Aşınma Direnci

Genelde alaşımsız perlitik vermiküler dökme demir, alaşımsız perlitik lamel grafitli dökme demirin (Gri dökme demir) aşınmasının yaklaşık 1,5 katında aşınmaya uğrar aşınma deneylerinde VGDD numunelerin ağırlık kabı, lamel demire göre %40-55 daha azdır.

Deney teknikleri ve sonuçları çeşitlilik göstermesine rağmen; VGDD’in lamel grafitli dökme demire göre üstün bir aşınma direncine sahiptir (Meriç ve diğerleri, 2005).

Malzemelerin aşınma özellikleri nadiren ıslak sürtünme koşulları altında, bileşenlerin ömürlerini belirler. Yani dökme demirlerin matris özellikleri ve grafitin şekli büyük ölçüde dökme demirlerin aşınma direncini belirler. Bu özellik üzerinde çalışmak için yapılan tipik bir deneyde, numuneye saniyede 5,4 m kaydırma hızında 6,5 km’lik mesafe boyunca 8 kgf yükleme yapılmıştır. Karşı yüzeyde bir elektrik motoru tarafından döndürülen düzgün yüzeyli ve sertleştirilmiş SAE 52100 den imal edilmiş bir disk vardır. Deney sonucunda numuneler tartılarak aşınma kaybı belirlenmiştir. Bu deneyler sonucunda değişik dökme demirlerdeki % ağırlık kayıpları şöyledir;

Küresel grafitli dökme demir %12-15 Vermiküler grafitli dökme demir % 18-33 Gri dökme demir % 35-40

Matrisin birleşme etkilerini ve grafitin şeklini bulmak için “Aşınma direnci faktörü” olarak adlandırılan yeni bir faktör öne sürülmüştür. Her çeşit dökme demir için aşınma direncinin önemi farklıdır. Dökme demirlerin aşınma dirençleri matrisin etkisi ve grafit şekli ile kontrol edilebilir. Şekil 4.4’de çeşitli dökme demirlerin aşınma sonucu ağırlık kayıplarını gösteren eğri verilmiştir (Murthy ve diğerleri, 1984).

Şekil 4.4. Dökme demirlerde aşınma direnci ve % ağırlık kayıpları (Murthy ve diğerleri, 1984)

4.6.5. Isıl iletkenlik

Bütün dökme demir çeşitlerinde ısıl iletkenlik grafitin şekli, miktarı ve dağılımı ile kontrol edilir. Dökme demirlerde grafit yapı, perlitik yada ferritik olan matris yapıdan üç yada beş kat daha iyi ısıl iletkenliğe sahiptir. Bu sebeple dökme demirlerin ısıl iletkenliğini belirlemede grafitin şekli ve miktarı önemlidir. Eğer grafit, dökme demirde vermiküler grafit halinde bulunacak olursa, küresel grafitli dökme demire göre ısıl iletkenliği artar (Dawson, 1999; Meriç ve diğerleri, 2005).

Vermiküler grafitli dökme demirlerin ısıl iletkenlikleri sıcaklık değişiminden etkilenmektedir. Çoğunlukla vermiküler grafitli dökme demirlerde sıcaklık arttıkça ısıl iletkenlik azalmaktadır. Vermiküler grafitli dökme demirin ısıl iletkenliği, perlitik lamel grafitli dökme demire göre oda sıcaklığında %25, yüksek sıcaklıklarda %15-20 daha düşüktür. Lamel grafitli dökme demirin artan sıcaklıklarda ısıl iletkenliğinin düşmesi iyi bilinen bir özelliğidir. Ancak vermiküler grafit yapısında bağıl olarak çok küçük miktarlarda lamelli grafit yapısı sıcaklıkla ısıl iletkenliğin azalmasına neden olur. Aksine VGDD ile KGDD’in ısıl iletkenliği artan sıcaklıkla göreceli olarak artar.

Vermiküler grafitli dökme demirlerin sıcaklığa bağlı olarak değişimlerini veren grafik Şekil 4.5’te verilmiştir. Grafikten de anlaşılacağı gibi bütün dökme demirler için ortalama

en iyi ısıl iletkenlik veren sıcaklık 200^oC’dir (Meriç ve diğerleri, 2005; Stefanescu ve diğerleri, 1998).

Şekil 4.5. Vermiküler grafitli dökme demirlerin ısıl iletkenliklerinin sıcaklıkla değişimi (Stefanescu ve diğerleri, 1998)

4.6.6. Elastisite modülü ve sönümleme kapasitesi

Vermiküler grafitli dökme demirin elastisite modülü 20-24x106 psi (138-165 GPa) arasında değişiklik gösterir. Bu değişiklik grafit şekli, miktarı ve matris yapısından kaynaklanır. Elastisite modülü yüksek gerilme karşısında az bir düşüş gösterir. Benzer bir düşüş de basma gerilmesi durumunda da görülür. VGDD için Poisson oranı (yanal şekil değişiminin eksenel şekil değişimine oranı) 0,27-0,28 arasında değişmektedir. Vermiküler grafitli dökme demirin’in sönümleme kapasitesi de Çizelge 4.5’de görüldüğü gibi lamel grafitli dökme demir ile küresel grafitli dökme demir arasındadır. Bu değerler verilen sabit bir vibrasyonun yok olma zamanları oranlanarak elde edilmiştir. Vermiküler grafitli dökme demirin sönümleme kapasitesi karbon miktarındaki değişikliklerle çok fazla değişmektedir (Meriç ve diğerleri, 2005) .

Çizelge 4.5. Dökme demirlerin sönümleme kapasitelerinin karşılaştırılması (Meriç ve diğerleri, 2005)

Malzeme Sönümleme Kapasitesi

Vermiküler Grafitli Dökme Demir 0.6

Lamel (Gri Dökme Demir) 1

Küresel Grafitli Dökme Demir 0.3

5. VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERE UYGULANAN ÖSTEMPERLEME ISIL İŞLEMİ

5.1. Östemperleme Isıl İşlem Süreci

Östemperleme işlemi, demir esaslı malzemeleri sertleştirmek amacıyla yapılan klasik tavlamaya benzer bir işlemdir. Geleneksel sertleştirmenin aksine östemperlemede, yapı değişimi martenzit yerine beynite dönüşerek gerçekleşir.

Östemperlemede önce bir östenitleme gerçekleşir. Soğutma işlemi martenzit oluşum sıcaklığının üst kısmında meydana gelir ve parça şekline göre birkaç dakika ile birkaç saat arasındaki sürelerde bu sıcaklıkta tutulur. Soğutma, tuzlu sıcak banyoda uygun sıcaklıkta yapılır. Sonuç, en ince şekilde karbür çöktürmeli yapı sayesinde sertlik ve tokluğun iyi bir kombinasyonudur (İstaş, 2005).

Geleneksel östemperleme prosesinde işlem dört ana adımdan oluşmaktadır. Bu adımlar;

1- Döküm malzeme 850-950^oC sıcaklık aralığında tamamen östenit (γ) matris elde edilene kadar yeterli süre (genellikle 1–2 saat) östenitlenir (A-B).

2- Bunun ardından 250-450^oC sıcaklık aralığına perlitik yapı oluşumunu önleyecek hızda hızla soğutulur (B-C).

3- Östemperleme için 250-450^oC sıcaklık aralığında 1–4 saat izotermal bekleme (C-E).

4- Daha sonra oda sıcaklığına havada soğutulur (Akça, 2005; Kılıçlı, 2004; Kuş, 2007;

Karsay, 1979).

Tipik bir ısıl işlem çevrimi ve bu çevrim sırasında oluşabilecek muhtemel yapılar Şekil 5.1’de gösterilmiştir.

Şekil 5.1. Östemperleme ısıl işleminin şematik gösterimi (Kılıçlı, 2004)

Östemperleme esnasında östenitin dönüşümü bazı araştırmacılara göre iki aşamada gerçekleşmektedir (Janowak ve diğerleri, 1983; Kovacs, 1994; Moore ve diğerleri, 1986;

Walton, 1981).

Bu aşamalar;

I. Aşama: (östenit) γ →α(ferrit-iğnesel) + γyk (yüksek karbonlu östenit) II.Aşama: γyk → α + ε (Karbür)

Bazı araştırmacılara göre ise östenitleme ve izotermal dönüşüm sıcaklıklarına soğutmanın ardından östemperleme sırasında östenitin diğer yapılara dönüşümü üç aşamada gerçekleşmektedir. Bunlar;

I. Aşama: Östenit, ferrit (α) ve yüksek karbonlu östenit (γyk)’ye dönüşür.

γ→α(ferrit-iğnesel) + γyk (yüksek karbonlu östenit) + γ¹ (dönüşmemiş östenit) II. Aşama: α + γyk bölgesi (İşlem aralığı)

III. Aşama: γ_yk → α + ε (Karbür)

Burada II. Aşamanın ösferritik yapının oluşumunda ve dönüşümün anlaşılmasında önemli bir aşamayı oluşturduğu vurgulanmaktadır (Grech ve Young, 1990; Seyfi, 2006; Voigt, 1998).

5.1.1. Östenitleme işlemi

Östenitleme ısıl işlemi östemperleme işleminin ilk aşamasıdır. Östenitleme işlemi genellikle 850–950^oC sıcaklıkları arasında ve yaklaşık olarak 1–2 saat süreyle yapılmaktadır. Östenitleme sıcaklığı (Tγ) ve süresindeki (tγ) değişim, malzemenin içerdiği alaşım elementlerinin miktarına göre değişmektedir. Östenitleme sıcaklık ve zamanı östenitin karbon içeriğini, östenit tane boyutunu ve matrisin kimyasal homojenliğini belirler (Bayati ve Elliot, 1995b; Elliot, 1988; Darwish ve Elliot, 1993).

Östemperleme sıcaklığı ve tüm parçanın ısınmasını ve östenitin karbona doymasını sağlayacak gerekli östenit sıcaklığının elde edildiği östenitleme süresi, minimum tutulmalıdır. Parça yüzeyinde dekarbürizasyonu ve pullanmayı engellemek için koruyucu bir atmosfer oluşturmak gerekmektedir. Östenitleme işleminde koruyucu atmosferli bir fırın yerine tuz banyosu kullanmak da mümkündür. Bu tuz banyosuna ait kimyasal bileşim aşağıda verilmiştir (Yalçın, 1997).

%45 NaCI + %55KCI... 675-900^oC %20 NaCI + %80BaCI ... 675-1000₂ ^oC

5.1.2. Östemperleme işlemi (İzotermal dönüşüm)

Östenitleme işleminin ardından döküm numuneler 250-450^oC sıcaklık aralığına hızla soğutulur ve seçilen sıcaklıkta 1–4 saat süreyle bekletilir, daha sonra oda sıcaklığına havada soğutulur. Östemperleme sonucu elde edilecek yapı, östemperleme sıcaklığından doğrudan etkilenir. 235-330^oC sıcaklıklar arasında alt beynitik yapı, 370-450^oC sıcaklıklar arasında ise üst beynitik yapı oluşur. 330-370^oC sıcaklıklar arasında oluşan beynit ise, her iki türden farklıdır. Bu tür beynitik yapının mekanik özellikler üzerine etkisi daha farklı olacaktır. En büyük çekme gerilmeleri 275-325^oC sıcaklıklar arasında elde edilir. Bu oluşuma sürenin doğrudan bir etkisi yoktur. Bu aralıkta oluşan beynitik yapının sünekliği

ise genel olarak düşüktür. Süneklik üzerinde en büyük etkiye östemperleme süresi sahiptir (Darwish ve Elliot, 1993; Ghang ve Shih, 1994; Yalçın, 1997).

Östemperleme işleminde malzemeyi soğutmak amacıyla sıcak yağ banyosu da geniş bir şekilde kullanılmaktadır. Fakat yağların 260^oC civarında alevlenme nedeniyle, üst beynitik yapılar oluşturmak amacıyla östemperleme de yağ kullanılması mümkün olmamaktadır.

Östemperleme işleminde, nötr tuz banyolarının kullanılması daha yaygın ve güvenlidir (Bayati ve Elliot, 1995d; Bayati ve Elliot, 1997; Yazdani ve Elliot, 1999-2).

Östemperleme işleminin üç aşamadan meydana geldiği yukarıda daha önceden ifade edilmişti. Bu aşamaların bilinmesi, işlem sonrası meydana gelebilecek yapılar ve bu yapılara bağlı olarak mekanik özelliklerdeki değişimin kontrolü açısından büyük önem taşımaktadır.

I. Aşama :

Bu aşamada östemperleme işlemi sırasında matriks yapıda dönüşüm Şekil 5.2’de görüldüğü gibi ya östenit tane sınırında ya da grafit kürelerine yakın alanlarda çekirdeklenme (α) ve dönüşmemiş östenitin (γ¹) azalmasıyla başlar. Daha sonra buralardaki karbon atomları östenit içerisinde ilerleyerek γyk’i oluşturur. Bu oluşan yapı da tokluğu arttırdığı için bu aşamada gerçekleşen reaksiyona birçok kaynakta “Tokluk reaksiyonu” adı verilmiştir (Hasırcı, 2000).

Şekil 5.2. Dönüşmemiş östenit alanındaki (γyk 1) tane sınırında (TS) beynitik (iğnesel) ferrit (α) tabakalarının oluşması ve tabakaların aralarında yüksek karbonlu östenitin (γ_yk) oluşumu (Mallia ve diğerleri, 1998)

I. aşama sonunda mikro yapıda dönüşmemiş östenit (martenzit) kalmadığı kabul edilmektedir. I. aşamada ilerleyen östemperleme süresi ile dönüşmemiş östenit (martenzit) miktarı hızla azalmakta iken yüksek karbonlu östenit (kararlı östenit) ve beynitik ferrit miktarı artmaktadır ( Şekil 5.3 ve Şekil 5.4) (Yescas ve diğerleri, 2001).

Dönüşüm sonucu dönüşmemiş östenit miktarını östenitleme sıcaklığı ve süresi, östemperleme sıcaklığı ve süresi gibi faktörler etkilemektedir. Dönüşmemiş östenit miktarının azalması ve böylece I. aşamanın tamamlanmasında alaşım elementlerinin yukarıda ifade edilen etkenlerden daha fazla rol oynadığı görülmüştür. İşlem sırasında en son dönüşen alanların dökümün segrege olmuş bölgelerinde oluştuğu ve yüksek Mn miktarının dönüşümü geciktirdiği belirtilmektedir (Shieh ve diğerleri, 1993).

II. Aşama (İşlem Aralığı):

Yapıda hiç dönüşmemiş östenit (martenzit) kalmadığı ve beynitik ferrit+yüksek karbonlu östenitin (ösferritin) en yüksek olduğu östemperleme süre aralığına "işlem aralığı"

denilmektedir (Elliot, 1988, 1992; Bayati ve Elliot, 1995d; Moore ve diğerleri, 1986;

Walton, 1991). Bu aralıkta optimum mekanik özellikler sağlanmaktadır. Dönüşmemiş östenitin (martenzitin) miktarını östenitleme sıcaklık ve süresi, östemperleme sıcaklık ve süresi ayrıca alaşım elementleri gibi faktörler etkilemektedir (Kılıçlı, 2004).

Şekil 5.3. Östemperleme süresine bağlı olarak fazların miktarlarındaki değişim

Şekil 5.4. Östemperleme süresine bağlı olarak yüksek karbonlu östenit (kararlı östenit) ve ferritin miktarlarının değişiminin şematik gösterimi (Yescas ve Bhadeshia, 2002)

İşlem aralığında genellikle iki tür östenit bulunmaktadır. Bunlar; dönüşmemiş östenit ve dönüşmüş östenit yada yüksek karbonlu östenit (γyk)’tir. Dönüşmüş östenit elde etmek için gerekli minimum süre t1 ve maksimum dönüşmüş östenit eldesi için ise t2’dir. Eğer t2>t1 ise ösferritik yapı elde edilebilir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997). Mn miktarı arttıkça t1 zamanı t2’den büyük olmaktadır. Bu nedenle yüksek Mn miktarlarında t1>t2 olduğu için II. aşama ortadan kalkacak ve süneklik için uygun yapı sağlanamayacaktır. Uygun dayanım-süneklik kombinasyonu ancak maksimum sünekliği sağlayan bir östemperleme süresiyle elde edilebilmektedir. % uzama; östemperleme süresine karşı çok hassastır ve kaynaklara göre (Grech, 1990) 350^oC’nin üzerinde matriks östenitin ösferritik ürünlere (ferrit + γ_yk) dönüşümü östemperleme zamanıyla öncelikle artmakta (l. aşama), ardından bir tepe noktaya erişmekte (II. aşama) ve γ_yk’in zaman ilerledikçe ferrit+karbürlere dönüşmesinden dolayı (III. aşama) % uzamada azalma görülmektedir. 350^oC’nin altında ise III. aşama reaksiyon kinetiğinin çok hızlanmasından dolayı bu aşamada % uzama azalmaktadır (Shih ve diğerleri, 1997; Massone ve diğerleri, 1996).

III. Aşama:

Bu aşamada yüksek karbonlu östenit (kararlı östenit) ferrite (α) ve karbüre (ε) dönüşmektedir. Uzun östemperleme süreleriyle difüzyona zaman verilmesi sonucu yüksek karbonlu östenitteki C atomları karbüre dönüşmekte ve karbon içeriği azalan östenit ferrite bozunmaktadır. Böylece östemperleme süresi ilerledikçe yüksek karbonlu östenit miktarı azalırken ferrit ve karbür miktarı artmaktadır. Bu aşamada karbür oluşumu nedeni ile süneklik ve tokluk oldukça düşmektedir (Elliot, 1988, 1992; Bayati ve Elliot, 1995d;

Moore ve diğerleri, 1986; Walton, 1991).

Dönüşümün II. aşamasını oluşturan işlem aralığı tokluk reaksiyonundan gevreklik reaksiyonuna geçisin süre ile ilişkisini belirlemektedir. Bu aralık (II. aşama) ne kadar geniş ise II. aşamada elde edilmek istenilen hedefe ulaşmada daha serbest ve rahat bir çalışma aralığı sağlanmış olmaktadır. Alaşımlamaya bağlı olarak bu aralık uzun sürelere kadar artabilmektedir. III. aşamada karbür oluşumu nedeniyle süneklik ve tokluk olumsuz yönde etkilediğinden bu aşamada gerçekleşen reaksiyon “gevreklik reaksiyonu” olarak adlandırılmıştır. Yapılan çalışmalar östenitin karbonca zenginleşme sürecinde C içeriğinin

%2’nin üzerine çıkabileceğini ve bu γyk’in soğumada 120^oC’ye kadar kararlı kalabileceğini göstermiştir (Mallia ve diğerleri, 1998).

III. aşama oluşumu için östemperleme süresi gerekenden daha uzun tutulursa; γyk;ferrit + karbüre ayrışır. Diğer taraftan östemperleme süresi kısa tutulursa γyk’in bir kısmı dönüşmeden dönüşmemiş östenit olarak yapıda kalabilmektedir. Bunun sonucunda ise dönüşmemiş östenit yüzdesi ve oda sıcaklığına soğutmada martenzit oluşma riski artmaktadır (Yalçın ve Özel, 1999). Bu aşama sonucunda γyk → α + ε (Karbür) oluşumu meydana gelir. Bu aşamada çok küçük boyuta sahip çökeleklerin oluşması sebebiyle metal mikroskobu ile tespiti mikro yapısal olarak mümkün görülmemektedir. III. aşama, östemperleme zamanı ile γ_yk miktarındaki azalma olarak açıklanabilir (Grech ve Young, 1990; Hayrynen, 1998).

5.2. Östemperleme Isıl İşlemini Etkileyen Parametreler

5.2.1. Östenitleme sıcaklık ve süresinin etkileri

Östenitleme sıcaklığının mekanik özelliklere olan etkisi, östemperleme sıcaklığına bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Düşük östemperleme sıcaklıklarında alt beynit meydana geldiği esnada, östenitleme sıcaklığının mukavemet ve süneklik üzerine etkisinin yeterince önemli olmadığı sonucuna varılmıştır. Bu sonuca benzer şekilde, üst beynit bölgesinde östenitleme sıcaklığının mukavemet özellikleri üzerinde önemli bir etkisi olmadığı görülmüştür.

Ancak, artan östenitleme sıcaklığı ile uzama ve darbe direnci değerleri sürekli azalma göstermiştir. Sertlik de artan östenitleme sıcaklığı ile beraber azalmaktadır (Darwish ve Elliot, 1993).

Östenitleme sıcaklığı östenitin karbon miktarını, östenit tane boyutunu ve matriksin kimyasal homojenliğini etkiler. Bu faktörlerin östemperleme hızı üzerindeki etkisi, östemperlenmiş mikro yapıyı kontrol eder. Örneğin, östenitleme sıcaklığının arttırılması;

 Östemperlenmiş yapıyı iyileştirir. Dolayısıyla beynitik ferrit tabakçıklarının uzunluğu artar, sayıları ve dağılımlarındaki düzgünlük azalır,

 Kalıntı östenitin hacim oranını arttırır,

 İki tip kalıntı östenit yapısının oluşmasına sebep olur. Komşu ferrit tabakçıkları arasında meydana gelen ve düşük östenitleme sıcaklıklarında baskın durumda olan ince bir film şeklindeki östenit yapısı ve farklı yönlerde büyüyen ferrit tarafından çevrelenmiş östenitle birlikte bulunan ve artan östenitleme sıcaklığı ile artan kütlesel şekilli bir östenit yapısı oluşur,

 Hücreler arası bölgelerde ve kütlesel şekilli bölgelerin merkezinde martenzit oluşumunu arttırır.

Östenitleme sıcaklığının artması östenitin karbon bileşimin artmasına ve östemperleme sürecinde reaksiyon hızının yavaşlamasına neden olmaktadır. Ayrıca küresel grafitli dökme demirler yapısındaki ferrit, perlit ve grafit gibi bileşenlerin miktarı da östenitleme süresini etkiler. Perlitik matrikse sahip yarı kararlı bir sistemde (Fe-Fe3C) östenitleme süresi daha

kısadır. Grafit kürelerinin sayısının fazla olması da östenitleme sürecini kısaltmasına rağmen, etkisi perlitik matriks kadar fazla değildir (Baydoğan, 1996).

Çekme dayanımı ve süneklik için en elverişli kombinasyonun 900-925^oC sıcaklıklar arasında 1-3 saat östenitleme olduğu gözlemlenmiştir. Östenitleme sıcaklığı ve süresinin sözü geçen miktarlarında uygun özellik kombinasyonunu sağlamak mümkündür.

Östenitleme süresinin artmasıyla östenitin karbon oranının artmasının yanında ayrıca mikro ayrımlaşmalar da giderilmiş olur. Östenitleme şartları, işleme tabi tutulan demirin başlangıç mikro yapısından da etkilenir. Başlangıçta anafaz ferritik ise östenitleme süresi daha uzun olmalıdır. Perlitik durumda ise süre daha kısa tutulabilir (Dorazil, 1991).

5.2.2. Östemperleme sıcaklık ve süresinin etkileri

Önceden bilindiği üzere, östemperleme ısıl işlemi 250–400^oC arasındaki bir sıcaklıkta yapılır. Yaklaşık 330°C’nin altındaki sıcaklıklarda elde edilen yapı alt beynit, 330^oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda elde edilen yapı ise üst beynittir. Alt beynit yapısı yüksek mukavemetli sert bir yapı iken, üst beynit yapısı nispeten daha az mukavemetli fakat daha sünek ve daha tok bir yapıdır.

Düşük östemperleme sıcaklıklarında oluşan alt beynit yapısı yüksek mukavemet göstermektedir (Baydoğan, 1996; Darwish ve Elliot, 1993; Grech ve Young, 1990). Pek çok faktör, dislokasyon hareketlerini engelleyerek yardımcı olmaktadır. Bu faktörler şunlardır:

 İnce yapılı ferrit iğnecikleri,

 Ferrit içerisinde çökelen karbürler ve düşük seviyelerde kalıntı östenit,

 Yüksek dislokasyon yoğunluğu ve

 Karbonca aşırı doymuş ferritin kafes distorsiyonudur.

Aynı östemperleme ve östenitleme sıcaklığında artan östemperleme süresi ile sertliği düşmüştür (Ghaderi ve diğerleri, 2003). Östemperleme sıcaklığı yükseldikçe (sıcaklık 330–

450^oC aralığında bir değer ulaştığında), martenzit miktarı azalır ve kalıntı östenit miktarı artar ve alt beynit morfolojisi üst beynit morfolojisine dönüşür. Üst beynit yapısı, kaba, pürüzsüz ve ferritik-östenitik bir yapı olup, alt beynit yapısına göre daha büyük hacim

içinde kalıntı östenit ihtiva eder ve azalmış bir mukavemete karşılık artmış bir sünekliğe ve tokluğa sahiptir. Yüksek östemperleme sıcaklıklarında işlem aralığı kapalıyken, süneklik ve tokluk hızlı bir şekilde düşerken mukavemet neredeyse sabit kalır. Yine yüksek östemperleme sıcaklıklarında, I. aşama reaksiyonu için itici güç azalırken II. aşama reaksiyonu için itici güç artar ve sonuçta mukavemette biraz düşme olur (Darwish ve Elliot, 1993; Okay ve diğerleri, 2010). Şekil 5.5’te östemperleme sıcaklığının mekanik özelliklere etkisi görülmektedir.

Östemperleme süresinin seçimi çok önemli bir parametredir. Östemperleme süresi, belirli östenitleme ve östemperleme sıcaklıkları için mekanik özellikleri optimize etmek amacıyla seçilir. Mekanik özelliklerin östemperleme süresi ile değişimi, östemperlenmiş yapı geliştikçe mevcut fazların miktarı ve doğasındaki gelişmelere bağlıdır. Östemperleme süresinin artmasıyla birlikte mukavemet, süneklik ve darbe direnci artarken sertlik azalır.

Kısa östemperleme sürelerinde mekanik özelliklerde görülen düşük değerler, büyük oranda martenzitten kaynaklanır. Bu martenzit östemperleme sıcaklığından oda sıcaklığına soğuma esnasında dönüşmemiş karbonlu östenitten ileri gelir.

Şekil 5.5.Östemperleme sıcaklığının mekanik özelliklere etkisi (Darwish ve Elliot, 1993)

Östemperleme süresi arttıkça martenzit miktarı azalır, ancak beynitik ferrit ve yüksek karbonlu östenit miktarları artar. Bu duruma paralel olarak, mekanik özelliklerde bir artış olmasına rağmen bu artış sürekli olmaz. Uzun östemperleme sürelerinde mukavemet neredeyse sabit kalırken süneklik ve darbe direnci değerleri II. Aşama reaksiyonunun oluşmasına paralel keskin bir şekilde azalır. II. aşama reaksiyonu ilerledikçe, yapıdaki yüksek karbonlu kalıntı östenit miktarı azalır.

Üst beynit aralığında östemperleme sıcaklığı azaldıkça, ikinci aşama reaksiyonu daha uzun bir östemperleme süresi gerektirir ve genelde östemperleme süresine bağlı olarak mekanik özellikleri değişimi daha yavaş gerçekleşir. Genel olarak kırılma tokluğu artan östemperleme sıcaklıklarıyla birlikte darbe direncine benzer şekilde artmaktadır.

Aynı östemperleme ve östenitleme sıcaklığında fakat farklı zaman sürelerinde yapılan östemperleme işlemi sonucunda daha uzun sürede östemperlenen numunenin daha fazla aşındığını fakat sertliğinin ise östemperleme süresinin artmasıyla birlikte düştüğünü belirtmişlerdir (Şahin ve diğerleri, 2006).

6. MATERYAL VE DENEYSEL METOT

6.1. İş Parçası Malzemesi

İş parçası malzemesi olarak 200x200x100 mm ölçülerinde dökülmüş olan Vermiküler grafitli dökme demir malzeme kullanılmıştır. Kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü deneyleri için aynı malzeme önce 100x100x100 mm ölçülerinde daha sonra 25x30x100 mm ölçülerinde kesilerek dinamometreye uygun hale getirilmiştir. Numuneler Componenta Döktaş Dökümcülük Ticaret ve Sanayi A.Ş.’nin Bursa/Orhangazi fabrikasında Ford Otasan için dökülen 9 Lt Motor blok kafa dökümleri ile birlikte dökülmüş ve kimyasal bileşimleri fabrikada belirlenmiştir. Deneylerde kullanılan VGDD malzemenin kimyasal bileşimi Çizelge 6.1’de verilmiştir.

Çizelge 6.1. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin kimyasal bileşimleri (% ağırlık)

C Si Mn P S Cr Ni Mo

Perlitik 3,82 1,804 0,337 0,031 0,015 0,074 0,013 0,002

Cu Mg Sn Ti AI Zn Bi Fe

Perlitik 0,879 0,014 0,092 0,0203 0,008 0,082 0,007 Kalan

6.2. Deney Numunelerinin Hazırlanması

Numuneler deneylerde kullanılmadan önce geleneksel freze tezgâhına bağlanmış ve başka bir kesici takım kullanılarak yüzey temizleme ve sıfırlama işlemi yapılmış Şekil 6.1’de görülen ebatlara işlenmiştir.

Şekil 6.1. Deneylerde kullanılan VGDD malzemenin boyutları

6.3. Metalografik İnceleme

Deney numunesinin metalografik incelemesi Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Malzeme Mühendisliği Bölümü Malzeme Laboratuarında “METKON GRIPO 2V”marka zımpara ve polisaj cihazı ile “Leica” Marka optik Mikroskop kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Resim 6.1).

Resim 6.1. Metkon gripo 2 polisaj cihazı

Metalografik inceleme numuneleri sırasıyla 220#, 400#, 600#, 800# ve 1200# taneli zımparalar ile zımparalandıktan sonra, ilk olarak 6 μm’lik ve daha sonra 3 μm’lik elmas pasta süspansiyonu ile parlatılmıştır. Parlatılan numuneler %2’lik Nital (2 ml HNO3 + 98 ml CH3OH) ile dağlanarak metalografik incelemeye uygun hale getirilmiştir. Daha sonra optik mikroskopta çeşitli büyütmelerde mikro yapı görüntüleri alınmıştır.

6.4. Isıl İşlemler

Uygulanan ısıl işlemlerin özeti Şekil 6.2‘de verilmiştir. Numunelerin ısıl işlemleri AKALIN Isıl İşlem Çelik San. ve Tic. Ltd. Şti.’nin Ankara/Ostim’deki fabrikasında yapılmıştır. Malzemelerin östemperleme ısıl işlemleri için seçilen sıcaklık ve süre

Uygulanan ısıl işlemlerin özeti Şekil 6.2‘de verilmiştir. Numunelerin ısıl işlemleri AKALIN Isıl İşlem Çelik San. ve Tic. Ltd. Şti.’nin Ankara/Ostim’deki fabrikasında yapılmıştır. Malzemelerin östemperleme ısıl işlemleri için seçilen sıcaklık ve süre

Belgede ÖSTEMPERLENMİŞ VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİ. Yücel KAHRAMAN YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ (sayfa 77-0)