DEMİR ALAŞIMLARI

KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLER

Küresel grafitli dökme demirler ( KGDD ), bir dökme demir sınıfı olup, ferritik ve perlitik veya ferrit + perlit karışımı bir matris içinde dağılmış halde grafit kürecikleri içeren bir dökme demir türüdür.

KGDD’ler, gri dökme demirin düşük ergime derecesi, iyi alışkanlık ve iyi işlenebilme yeteneği gibi üstünlükleri ile çeliğin yüksek mukavemet, süneklik ve tokluk gibi özelliklerini birleştiren bir malzeme olarak dökme demirler arasında yeni bir dökme demir sınıfı meydana getirmiştir ( 8 )

1940’ların sonlarından itibaren tanınmasına rağmen, KGDD’ in önemi gün geçtikce büyümektedir. Şu anda, gelişmiş ülkelerin üretim pastalarında KGDD üretimi % 20 - 30‘luk bir dilime sahiptir ( 8 ).

Küresel grafitli dökme demir ( KGDD ), birbirinden bağımsız olarak “British cast iron research association” (BRCIA) ve “İnternational nickel company” (INCO) tarafından geliştirmiş ve ilk defa Amerikan Dökümcüler Cemiyeti’nin 1948’ deki yıllık toplantısında döküm endüstrisi için yeni bir malzeme olarak tanıtılmıştır.

Küresel grafitli dökme demir aynı zamanda, nodüler, sfero ya da düktil dökme demir olarak da isimlendirilmektedir. Yurdumuzda, daha çok ‘Küresel grafitli dökme demir’ tabiri kullanılmıştır. KGDD’ de grafit, gri dökme demir (GDD)’de olduğu gibi lameller şeklinde değil, küçük küreler şeklindedir. Yapı açısından, gri dökme demirden yegane ayrıcalığı grafitlerin şeklidir. Yani, KGDD küresel grafit partikülleri içeren döküm halinde yapıya sahiptir. KGDD’ in mukavemetinin ve sünekliğinin GDD’ ye göre çok daha yüksek olmasının sebebi, grafit partiküllerinin ferritik, perlitik ya da ferritik + perlitik matris içinde küre şeklinde dağılmış durumda olmasıdır. KGDD’ in döküm durumu mekanik özellikleri ayrıca ısıl işlem ile yükseltilebilir.

KGDD’nin mekanik özellikleri grafit şekli ve büyük ölçüde matris yapısı tarafından etkilenmektedir. KGDD’ler dökme demirin avantajları ( düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık ve dökülebilirlik, mükemmel işlenebilirlik ve iyi kesme mukavemeti ) ile, çeliğin mühendislik yönünden avantajları ( yüksek mukavemet, tokluk, süneklik, sıcak işlenebilirlik ve sertleşebilirlik ) birleştiren yeni bir dökme demir gurubudur ( 8 ). KGDD, düşük kükürt bileşimine sahip sıvı dökme demirin magnezyum ve seryum ile işleme tutulması ile üretilir ve son olarak, döküm esnasında ya da dökümden hemen önce silisyum içeren aşılayıcı bir alaşım ilave edilir. Böylece grafit temel halden küresel hale geçer. Ticari işlem pratiğinde çok değişiklikler vardır. Tipik olarak, alaşımsız KGDD’ in bileşimi Çizelge 2.1 ‘den görüleceği üzere gri dökme demir (GDD) ya da temper dökme demirden (TDD) farklıdır.

KGDD dökümlerinin pek çoğu ısıl işlemsiz halde kullanılır. Bazen uygulanan ısıl işlem, üzerinde istenen etkiye göre değişir. Östemperleme dışındaki herhangi bir ısıl işlem yorulma özelliklerini düşürür. KGDD, mukavemeti ve sertleşebilirliğini

Çizelge 2.1. Seçilmiş dökme demirlerin bileşimi ( 3 )

(a) TK,toplam karbon. (b) seçilebilir

yükseltmek amacı ile düşük miktarlarda nikel, molibden ve bakır ile alaşımlandırılabilir. Korozyon, oksidasyon aşınma ya da yüksek sıcaklık uygulamaları için daha yüksek miktarlarda silisyum, krom, nikel ya da bakır ilave edilebilir.

Şekil 2.1. KGDD’nin mikroyapıları a)Döküm halindeki ferritik b) Döküm halindeki perlitik c) 700 °C’de tavlanmış ferritik d) Perlitik KGDD yağda soğutulmuş ve 255’ BS’ye temperlenmiş. Hepsi % 2 nitalde dağlanmış. X 100 (8)

KGDD’lerin Türk Standartları Enstitüsü (TSE)’ye göre sınıflandırılması Çizelge 2.2 ‘ de verilmektedir. Küresel grafitli dökme demirler; DDK (Dökme demir küresel grafitli) işareti ile gösterilir.Bu işareti izleyen sayılar ise kg/mm olarak minimum çekme mukavemeti gösterir. Burada GGG işareti kullanılmaktadır. Amerikan ASTM ( AS36 - 37 )’ e göre ise ksi olarak minimum çekme mukavemeti ve % 0,2 akma mukavemeti ve % uzama değerlerini vermektedir. Örneğin 60 – 40 - 18 işaretli malzeme incelenirse, dökme demirin 60 ksi ya da 414 MPa minimum çekme mukavemeti, 40 ksi ya da 276 MPa % 0,2 akma mukavemeti ve % 18 uzama değerlerine sahip olduğu anlaşılır.

SAE ( The Society of Automotiive engineers ), büyük miktarlarda dökümler için küresel grafitli dökme demiri sınıflandırmada, dökümlerin matris mikroyapısı ve Brinell sertliğine dayalı bir metot kullanır. Hem ASTM ve hem de SAE belirtmeleri çekme özellikleri ve sertlik için standarttır.

Çizelge 2.2 Küresel dökme demirlerin mekanik özellikleri ve yapıları ( 3-8 )

Uluslar arası tanımlama sistemi ( ISO1083 ), çekme mukavemetini MPa ve uzamayı % olarak verir. Çizelge 2.3’ de ASTM, SAE ve ISO standartlarına göre küresel grafitli dökme demirin sınıflandırılmasında kullanılan özellikler görülmektedir.

Fransız standartlarında (NFA 32 - 201), KGDD için kullanılan işaret FGS olup izleyen rakamlar kg/mm olarak minimum çekme mukavemetini ve % uzama değerlerini göstermektedir. İngiliz ( BS 2789 ) standartlarında ise, SNG harfleri kullanılır ve bu harfleri ton/inç olarak minimum çekme mukavemetini ve minimum % uzama değerleri izler. Rus GOST 7293-70 standartlarında kullanılan VCH harfleri yine kg/mm olarak minimum çekme mukavemetini ve % uzama değerini gösterir
.
Küresel grafitli dökme demirler, sahip oldukları üstün özellikler ile her geçen gün gri dökme demirlerin (GDD) yerini almakta ve kendilerine daha geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Özellikle, iyi dökülebilirlik. iyi işlenebilirlik ve düşük maliyet ile birlikte yüksek mukavemet ve tokluk gereken uygulamalarda, KGDD tercih edilen bir mühendislik malzemesidir.

Otomotiv ve tarım endüstrisi, küresel grafitli dökme demirin başlıca kullanım alanlarıdır. Amerika’ da, 1988’ de üretilen yaklaşık 3 milyon ton grafitli dökme demirin büyük bir kısmı otomotiv endüstrisi tarafından kullanılmıştır. Otomotiv sanayisindeki uygulamalara örnek olarak; krank milleri, egzoz manifoltları, karışık şekilli direksiyon mafsalları, avare diş kolu, tekerlek göbeği, traktör ve kamyon aksları, piston halkaları, silindir gömlekleri, süspansiyon sistemi parçaları, güç iletim kelepçeleri ve türbin yatakları verilebilir. Bu uygulamalarda, küresel grafitli dökme demir kullanımı, ekonomik üstünlüğünün yanı sıra daha yüksek mukavemet ve ağırlık tasarrufundan dolayı tercih edilmektedir. Dökme demir boru endüstrisi, küresel grafitli dökme demirin bir başka kullanım alanıdır. Ayrıca, pek çok teçhizat da (fitting) bu malzemeden üretilmektedir. Tarım ve yeryüzü hareketleri ile ilgili uygulamalarda, yüksek mukavemet ve tokluğa sahip dirsekler, kavramalar, bilyalar, hidrolik valflar, zincir dişlileri ve ray parçaları da KGDD’ den yapılmaktadır.

Çizelge 2.3 Çeşitli ulusal ve uluslar arası standartlarında KGDD özellikleri(8)

Genel mühendislik uygulamalarına örnek olarak; hidrolik silindirler, mandrenler, makine çerçeveleri, bağlama donanımı, hadde merdaneleri, tünel parçaları, demiryolu ray klip destekleri, kömür ve mineral ezme parçaları, yüksek sıcaklık uygulamalarında güvenlik valfleri, dişliler, nükleer yakıt konteynırları ve taşıyıcılar, petrol kuyusu donanımları ve demiryolu aks kovanları gibi parçalar belirtilebilir. Ancak östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir (ÖKDD), KGDD için pek çok yeni uygulama alanları yaratmıştır