Küresel grafitli dökme demirlere uygulanan östemperleme ısıl işlemi ile dayanım ve sertlik özellikleri daha da iyileşmektedir. Östemperleme ısıl işlemi sonuçunda elde edilen bu mekanik özellikler; alaşım elementlerine, östenitleme ve östemperleme sıcaklık ve sürelerine bağlıdır.
Bu çalışmada kullanılan GGG 40 ferritik küresel grafitli dökme demir malzemesi, literatürde verilen sınırlar içerisinde ilk olarak 900 °C’ 90 dk östenitledikten sonra, 315, 375 °C ’de 120 dk östemperleme işlemine tabi tutularak ÖKGDD malzeme üretilmiştir. 1.54 m/s sabit kayma hızında, oda sıcaklığında 30, 40, 60 N uygulama yükü altında 200, 400, 600, 800, 1200, 1600, 2000 m kayma mesafelerinde östemperleme işlemi yapılan ve döküm haldeki numunelerin yağda su verme ısıl işlemi ile 62 HRc sertleştirilen aşındırıcı diske karşı kuru olarak çalıştırılarak numunelerin bu şartlardaki ağırlık kaybı, sürtünme katsayısı ve yüzey pürüzlülük değerleri tespit edilmiştir. Deneyler neticesinde aşağıdaki sonuçlar bulunmuştur.
1- Çalışma kapsamında kullanılan döküm haldeki numunelerin mikro yapısı incelendiğinde mikro yapının % 89 ferrit, % 10-11 grafit kürelerinden meydana geldiği tespit edilmiştir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirde ise mikro yapının grafit küreleri, ferrit (α), ve yüksek karbonlu östenitten (γyk) meydana
geldiği, ısıl işlem ve süresine bağlı olarak kalıntı östenit yapı görülmüştür. Kalıntı östenit alanları östemperleme sıcaklığının yükselmesiyle azalmıştır. 315 °C östemperlenen numunenin dönüşmemiş östenit miktarı % 11,5 iken 375 °C östemperlenen numunede dönüşmemiş östenit alanı % 5.5’e düşmüştür.
2- Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelere uygulanan mekanik deneyler sonuçunda, 315 °C’de östemperlenen numunenin çekme dayanımı % 90, akma dayanımı % 101, sertlik değeri % 146, 375 °C östemperlenen numunenin ise
çekme dayanımı % 65, akma dayanımı % 78, sertlik değeri de % 111 bir artış görülmüştür
3- Aşınma deneylerinde aşınma miktarının numunenin sertliği ile doğru orantılı olduğu görülmektedir. 40 N yük 1,54 m/s kayma hızı ve toplam 2000 m kayma mesafesi sonunda en fazla aşınma 23,3 mg ile döküm haldeki numunede gerçekleşirken en az aşınmada en sert malzeme olan 315 °C östemperlenen numunede 8,5 mg olarak meydana gelmiştir.
4- Aşınma deneyinde uygulanan yükle beraber bütün numunelerde aşınma miktarının arttığı görülmüştür. Uygulanan 60 N yükte en fazla aşınma miktarı 34,8 mg ile döküm haldeki numunede olurken en az aşınma miktarı A 315 numunesinde 12,6 mg olarak ölçülmüştür.
5- Aşınma deneyinde tüm numunelerde kayma mesafesinin artmasıyla başlangıçta dinanik sürtünme katsayısı hızla yükselmiş, 600 metreden sonra düşme eğilimi göstermiştir.
6- Numunelerin sürtünme katsayıları incelendiğinde tüm numunelerde uygulama yükünün artması ile numunelerin sürtünme katsayılarının azaldığı görülür.
7- Numunelerin aşınma yüzeyleri incelendiğinde aşındırma doğrultusuna paralel çizgilerin oluştuğu, bu çizgilerin aynı cins numunelerde yükün artışına bağlı olarak hızla derinleştiği söylenebilir.
8- 40 N yük 1,54 m/s sabit kayma hızı ve 2000 m kayma mesafesi sonunda numunelerin yüzey pürüzlülük değerleri incelendiğinde en yüksek yüzey pürüzlülük değerini 2,640 µm olarak döküm haldeki numune gösterirken en düşük yüzey pürüzlülük değerini 0,704 µm olarak en sert malzeme olan 315 °C 120 dk
östemperlenen numune göstermektedir. Yüzey pürüzlülük değerleri ilk 200 m hızla artarken ilerleyen kayma mesafesi değerlerde düşme eğilimi göstermektedir.
ÖKGDD’ler konusunda yapılması muhtemel çalışmalar için öneriler aşağıda sıralanmıştır.
1- Yapılan çalışmada östenitleme sıcaklık ve süresi 900 °C ve 90 dk, östemperleme sıcaklıkları 315 °C ve 375 °C süresi de 120 dk seçilmiştir. Farklı östenitleme, östemperleme sıcaklık ve süreleri seçilerek bu sıcaklık ve sürelerin mikroyapıya etkilerini oluşan bu yeni mikroyapının da mekanik özelliklere ve aşınma davranışına etkisi incelenebilir.
2- Küresel grafitli dökme demire ilave edilen alaşım elementlerinin aşınma davranışına etkisini inceleyebilmek için özellikle sertliği artıran alaşım elementlerinin sayısı ve miktarı değiştirilerek inceleme yapılabilir.
3- Bu çalışmadaki aşınma deney şartları 1.54 m/s kayma hızı, kayma mesafesi olarak 2000 m olarak seçilmiştir. Kayma hızı ve mesafesi artırılarak hızın ve yolun aşınmaya etkisi daha net görülebilir.
4- Aşınma sonrası aşınan yüzeylerin sertlik değerlerine bakılarak mikroyapıda ne dereçede kalıntı östenitin martenzite dönüştüğü belirlenebilir.
5- Farklı tür küresel grafitli dökme demirlere (GGG 50, GGG 60, GGG 70) östemperleme işlemi yapılarak değişen ana mikroyapının östemperleme ısıl işlemine, ösferritik yapıya, mekanik özelliklere ve aşınmaya etkisi incelenebilir.
6- Aşınan yüzey kesilerek aşınmanın hemen altındaki bölgenin enine ve boyuna kesitine SEM mikroskobu ile bakılarak aşınma sonrası mikroyapıda oluşan değişiklikler daha net görülebilir.
9. KAYNAKLAR
Hasırcı, H., 2000, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Alaşım Elementlerinin (Cu ve Ni) ve Östemperleme Süresinin Mikroyapıya ve Mekanik Özellikler Üzerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara
Shimizu, K., Noguchi, T., Doi, S., 1993, Basic Study on the Erosive Wear of Austempered Dıctile Iron, ASF Transactions, C:78, s:225-229
Mullins, J., 1990, Ductile Iron Data for Desing Engineers, Montreal, Quebec, Canada
İzgiz, S., 1986, Küresel Grafitli Dökme Demir, Segem Yayınları, Ankara
Karsay , S.I., 1985, Ductile Iron Production Practices, American Foundrymen’s Society. Inc
Era, H., Kishitake, K., Nagai, K. and Zang, Z.Z., 1998, Elastic Modulus and Continuous Yielding Behaviour of Ferritic Spheroidal Grahhite Cast Iron, Materials Science and Techology, C:14, s: 452-460
Bahmani, M., Elliott, R., Varahram, N., 1997, The Austempering Kinetics and Mechanical Proporties of an Austempered Cu-Ni-Mo-Mn Alloyed Ductile Iron, Materials Science, C:32, s:4783-4791
İpek, R., Selcuk, B., Karamış M.B., Kuzucu, V., Yücel, A., 1999, An Evaluation of the possibilities of using Borided GG 25 Cast Iron instead of Chilled GG 25 Cast Iron, Materials Processing Technology, C:105, s:73-79
Şahin, Y., Erdoğan, M., Kılıçlı, V., 2006, Wear Behaviour of Austempered Ductile Iron with Dual Matrix Structure, Materials Science and Engineering, C:25, s:254-261
Zhou, R., Jiang, Y., Lu, D., 2001, Development and Characterization of a Wear Resistant Bainite/Martesite Ductile Iron by Combination of Alloying and a Controlled Cooling Heat Treatment, C:250, s:529-534
ŞahinY., Durak, O., 2006, Abrasive Wear Behaviour of Austempered Ductile Iron, Materials and Desing, C:254, s.598-605
Hung, F.Y., Chen, L.H.,Lui, T.S., 2006, A Study on Erosion of Upper Bainitic ADI and PDI, Materials and Desing, C:260, s:1003-1012
Nili Ahmadabadi, M., Ghasemi, H. M., 1999, Effects of Successive Austempering on the Tribological behaviour of Ductile Cast Iro, Materials and Desing, C: 231, s:293- 300
Ghaderi, A.R., Nili Ahmadabadi, M., Ghasemi, H.M., 2003, Effect of Graphite Morphologies of Cu-Ni Austempered Ductile Iron, Materials Science and Technology, C:6, s:245-256
Çetin, M., 2005, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirin Aaşınma Davranışının Geliştirilmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara
Şen, Ö., 2003, Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Üretimi ve İşlem Yöntemlerinin Karşılaştırılması, Metal Dünyası C: 35, s: 35-38
Topuz, P., 2003, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Tarama Elektron Mikroskopu ile İncelenmesi, Metal Dünyası C: 38, s:25-27
Yalcın, Y., Özel, A., 1999, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demir, Metalürji Dergisi, C:23, Sayı:119, s:15-19
Shieh, C.S., Din, T.A., Lui, T.S.,Chen, L.H., 1993, Effect of Nodule Size and Silicon Content on Tensile Deformation Behaviour of Austemperd Spheroidal Graphite Cast Iron at Elevated Temperatures, AFS Transactions, C:133, s: 365-371
Shih, T.S. Lin, C.K., Twan, H.Z. 1997., Mechanical proporties of Various-Section ADIs, AFS Transactions, C:26, s:367-376
Shih T.S., Chau, S.Y., Chang, C.H., 1996, Optimization of Austenitizing Treatment of Austempered Ductile Irons, AFS Transactions, C: 72, s: 557-564
Sidjanin, L., Smallman, R.E., 1992, Metallography of Bainitic Transformation in Austempered Ductile Iron, Materials Science and Tecnology, C: 8, s: 1095-1103
Shea, M.M., Ryntz, E.F., 1986, Austempered Nodular Iron for Optimum Toughness, AFS Transactions, C:125, s:683-688
Dubensky, W. J., Rundman, K.B., 1985, An electron Microscope Study of Carbide Formation Austempered Ductile Iron, AFS Transactions, C:64, s: 389-394
Bahmani, M., Elliott, R., 1994, Effects of Pearlite Formation on Mechanical Proporties of Austempered Ductile Iron, Materials Science and Tecnology, C:10, s:1068-1072
Zimba, J., Simbi, D.J., Navara, E., 2003, Austempered Ductile Iron: An Alternative Material for Moving Components, Cement and Concrete Composites, C:25, s:643- 649
Haseeb, A.S.M.A., Aminual, Islam, Md., Mohar Ali bepari, Md., 2000, Tribolgical Behaviour of Quenched and Tempered, and Austempered Ductile Iron at the Same Hardness Level, C:244, s: 15-19
Bosnjak, B., Verlinden, B., Radulovic, B., 2002, Dry Sliding Wear of Low Alloyed Austempered Ductile Iron, Journual of Materials Processing Technology, C: 116, s:176-183
Aslan, A., 2002, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Aşınma Davranışının İnçelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara
Putatunda, S.K., Prasad Rao, P., 2003, Investigations on the Fracture Toughness of Austempered Ductile Irons Austenitized at Different Temperatures, Materials Science and Engineering, C:349, s:136-149
Sohi, M.H., Ahmadabadi, M.N., Vahdat, A.B., 2004, The Role of Austempering Paremeteres on The Structure and Mechanical Properties of Heavy Section ADI, Jurnal of Materials Processing Technology, 153-154, s: 203-208
Mallia, J., Grech, M., Smallman, R.E., 1998, Effect of Silicon Content on Transformation Kinetics of Austempered Ductile Iron, Materials Science and Technology, C: 14, s: 452-460
Labrecque, C., Gange, M., 1998, Review Ductile Iron: Fifty Years of Continuous Devolopment, Canadian Metallurgical Quaterly, C: 37, No:5, s: 343-378
Kobayashi, T., Yamada, S., 1996, Effect of Holding Time in the (α+γ) Temperature Range on Tougheness of Specially Austempered Ductile Iron, Metallurgical and Materials Transactions, C: 27, s:1961-1971
Hayrynen, K.L., Moore, D.J., Rundman, K.B., 1990, Tensile Properties and Microstructure of a Clean Austempered Ductile Iron, AFS Transactions, C: 127, s: 471-476