Kükürt ve manganez

Gri dökme demir yapısında ^c/c 0.25 oranına kadar bulunabilen kükürt, daha çok

grafitleşmeyi sınırlayan (karbürü stabilize eden) bir elementtir. % 0.25'in üzerindeki kükürt dökme demire istenmeyen sertlik kazandırır ve işlenebilme kabiliyetini azaltır. Kükürtün etkisi, bileşimde bulunan manganez göz önünde tutularak incelenmelidir.

Kükürt miktarı arttıkça bileşik karbon miktarı da artar böylece sert ve gevrek beyaz dökme demir oluşumuna teşvik eder. Kükürt, bileşik karbon oluşturmasından başka, demirle reaksiyona girerek demir sülfür (FeS) oluşturur. Bu düşük ergime dereceli bileşik ince dentritler arası tabakalar seklinde mevcut olup yüksek sıcaklıklarda kırılma ihtimalini arttırır, diğer bir deyişle sıcak gevrekliğe sebep olur. Bu yüzden kükürtün mevcudiyeti arzu edilmeyen kötü dağınım gösteren FeS segregasyonlarına sebebiyet verdiği için malzemenin sertliğinde muntazam olmayan değişimlere ve islenebilme zorluklarına sebep olur. Aynı zamanda FeS karbürlestirici bir bileşiktir, yani malzeme yapısında karbürlerin stabil olmasına sebebiyet verir

Manganez mevcut olduğunda, Mn'in % miktarına bağlı olarak MnS veya kompleks Demir - Manganez sülfürleri oluşur. Şekil 2.3’te MnS olarak kükürt, perlitik bir mikroyapıya neden olma etkisini büyük ölçüde kaybeder.

Şekil 2.3. Gri dökme demirde manganez - Sülfür enklüzyonlan (açık gri renkli) (Dağlanmamış 200X )

Tek başına Mn grafitleşmeye direnç gösteren bir elementtir, dolayısıyla kükürt ile reaksiyon için yetecek miktardan fazla Manganez perlitik mikroyapmın devamlılığına neden olur. Bahis konusu ilişkiyi ifade etmek için aşağıdaki kaideler ileri sürülmüştür

% S * l.7=%Mn olduğunda, MnS oluşumu için kimyasal açıdan yeterli Mn ve S vardır. (2.8)

% S _* 1.7+0.15 = % Mn, olduğunda maksimum ferrit ve minimum perlit oluşacaktır. (2.9)

% S _* 3+0.35= %Mn, olduğunda perlitik bir mikroyapı oluşacaktır. (2.10)

Kükürdün demirde bulunması ile kötü tesirler yaratan bir element olmasına karsın tamamen perlitik mikroyapının oluşumuna neden olduğu görülmüştür. Örneğin % 3,49 C ve % 2,01 Si içeren bir alaşım yaklaşık tamamı ferrit olan bir matrise sahip iken sadece % 0,018 S ilavesi bu manganezin lamel grafitli dökme demirdeki pozitif tesiri ise kükürt problemini bir dereceye kadar indirgemesidir. Manganez, sülfüre

karsı afinitesinin fazla olması nedeniyle MnS seklinde bağlanır. MnS oluşturacak miktarda manganez mevcut olduğunda sülfürün etkisini giderek bileşik oranını azaltmış olur. MnS çökmeye erken başlamakta ve tüm katılaşma prosesi boyunca çökelmeye devam etmektedir. Yüzey geriliminin yüksekliği sebebiyle oldukça küreseldir ve genellikle rastgele dağılmış durumdadır.

Fe-C-Si alaşımı olarak tanımlanan dökme demirlerde manganez ilavesi, mevcut olan perlit miktarı açısından pek etkili olmamaktadır. Örnek vermek gerekirse %3,0 C ,% 1,91 Si‘ li kükürt içermeyen alaşımda % 1,22 Mn ilave edilmesinde serbest ferrit görülebilmiştir. Bu nedenle, kükürt ile reaksiyona girebilecek miktarda fazla manganez perlitik mikro yapının devamlılığına neden olacaktır. Dökme demirlerdeki manganez miktarıyla malzemenin yapısı arasındaki ilişki, yukarıdaki 2.8, 2.9, 2.10 bağıntılarında gösterilmiştir

2.1.4.4. Fosfor

Dökme demirlerin yapısında fosfor elementinin bulunması, mikroyapıda 980⁰C gibi düşük ergime sıcaklığına sahip %10,2 fosfor içeren demir fosfor ötektiği görülmesine neden olmaktadır. Fosfor segregasyonu olan steadit, hücresel bir yapıya sahip olup, katılaşma sıcaklığını 980⁰C kadar düşürmektedir. Bileşimdeki fosforun büyük bir miktarı demir ile birleşerek Fe3P oluşumuna neden olmaktadır.

Kırılganlık yaratan fosforun mevcudiyeti, malzemenin kırılganlığı arttırmasına karşın düşük sıcaklıklarda katılaşmasını sağlayarak akışkanlığını arttırır. İşlenmesi gereken parçalar için fosfor miktarı limitler içinde olmalıdır. Sıvı metalin akışkanlığını arttırmak için belirli bir % ye kadar fosfor içerebilmektedir. Lamel grafitli dökme demirde % 0,05 – 1,00 miktarları arasında bulunabilir. Demir- karbon- silisyum alaşımlarına fosfor ilavesi % 0,70 gibi yüksek miktarlarda olsa dahi perlit miktarında orta derecede bir artış sağlar Formül 2.7’de fosforun etkisi, ötektik karbon % sini veren bağıntıda verilmiştir.

2.1.4.5. Nikel

Nikel demir içinde her oranda eriyebilmektedir, α dönüşüm sıcaklığını alçaltmakta ve her %1 Ni, Fe-C ötektiginin karbon içeriği %0.06 oranında düşürmektedir. Bu durum düşük alaşım içerdiğinde önemli olmamakla beraber yüksek nikel içende önemli o1maktadır. Nikel aynı zamanda dökme demirin ergime noktasını yaklaşık 50°C kadar düşürmektedir ve akışkanlığı biraz arttırmaktadır.

Nikel orta derecede bir grafit1estiricidir, ferrit içinde erir ve bu fazın sertleşmesine sebep olur. Yalnız basına kullanıldığında lamel grafitli dökme demir yapısını elde etmek için gerekli silisyum miktarını azaltıcı rol oynar ve bu suretle grafit ve perlitik yapının da ince taneli olusunu sağlar [3].

2.1.4.6. Molibden

Malzemenin mukavemeti çok artırır, tokluğu artırır ve üniform bir yapı sağlar. Parça hassasiyetini azaltır, yüksek sıcaklıklarda çok iyi mukavemet sağlar, ısıl işlem sırasında çok iyi sertleşebilme özelliği sağlar. Molibden; ostenitin ince perlit ve beynit oluşumuna sebep olması nedeniyle sertleştirici ve mukavemetleştirici etki gösterir. Mukavemetin bu artısı molibdenin ferritteki katı eriyik halinde bulunmasından ve ostenit dönüşümünü geciktirmesinden dolayıdır. Düşük karbonlu lamel grafitli dökme demirde molibdenin etkisi daha çok olur. Çarpma dayanımını ve elastik modülü arttırır [3].

2.1.4.7. Krom

Perlit yapısını teşvik edici bir elementtir. Krom % 0,15 ila %0,75 gibi küçük miktarlarda bile lamel grafitli dökme demirin tamamen perlitik bir mikro yapıya dönmesini sağlar. Kromun perlit dengeleme tesiri ve yavaş soğumada meydana gelen serbest ferriti ortadan kaldırması ile mekanik özellikleri yükseltir.

Krom sertlik ve mukavemet artısından başka malzemenin oksidasyon direncini de arttırır. Bu şekilde ısıtılma esnasında tufal oluşumu önlenir ve dökme demirin ısıya

direnci artar. %30 kromlu yüksek alaşımlı dökme demirler, tufal ve korozyon direnci istenen yerlerde kullanılabilirler [3].

2.1.4.8. Bakır

Bakır dökme demirde orta derecede bir grafitleştirici elementtir. Ferrit fazında erimektedir. Aşınma ve korozyon direncini artırmak için %3 oranında kullanılabilir. Perlitik yapıyı nispeten inceltir. Grafit yapısına etkisi çok azdır. Yapıya sertlik artırıcı etki verir [3].

2.1.4.9. Aluminyum

%0,25 gibi düşük miktarlarda ilave edilebilen kuvvetli bir grafitleştirici olup lamel grafitli dökme demirde kullanılan alaşım elementidir. %8 gibi yüksek değerlerde kullanıldığında karbürleştirici etkisi de görülmektedir [3].

2.1.4.10. Titanyum

Lamel grafitli dökme demirde titanyum %0,05 - 0,25 gibi oranlarda kullanıldığında grafitleşmeyi teşvik eder. Grafit lamel boyutlarını küçültür. Ferrit oluşturur ve dolayısıyla perlitin stabilitesini azaltır [3].

2.1.4.11. Kursun

Kursun yalnız ilave edildiğinde aşırı soğuma miktarını artırır ve yapının D tipi grafit oluşumuna yönelmesine neden olur. Asılama sayesinde yapıda meydana gelen D tipi grafit ve ağ seklindeki grafitler değişerek ve ötektik hücre büyümesi meydana gelir [3].

2.1.4.12. Bizmut

Ötektik hücre büyümesini engelleyen bir etkisi vardır. Dökme demire ilave edilen bizmut aşırı soğuma miktarının artmasına sebep olur. %0,5 bizmut miktarında %0,25

‘e oranla daha fazla aşırı soğuma gözlenir. Bunun sonucunda D tipi grafitler oluşur. Çekirdekleşmeyi engellediği için hücre miktarında azalış meydana gelir. Kopma mukavemetini azaltıcı etkisi vardır. Bizmut içeren dökme demirler asılamayla, D tipi grafit oluşumunu kısıtlar ve kopma mukavemeti artar [3].