küresel Grafitli Dökme Demirin Metalurjik Yapısı
Gri dökme demir ve küresel grafitli dökme demirin kimyasal bileşimleri (kükürt
ve magnezyum haricinde)esas olarak bir birinin aynı olmasına rağmen, bu iki dökme
demir oldukça farklı şekillerde katılaşıyorlar. Bu farklılıklar özellikle ötektik
katılaşmasında daha bariz olmakta ve her iki dökme demir, üretimde uygulanan
işlemlerdeki değişikliklerin nedeni olmaktadır.
2. 3. Mikro Yapı ve çeşitleri
Küresel dökme demirlerde, bütün yapı bileşenlerinden malzemenin kullanılış
yerlerine göre bir veya bir kaçını bulmak mümkündür.
2. 3. 1. Perlitik Küresel dökme
Adi kimyasal bileşimlerin normal şartlarda kesit kalınlıkları 50mm’ye kadar olan
iş parçalarında gösterdiği yapıdır. Malzeme sert ve kuvvetli olup adi kır dökmenin iki
misli çekme mukavemetine sahiptir. Şekil 2. 2.
Şekil 2. 2. Perlitik küresel dökme demir.
2. 3. 2. Ferritik Küresel Dökme
Ferrit matrisli küresel dökme demir yapmak için üç yol mevcuttur. Birincisi
dökme demirlerin ağırlığına göre %0.20 magnezyum alaşımı kullanma. Đkincisi, perlitik
dökme demiri tavlamak üçüncüsü, sıvı demir katılaşmasını çok yavaş şekilde
gerçekleştirmek. Elde edilen küresel dökme demir çok yüksek uzama kabiliyetine
sahiptir. Şekil (2. 3)
Şekil 2. 3. Ferritik küresel dökme demir.
2. 3. 3. Ostenitik Küresel Dökme
% 35 Kadar (Ni) ihtiva eder ve küresel Ni – Resist adını alır. Korozyona mukavim
olup yüksek mekanik mukavemeti mevcuttur. Grafitler bir miktar küresel şekillerini
kaybederler. Matris ostenit ve pek azda perlitten meydana gelmiştir. (şekil 2. 4)
Şekil 2. 4. Ostenitik küresel dökme demirler.
2. 3. 4. Đğneli Küresel Dökme
Diğer demir alaşımları gibi su verme ve temperleme ile küresel dökme
demirin yapısı değiştirilebilir. Elde edilen yapı beynitik matris içerisinde
küresel grafitlerdir. Đğneli küresel dökme demirin yüksek mekanik
mukavemeti ve sertiliği vardır(Şekil 2. 5.)
Şekil .2. 5. Đğneli küresel dökme demir.
2. 3. 4. Küresel Dökme Demirin özellikleri
Küresel dökmenin özellikleri çelik ile dökme demirler arasında yer alır. Mekanik
özellikler yönünden çeliğe benzerken, kimyasal ve fiziksel özellikler dökme demirlere
yaklaşır. Bu sebepten geniş kullanma sahaları bulur.
2. 4. 1. Çekme Mukavemeti
Çekme mukavemeti, tatbik edilen ısıl islem ve alaşımlandırma ya göre 40 kg/mm2
ile 80 kg/mm2 arasında değişir. Uzama/gerilme diyagramı adi dökmelerden ayrılarak,
çeliğinkine benzer. Akma noktası temper dökmelerdekinden çok fazladır. Bu sebepten
küresel dökme demirler çok ağır yükleri kalıcı bir şekil değiştirme olmadan
taşıyabilirler; tablo 2. 1. de çeşitli küresel dökmeler ve mekanik özellikler verilmiştir.
Küresel dökme demirlerin elastiklik modülleri de, oldukça yüksektir. Perlitik ve
ferritik olanların 1,8x104 kg/mm2, yüksek alaşımlı ostenitik olanların ise 1,0x104
kg/mm2 civarındadır.
Tablo 2. 1. Çeşitli küresel dökme demirlerin mekanik özellikleri
2. 4. 2. Yorulma Mukavemeti
Yorulma mukavemetinin, çekme mukavemetine oranı olarak tarif edilen, dayanma
(tahammül )oranı dövme karbonlu çeliklerden yüksektir. Ayroca gerilim derişme faktörü
çelikten düşük olduğu için, blihassa şaft imaline elverişlidir. Tablo 2. 2'de kır dökme ve
dövme karbonlu çelik ile bu değerlerin mukayesesi verilmistir.
Tablo 2. 2. Küresel dökme demir,kır dökme demir, ve karbonlu çeliğin
yorulma değerlerinin karşılaştırılması
2. 4. 3 . Aşınma Direnci
Aşınmaya direnç dökme demirlerin genel karakteristiğidir, küresel dökmenin de
aşıma direnci oldukça yüksektir.
Dinamik ve statik yükler altında gelişigüzel dağılmış gerilimlere karşı küresel
dökme çok iyi mukavemet gösterir. Bu sebepten bilhassa dişli çark imalinde ve bir çok
yerlerde çeligin yerini tutmaya başlamıştır.
2. 4. 4. Titreşim Söndürme
Grafitlerin küresel halde bulunması kır dökmeye nazaran bu kabiliyetini
azaltmasına rağmen yine de çeliğe nazaran daha iyidir. şekil (2. 6.) da, kır dökme, çelik
ve küresel dökmenin titreşim söndürme kabiliyetleri karşılaştırılmıştır;
Çelik
Küresel Kır
Şekil 2. 6. Çelik, küresel dökme ve kır dökme demirlerin titreşim söndürme
kabiliyetlerinin karşılaştırılması
2. 4. 5. Termik Şok
kır dökme demirlerin termik şoklar altında hemen kırılır. Küresel dökme demir ise
termik şoklara gayet mukavimdir. Ancak ani sıcaklıklara küresel dökme çatlayabilir ve
bu çatlama iş parçasının içerisine doğru ilerleyebilir. Ancak mühendistlikte pek iyi
bilinen bir şeyde, ilerleyen bir çatlağı doldurmak için, çatlağın ilerlemiş ucuna delik
delmektir. Eğer çatlak iletmek istiyorsa yeni bir başlangıç noktası bulması lazımdır.
Küresel dökmede aynı vazifeyi yapı içerisinde adeta birer boşluk olan küresel grafitle
görür. Bu sebepten küresel dökme demirler sıcak hadde merdaneleri olarak kullanılış
sahası bulurlar.
2. 4. 6. Korozyon Direnci
Küresel dökme demir kır dökmenin gösterdiği korozyon direncine sahiptir. Deniz
suyuna, alkollere ve zayıf asitlere karşı mukavimdir. Çelikten beş defa daha iyi
korrozyon direnci ve yüksek mekanik mukavemete sahip olması dolayısıyla bilhassa,
petrol ve kimya endüstrisinde, denizcilikte kullanılır.
BÖLÜM III
GRAFĐTĐN KÜRESELLEŞTĐRĐLMESĐ
3. 1. Küreselleştiriciler
Küresel grafitli dökme demirlerin imalatında, grafitlerin küresel biçimi
şekillenmesini temin etmek amacı ile, sıvı dökme demire ilave edilmiş olan bazı özel
maddelere küreleştirici (nodulant) adı verilir.
Grafitin küresel bilşimde oluşumunu sağlayan ilave elementler, genellikle Mg, Ce,
Li, Na, Nd, La ve diğer nadir toprak elementleridir. Bu elementlerden, hiç şüphesiz ki,
ticari mahiyette kullanılanları Ce ve Mg metalleridir.
Gerek Mg ve gerekse Ce metallerinin sıvı metale ilave şekillerini tesbit etmek için,
günümüze kadar yapılan çalışmalar sonucunda, bu metallerin saf olarak değil, uygun
biçimdeki alaşımları halinde ilave edilmeleri ile dahi iyi sonuç1ar vereceği anlaşılmıştır.
Bu durumu yaratan sebepleri şöyle sıralamak mümkündür:
Genel olarak sıvı dökme demirin sıcaklığı 1300 - 14000C dir ve küreleştirici
elementlerin ilavesi, bu sıcaklıklarda yapılmaktadır.
Seryum metali 804-C da ergir ve 2927C da buharlaşır. Sıvı demire ilavesi
esnasında buharlaşma yolu ile çok az kayıp verir.
Magnezyum metali ise 6500C da ergiyip 11170C da buharlaştığı için sıvı demire
ilave edildiği zaman çok kolay buharlaşıp büyük kayıplar verebilmektedir.
Diğer taraftan gerek Ce ve gerekse Mg çok kuvvetli deoksidan (oksitleri stabil
olan) elementlerdir (Sekil 3. 1.). Bu sebepten dolayı da, sıvı döküm içerisindeki ve
normal havadaki oksijenle çok seri reaksiyona girerek oksitlenmek suretiyle, Ce ve Mg
büyük kayıplar vermektedir.
Saf Ce veya Mg metalleri yerine bu elementlerin muhtelif alaşımları kullanılmak
suretiyle, adı geçen metallerin buhar basınçları düşürmekte, sıvı dökme demire ilave
edildikleri zaman buharlaşarak verimlerinin düşmesine engel olunabilmektedir. Ayrıca
yine alaşım halinde ilavelerinden, alaşım içerisindeki kürselleştirilen element miktarının
değişiklik olmasından dolayı oksitlerine reaksiyonuna tesir eden metalin aktivitesi de
düşük olduğndan bu türlü kayıplar da azaltılmaktadır.
Küresel grafitli dökme demirlerin imalatında kullanılmak üzere denenmiş ve iyi
sonuçlar veren gerek küreselleştirci elementin verimi ve gerekse elde edilen malzeme
özelliklerine kötü tesirler yapmaması bakımından Mg veya Ce alaşımları, bunların Fe,
Si, Ni ve Cu metalleri ile meydana getirdikleri ikili veya üçlü alaşımlardır. Bu
alaşımlarda küreselleştirici metal miktarları umumiyetle % 15 – 20 arsında olup, % 50
ye nadiren çıkanları mevcuttur. Ce metaline ait tipik bir alaşım (Ticari ismi
mischemetall) ve bileşimi aşağıda gösterilmektedir.
Ce=%45 – 53, La=%22 – 25, Nd=%15 –17
Diğer nadir toprak elementleri =%8 – 10, gerisi Fe
Ce metali ile yapılan küresel grafitli dökme demir imalatında bilhassa hiper ötektik
dökme demir bileşimleri kullanılmaktadır. Mg metali lie yapılan imalatlarda ise, bileşim
sınırlı olmamakla beraber hipo-ötektik dökme demir bileşimleri tercih edilmektedir.
Bu tüm imalat şekillerinin tercih sebebi ise şu şekilde açıklanabilir:
Ce metali kuvvetli karbürleştirici karbürleri stabil yapan bir elementtir. Bu
bakımdan, malzemenin aşırı sert ve çok gevrek yapıya sahip olmasını önlemek için
hipoötektik bileşim kullanılmaz.
Mg metali de karbürleri stabil yapan bir element olmasına rağmen. Ce kadar
kuvvetli değildir. Bu sebepten, hipoötektik bileşimlerde Mg metali ile imalat tercih
edilmektedir.
3. 2. Küreleştiricilerin Đlave Şekli
Küreleştirici elementlerin saf veya alaşımlar halinde sıvı dökme demire ilavesi,
muhtelif şekillerde olabilir.
a) Açık metot: Bu metoda küreleştirici malzeme bir potanın tabanına yerleştirilir.
Ergitme fırınından bir başka potaya alınmış olan sıvı demir süratle bu potaya dökülür.
Şiddetli bir alev vererek küreleştiricinin sıvı demire karıştığı müşahede edilir (Şekil 3. 2.
1.)
Şekil 3. 2. Magnezyum alaşımlarının sıvı demire ilave şekilleri
b) Sandöviç metodu: Bu metot da küreleştirici malzeme potanın tabanına
yerleştirildikten sonra üzerine hurda çelik, hurda küresel grafitli dökme demir parçaları
veya Fe-Si (Ferro-silisyum) örtülür. Sıvı demir bundan sonra potaya dökülür. Bu sayede
ani reaksiyonlar nisbeten önlenerek küreleştirici maddenin verimi arttırılmış olur. (Sekil
3. 2. 3.)
c) Daldırma usulü: Bu metodda seramikten mamul bir daldırma cihazı kullanılır..
Seramik hazne içerisine yerleştirilmiş olan küreleştirici malzemenin sıvı demire
daldırılarak ilavesi mekanik bir sistemle temin edilmiş olur. Seramik hazne ya deliklidir
veya alt tabanı bir kapak gibi hareketlidir. Bu sayede küreleştirici malzemenin
muntazam şekilde yavaş yavaş ilavesi yapılmış olur (Şekil 3. 2. 2.)
d) Basınçlı pota usulü: Kürelestirici madde bilhassa Mg için buharlarının yaptığı
basınça dayanıklı şekilde bir pota içerisindeki sıvı demire muntazaman
ilave edilmektedir.
Đki usülden başlayıp sırayla giderek bu usüllerle küreleştirici elementlerin verimi
arttırılmaktadır.
3. 3. Küreleştirici Elementler
Küresel grafitli dökme demir imalatında kullanılan küreselleştirci esas
elementlerin ve önemli bir özelüği de, çok kuvvetli desülfiran (sülfürleri stabil olan)
madde olmalarıdır (şekil 3. 3.). Bu sebepten dökme demir imalatında ana prensiplerden
biri de, asgari miktarda kükürt ihtiva eden dökme demirlere ise başlanmasıdır. Buna
imkan yoksa küreleştirici ilavesinden evvel, sıvı demirin kükürt miktarının kontrol
edirerek istenilen seviyeye düşürmesi icab etmektedir.
Sıvı dökme demirdeki kükürt miktarı arzu edilen seviyenin üstünde ise, Ce veya
Mg gibi küreleştirici elementler, kükürtle çok çabuk reaksiyona girerek stabil olan Ce2
S3, MgS bileşiklerini meydana getirirler böylece curuf halinde sıvı demirin üstünde
toplanarak çok önemli kayışlara sebep o1ur1ar. Bu durumda ise, küreleştirici sementitin
esas vazifesini yapabilmesi ancak daha düsük bir verimle mümkün olmakta veya daha
fazla miktarda küreleştirici madde kullanilması zorunlu olmaktadır (Sekil 3. 4.).Bu tip
bir çalışma ise pahalıya mal olmaktadır.
Şekil 3. 3. Sülfürlerin standart teşekkül serbest enerjilerinin sıcaklıkla değişimi
Küresel grafit1i dökme demir imalatı için tavsiye edilen kükürt miktarı %0.025 in üstüne
çıkmamalıdır. Bu sınırda bulunan bir kükürt miktarı ile küresel grafitli dökme demir
imalatı için, döküm parçası içerisinde %0.035-0.060 sınırları içinde kalan küreleştirici
e1ement miktarı yeterli o1maktadır.Bu sınırların altında veya üstünde kalan
miktarlardaki küre1eştirici elementlerin iyi sonuçlar vermediği belirtilmektedir.
3. 4. Kükürdün azaltılması
asit astarlı kupol fırınlarında yakıt olarak kullanılan kok kömüründeki kükürdün sıvı
demire düfizyonundan dolayı malzemenin bileşimindeki kükürt miktarında artış
olmaktadır. Bu tip çalışma sistemlerinde demir içerisindeki kükürdün azaltılması, sıvı
metalin fırından alınması esnasında veya fırından alındıktan hemen sonra, daima fırın
dışında yapılmaktadır.
Bazik astarlı kupol fırınlarında kükürdün azaltılması işlemi, ergitme esnasında
fırım içerisinde curuf yapılarak sağlanabilir.
Elektrikli fırınlarda yapılan ergitmelerde seçilmiş ham madde ile çalışıldığından ve
kükürt ihtiva eden herhangi bir yakıt kullanılmadığından kükürt, istenen seviyede
elde edilebilir.
Fırın dışında yapılan kükürt azaltma işlemlerinin en tesirli ve belirgin olanları
"soda metodu" ile «karpit metodu» dur.
Soda Metodu: Sıvı demirdeki kükürt FeS veya MnS şeklinde bulunmaktadır.
Kükürdü azaltmak istenen sıvı demirin alındığı potaya, şarjdaki kükürt miktarı ve
ergitme tekniği göz önünde bulundurularak umumiyetle % 1 in üzerinde kalan
miktarlarda susuzlaştırılmış (Na2CO3) yerleştirilir.
Döküm potaya alındığı zaman aşağıdaki reaksiyon vuku bulur:
4FeS
4Fe
4 MnS + 4 Na 2CO3 = Na2SO4 + 3 Na2S + 4 Mn + 4 CO2
Bu reaksiyon ısı alan (endotermik) bir reaksiyondur. Yüksek sıcaklıklarda bu reaksiyon
daha süratli cereyan eder. Bu bakımdan sıvı demirin. sıcaklığının maksimum
tutulmasında faydalar vardır.
Soda metodunda, kükürdün azaltılması için 5 dakikalık reaksiyon zamanı kafi
gelmektedir. Reaksiyon sonunda meydana gelen kükürt curufu potanın üzerinde dışarıya
alınarak işlem bitirilir.
Karpit Metodu: Bu metot da ince toz halindeki CaC2 azot gibi nötr bir gaz ile sıvı
dökme demire enjekte edilir.
Ca metalinin kükürde karşı afinitesinin fazlalığı dolayısıyla (Sekil 3. 3.) CaS teşekkül
etmektedir. Bu sayede sıvı demirdeki kükürdün azaltılması mümkün olmaktadır.
Küreleştirici Maddenin Đlave Edileceği Sıcaklık: Küreleştirici elementin ilave
sıcaklığına zıt yönde tesir eden iki faktör vardır.
a) Küreleştirici elementin verimi: Verim yönünden ilave esnasındaki metal
sıcaklığının yüksekliği ile verimin düşmesi orantılı düşmektedir.
Bilhassa Mg kullanıldığında, sıcaklığın yükse1mesi. Mg buhar basıncının yükselmesine
sebep olmakta ve dolayısıyla Mg kaybını arttırmaktadır.
b) Grafit teşekkülü: Küresel grafit teşekkülü için hava sıcaklığı, sıvı demirin ötektik
katılaşması başlangıcından yüksek olmalıdır. Çünkü dökme demirlerdeki normal ötektik
katılaşması esnasında devamsız ötektik fazı "lamel grafit" ayrışmaktadır. Bu sebepten
dolayı, küresel biçimde grafit teşekkülü sağlayan ve sıvı demiri yapı değişimine uğratan
küreleştiricinin sıvı sıcaklığı yüksek tutulmalıdır.
Bu iki faktör nazarı itibara alındığında, küreleştirici elementin veya
alaşımının dökme demire ilave sıcaklığının 1350-14000C arasında olması gerektiği
anlaşılmaktadır.
3. 6. Alaşımı Nüveleştirme (Inokü1asyon)
Küresel grafitli dökme demir imalatında ilave edilen küreleştirici elementlerin
tesiri ile soğuma ve katılaşma esnasında bir geçme ve bu sebeple de karbürleş
teşekkülleri müsait bir hale gelmektedir. Malzemede grafit çekirdeklerinin teşekkülünü
kolaylaştırmak gayesi ile, grafitleştirici özelliği bulunan elementler veya alaşımlar
kullanılarak, sıvı demire küreleştirici ilavesinin arkasından aşılama işlemi yapılır.
Kürese1 grafitli dökme demir imalatında aşılama işlemi, genel olarak, toz haldeki
ferrosilisyum ile yapılmaktadır.
Aşılama işleminde kullanılan aşılayıcı miktarları % 0,4-0,6 arasında kalmaktadır
(Bu değer %70-75 Si ihtiva eden ferrosilisyum içindir).
Đlave şekli: Toz haldeki Fe-Si, sıvı metal içerisine veya döküm yapılacak kalıp
boşluğuna konmak suretiyle olabilmektedir.
Aşılama işlemi grafit teşekkülünü kolaylaştırdığı için malzemenin aşırı şekilde sert
olmasını önleyerek, mekanik özelliklere müsbet etki eder.
1. 7. Dökümün Đzabesi ve Döküm Pratiği
Küresel grafitli dökme demir imalatında en önemli kademelerden biri, hiç şüphesiz ki
döküm safhasıdır.
Bir dökümde mamul parçanın özellikleri, büyük ölçüde, dökümde çok kısa bir
zaman aralığı içerisinde tamamlanan katılaşmaya bağlı kalmaktadır.
Dökümlerdeki katılaşma mekanizması kimyasal bileşimle beraber, katılaşma
anındaki soğuma hızına da çok bağlıdır. Ayrıca malzemenin döküm hatalarından arınmış
halde elde edilebilmesi büyük ölçüde kalıp malzemesine de bağlı olmaktadır.
Diğer taraftan kalıp malzemesi kadar, döküm parçasının kalıplama tekniği -kalıp,
boşluk çıkıcı dizaynı döküm sıcaklığı ve döküm zamanı gibi faktör1er de önemli rol
oynamaktadırlar.
a) Kalıp malzemesi: Küresel grafitli dökme demirler daha ziyade yaş (taze) ve
kuru kum kalıplara dökülürler.
Küresel grafitli dökme demirler için kullanılan kalın kumları, su miktarı daha
intizamlı bir şekilde kontrol edilmek şartıyla, lamel grafitli dökme demirlerin kalıp
malzemelerine benzerler.
Kumlardaki su miktarlarının kontrolünde titiz hareket edilmesine, küresel grafitli
dökme demirlere ilave edilen küreleştiricilerin kuvvetli oksitlenen elementler ihtiva
etmesi sebep olmaktadır.
Küresel grafitli dökme demirler için kullanılan kum karışımlarının aşağıdaki gibi
olması tavsiye edilmektedir.
Silika kumu
Kum içindeki kil
:A.F.S tane iriliği numarası 50-60
:%6-8
Kalıplama işleminde kullanılan karışım ise,
Kalip kumu
Bentonit
Hububat unu
Maça yagı
Su
:% 96,5
:% 1,0
:% 1,0
:% 1,5
:% 3
ihtiva etmektedir.
Böy1e bir karşımdan elde edilen kalıpların özellikleri şöyledir:
Yaş basma mukavemeti
Kalıp sertliği
Rutubet
Gaz geçirgenliği
:%10 - 18 Psi (0.7 - 12.6 kg/cm2
:83 - 93
:%2.5 - 3.2
:50 - 70
b) Yolluk ve çıkıcı sistemleri: Küresel grafitli dökme demirlerin dökümünde tatbik
edilen yolluk ve çıkıcı sistemlerinin tespitinde aşağıdaki prensiplere riayet edilmelidir:
a) Curuf ve pislikleri kalıp boşluğundan daha i1eriye götüren yolluk sistemleri
kullanılmalı,
b) Metalurjik kalıp içerisinde az türbülanslı şeki1de hareket etmesi sağlanmalı,
c) Metalin kalıp boşluğuna girişi kontrollü olmalı,
d) Sıvı metalin kalıp boşluğunda çok iyi bir dağılıma uğrayabilmesi sağlanmalıdır.
Bu esaslardan hareket ederek yolluk sistemleri, düşey yolluk taban kesiti, yatay yolluklar
giriş kesitlerinde kesitler arasında 4 : 8 : 3 oranı esas alınarak kalıp hazırlanır yatay
yollukların yükseklikleri, genellikle genişliklerinin 2 katı olmalıdır.
Küresel grafitli dökme demirle; dökü1müş halde perlitik yapıya sahip olduklarından,
çelik dökümler gibi katılaşma esnasında çeki1me boşlukları gösterirler.
Katı1aşma esnasındaki çekilme boşluk1arını gidermek için kullanılacak besleyicilerin
boyutlandırılması ve kullanılma yerlerinin çekimine ait esaslar DUNPHY, ACKERLID
PELLINI vs. tarafından yapılan çalışmalarda belirtmeye çalışılmıştır. Bununla beraber,
çeşitli şartlarda besleyicilerin boyutlandırılması ve yerleştirilmesi muhakkak ki deneysel
çalışmalarla tespit edilmelidir.
c)Döküm zamanı ve sıcaklığı: Küresel grafitli dökme demirlerin dökümünde kullanılan
döküm sıcaklıkları, lamel grafitli dökme demir dökümlerinkine benzemektedir Ve aynı
esaslar geçerlidir.
Döküm müddeti, döküm parçasının ağırlığı ile ampirik olarak şu formülle
bulunabilir:
Döküm zamanı=Sabite
√ Döküm Ağırlığı
Burada döküm süresi (saniye) ve ağırlığı (libre) cinsinden alınırsa; sabite ≅ 0.65 olur.
Eğer ağırlık kg cinsinden alınırsa, sabite ≅ 1 olur.
Malzeme Özellikleri:
Küresel grafitli dökme demirlerde malzeme özellikleri kimyasal bileşim ve daha ziyade
mamul parçanın metalografik yapısına bağlıdır.
Genel olarak küresel grafitli dökme demirlerin kimyasal bi1eşimi
C
=%3,2-4,0
Si
=% 1,0 - 3,0
Mn
=%0,1-0,8
p
=% 0,10 max
S
=% 0,025 max
Mg
=%0,05
aralığında bulunmaktadır.
Küreleştirici elementin ve ona bağlı olarak kükürdün haricinde malzemedeki C, Si,
Mn ve P 'un özeliklere etkileri,lame1 grafitli dökme demirlerdeki gibi olmaktadır.
Buna mukabil, Bölüm 3.1. de anlatıldığı gibi, imal edilen ideal küresel grafitli
dökme demir malzemesinin mekanik özelikleri, lamel grafitli dökme demir
malzemelerinden pek çok üstündür.
2
Mekanik özellikler bakımından küresel grafitli dökme demirler 70 kg/mm lik
kopma mukavemetine, 50 kg/mm2lik akma mukavemetine, döküm halinde %3-5 kopma
uzamasına veya tavlı halde %12-17 kopma uzamasına sahip olabilirler.
Küresel grafitli dökme demir malzemelerinde, diğer birçok malzemelerde olduğu
gibi, mukavemet ile sertlik arasında yakın ilişkiler mevcuttur (Şeki13.5).
Ayrıca esas bileşime ilave olarak, alaşım elementleri sayesinde küresel grafitli
dökme demir mazeme1erinin mekanik özelliklerinde ve korozyona dayanırlıklarında
artışlar olmaktadır.
Şekil 3. 5. Küresel grafitli dökme demirlerde sertlik ve mekanik özellikler
arasındaki genel münasebet
Bil hassa Ni, Mo, V ve Cr un küçük miktarlarda ilavesi ile çok üstün özellikler elde
edilebilmektedir(Şekil 3. 6.)
Yine lamel grafitli dökme demirlerde olduğu gibi, kesit büyüklüğünün de mekanik
özelliklere ve bil hassa sertliğe aynı yönde etkileri mevcuttur.
Şekil 3. 6.:Küresel grafitli D.D. lerde alaşım elementlerinin ve döküm parçası kesit
kalınlığının sertliğe etkileri.
Döküm ve ısıl işlem durumlarına göre, genel olarak küresel grafitli dökme demirler ile
lamel grafitli dökme demirlerin özelliklerini mukayese Tablo 3. 1. de verilmiştir.
3. 9. Küresel Grafitli Dökme Demir Standartları
Küresel grafitli dökme demirlerin beynel minel sınıflandırılmasında, lamel grafitli
dökme demirlerde olduğu gibi mukavemet esas alınmıştır.
Tablo 3. 1. Küresel grafitli dökme demirlere ait mekanik özellikler
3. 9. 1. ASTM sınıflandırılması (USA)
(1)PSI=7x10-4 kg/mm2 olarak alınacak
(a)%3.00 Min. C, %2.75 Max Si, %0.08 Max P
(b)ASTM A395-56T ile CE 4.5 olacak şekilde.
Bu sınıflandırmada görüldüğü gibi, küresel grafitli dökme demirler sırasıyla kopma
mukavemeti, akma mukavemeti ve % uzama değerlerinin değişimine göre
isimlendirilmektedir.
Sınıflandırmada şartlar olarak belirtilen tablo ve ferritik terimlerin, yumuşatma
tavlamasını belirtmektedir. Yüksek mukavemetli malzemelerdeki ısıl işlem terimi ise,
normalizasyon veya sertleştirme ısıl işlemlerini kapsamaktadır.
3. 9. 2. DIN 1693 Normuna Göre Sınıflandırma
Bu sınıflandırmanın esası da yine malzemenin min kopma mukavemetine göredir. DIN
normunda belirtilen % uzamaları yüksek olan küresel grafitli dökme demirler, ASTM
sınıflandırmasında olduğu gibi yumuşatma tavına maruz bırakılmışlardır.
3. 9. 3. Türk Standartlarında Küresel Grafitli Dökme Demirler
Bu standartta da küresel grafitli dökme demirlerin gösterilişi DIN normundakine
benzerdir ve prensip olarak aynıdır (TS 526).
Türk standartlarında D.D.K. kısaltılmış rumuzu ile gösterilirler. Bu standartların
kapsamına giren küresel grafitli dökme demirlerin mekanik özellikleri yukarıda
verilmiştir.
3. 9. 4. SAE standartlarına Göre Sınıflandırma
Otomotiv endüstrisinde, üstün özelliklerinden dolayı pek çok kullanılış yeri bulunan
küresel grafitli dökme demirler, Amerika da SAE – JE 34a standartlarına göre
sınıflandırılmışlardır.
Bu sınıflandırmada da, yine malzemenin mekanik özellikleri dikkate alınmıştır.
3. 10. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Katılaşma Mekanizması
Bilindiği gibi dökme demirler, ötektik katılaşması gösteren alaşımlardır. Bil hassa lamel
grafitli ve küresel grafitli dökme demirler bileşim itibariyla ötektik bileşime daha
yakındırlar.
Dökme demirlerin katılaşma mekanizması PELLINI tarafından açıklanmış olup, bu
açıklamalarda lamel ve küresel grafitli dökme demirlerin mukayeseli olarak
katılaşmaları da deneysel yollarla gösterilmiştir.
Bu alanda ALBERT D.Sy. ve C. H. HUGHES in soğuma eğrileri yolu ile yaptıkları
açıklamalar oldukça ilgi çekicidir.
Yukarıda bahis edilen çalışmaların sonuçlarından çıkarılan bilgiler şöyle özetlenebilir.
Küresel grafitli dökme demirlerde, normal grafitli dökme demirlerin katılaşma esnasında
verdikleri soğuma eğrilerinden farklı durumlar ortaya çıkmaktadır. Bu farklılaşma, lamel
grafitli dökme demirlerin katılaşma bitmesi ötektik sıcaklığında olduğu ve bu sıcaklık
aralığında ötektik ayrışması sonucunda (kimyasal bileşim ve soğuma hızı tesiri ile )
lamel grafitlerin çökelmesi husule geldiği halde, küresel grafitli dökme demirlerde
katılaşmanın ötektik sıcaklığı altındaki bir sıcaklıkta bittiği, yani bir katılaşma
gecikmesinin mevcut olduğu ortaya çıkarılmıştır(şekil3. 7.).
Zaman →
Şekil 3. 7. Lamel grafitli ve küresel grafitli dökme demirlerim farklı şartlarda
soğuma eğrileri
1)
2)
3)
4)
5)
Đnoküle edilmiş lamel grafitli D.D.: CE= a/4.37 b/4.09 c/4.15
Đnoküle edilmemiş lamel grafitli D.D:CE= a/3.47 b/4.14 c/3.95
Mg ile elde edilen küresel grafitli D.D.:CE=a/4.04 b/ 4.26 c/3.99
Mg ile elde edilmiş küresel grafitli D.D.(inoküle edilmemiş) CE=a/4.03 b/4.09 c/4.03
Ce ile elde edilmiş küresel grafitli D.D.:CE= 4.82
Böyle bir durum, kimyasal bileşim hudutları ve kalıp malzemesinin soğutma gücü farklı
olduğuna göre, ancak malzemeye ilave edilmiş küreleştiriciler sayesinde bileşimden
ötürü bir aşırı soğuma şartının sağlandığını ortaya koymaktadır.
Soğuma eğrilerinde bu farklılaşma, imalat esnasında küresel grafitli dökme demirler için
doğrulayıcı nitelik taşıyan kontrol olarak kullanıla bilmektedir.
Küresel grafitli dökme demirlerde aşırı soğumanın yaratılması ve grafit teşekkülünü
beraberce mütaala edilmesi, küresel grafitlerin teşekkülünü açıklamaya yardım
etmektedir.
3. 11. Küresel Grafitlerin Oluşumu Üzerine Teoriler ve Đrdelenmesi
küresel biçimde şekillenen grafitlerin oluşumu deneysel yollarla yapılan araştırmaları
altında açıklanmaya çalışılmıştır.
3.92 bölümünde dökme demirdeki yapı elementlerinin izahında, grafit oluşumuna ait
teorilerde nazarı itibare alınarak küresel grafitler üzerinde yapılacak tartışma
kolaylaştırılmış olur.
3. 11. 1. Sıvı Dökme Demirden Doğrudan Doğruya Küresel Grafit Teşekkülü
Hiper – Ötektik dökme demir bileşimleri ile küresel grafitli dökme demir
imalatında, sıvı durumdaki metal üst düzeyinde küresel grafitlerin yüzdüğü müşahede
edildiği gibi, sıvı haldeki malzemeden alınan numunelerin su içerisine atılarak ani
soğutulmaları sayesinde elde edilen metalografik numunelerin incelenmesinde, az sayıda
ve küçük boyutlu küresel grafitlere rastlanmaktadır.
Hipo – ötektik alaşımlar için aşırı soğumanın olduğu bilindiğinden, ilk katılaşan
ostenit dandiritleridir. Geri kalan sıvı karbon bakımından zengindir. Bu karbon
bakımından zengin sıvıdan ötektik ayrışması esnasında küresek grafitler meydana
geldiği ve bu grafitlerin ostenit dantiritlerinin uç kısımlarında yer aldığı yine
metalografik muayeneler sonucunda tespit edilmiştir.
3. 11. 2. Katılaşmış Dökme Demirde Grafit Teşekkülü.
Bu tarz küresel grafit teşekkülü aşağıdaki gibi iki şekilde olabilir.
a)
Sementitin (karbürlerin) ayrışması ile:
Bu tarzdaki grafit oluşumları, ilk açıklamaların en önemlisi olmaktadır. Şüphesiz
burada klasik metotla elde edilen iki çeşit temper döküm imalatındaki yumru (rozet veya
küresel) haldeki grafitlerin teşekkülü mekanizması geçerli olmaktadır.
Küresel grafitli dökme demirlerde, karbürleştirici bir ortamda (gerek küreleştirici
ilavesi ve gerekse soğuma eğrilerinde görüldüğü gibi, aşırı soğumaları olması ile
katılaşma gecikmesinin vuku bulması sonucunda) geciken ötektik ayrışması esnasında
sementit' den çökelen grafitlerin katı bir ortam içensindeki şekillenmeleri küresel
biçimde olmaktadır.
b) Karbonca aşırı doymuş ostenit'den küresel grafit çökelmesi:
Bu gün için en geçerli görüş tarzı bu olmaktadır. Mg veya diğer küreleştiricilerin
ilavesi neticesinde, Fe-C denge diyagramının solidus ve likidus eğrileri aşağıya doğru
kaymaktadır. Bunun neticesi olarak, ötektik sıcaklığında bir düşme olmaktadır
Denge diyagramındaki dönüşüm eğrilerinin zorlanma neticesinde böyle bir düşüş
göstermeleri sebebiyle, bilhassa hipo-ötektik bileşimlerde ilk katılaşan ostenit, dendritik
bir şekillenme ile tezahür eder. Ostenit dendritlerinde bileşim, merkezden çevreye doğru
devamlı artan karbon miktarı ile karbonca zenginleşmektedir. Ötektik bileşiminde de
ostenit dendritlerinin yüzeylerinde son katılaşacak kısmın bileşiminde, dengede
bulunması icap eden karbonda bir artış husule gelmektedir.
Katılaşmanın tamamlandığı halde ise denge diyagramından görüleceği gibi,(şekil
3. 8.) ostenit bileşiminde (düşen sıcaklıklarla orantılı olarak karbon arttığından ) karbon
artışı dengeye nazaran daha fazla olmaktadır. Soğumanın ötektik sıcaklığı hattının daha
aşağılara düşürmesi, ostenit bileşminde azalan sıcaklıkla azalan karbon miktarını
öngörmektedir. Bu durumda ostenit dendritlerinin çevresinden (karbonca zengin ve aşırı
doymuş kısımlardan) grafit çökelmeleri olmaktadır.
Grafitlerin çökeldiği ortam, plastik bir katı ortamdır. Böyle olmasına rağmen katı
fazın grafit büyümesine karşı direnci, sivi faza nazaran çok fazladır. Ayrıca, zorlanmalı
bir soğumadan dolayı ostenit bileşiminin ani ve fazla değişikliği sebebiyle, grafitlerin
normal büyümelerin ve gelişmeleri engellenmiş olur.
Bu durumda meydana gelen grafitlerin minimum yüzeyli hacimler şeklinde
kaması (bu şeki11er küçük boyutlu ve kürese1 biçimdedir) temin edi1miş olur.
Küreştirici elementlerin ilavesiyle aşırı doymuş ostenitten küresel grafitlerin
meydana çıkış teorisi, küşresel grafitli dökme demirlere ait soğuma- zaman eğrileri ile
de çok uyuşmakta ve birbirini teyit eder durumdadır. ALLBERT de Sy, çalışmalarında
bu görüşleri ispatlayacak deneysel sonuçları vermektedir.
Şekil 3. 8. Aşırı soğuma neticesinde karbonca aşırı doymuş γ oluşumu
C.
R. LOPER ve R. HEINE de bu hususdaki çalışmalarında yukardaki açıklamalara
paralel görüşlerini, ilave olarak da küresel grafitli çekirdeklerinin ötektik sıcaklıgı
üstündeki bölge1erde tesşekkül ettiğine (çünkü küresel grafitli dökme demir bileşimi,
grafit çekirdeklerinin teşekkülüne müsaittr) ve etraflarının ostenit ile çevrelediğini, bu
sebeple de grafitlerin normal büyüme ,göstereceğini belirtmiştir.
3. 12. Ötektik katılaşmasının yapısal değişimi
Lamel grafitli dökme demirlerde görülen ötektik katılaşması tipi devamsızlık gösteren
bir ötektik katılaşmasıdır. Aynı durum A1- Si ötektik katılaşmasına sahiptir.
Fe-C ötektik a1aşımlarındaki ötektik katı1aşması esanasında devamsız bir fazdan grafit
çökelmesi olmaktadır. Bu çökelme, soğuma istikametine bağlı olmayan geometrik bir
katılasmadır.
Gerek Fe-C, gerekse Al-Si ötektik alaşımlarındakigrafit ve Si lamelleri yerine
(malzemeye mukavemet ve süneklik kazandırmak için) bu fazların küresel biçimde
oluşumları sağlamak maksadıyla yapılan işlem modifikasyon veya yapısal degisim
denir. Modifikasyon işlemi küçük miktardaki üçüncü bir elementin ilavesiyle yapılır.
üçüncü element ilavesiyle alaşımlarda yeni bir faz görülmeyip, devamsız ötektik
fazlarının büyümesi durdurulur; daha küçük yüzeyli ve normal yapılış düşzgün
dağınımlı ince ötektik ayrısması fazları elde edilir.
Al-Si alaşımlarında bu iş için Na, dökme demirlerde ise küresel grafitli dökme demir
imalatını gerçekleştiren küre1eştiriciler kullanılmaktadır.
3. 13. Küşreleştirici Elementlerin Tesirleri
Bir evvelki 3. 12. bölümündeki açıklamanın devamında grafitlerin küresel olmasının bir
izahı tarzı da, küreleştirici elementin ilavesi sayesinde, devamsız faz olan grafitlerin ara
yüzey sıcaklığı, devamlı fazlar olan ostenit ve sementit'e nazaran daha düşük olması, bu
sebeple de küreleştirici element ilavesi ile devamsız faz olan grafitin küçük yüzeyli
küresel şekilde büyüyecekleri şeklinde öne sürülen izah tarzıdır.
Grafitlerin klüesel şekli, hekzagonal kristallerin altıgen biçimli taban düzlemlerinin
eğrisel şekilde büyümesinden (Şekil3. 8. a.) veya parçalanmış grafitlerin farklı
doğrultulara yönlenmesi sonucunda meydan gelmektedir .
Bu türlü grfit şekillenmsinde küreleştirici elementlerin ve diğer elementlerin ne
gibi tesiri olmaktadır? Bu sualin cevabı, muhtelif oluşum teorilerinin ve dökme demir
metalurjisinin bir arada düşünülmesi sonucunda birkaç noktadan açıklamalarla
bulunabilmektedir.
Grafit çekirdeklerinin küresel biçimde büyümesi, ötektik katılaşmanın gecikmesi
ile mümkün olmaktadır. Keza, grafit kristallerinin çeşitli taban düzlemlerinin eğrilik
meydana getirerek büyümesi grafit çevresi tarafından zorlanmanın olduğunu
göstermektedir. Bu durumda A.De Sy' nin açıklaması, aşırı doymuş ostenitten grafit
çökelmesinin rijit bir ortamda küresel biçimde büyümesinin en geçerli sebebi olmaktadır
Diğer taraftan çekirdek1enmenin vuku bulmasında rol oynayan iki enerji terimi
vardır. Bunlar, hacimsel gerilim enerjisi ve yüzey enerjileridir. Çekirdeklenme için
lüzumlu minimum serbest enerji, yani aktivasyon enerjisi değeri, kritik çekirdek yarı
çapına erişildikten sonra elde edilir bu miktar, birbirleri ile ters istikamette büyüyen
hacimsel enerji ve yüzey enerji toplamına eşittir (Şekil 3. 9.).
Şekil 3. 9. Çekirdeklenme mekanizması ve bu olayı yaratan hacimsel gerilim
enerjisi ile yüzey serbest enerjisinin çekirdek yarıçapı ile yüzey serbest enerjisinin
çekirdek yarı çapı ile değişimleri
Eşit hacimli çekirdeklenmede, eşit serbest enerji değişimini bulmak için:
a)
Eşit yüzeylerde, eşit yüzey enerji miktarı
b)
Farklı yüzeylerde ise, küçük yüzeyler için büyük yüzey enerji
miktarına lüzum vardır.
Bu açıdan bakıldığında, grafitlerin küresel biçimde oluşumunu sağlamak için eşit
hacimli grafit çekirdeklerinin en küçük yüzeyli olması icap etmektedir.
Buradan çıkacak sonuç enteresan bir durum arz etmekte ve grafitlerin küresel
şekillenmesi için dökme demir malzemesinin yüzey enerjisinin değişimlerinin
bilinmesini gerektirmektedir.
Küreleştirici elementlerin tesirlerini bu iki açıdan da alıp incelenecek, meseleyi
kolaylaştırıcı nitelik taşımaktadır.
3. 13. 1. Küreleştirici Maddelerin Etkileri
Sıvı hal deki dökme demire küreleşecek miktarlarda ilave edilen küreleştirici
elementlerin daha önceki bahislerde malzemede ötektik katılaşmasını geciktirdiği
gösterilmiştir.
Malzeme bileşiminde bulunan karbon ve Silisyum ise, grafit çökelmesini
sağlayacak ve teşvik edecek kadar yüksek miktarlardadır. Bu durumda küreleştirici
elementin tesiri altında grafitleşmeye teşvik eden yüksek C, Si dolayısı ile meydana
gelecek grafitler küçük boyutta olacak ve malzemenin mukavemet özelliklerinde
hissedilir derecede yükselmeler husule gelecektir.
Küreleştirici elementlerin dökme demirde yüzey enerjisi artırıcı rolü olmaktadır.
Bu tesir doğrudan doğruya olabildiği gibi, dolaylı olarak da kendini gösterebilmektedir.
Şöyle ki : küreleştirici elementlerin müşterek kimyasal karakterleri, oksijene ve kükürde
karşı yüksek afiniteleridir. Bunlar oksijen ile kükürdün sıvı demirde asgariye
indirmektedir. Oksijen ve kükürt, dökme demir' in yüzey enerjisini çok fazla düşüren
elementlerdir (şekil 3. 10.).
Bu sebepten dolayı, küreleştirici elementler sayesinde yüzey enerjisi artan dökme
demirin matriksi ve grafit arasındaki ara yüzeyin asgari olması gerekmektedir. Aynı
zamanda yüzey enerjisi yüksek olan bir sıvının grafiti üç istikametteki gelişi güzel
büyümesini de engelleyici bir faktör olacağı söylenebilir. Bu türlü grafit oluşumu ise
yine en küçük yüzeyli, yani küresel biçimli bir fazın teşekkülü ile mümkündür.
Şekil 3. 10. Dökme demire ilave edilen muhtelif elementlerin sıvı demirin
yüzey gerilimlerine etkileri
Bugün için bu iki görüşü beraberce
mekanizması izah edilebilir.
müta1a edilerek küresel grafitin o1uş
Bu iki açıklamanın ışığı altında, küresel grafitli dökme demir malzemesinde
imalatı bozucu şekilde bileşime giren elementlerin araştırma bozucu miktarlarda
bulunması ve tesir yönlerinin tespiti, incelenmesi gereken önemli konulardır.
Bu alaşımlardan edinilen bilgiye göre, küresel grafitli dökme demirdeki muhtelif
elementlerin imalata etkileri açıklanabilmektedir.
3. 14. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Kimyasal Bileşim Etkileri
Küresel grafitli dökme demirde bulunan elementleri iki grupta toplamak
mümkündür. Bu iki grup elementleri, pikde her zaman bulunan Dökme demirin esas
bileşimini teşkil eden elementler ile nadiren veya eser halde malzeme bileşiminde
bulunan elementler olarak ayırabiliriz.
3. 14 1. Pikte Her Zaman Bulunan ve Dökme Demirlerin Esas
Elementler
Bileşimindeki
Küresel grafitli dökme demirlerde de esas bileşim, evvelce de açıklandığı gibi,
karbon ekivalanı ile incelenebilir.
Karbon ekivalanı nı meydana getiren C, Si ve P elementlerinin küresel grafitleri
bozucu etkileri görülmemiştir; buna mukabil, malzeme mekanik özelliklerine, küçükde
olsa, etkileri vardır.
Karbon: Küresel grafitli dökme demir malzemelerinde karbon miktarı %2,5 den
%4,0 a kadar artışı incelendiğinde, kopma mukavemeti, akma mukavemeti ve sertlikte
küşük azalmalar müşahede edilmektedir.
Bu duruş daha önce incelenen lamel grafitli dökme demirlerin özelliklerine
benzerlik arz etmektedir.
Silisyum: Miktar olarak %1 den %4e kadar değişebilmekte, en iyi mekanik
özellikler %2 civarında kaldığı zaman elde edilebilmektedir.
grafit teşekkülünü kolaylaştırmak bakımından, küresel grafitli dökme demir
imalatında yapılan aşılamanın da esas elementi silisyum olup, ferro silis yolu ile ilave
edilmektedir.
silisyumun düşük olan bileşimlerle çalışıldığında, bu husus daha emniyetlidir.
Fosfor: Fosfor, lamel grafitli dökümlerle olduğu gibi, küresel grafitli dökme demir
imalatında da malzemeye gevreklik veren bir elementtir. Küresel grafitli dökme
demirlerde aranan en önemli özelliklerden biri süneklik olması bakımından, fosfor
miktarının asgaride tutulması şayanı tavsiye edilir. Bu sebepten, fosforun üst sınırı
%0,10-0.15 olarak tutulmalıdır.
Manganez: manganezin karbürleştirici bir element olması ve küresel grafitli
dökme demir malzemelerinin dökülmüş haldeki yapılarının perlitik olması sebebiyle,
sertliğin ve gevrekliğin artmasına etkileri olur istenmeyen bu özelliklerin önlenmesi
bakımından, manganez miktarı küresel grafitli dökme demir imalatında %0,5 civarında
tutulmaktadır.
Kükürt: Kürese1 grafitli dökme demir imalatında sınırlayıcı olan ehemniyetli bir
elementtir. imalatı sınırlayıcı etkileri iki yönde oynamaktadır.
a) Bölüm 3. 3. de anlatıldığı gibi, küire1eştirici elementleri kükürde karşı afiniteleri
fazla olması sebebiyle, küreleştirici elementlerini düşürmektedir.
b) Küreleştirici element verimi dikkate alınmadığı zaman bile kükürdün küreleştirici
grafitli dökme demir imalatında bozucu tesirler yarattığı görülmektedir.
Yapılan bazı araştırmalarda, hiç kükürt ihtiva etmeyen ve suni olarak hazırlanan Fe-C-Si
alaşımlarının dökümünde, küçük boyutlu çok az miktarda küresel biçimli grafitlere
rastlanmıştır
Diğer taraftan yüzey enerji açısından kükürt, sıvı dökme demire çok kuvvetli bir yüzey
enerji düşürücü elementi olarak rol oynamak (şekil3. 10.). Bu tesirinden dolayı da,
grafitlerin lamel şeklinde büyümesine yardı etmektedir.
3. 14. 2. Pikte Eser Halde ve Arızi Olarak Bulunan Elementler
Bu grupta mütala edeceğimiz elementler, pik bileşiminde nadir veya eser halde
bulunabilen ve küresel grafitli dökme demir bileşimi girerek, malzeme özel1iklerine etki
eden elementlerdir. Bu elementler kendi aralarında, malzeme özelliklerine "iyi"ve "kötü
etki edenler"diye ikiye ayırabiliriz.
a) Küresel grafitlere bozucu etkisi olmayan elementler:
Bu grupta yer alan elementler Ni, Mo, V, Cr, Cu gibi elementlerdir. Bunların,malzeme
özelliklerine (mukavemet, sertlik ve korozyona dayanıklık yönünden) iyi etkileri vardır
(şekil 3. 6) Bu etkilerinden dolayı bunlar, kürese1 grafitli dökme demir imalatında
alaşım elementleri olarak adlandırılabilir. Bu elementlerden yüksek miktarlar ilave
edilerek küresellik niteliğini bozmaksızın, alaşımlı küresel grafitli dökme demirler elde
edilmektedir. Bu hususlarda geniş araştırmalar yapılmış olup, çeşitli bilgiler mevcuttur.
b) Küresel grafitleri bozucu etkisi olan elementler:
Bu gruba giren elementlerin bilinmesi, yahut zararlı miktarlarda tespiti bu gün için
araştırılması gereken önemli çalışma alanları teşkil etmektedir.
Küresel grafitli dökme demirlerde, günümüze kadar yapılan araştırmalarda, münferit
bazı elementlerin imalatı bozucu oldukları deneysel yollarla gösterilmiş, fakat sebepleri
tam olarak açıklanamamış vaziyettedir. Bu çalışmalarda daha ziyade, pik bileşiminde
bulunabilecek az yada eser miktardaki elementler (Ti, Sb, Bi, Pb, As, gibi) üzerinde
durulmuştur.
Arthur H.ALLEN Ti ve Pb un münferit ve beraberce oldukları zamanda, muhtelif
miktarları için, küresel grafitlerin şeklini ve malzeme özelliklerini nasıl etkilediğini
göstermiştir. Buna göre: C=%3.5, Si=%2.34, Mn=%0.50, S=%0.01, P=%0.02 esas
bileşimli bir malzeme de %0.05 Mg ile küresel grafitli dökme demir imalatı
gerçekleştirilmiştir.
Bu bileşimdek malzeme içerisinde Ti elementinin %0.08 e kadar miktarları için bozucu
bir tesir görülmediği, %0.13 de grafitlerin bozulduğu ve mukavemet değerlerinin 25
kg/mm2 ye düştüğü tespit edilmiştir.
Pb elementinin % 0.008 miktarı dahi küreselleşmeyi ve özellikleri bozduğu müşahade
edilmiştir.
%0.1 Ti ihtiva eden dökme demirde çok küçük Pb miktarları için bile, özelliklerin
bozulmaya başladığı görülmüştür.
Miktar belirtmeksizin Pb,Ti Al, Sb, Sn, As için küresel grafitli dökme demir
malzemesinde bozucu etki yaptıkları literatürde belirtilmiştir.
Bu elementlerden( Sb, Bi, Pb, As) in bozucu etkileri, miktarları ile birlikte
LOPER, R.W.ROOSMAN, B.H.SHEEK in çalışmalarında gösterilmiştir.
C.R.
Bu türden yapılan çalışmaların en yenisi 1969 uluslar arası döküm kongresinde tebliği
olarak sunulan “Mg suz küresel grafitli dökme demirlerde Ti, Cu ve Mn in tesirleri” adlı
çalışma gösterilebilir.
BÖLÜM IV
KÜRESEL GRAFĐTLĐ DÖKME DEMĐRLERĐN ISIL ĐŞLEMLERĐ
Isıl işlemler son derece uygun olduklarından, küresel grafitli dökme demirler, özellikleri
çok geniş bir aralıkta değişecek şekilde üretilebilirler. Matriksteki karbon miktarı, alaşım
ilavesi, dökümhane işlemlerinin kontrolü ve /veya ısıl işlemlerle, yaklaşık olarak sıfırdan
%0.80 ve fazlası, arasında herhangi bir değere ayarlanabilir. Buna göre matriks yapısı
tamamen ferrit, perlit-ferrit tamamen perlit, martenzit, beynit (bazı özel alaşımlarda
karbür içerebilir) veya tamamen ostenit olabilmektedir.
Yapılan işlemler kontrol edilerek, ısıl işleme ihtiyaç kalmadan şartnamelere uygun bir
küresel grafitli dökme demir üretilebilir, bununla beraber gerek gerilim giderme, gerekse
istenen özelliklerin elde edilmesi amacıyla, küresel grafitli dökme demirlere genellikle
ısıl işlem uygulanır. Đlave edilen alaşım elemanlarının davranışı aynı gri dökme demirde
olduğu gibidir. Başlıca ısıl işlemler benzerdir.
Özet olarak ısıl işlemler gerilim gidermek, döküm halindeki karbürleri parçalamak,
matris yapısını değiştirmek, yüzeylerin sertleşmesini sağlamak ve temper gevrekliğini
minimuma indirmek amacıyla uygulanırlar. Đkisi dışında bütün ısıl işlemler, belli bir
sıcaklık aralığında metalografik yapının, dolayısı ile özelliklerin değişmesi esasına
dayanırlar. Dökme demirin metalografik yapısının değişim sıcaklığı içerdiği silisyum
oranına bağlı olarak farklılık gösterir.
Şekil 4. 1. Silisyum oranına bağlı olarak Ferrit – Ostenit dönüşüm sıcaklığının
değişimi
Gerilim Giderme ısıl işlemi :Bu işlem daha çok yüksek sıcaklıklarda boyut hassasiyeti
istenildiğinde uygulanır. Boyut ve şekline bağlı olarak hemen hemen bütün döküm
parçaları katılaştıktan sonra iç gerilmeler içerirler. Đç gerilmeleri maksumum oranda
gidermek için, parça (538-677 0C) sıcaklıklarda, kesit kalınlığının her 2.5 cm. için bir
saat olacak şekilde tutulur ve 3000C ye kadar 5500C/saat hız ile ve sonra havada
soğutulur.
4. 1. Yumşatma Isıl işlemleri : Bu işlemlerin başlıca a) mevcut olan karbürleri
parçalamak, b) ferritik bir matriks oluşturmak gibi iki amacı vardır.
Tam tavlama: Karbürlerin parçalanması 9000C de iki saat beklemekle
gerçekleştirilebilir. Kalın kessitlt döküm parçaları için sıcaklığı homejenleştirmek
amacıyla her 2.5 cm. için bir saat fazla bekletme yapılır. Beklemeden sonra parça 6900C
de soğutulup bu sıcaklıkta beş saat (her 2.5 cm. kalınlık için 1 saat fazla) süre ile
bekletilir ve oda sıcaklığına soğutulur.
Birleşiminde perliti stabize eden elementler (bakır, mangenez v.b) düşük olan küresel
grafitli dökme demirler için yukarıda belirtilen uzun süreli sıcakta bekletme işlemi
gerekmez; yapıyı tamamen ferritik yapmak için kritik dönüşüm sıcaklığının (şekil 4.1)
altında yavaş soğutmak (20-500C/saat) yeterli olabilir. Mangenez veya bakır oranı
arttıkça soğutma hızı da azalan değerlere doğru kaymalıdır.
Kritik sıcaklık altında tavlama (suberitical Annealing): dökülen parçaların karbürsüz ve
tamamen ferritik yapıda olabilmeleri için kritik dönüşüm sıcaklığının (A1) 550C altında
yaklaşık 5saat tutmak ve parça kalınlığının her 2.5 cm. si için fazladan 1 saat bekletmek
nihayet 5950C ye kadar yavaş soğutup sonra havada soğutmak gerekir.
4. 2. Sertleştirme Isıl Đşlemler
Genel olarak normalleştirme ile su verme ve temperleme işlemlerini kapsar.
Normalleştirme: yapıyı ostenit haline getirmek için gerekli sıcaklık, karbürler mevcutsa
9000C olarak, değilse A1 sıcaklığının 300C üstünde seçilir, bu sıcaklıkta bekletme süresi
1 saat + kalınlığın her 2.5 mm den fazla olan parçalarda normalleştirmeyi kolaylaştırmak
için %0.5-2.0 oranında Cu ilave edilir. Bakır oranı artan kalınlıkla artar.
Normelleştirmede ki nispeten hızlı soğumanın doğuracağı perlitleşmeleri gidermek için
ilave olarak gerilimi giderme tavlaması gereke bilir. Normalleştirmenin bir başka
uygulanışı ise, 9000C tan kritik sıcaklığın (A1) 300C üstüne kadar fırında soğutulup, bu
sıcaklıkta kısa bir süre bekletip havada soğutmak şeklindedir. Bilinen normalleştirmeye
nazaran % uzama ve darbe direncinde belirgin artış sağlanmaktadır.
Şekil 4.2 alaşımsız (DDK) için
TTT eğrisi
Şekil 4.4 Alçak ve yüksek Mn % sinin
TTT eğrisi
Şekil 4.3 Alçak ve yüksek Si%sinin
TTT eğrisine etkisi
Şekil 4.5 Ni ve Mo alaşımlı DDK için
TTT eğrisi
Su verme ve Temperle: Normalleştirmeye nazaran çok üstün özellikler sağlamadığı ve
çatlama tehlikesinin varlığından genellikle pek uygulanmaz. A1 in üzerinde 500 C
sıcaklıkta 1 saat kadar tutulduktan sonra, parçaya genellikle ~1000C deki yağ
banyosunda su verilir ve yapı martensit haline dönüşür. Ostenit-martensit dönüşümünde
soğutma hızı önemlidir ve büyük ölçüde alaşımlandırma ile etkilenir. (Şekil 4.2-4.3-4.4
ve 4.5)
Martensitik dönüşümün başlama sıcaklığı (Ms) daha az kesin belli olmakla beraber, bitiş
sıcaklığı (Mf) daha az kesimdir. Yapının tamamen martenzit olabilmesi için ve
dönüşmemiş ostenitin giderilmesi için, çoğu kez su vermeden “sıfır altı ısıl işlemi”
(sub-zero-heat treatment) uygulanılır.
Su vermeyi takip eden işlem temperlemedir. Seçilen temper sıcaklığına bağlı olarak
değişen sertlik değerleri elde edilir. (Şekil 4.6) Süre yaklaşık olarak parçanın her 2.5 cm
kalınlığı için 2 saat olarak alınabilir.
Şekil 4.6 sertliğin temperleme sıcaklığı ile değişimi.
Genel anlamda küresel grafitli dökme demire uygulanan temperleme (ostemperleme,
maxtemperleme) işlemleri çelik için yapılanlara benzerdir. Ayrıca aleve, endüksiyonla
veya nitrürleme yoluyla yüzey sertleştirmeye de uygundurlar; ancak bu durumda
sertleştirme işleminden önce matriks yapısının perlitik olması tercih edilir, zira perlitik
yapı ostenit haline daha kolay dönüştürülebilir.
4. 4. Gerilim Giderme Tavlaması
Ayrıca ısıl işlem uygulanması düşünülmeyen küresel grafitli döküm malzemelere,
510 ile 675 0C sıcaklıkları arasında, gerilim giderme tavlaması uygulanabilir. Bu
sahadaki düşük sıcaklıklar, gerilmelerin azaltılması için yeterlidir, ancak yüksek
sıcaklıklara çıkılırsa tüm iç gerilmeler yok edilebilir. Yüksek sıcaklıklara çıkıldığında,
çekme dayanımında ve sertlikte biraz azalma olur. Küresel grafitli döküm çeşitlerine
göre, uygun gerilim giderme sıcaklık alanları şöyledir:
Alaşımsız sfero döküm
510 - 565 0C
Düşük alaşımlı sfero döküm 565 - 595 'C
Yüksek alaşımlı sfero döküm 595-6500C
Ostenitik sfero döküm
620-6750C
Gerilim giderme tavlama sıcaklığında 25 mm kalınlık için en az 1 saat ve her 25
mm kalınlık fazlası için 1 'er saat ilavesi yeterli olabilir. Isıtma ve soğutma işlemi,
mümkün olduğunca yavaş yapılmalıdır.
4. 3. Normal Tavlama
Normal tavlama işlemi, lamel grafidli döküme benzer şekilde uygulanır. Uygun
tavlama sıcaklıgı 870 ila 9400C arasındadır. Soğutma işlemi genellikle havada yapılır.
Ancak, havada soğumada farklı soğumetkileri sonucu gerilmeler meydana
gelebileceğinden, normal tavlama sonrasında gerilmeleri azaltmak amacıyla, meneviş
işemi uygulanması yararlıdır.
Normal tavlama sonrası yapı, ferrit, küresel grafit ve ince lamelli perlitten teşekkül
eder. Perlitik yapıdan dolayı çekme dayanımı oldukça iyidir, aynı zamanda Süneklilik de
yüksektir.
4. 5. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Kaynağı
Küresel grafitli dökme demirin çok sayıda tatbikatı arasında, dökme
demirden veya çelikten başka konstrüksiyon elemanlarına kaynağı gün geçtikçe daha
önemli yer tutmaktadır. Bununla beraber kaynaklı birleşmelerde ana metalin
karakteristiklerine vve muadil metalin karakteristikleri devam ettirilmesi kaynak
uygulama şeklinin, kaynak teli seçiminin ve ısıl işlemin kesin şartlarını gerektirir.
Bir taraftan doğrudan doğruya veya iletgenlikle yakından yakına, ve diğer taraftan da
ana dökme demir ve çelik ile kaynatılan sıcaklıklarda bazı elementlerin difüzyonu
sebebiyle dokuların değişmesi çok muğlak olur. Bu itibarla çeşitli araştırmaların
neticeleri ve çelişkili gibi görünmüştür.
Bu bahsin verileri, KG dökümün ya kendisi ile yada %0,23 karbonlu çelikle kaynağını
nazarı itibare almış olan R. Müller in sistematik deney neticelerinden alınmıştır;
-
elektrik arkı, oksi - asetilen ve direnç kaynağı olmak üzere üç kaynak şekil:
- saf nikel, monel, %50 ila 60 nikelli demir - nikel alaşımları ve %24 Cr, %18 Ni li
çelik olmak üzere dört tip elektrot;
-
iki kaynak çubuğu, gri döküm ve KG döküm teli.
Sertlik, bükme açısı, kırılganlık, iki yönde eğme bakımlarından kaynaklı birleşme deney
sonuçlarının mukayesesi her bir özel uygulamaya en elverişli şartları ortaya çıkarma
imkanını verir.
Ve nihayet bu etüdden evvel KG dökümün ferritleştirme ve perlitleştirme ısıl işlemleri
ekte çok açık olarak özetlenmiştir.
4. 5. 0. 1. Kaynakta Hasıl Olan Kusurlar
Ark kaynağında kaynak dikişinin çabuk soğuması sebebi ile, hamulaşmış metalden
kurtulamayan ğazlar daima gözenek hasıl etme tehlikesini arzeder. Diğer taraftan çok
hızlı ısıtma, erğime sıcaklıklarında belirli bir farkı olan iki alaşımı homojen şekilde
ergitmiyebilir. Bu durum C 22 çeliği (%0,23 C'li) ile KG döküşmün nikel çekirdekli bir
elektorotla kaynağında görülür. Soğuk damlalar önceden ısıtılmadığından ve yapışma
olmadışından bu durum hasıl olur.
Bu kusur, üfleç ile kaynak edilmiş gri döküm veya KG döküm çubukları ile
meydana gelmez. Bazı deney çubuğu gözenek veya çok küçük çekme süngerleşmesi arz
eder. Buna karşılık mağnetik kontrol ne elektrik ark, ne de oksi - asetilen kaynağında
çatlak göstermiştir.
Uçtan direnç kaynağı üç çeşit kusur hasıl edebilir:
1) çok düşük bir şişirme basıncı altında, tam olmayan temas metal çok yüksek sıcaklığa
çıkarır, ergime noktası geçilir ve kaynama derecesine varılabilir. Dökme demirin
karbonu yanar ve karbon oksidi oksitlenmeden korur; şişirme basıncı bütün sıvı dökme
demiri def edecek miktarda olacaktır. Yapışmayı tehlikeye düşürebilecek soğuk
damlalar meydana gelirse basıncı arttırıp amperi azaltmak uygun olur. ön ısıtma tertibatı
yoksa başlangıçta amper azaltılır ve memnuniyet verici bir kaynak elde edilene kadar
daha uzun bir strok ve tedricen artan bir basınç kullanılır.
2) Isıtma ile küreciklerin ğrafitinin karbonu hemen geçiş bölgesinde dökme demir
içerisinde erir, dökme demir de karbondan yana Zenginleşip ledeburit teşkil ederek
katılaşır, kaynak dikişi de kırılgan olur. Bu kusur (sekil4. 7.) kafi olmayan bir şişirme
basıncında, sıvı dökme demirin tam olarak def edilmemiş veya kesitin çok büyük
olması halinde görülmüş tür. Kaynak edilecek geniş bir kesit yüksek şişirme basıncını
gerektirir. Bu basınç ise, şişirme yönüne 45 meyilli çatlakların teşekkülünden kaçınmak
için sınırlandırılacaktır.
3) Ve nihayet birleşecek parçalar arasında yetersiz temas halinde bakır çenelere parça
arasında, parçayı mevzi olarak ergime haline getirebilecek bir ark tutuşabilir.
Tablo4. 1. :kullanılan elektrot ve kaynak çubuklarının kimyasal terkibi
Tablo 4. 2. Elektrotların ölçüsü
4. 5. 1. 1. Kaynakta Dokuların Değişmesi
Her kaynakta iki etki sahası bulunur:
1) Dokunun sadece ısıdan etkilendiği bir saha ve
2) Dokunun hem ısı hem de alaşım elementlerinin yürümesi ile değiştiği bir saha.
1) Ana dökme demir içinde, kaynak esnasında transformasyon noktası ile ötektik
arasında kalan sıcaklıklara çıkarılmış bölgede, grafitin karbonu, soğumada perlit veya
troostit hasıl eden kati eriyik içinde yayılır ötektik sıcaklığına varan dökme demir içinde.
kürecikleri çevreleyen bölgede ergir ve katı bir ısıtma müddetinden sonra kürecikleri
tamamen eritir, nispeten yüksek bir soğuma hızında bu bölge ledeburit şeklinde katılaşır
Bu da bakiye ferrit, grafit ve bakiye semantit halinde ayrışabilir. Grafit, çubuk şeklinde
değil, daima kürecikler şeklinde çöker.
2) Đkinci saha, yani sıvı dökme demir sahası. Bazı elementlerden yana fakirleşme
veya bunların yürümesine sahne olur. Oksi-asetilen kaynağında çubuğun ana dökme
demire çok yakın terkibi az değişir. Buna karşılık ark kaynağında silisyum yanması hasıl
olur, bu da ilk dökme demire nisbeten ledeburit ayrışmasını yavaşlatır örtüsüz Ni - Cr
elektrotları bir tarafa bırakılırsa örtünün yüksek graflt nispeti dolayısıyla karbon nispeti
sabit kalır. Nikel ledeburit' in ayrışmasını kolalaştırır, krom ise karbürleri stabilize eder.
Monel lie kaynakta karbüre rastlanmaz. Saf nikel ile kaynak dikişi grafit yayılıp çok
ince kürecikler teşkil eder ve bunun bir kısmında ark kaynağın atmosferini redükleyici
kimya yardım etmiştir.
Ark veya oksi - asetilen kaynağı ile ergime esnasında grafit çelik içinde yayılır,
tane birleşmelerinde perlit ve bir periltik dizi hasıl eder, buda oksi - asetilen kaynağında
daha geniş olur. çelikte silisyum nispeti düşük olduğundan soğumada meydana gelen
karbürleyici ayrışmaz (şekil 4. 8.). Sıcaklığın fazla artması neticesinde çeliğin geçiş
bölgesi Widmanstatten dokusunu da haiz olabilir.
Şekil :KG dökme demirin yardımı ile deney çubuğuna kaynak edilmiş c:22
çeliğine geçiş bölgesi
4. 5. 1. 2. Saf Nikelli Ark Kaynağı
şekil 4. 8. a. da saf nikel elektrotu ile çeliğe (sağda) kaynak edilmiş KG dökümden
(solda) bir çentik darbe deneyi çubuğunun mikrografisini gösterir. Böylece varılan
azami sıcaklığa göre soldan sağa doğru şunlar tefrik edilir: ferrit ve perlitle çevrelenmiş
kürecikler, üzerinde açık renkli ferritin çevrelediği küreciklerin belirdiği daha koyu bir
bölge sonra kaynak dikişi civarında ledeburit. Grafit noktaları ihtiva eden beyaz nikel
kaynak dikişi. Nihayet çeliğin içinde, tedricen azalan periltik bölge.
b) KG döküm ile çeliğin, gri döküm ve KG döküm çubukları ile oksi asetilen
kaynağı
Oksi - asetilen kaynağı ile ilgili grafitin eriyik haline girdiği geçiş bölgesi bilhassa ön
ısıtmanın olduğu sekil 4. 8. 6. 'de ısı ithali daha önemli olduğundan evvelki ark
kaynağına nazaran daha yaygındır. Gri dökme demir kaynak dikişleri (şekil 4. 8. b.)
veya KG döküm dikişleri (şekil 4. 8. c) üzerinde beyaz lekeleri gri renktedir.
Sonuncusunda ilk çubuk dökme demirin sadece bir kısmı olan kürecikler tefrik edilir.
Her iki halde de biraz ledeburit teşekkül etmiştir.
Ana dökme demir içinde küreciklerin yanında troostiti sıkıştıran iri martensit iğneleri
bulunur (şekil 4. 9.). çeliğin geçiş sahası (şekil 4. 8. )üç bölgeye haizdir: tanelerin ek
yerlerinde sementitle birlikte iri perlit taneleri ve widlanstatten dokusu. Bu üç doku
tipine bütün oksi – asetilen kaynaklarında rastlanır.
Şekil 4. 9: kaba martensit yanında trooslit (x 500)
4. 5. 1. 3. Birleşmenin Mekanik Karakteristikleri
Mekanik deney çubukları: şekil 1, KG döküm ve KG döküm- çelik kaynaklı
birleştirmelerin mekanik deneylerinde kullanılan deney çubuklarını gösterir.
a) iki yönde çekme çubuğu:
b) ilk çatlağın belirdiği anda eğme açısını ölçme çubuğu. Kaynak dikişinin “kök” ü
doğruca eğme kuvvetine maruzdur.
Sertlik: dökme demirin bütün mümkün doku şekilleri sadece kaynak dikişinin üstünda
değil, fakat hemen civarıdır.
c) Eğilme açısının tayini için deney çubuğu.
Kaynak kökü basınç tarafında
Havada (A) veya kum içinde (B.C.D.) soğumadan sonra elde edilen dokular
Şekil 4. 10:kaynak birleşmesinin muhtelif mesafelerde işlemden sonra sertlik ve
dokularında değiştiği saf nikel elektrotu.
Havada (A) veya kum içinde (B.C.D.) soğumadan sonra elde edilen dokular.
Şkil4. 11: Kaynak ve havada soğumadan ve kaynak birleşmesinden çeşitli
mesafelerde işlemden sonra dokuların sertlik ve dağılışı. Model elektrotu.
Havada (A) veya kum içimde (B.C.D.) soğumadan sonra elde edilen dokular.
Şekil 4. 12: KG döküm kaynak çubuğu.
Eğilme Açısı: Uzunlamasına kaynak edilmiş iki çubukta eğilme açısı ilk çatlağın
meydana çıkması ile tayin edilmiştir. Karakteristik olarak sadece bu açının değeri ile
çatlağın pozisyonu kaydedilmiştir. Buna karşılık birleşmenin homojen olmayışından
(KG döküm , çelik, kaynak dikişi) dolayı, eğme yükü önemli görülmemiştir.
Isıl işlemsiz monelle kaynaklı çubuklar 300 lik (şekil4. 13.a) Ni – Cr ile kaynaklı
olanlarda 240lik bir eğme açısını kaldırır: saf ve % 60 Ni li kaynaklar arkadan gelir. Gri
döküm ve KG döküme Oksi – asetilen kaynakları çok kırılgandır.
a) işlemsiz
b) , c), d) işlemli
Şekil 4. 13: çeşitli elektrotlarla kaynak edilmiş çubukların eğme açısı.
4. 5. 1. 4. Kaynak Dikişinin Tavlanmasından Sonra Mekanik Karakteristikler
Karakteristikleri ana metalinkine yaklaşan bir birleşme istenmesi bahis konusu
olduğunda ledeburitle martensit'in ayrışması şartlarının araştırılması ve soğumada
martensit teşekkülünün önlenmesi uygun olur. 1050 0C de 5 dakikalık bir tavlama
ledeburit'i, 650 0C'da tutulan meneviş ve onu takibeden kumda soğuma martensiti
takip eder. A1'den yüksek bir sıcaklıktan itibaren soğuma esnasında 650 0C'da tutma
martensit teşekkülünü engeller.
a)Sertlik
Ledeburit 1050 0C'da 5 dakikada ayrışır (şekil 4. 10. ila4. 12.) fakat birkaç leke kalır. CrNi le kaynağın semantiti 12 dakika sonra kaybolmaz. Bilhassa saf nikel ve monelle
kaynakta soğumada kaçınılmaz şekilde martensit teşekkül eder: nikele tipik martensitle
bakiye austenit bulunur. 1050 0C 'ta tavlamada troostit ve perlit bölgeleri genişler.
850 0C'da 2 dakika tutmada, KG döküm kaynakları dışında, daima ledeburit bulunur.
Soğumada martensit teşekkülünden kaçınılamaz, sadece oranı ve büyüklüğü azaltılabilir.
Mcnel'le bakiye austenit kalmaz. Az bir tavlama süresi ile perlit bölgesi yayılmaz.
b) Eglime açısı
Ledeburit 'i ayrıştırma gayesi ile 1050C'ta 10 dakika tavlama, daha sonra soğutma ve
650 C de 5 dakika tutma ve 60 dakikada kumda nihai soğutma hiç bir surette eğilme
sınırı açısını düzeltmez (sekil 4. 13. b)
A1 in üstünde bir değişmenin (2 dakika lık 850 C'ta tavlama, 650 C'ta soğutma ve 5
dakika tutma) etkisi sadece Ni - Cr alaşımı ile kaynakta (şekil 4. 13. d.) elverişlidir. Oksi
- asetilen kaynağında çatlak dikişte, ark kaynağında ise geçiş bölgesinde vaki olur.
650 C'ta meneviş (sekil 4. 13. d.) kaynaktan çıkma çubukların bir kısmının eğilme
açısını düzeltir, fakat diğer kısmınınkini azaltır.
c) Kırılganlık
Şekil 4. 14 çeşitli birleşmelerin darbe deney neticeleri ile 1050 C'ta tavlama suresinin
kırılganlık üzerine tesirini gösterir. Bu düşük kırılganlık monel le birleştirmede, en
yükseği de gri dökme demir veya KG döküm için olanındadır. 12 dakika lık tavlamadan
sonra ana font % 75 ila 80 perlit ihtiva eder sonradan tavsız kaynakta kırılma %70 geçiş
bölgesinde ve %30 da kaynak dikişinde vaki olur.
Şekil 4. 14: kırılganlık üzerine 1050 0C ‘ta tavlama süresinin etkisi.
Şekil 4. 15: üç deney çubuğu üzerinde alınmış ortalama kırılganlık.
4. 13. No ‘lu grafik 850 0C’ta 2 dakikalık tavlamanın ve 650 0 C’da 6 dakikalık bir
menevişin etkisini gösterir. Meneviş kırılmaya mukavemete bariz şekilde elverişlidir.
Kırılmaya mukavemet gri dökme demir ve KG döküm ile oksi asetilen kaynağında zayıf
kalır.
d) Değişik yönde (alterne mütavip) eğilmeye mukavemet.
KG döküm – çelik birleşmeleri şekil 4. 1. Tipinde çubuklar üzerinde denenmiştir. Isıl
işlem 850 0C de 2 dakika tavlama, 650 0C de soğutma ve bu sıcaklıkta 5 dakika tutma ve
kumda soğutmadan ibaret olmuştur.
Ark kaynaklarının alterne (bir yukarı bir aşağı)yüklere mukavemeti bu işlemden sonra,
bu mukavemet gri dökme demir ve KG dökümle oksi asetilen kaynağında azalır.
(tablo4.3)
Tablo 4. 3:Isıl işlemden önce ve sonra alterne eğilmelere mukavemet (kg/mm2).
Parçalar kaynaktan sonra ısıl işleme tabi tutulmadıklarında kırılma kaynak dikişinin
yanında, tutulduklarında da dikişin içinde vaki olur.
KG dökümünden kaynak edilmiş birleşmelerin alterne eğilmelere mukavemeti ısıl
işlemden evvel 17kg/mm2 olup tavlanmış ferritik KG döküm kaynağı ile
birleşmeninkinden (11 kg/mm2) yüksektir.
4. 5. 2. KG Dökümün Direnç Kaynağı
projeksiyon esnasında bütün sıvı metal basınç tarafından def edildiğinden direnç
kaynağında ısıtmayı ilgilendiren bölge en dar olanıdır. Bu itibarla soğumada çok az
ledeburit teşekkül eder. Şekil 4. 16 daki mikrografi, kaynak dikişinin gri perlitik
dokusunu gösterir. Bu doku çelik tarafında belirli şekilde sınırlanmıştır. Fakat KG
döküm tarafında troostitle çevrili ledeburit lekeleri mevcuttur.
Keza KG döküm – çelik birleşmesinde, KG döküm – KG döküm birleşmesine nazaran
daha az ledeburit adacıkları görülür. Bu husus KG döküm – çelik ‘in dirençle kaynağına
özel bir durum atfeder.
Şekil 4. 16: KG döküm – çelik direnç kaynağı
Kaynak birleşmesinin yakınında, soğuma hızına (ve bilhassa deney çubuğunun kalınlığı
ve soğutucu kütlesine) göre karbonla doymuş austenit değişme dokuları ( perlit, troostit,
martensit) teşekkül eder. Bütün havada soğuma hallerinde martensit ortaya çıkar.
Sertlik, kırılganlık, alterne eğilmelere mukavemet değerleri kaynaklı çubuklarda bu
çeşitli doku oranlarının etkisini ortaya çıkarır. Sonraki tavlamanın gayesi, kaynaklı
birleştirmelerde kaynaktan evvelki ferritik küresel grafitli dökme demirinkine yakın
karakteristikler i elde edilir.
En iyi neticeler direnç ve şişirme kaynağı ve uygun elektrotla ark kaynağında ile elde
edilir.
Deneylerin şartları
Deneyler aşağıdaki terkipte, %0.22 C ‘lu çeliğe uçtan kaynak edilmiş nikelli ve nikelsiz
KG döküm ve üç tip deney çubuğu üzerinde yürütülmüştür.
Şekil 4. 17. Havada ve kumda soğumadan sonra birleşmenin her iki tarafında sertlik
Isıl işlem
Kaynak birleşmesine dikey bir hat üzerinde ölçülmüş sertlikler şekil 4. 17 deki grafikte
kayd edilmiş değerler olup bunlar birleşme üzerinde takriben 600 HV ye kadar varmıştır.
Bu deney çubuklarının kırılmaya mukavemeti 1kg/cm2 yi aşmamıştır.
KG döküm çelik kaynaklarında en müsait sertlik kırılmaya mukavemet uyuşmasını
veren çubuk ısıl işlem şekli aranmıştır. Bu iki imkan bulunmuştur.
1) A1 sıcaklığının altında bir tavlama,
2) A1 in üstünde bir sıcaklıkta ısıtma, bunu takiben austenit içinde erimiş karbonu
perlitik halinde elde edecek şekilde A1 ‘in altında bir sıcaklıkta tutma
Sertlik ve kırılganlık ölçüleri bu değişme işlemi için aşağıdaki sonuçları
gösterilmiştir.
1) kaynaklı birleştirmenin martensit ‘ini ayrıştırmak için en müsait meneviş sıcaklığı
700- 650 0C tır.
2) 850 0C de, tavlama süresi 2 dakikadır. 850 0C tan 650 0 C ‘ta sonra, 650 0C ‘tan
150C ta soğuma havada olabilir.
4. 5. 2. 1. Kaynaklı Birleştirmelerin 650 0C ta Menevişten Sonra Mekanik
Karakteristikleri
Nikelli dökme demirler üzerindeki kaynaklar, nikelsiz dökme demirler üzerindeki
kaynaklara nazaran daha yüksek bir sertlik ve daha düşük bir kırılmaya mukavemeti
haizdirler. Uzun deney çubukları (240 mm), kısa deney çubuklarından (100 mm),
kaynaktan sonra daha sert ve daha kırılgandır. Uzunlarda kaynak yeri daha çabuk soğur,
zira ısı daha büyük bir kütle içine dağılmaktadır.
6500C'ük menevişten sonra (dökme demir-çelik deney çubukları için 2 dakika) 3 No.'lu
(15 x 8 x 100) ve 1 No'lu (24 x l0 x 240) çıkmak suretiyle ya mukavemetleri 1
2
kgm/cm 'den 4 ve daha fazla kg/cm2 çıkmak suretiyle çok düzelmiştir. Buna karşılık 2
No'Iu (15x 15x100) çubuğundaki az fark etmiştir. Belki çubukların daha büyük kalınlığı
karbürlerin teşekkülüne yol açan soğuk damlaların kaldığı uçtan kaynağa daha az
uygundur.
650 0C'da tavlamada sertlik asgariye iner. Tavlama müddetleri
-
24 x 10 x 240 mm çubuk için 8 dak. tutulmuş:
15x15x100 mm
" " 4
"
15x 8x100 mm
" " 6
"
Kaynaklı birleşmenin 850 – 6500C ta tavlanmasından sonra alterne eğilmeye
mukavemeti
Nikelli dökme demir -C22 çeliği, nikelli dökme demir-nikelli dökme demir, nikelsiz
dökme demir - nikelsiz dökme demir olarak kaynaklanıp hazırlanmış deney çubuklarına
aşağıdaki işlem uygulanmıştır.
8500 C'ta 2 dakika tutma, 6500C'ta soğutma, 650 0C'ta 10 dakika tutma, kumda soğutma.
Bütün hallerde işlem görmüş kaynakların mukavemeti için işlem görmemiş olanlara
nazaran üstün olmuştur (şekil.4. 18) ilk iki kategori15 -16 kg/mm
Şekil 4. 18:Alterne eğmelere tavlı ve tavsız mukavemet.
Mertebesinde bir mukavemete erişmiş olup ferritik KG dökümün alterne
eğilmelere mukavemeti 16.5 kg/mm2 mertebesindedir. Nikelsiz dökme demir işlem
görmüş çubuklar 16 kg/mm2 lik mukavemete erişmiştir.
Kaynaklı birleştirmelerin çekme mukavemeti
Prensip olarak, direnç kaynağı doğru yapıldı ise çekmeden dolayı kopma, birleşme yeri
daha yüksek karbonlu ve daha mukavemetli olduğundan, birleşme yerinin yanında,
ferritik bölgede olmalıdır. Bu itibarla çekme deneyi birleşme yeri kalitesinin etkili bir
kontrolü olmaktadır. Aşağıdaki tablo nikelli dökme demirlerin kendi aralarında, havada
soğumuş direnç kaynağı mukavemetlerini verir.
Birleşme yerinin
azami sertliği
700 HV
712
689
722
Çekme mukavemeti
Kopma halli
41.7 kg/mm2
41.2
42.5
40.8
)
) kaynak yerinin yanı
)
)
4.6. Küresel Dökme Demirlerin Kullanılma Standartları
küresel dökme bu gün, çeşitli endüstri sahalarında uygulanma sahaları bulmuş bir
malzeme tipidir. Aşağıda bu kullanma sahaları ve parça adları verilmiştir.
Madencilik ve Metalurji:
Kırıcı gövdeleri
Konveyör dirsekleri
Pospa gövdeleri
Alemunyum ve kurşun ergitme potaları
Curuf potaları
Pres makinaları
Kalıplama dereceleri
Sıcak hadde merdaneleri vs...
Makine:
Hidroli presler
Silindirler
Dövme presleri kafa ve silindirleri
Krank presleri dişlileri
Eğme makinaları çerçeveleri
Akslar
Bilumum dişliler vs...
Ziraat :
Traktör parçaları
Ön tekerlek çatalları
Trasmisyon kutuları
Pedallar vs...
Đnşaat:
Kreyn parçaları
Beton karıştırıcı parçaları
Yol inşaatı makinaları vs...
Kimya:
Kurutma silindirleri
Valfler
Pompalar
Plastik ekstrüzyon silindirleri
Plastik karıştırıcılar
Tabi gaz payp – laynları
Rafineri valfları vs...
Ulaştırma:
Uçak konstrüksiyonu
Diferansiyel dişli kutusu
Volanlar
Dişli kutuları
Dişli selektör çatalları
Tekerlek kalıpları vs...
Güç:
Kompresör gövde ve kafaları
Gaz türbini kompresör kutuları
Kontrol halkaları
Su türbinleri dökme parçaları
Brülör gövdeleri
Sıcağa mukavim fırın parçaları vs...
BÖLÜM V
ÖSTEMPERLENMĐŞ KÜRESEL GRAFĐTLĐ DÖKME DEMĐR - ÖKGDD
5. 0. Giriş
Yaklaşık son 25 yıl, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir alanındaki
gelişmelere sahne olmuştur. Aynı tokluğa sahip standart küresel grafitli dökme demir
malzemeye göre iki kat daha fazla mukavemet göstermesi, çok iyi yorulma ve aşınma
özelliklerine sahip olması ve bunun ötesinde birçok ticari ve teknik avantajlar taşıması,
bu malzemenin daha önce düşünülmeyen alanlarda bile kullanılmasını gündeme
getirmiştir. Özellikle otomotiv endüstrisinde dövme ve yüzeyi sertleştirilmiş çeliğe
alternatif bir malzeme olarak ortaya çıkması dünya çapında büyük bir ilgi uyandırmıştır.
Amerika, Avrupa ve Çin'de ticari olarak üretilip kullanılmaya başlanması ise malzemeye
olan ilgiyi had safhaya ulaştırmıştır.
Bugüne kadar konu ile ilgili yüzlerce çalıma yapılmış ve malzemenin mikro
yapısal ve mekanik özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Sakarya Üniversitesi
bünyesinde yapılan yüksek lisans ve doktora çalışmalarıyla konu ile ilgili önemli bir
bilgi birikimi elde edilmiş ve uygulamaya dönük çalışmalar başlatılmıştır. Buna rağmen
ÖKGDD'in tüm özellikleri açığa kavuşmuş değildir ve elde edilen sonuçlar arasında
halen çelişkiler bulunmaktadır. uygulamaya yönelik çalışmalar ise, ülke dışında her
firmanın kendi amaçları doğrultusunda yapılmıştır. Dolayısıyla, ticari olarak üretim
yapan firmalar kendi araştırmaları sonucunda oluşturdukları üretim şartlarında
çalışmaktadırlar ve bu şartları bütün detayları ile yayınlamaktan kaçınmaktadırlar.
Ülkemizde henüz ticari olarak ÖKGDD üretimi yapan bir kuruluş bulunmamaktadır.
Son yıllarda, otomotiv ve tekstil sana
5. 1. Östemperlenmiş Küresel grafitli Dökme Demir.
Ostemperlemeişlemi ilk kez Davenport ve Bain tarafından geliştirilmiş ve 1930 lar'da
çeliğe uygulanmıştır. Kısa bir süre sonra (1930-1940), metalurjistler gri dökme demire
Ni, Mo, Cu ve Mn gibi alaşım elementlerini ilave ederek perlitik dökme kısmen de olsa
engellemişler ve bugün östemperlenmiş yapısına benzer yapıyı elde etmişlerdir. KGDD
in geliştirilmesinden hemen sonra hem alaşım element ilavesiyle hem de
ostemperlemeısıl işlemiyle benzer yapı bu malzemede de sağlanmıştır. Bu konuda
Intenational Harvester ve General Motors firmaları 19601ara kadar çalışmalarını
sürdürmüş ancak o yıllarda böyle bir malzemeye ihtiyacın sınırlı olmasından ve tekniğin
henüz tamamen kontrol altına alınamamasından dolayı ÖKGDD'in endüstriyel kullanımı
yeterli gelişmeyi gösterememiştir. 1970 ler'in ortasında Finlandiya da Kiymi Kymmene
ve ABD'de General Motors firmaları ÖKGDD dişliyi dövme çelik dişli yerine
kullanmışlardır. Bu örnek endüstriyel uygulamalar konuya olan ilgiyi birden arttırarak
malzemeye olan talebin de artmasına neden olmuştur. Büyüme hızı %16 olarak tahmin
edilen malzemenin yıllık üretim miktarının 1998de 160.000 tona ulaşması
beklenmektedir.
östemperleme; malzemenin yüksek bir sıcaklıkta (850-9500C) östenitlenmesinden sonra
250-4500C lik sıcaklık aralığındaki tuz banyosunda hızla su verilmesini ve dökümün
tamamlanması için bu sıcaklıkta yeterli bir süre (0.5-4 s) tutulmasını takiben oda
sıcaklığına soğutulması kademelerini kapsayan izotermal bir ısıl işlemdir. (şekil 5. 1)
ostemperlemesıcaklığına su verme işlemi şekilde takip edilebileceği gibi beynitik
yapısının elde edilebilmesi için ferritik ve perlitik dönüşüme izin vermeyecek derecede
hızlı olmalı ve martensit başlama (Ms) sıcaklığına varmadan kesilmelidir. KGDD'lerin
östemperlenmesiyle ortaya çıkan mikro yapı çeliklerden farklıdır. çeliklerde
ostemperlemesonucu mikro yapı ferrit ve karbürden oluşurken KGDD'de beynitik ferrit
ve yüksek karbonlu ostenitten oluşmaktadır işte malzemede optimum mekanik
özelliklerin elde edilmesini sağlayan yapı budur. Ancak, ostemperlemezamanının daha
fazla uzatılması neticesinde mikro yapıda tokluğu düşüren karbonlar oluşmaktadır. (şekil
5. 1.) dolayısı ile bu malzemelerde optimum özelliklerin elde edilebildiği bir zaman
aralığı (proses aralığı) mevcuttur ve östemperle menin bu aralıkta yapılması önemlidir.
Ö·KGDD lerin mekanik özellikleri geniş bir aralıkta değişim gösterebilmektedir. (Tablo
5. 1. ) Özellikler esas olarak ostemperlemesıcaklığına ve süresine bağlı olarak
değişmektedir. Fakat, bu değişimlerin ostemperlemeşartları ve malzeme bileşimi
tarafından da etkilendiği görülmüştür.
Şekil 5. 1:Küresel grafitli dökme demir için izotermal dönüşüm diyagramı
Çekme Mukavemeti kg/mm2
85-160
Akma Mukavemeti kg/mm2
% Uzama
Sertlik, BHN
Yorulma mukavemeti kg/mm2
Darbe Direnci, kg-m
Kırılma Tokluğu, Mpa/kg
Elastize modülü kg/mm2
60-120
2-6
250-550
32-70
1-16
75-105
15400-16500
Tablo 5. 1: ÖKGDD lerin oda sıcaklığındaki mekanik özellikleri
Mekanik özellikler açısından daha düşük çekme mukavemetine karşın daha iyi süneklik
ve tokluk özellikleri istendiğinde, yüksek ostemperleşme sıcaklıklarında
(330-375 C) ısıl işlem yapılır.
5. 2. ÖKGDD'ler sahip olduğu avantajlar sayesinde son yıllarda çelik malzemeler yerine
yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bazı sınırlamalar da yok değildir. Ancak,
teknik ve ticari olmak üzere iki grup altında toplanabilecek olan avantajları diğer
malzemelerle rekabet edebilme imkanı sağlamaktadır.
A. Teknik avantajları;
·
Yüksek çekme özellikleri yanında iyi tokluk, süneklik ve yorulma mukavemetine
sahiptir.
· Aşınma ve ezilmeye karşı direnci yüksektir. Sürtünme katsayısı düşüktür. Yetersiz
yağlamalı (hatta yağlamasız) bir ortamda hasara uğramadan 10 dakika çalışabilir.
· Çelikten %40 daha hızı titreşim sönümleme kapasitesine sahiptir. Dolayısıyla, ÖKGDD
parçalar çelikten daha az gürültüyle çalışır.
· Aynı boyutlardaki çelik dişliye göre %10 daha hafiftir.
· Elastik modülü çelikten daha düşüktür. Dişlinin dişleri karşılaştığında temas alanı
genişler. Dolayısıyla, temas gerilmeleri düşüktür ve bu, dişlilerin oyuklanma yorulma
problemini azaltır.
· Yapıda bulunan kalıntı ostenitin deformasyonla (dişliler çalışırken de olabilir)
martensite dönüşmesiyle sert ve aşınmaya dirençli bir yüzey elde edilebilir.
· Ostemperleme den önce iyi işlenebilirlik özelliği gösterir.
· Çentik hassasiyeti çelikten daha azdır. Bu yüzden yüzey işlemlerinin çelikteki kadar
hassas olmasına gerek yoktur.
· Isıl işlem esnasında deformasyon daha azdır.
B. Ticari avantajları;
·Ham malzeme maliyeti düşüktür.
·Dökümün yatırım maliyeti dövmeye göre daha düşüktür ve işlem esnekliği daha
fazladır.
·Östemperleme ısıl işlemi daha basit ve kısadır.
·Östemperlemeden önce (hatta bazı durumlardan sonra) işlenebilirliği iyidir. Bu hem
üretimi hızlandırır hem de kesici takım ömrünü artırır.
·Kompleks parçalar· nihai şekle uygun şekillendirilebilir. Bu işlemeyi azaltacağından
maliyeti düşürür.
·Karbürlenmiş dövme çeliğe göre ÖKGDD dişli için enerji tüketimi %50 daha azdır.
·Hatalı östemperlenen parçalar tekrar östemperlenebilir.
·Dövme çelik yerine dizel motorları için ÖKGDD zaman dişlisi kullanılması halinde
toplam maliyet %30 daha ucuzdur.
ÖKGDD'lerin yukarıda sayılan teknik ve ticari avantajlarinin yanında bazı sınırlamalar
söz konusudur. Bunları aşağıdaki şekilde sıralamak mümkündür;
·En büyük problem östemperlemeden sonra işlenebilirliğin oldukça kötüleşmesidir. En
sert sınıfı ancak taşlama tezgahında işlenebilir.
·Çelikten daha düşük elastik modüle sahiptir. Bunun için daha fazla elastik
deformasyona maruz kalır. Ancak bu özellik dişlilerde oyuklanma yorulma riskinin
azalttığından bazen faydalı da olabilmektedir.
·ostemperleme nispeten küçük parçalar için çok uygundur. Kalın kesitli parçalar
alaşımlama gerektirdiğinden fazla ekonomik değildir.
·Diğer KGDD'ler gibi kaynak yapılabilir. Fakat eriyen ve ısının tesiri altındaki bölgeler,
karbürler ve martenzit içerir. Her ikisi de sert ve kırılgan olduğundan malzemenin
mekanik özelliklerini bozar.
·ÖKGDD kabul edilebilir darbe ve kırılma tokluğu değerlerine sahip olsa da dövme
çeliklerinki kadar yüksek değildir.
5. 3. Kullanım Alanları
ÖKGDD yukarıda bahsedilen avantajlardan dolay daha önce dökme demirlerin
kullanılmasının uygun olmadığı bir çok alanda başarıyla kullanılmaya başlanmıştır.
Kullanım alanlarını aşağıdaki şekilde sıralamak mümkündür.
Otomotiv ve kamyon
Krank mili, ekzantrik mili, tekerlem mili, kumanda mili çatalı, zaman dişlileri,
ayna ve pinyon dişlisi, diferansiyel kutusu dreksiyon yatağı, dreksiyon kolu, krank
kolu, irtibat kolu, kontrol kolları kavrama kolları, dingil, süspansiyon kolları,
zincir baklaları, tahrik flanşları kamyon tekerlek göbeği, yay askı dayanağı,
amortisör, fren parçaları, dizel piston başı.
Ziraat ve konstrüksiyon
Kazma uçları, gübreleme bıçakları, tırpan koruyucusu, pulluk, pulluk bıçakları, mısır
öğütme plakaları, kar küreme ayağı, pompa kamları, hidrolık pompa parçası, pompa
rotoru, çekme kancaları, merdaneler, ezme çekiçleri, kepçeler, gövdeler, palet çeneleri,
aşınma kılavuzları, kaygan kavramaparçaları, dişli çarklar, tekerlek göbekleri, kaldırım
kırma makinesi kavramalar.
Makine ve teçhizat:
Güç iletim dişlileri ,zincir dişli çarklar, dişli çarklar ,sondaj dişlileri ,yataklar, kamalar ,
haddeler ve kılavuzlar, krank milleri , taşıyıcı hat tutucuları taşıyıcı zincirler, taşıyıcı
mafsallar maden aşındırma parçaları kalıplar ızgaralar kompresör, pompa parçaları
tekstil makineleri.
Demir yolu parçaları
Travers plakaları dingil tutucuları şok apsorplayıcıları , vagon tekerleri ,fren sürgünü ,
aşınma papuçları ,fren blokları , koruyucu kapaklar ,yaylı tutucular, motor parçaları.
Savunma sanayii
Zırh, mermiler , roket gövdeleri , tank paletleri ,motor rotorları, süspansiyon kolları
,gergi kolu.