Yüksek alaşımlı dökme demirler

Transkript

1

2 Yüksek alaşımlı dökme demirler Alaşımlı dökme demirlerin korozyon, aşınma, ve ısıl direnci esas olarak kimyasal bileşimi ve mikroyapısına bağlıdır. Isı ve korozyon direnci gelişmiş olan alaşımlı dökme demirlerin üç ayrı grupta toplayabiliriz;

3 Cr, Mn, Si, Ni, Al the range of microstructures Alaşımlı Dökme Demirler Beneficial effect on many properties high temperature oxidation resistance corrosion resistance in acidic environments wear/abaration resistance Alloy Cast Irons Graphite free Graphite bearing

4 Yüksek Silisyumlu Dökme Demirler (Silal) Yüksek Kromlu (Ni-Hard) Dökme Demirler Yüksek Nikel içeren (Ni-resist) Dökme Demirler

5 Özel yüksek alaşımlı dökme demirlerin sınıflandırılması; Grafit yapıda; Perlitik Dökme Demir Aşınmaya dayanımlı, ASTM A 532 Martensitik Beyaz Dökme Demir(Ni-Hard) Aşınmaya dayanımlı, ASTM A 532 Yüksek Kromlu Dökme Demir (11-28% Cr) Aşınma,Isı ve Korozyon dayanımlı, ASTM A532

6 Sementit yapıda; Ferritik % 5 Si içeren dökme demir (Silal) Isı Dayanımlı >%15 Si içeren dökme demir Korozyon Dayanımlı Östenitik 18% Ni (Ni-Resist) Korozyon ve Isı Dayanımlı 8% Ni, 5%Si (Nicrosilal) Korozyon ve Isı Dayanımlı Beynit Yüksek Mukavemetli ve Aşınmaya Dayanımlı

7

8 Silal Iron (trade name): Alaşımlı Dökme demir with 5% Si Si allows solidification to occur over larger temperature range promotes graphitization Forms surface film of iron silicate resistant to acid corrosion Dökme demir 5 % Si

9 Yüksek silisyumlu dökme demirler Ana alaşım miktarı %12-18 Silisyum olan alaşımlarda %14.2 Silisyum oranının üstüne çıkıldığında Korozyona karşı direnç kazandırılması gerekir. Krom ve molibden ilavesi yapılarak korozyana direnç sağlanmış olunur. Silisyumlu dökme demirler korozyona dayanımlı demirler arasında en ucuz olanlardır.

10 Silisyum içeriği % 14.2 aştığında, yüksek silisyumlu dökme demir H2SO4, HNO3, HCI ve birçok aşındırıcıya karşı korozyon direnci gösterir Bu malzemeler ayrıca korozyon direnci ve sıcaklıktan etkilenen bölgelerde iyileştirme sağlar. İstisna olarak hidroflorik asit (HF), flor tuzları, sülfürik asit (H2SO3) ve sülfit bileşenleri, güçlü alkali metallerin bileşenleri, asit-alkali çözücülere direnç gösteremezler.

11 % 12 - % 18 yüksek silisyum içeriği ile dökme demirler asitlere karşı dirençli hale gelmektedirler. Bu guruba dahil olan %14.5 ten daha yüksek oranlı dökme demirler, yüksek sıcaklıktaki %30 H 2 SO 4 içeren bileşeklere dahi korozyon direnci gösterirler. % 16.5 silisyum içeren dökme demir hemen hemen tüm konsantrasyonlardaki kaynamakta olan sülfürik asit ve nitrik asite karşı dayanımlıdır. Ancak, yüksek silisyum içeriği nedeniyle, mekanik özellikleri, termal dirençleri, mekanik titreşim absorbe yeteneği çok düşüktür. Ayrıca Döküm zorluğu ve tezgahlarda işlenme zorlukları da göz ardı edilemez.

12 Yüksek Kromlu Dökme Demirler (Ni-Hard) %12-18 krom içeren bu alaşımlı dökme demirler beyaz dökme demir olarakta bilinir. Krom oksidasyon aşınma direnci kazandırır. Yüksek kromlu dökme demirler oksitleyici asitler, özellikle nitrik asitler, oksitleyici şartlar altındaki zayıf asitler, birçok organik asitler ve tuz solüsyonu ile korozyona karşı dirençlidir. Bu meteryaller deniz ve uzay endüstrisinde kullanılmaya uygundur. Yüksek krom dökme demirler aşınmaya karşı son derece dirençlidir.

13 Cr addition (12-35 wt %) Excellent resistance to oxidation at high temperatures High Cr Cast Irons are of 3 types: % Cr matrix of Martensite + dispersed carbide % Cr matrix of Ferrite + dispersion of alloy carbides [(Cr,Fe) 23 C 6, (Cr,Fe) 7 C 3 ] % Cr % Ni stable + carbides [(Cr,Fe) 23 C 6, (Cr,Fe) 7 C 3 ] Ni stabilizes Austenite structure High Cr 29.3% Cr, 2.95% C

14 Yüksek kromlu dökme demirlerin mekanik özellikleri yüksek silisyumlu dökme demirlerinkinden daha iyidir. Ayrıca demir-karbon dengesinin ayarlanması ısıl işlemler sayesinde çok kolaydır. Fakat kromlu dökme demirleri işlemek oldukça güçtür.

15 Yüksek Nikel Dökme Demirler (Ni-resist) Bu malzemelerin büyük oranda nikel ve bakır içeren demirler, konsantre sülfürik asit (H2SO4) ve hafifçe yüksek sıcaklıklarda fosforik asit (H3PO4) gibi asitlere, hidroklorik asit (HCl) ayrıca oda sıcaklığındaki asetik asit,oleik asit ve stearik asit gibi organik asitlerede karşıda dayanımlıdır.gerilmeli korozyon, belirli bir formda çatlama meydana getirebilir ancak nikel oranı % 18 aştığında, östenitik dökme demirler etkilenmez.

16 Ni: Stabilizes Austenitic structure Graphitization (suppresses the formation of carbides) (Cr counteracts this tendency of Ni for graphitization) Carbon content in Eutectic Moves nose of TTT diagram to higher times easy formation of Martensite Carbide formation in presence of Cr increases the hardness of the eutectic structure Ni Hard Cast Irons (4%Ni, 2-8% Cr, 2.8% C) Ni-Hard Good abrasion resistance Needles of Martensite 4%Ni, 2-8% Cr, 2.8% C Transformation sequence Crystallization of primary Eutectic liquid + alloy carbide Martensite

17 Yüksek nikel dökme demirler yaygın olarak kullanılır ve bunlar Ni-Resist dökme demirler olarakta bilinir. % 14 ile % 30 nikel içeren östenitik gri dökme demir oda sıcaklığında sülfürik asit içeren hafif oksitleyici asitlere, dayanıklıdır. Ni-Resist özellikle yüksek sıcaklıklar için yararlıdır. Östenitik matris yapısı nedeniyle döküm zorluğu diğer dökme demirlerde olduğu gibi yüksek nikel dökme demirlerinde de vardır. Fakat daha düşük gerilme kuvvetleri sayesinde diğer dökme demirler arasında en iyi işleme ve döküm kabileylerine sahiptirler. Küresel grafit yapısı sayesinde yüksek mukavemet ve sünekliğe sahiptirler.

18 Ni Resist Iron: 15-30% Ni + small amount of Cr: Austenitic Dendrites + Graphite plates/flakes + interdendritic carbides due to presence of Cr Resistant to oxidation (used in chemical processing plants, sea water, oil handling operations ) Ni-resist Graphite plates Dendrites of

19 %18 veya daha fazla nikel içeren yüksek alaşımlı nikel alaşımlarını %7 bakır ve %4 karbon ihtiva ederse korozyona ve ısıya karşı iyi derecede direnç gösterirler. Ni-Resist dökme demir, 815 C gibi bir ortamda ısıya iletimine ve oksitlenmeye karşı direnç sağlar. Kükürt içeren ortamlar ise, bu nikel içerikli alaşımların 500 C sıcaklıklarda kullanımlarını kısıtlar. Östenitik nikel dökme demirlerin silisyum ve krom alaşımlı demirlere nazaran darbeye dayanımları daha iyidir. Küresel grafit mikroyapı ile yüksek nikel dökme demir oldukça güçlüdür. Mozaik grafit nikel alaşımlı demir daha yüksek süneklik oranı vardır.

20 Yüksek Alaşımlı Beyaz Dökme Demirler Yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler öncelikle aşınma direnci gerektiren uygulamalarda (Kırıcı, öğütücü, dişli parçaları vb.) kullanılırlar. Ayrıca yüksek alaşımlı beyaz dökme demirin krom içeriği, korozyon direncini iyi yönde etkiler. Karbürleri destekleyen metalik matris de aşınma direnci ve mukavemet özelliklerinin geliştirilmesi için alaşım içeriği ve ısıl işlem ile ayarlanabilir. Alaşım içeriği % 4 ün altında olan düşük alaşımlı beyaz dökme demirler, HB arası sertliğe sahip olurken, yüksek alaşımlılar HB sertliğe sahiptir.

21 Yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler 2 ana gruba ayrılır: 1. Nikel-Krom beyaz dökme demirler : Düşük kromlu alaşımlardır, genellikle % 3-5 arası nikel ve % 1-4 arası krom içerirler. 2. Krom-Molibden beyaz dökme demirler : Genellikle % arası krom, % 3 e kadar molibden içerirler. Sıklıkla da nikel ve bakırla alaşımlandırırlar.

22 Nikel-krom beyaz dökme demirler endüstriyel anlamda en eski yüksek alaşım grubudur. Nikel-krom beyaz dökme demirler (Ni-Hard) 50 seneyi aşan bir süredir kırma ve öğütme malzemesi olarak üretilmektedir. Bu dökme demirlerde nikel birincil alaşım elementidir. Alaşıma % 3-5 oranında eklenen nikelin, ostenit matrisin perlite dönüşmesini engelleyici etkisi vardır. Ayrıca alaşıma % oranında eklenen krom da nikelin grafitleştirme etkisini artırır

23 Nİ-HARD ÜRETİMİ Nİ-HARD NEDİR? Düşük krom ve nikel içeren, çok yüksek sertlik ve aşınma direnci veren ve martensitik olan beyaz dökme demir grubuna Ni-hard denir.

24

25 KULLANIM ALANLARI Tuğla kalıpları Çamurlu ve içinde sert maddeler olan sulu tortu taşıyan pompaların parçaları Aşındırıcı malzeme taşıyan boru ve dirsekler Taşlama milleri Aşındırıcı toplar ve halkalar Kömür kırma makineleri için merdane ve tablalar başlıca uygulama alanlarıdır.

26 Yüksek kromlu beyaz dökme demirler: Yüksek aşınma dirençli beyaz dökme demirler kararlı karbür yapısı oluşturmak için krom ile alaşımlandırılırlar. Krom grafit yerine karbür yaparak, kararlı karbon zengini ötektik faz oluşturur. Genellikle Fe3C ve Cr7C3 halinde olan karbürler karbür yapıcı elementlerin ilavesi ile daha kompleks yapılar olan (Cr,Fe)7C3 ve (Fe,Cr)3C a dönüşebilir. Beyaz dökme demirde yüksek krom miktarı (>%10) yapıda kararlı M7C3 karbürleri oluşturur.

27 Yüksek kromlu beyaz dökme demirler genel olarak iyi aşınma direnci ve tokluk özellikleri gösterirler. Bu nedenle geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Cevher kırıcıları, öğütücü değirmen bilyeleri, çeşitli astarlar, tarım alet ve makinaları, pistonlar ve dişlileri, çeşitli konveyörler, greyder bıçakları, pompalar, diskler, tuğla kalıpları, segmanlar ve çubuklar, madencilik ve mineral sanayi gibi yüksek aşınma direnci gerektiren yerlerde yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler kullanılır.