Dökme Demirlerin Genel Özellikleri

Pik, çeşitli ergitme fırınlarında ergitilerek arzu edilen bileşime getirilir ve yeniden istenilen şekilde hazırlanan kalıplara dökülür. Böylece dökme demir malzeme üretilir. Dökme demirler, %2 'in üzerinde karbon içerirler. Adi dökme demirler genellikle ötektik bileşime yakın olup %0.4-3.5 arasında Si ihtiva ederler. Dökme demirlerin bileşimindeki silisyum, grafiti kararlı kılar. Silisyum aynı zamanda ötektik içindeki karbon miktarını düşürür ve ötektik bileşim daima; %4.3 CE (karbon eş değerliği);

CE = %C + 1/3 %Si değerine yakındır.

Dökme demirlerin birçok üstünlükleri mevcuttur. Bunlar;

 Düşük ergime sıcaklığı (1150-1300^oC),

 Döküm ve kalıp şeklini alabilme yeteneğindeki üstünlük,

 Ergitme ve döküm işlemlerinin ucuzluğu,

 Kimyasal bileşim sınırlarının geniş tutulabilmesine rağmen yakın özellikler elde edilebilmesi,

 İyi akışkanlık,

 Talaşlı imalat tekniğinde iyi işlenebilme,

 Titreşim söndürme özelliğinin çok iyi olması,

 Basma mukavemetinin yüksek olması,

 Aşınma ve korozyona dayanıklılık şeklinde sıralanabilir.

Yukarıda sıralanan üstün özelliklere rağmen dökme demirler yapılarından dolayı gevrek karakterdedirler. Dökme demirlerin mikro yapıları bileşimlerine, katılaşma koşullarına ve uygulanan ısıl işleme bağlı olarak değişir. Beş grupta toplanan dökme demirlerin mikro yapıları, Şekil 4.1’de şematik olarak gösterilmiştir.

Şekil 4.1. Dökme demirlerin yapıları (şematik); a) Gri dökme demir b) Beyaz dökme demir c) Temper dökme demir d) Küresel dökme demir e) Vermiküler grafitli dökme demir (ASM, 1973; Geçkinli, 1989)

4.1.1. Gri dökme demirler

Gri dökme demirin yapısında, grafit lamelleri bulunur. Östenit ve grafitin katılaşması sonucu kararlı demir-grafit veya yarı-kararlı demir-sementit ihtiva eder. Bu dökme demirlerde toplam karbon miktarını ve serbest veya grafit halindeki karbon miktarını birbirinden ayırt etmek gerekir Gri dökme demirin bileşimine ve soğuma hızına bağlı olarak grafit lamelleri farklı morfolojide oluşur ve dolayısıyla fiziksel özelliklerde farklılaşma meydana gelir.

4.1.2. Beyaz dökme demirler

Bu tür dökme demirlerdeki karbon, sementit veya diğer metal-karbürlere bağlıdır. Dökme demirin ani soğuması ile elde edilen bu malzeme içersinde grafit bulunmadığından kırık yüzey gri dökme demire kıyasla açık renktedir.

4.1.3. Küresel (nodüler ve sfero) dökme demir

Gri dökme demir grafit lamellerinin morfolojisinden dolayı gevrek karakterdedir. Bu nedenle gri dökme demirin mekanik özelliklerini geliştirmek amacı ile grafitin şekli ve dağılımı kontrol edilir. Bunun için günümüzde çeşitli yöntemler uygulanmaktadır.

Bunlardan biri; sıvı alaşımı aşılayarak ince ve küçük grafit lamelleri elde etmektir.

Aşılamada genellikle ferro silisyum veya kalsiyum-silisyum kullanılır. Bu malzemelerin az miktarda ilave edilmesiyle çekirdekleşme noktaları artarak neticede grafit lamelleri küçülür. Eğer sıvı alaşım, Mg veya C gibi alaşım elementleri ile aşılanırsa grafitin morfolojisi, lamel yerine küresel olur. Grafit kürelerinin etrafında, karbon fakirleşmesi nedeniyle ferrit halkası oluşur. Küresel dökme demirin tokluğu yüksektir.

4.1.4. Temper dökme demir

Beyaz dökme demir, 900^oC civarında yeniden uzunca bir süre ısıtılırsa karbürler,

Fe3C → 3Fe + C (grafit)

Şeklinde parçalanarak kar tanesi biçiminde grafit kümeleri oluşur. Buna temper karbonu adı verilir. Temper dökme demir;

- Beyaz temper dökme demir (Avrupa'da uygulanan) - Siyah temper dökme demir (ABD'de uygulanan)

olmak üzere temperleme işleminin oksitleyici (%65 Fe2O3, %20-30 SiO2 ortamı) veya nötr (curuf gibi) bir ortamda yapılışına göre ikiye ayrılır. Beyaz dökme demir parçaları oksitleyici veya nötr ortam içeren temper kapları içersine yerleştirilerek, fırında temperlenir.

4.1.5. Vermiküler grafitli dökme demir

Bu dökme demirlerin yapısında grafitler, yer yer küresel olup grafit lamelleri ile birbirine bağlıdır. Vermiküler grafitli dökme demirler, katılaşma esnasında küreselleşme için gerekli olan magnezyumdan daha az kullanılması halinde meydana gelir ve gerek mikro yapı ve

gerekse özellikler açısından gri dökme demirle küresel dökme demir arasındadır (ASM, 1973; Geçkinli, 1989).

Vermiküler grafitli dökme demirler, geçmişte küremsi grafit üretmek üzere yetersiz magnezyum ve seryum seviyelerinin ergitilmesiyle tesadüf olarak ortaya çıkmıştır.

Bununla birlikte farklı üretim teknolojileri gerektiren farklı özellikleriyle, 1965’ten itibaren dökme demir ailesindeki yerini almıştır. Vermiküler grafitli dökme demirin grafit yapısı oldukça karışıktır. Kabul edilir olan mikro yapı hiç lamel grafit olmayan, küresel grafitin

%20,0’den az olduğu ve tüm grafitin %80,0’inin vermiküler olduğu bir küresel grafitli dökme demirdir (Stefanescu, 1988).

Vermiküler grafit-demir ticari olarak üretilen dökme demir ailesine yeni katılmıştır.

Vermiküler grafitin içindeki grafit gri demirdeki gibi birbirine bağlanmış ince tabakalar halinde bulunur. Bu durum özellikle karmaşık biçimdeki maça pasajlarında, hatasız döküm üretimini kolaylaştırmaktadır. Vermiküler grafitin körleşmiş ve aralarındaki açıklık oldukça kısa olan uçları, daha iyi bir kuvvet, bir miktar süneklik ve gri demirden daha iyi işlenebilirlik sağlamaktadır. Birbirine bağlı haldeki vermiküler grafitlerin yapıda bulunması, biraz daha fazla ısı iletkenliği, daha fazla sönümleme kapasitesi ve küresel grafitli dökme demirlerde elde edilebilenden daha iyi talaşlı işlenme özelliği sağlar.

Grafitin bu formu, ilk olarak, küresel dökme demir geliştirildiği sırada keşfedilmiştir.

Ancak yakın zamana kadar ticari amaçlı kullanılan bir üretim metodu olarak kullanılmamıştır. Vermiküler grafitli dökme demir artık güvenle üretilebilmekte, fakat tutarlı özelliğe sahip dökümleri elde edebilmek için çok detaylı metalürjik kontrol gerekmektedir (Walton, 1981).

Birçok mili ve milletlerarası organizasyonlar vermiküler grafitli dökme demirler için belirli standartlar geliştirmişlerdir. Bu standartlar Çizelge 4.1.’de özetlenmiştir.

Çizelge 4.1. Vermiküler grafitli dökme demir standartları (Stefanescu, 1988)

ASTM A 842-85’de tanımlanan vermiküler grafitli dökme demirlere olan ilgi son yıllarda artmıştır. Bu ilginin başlıca sebepleri;

 Vermiküler dökme demirin özelliklerinin iyileştirilmesi kolaydır ve üretim esnasında işlenmemiş malzemelerin kullanımı, küresel grafitli dökme demirlerinkinden daha etkilidir.

 Vermiküler grafitli dökme demirler yüksek karbon eşdeğerine bağlı olarak mükemmel akıcılığa sahiptirler.

 Küresel grafitli dökme demirlerle mukayese edildiğinde, vermiküler grafitli dökme demirlerle döküm yapıldığında döküm randımanında önemli gelişmeler elde edilmektedir.

 Vermiküler grafitli dökme demirlerin sertlikleri ferritik sfero gibidir ve çoğunlukla ferritik matris yapı sergilerler.

Tüm bu özelliklerin kombinasyonları vermiküler grafitli dökme demirlerin, küresel grafitli dökme demirlerin üretim tekniklerine yakın tekniklerle üretimini olumlu kılmaktadır (Dawson ve diğerleri, 2001).