KİMYASAL BİLEŞİMİ. Element % Karbon Silisyum Manganez Fosfor Kükürt

Transkript

1 GRİ DÖKME DEMİRLER

2 GRİ DÖKME DEMİR Katılaştıktan sonra bileşimindeki karbonun büyük bir kısmı serbest grafit yaprakları (lamel) halinde bulunan bir dökme demir çeşididir. Kırıldığı zaman, yüzeyi gri görünüşlüdür. Grafitten dolayı rengi gri olan bu dökme demire, GRİ DOKME DEMİR denir. Dökme demir çeşitleri içinde en çok kullanılanı olan bu dökme demir aynı zamanda LAMEL veya KIR DÖKME DEMİR olarak da tanınır. Gri dökme demirin kimyasal bileşimi, yapısı ve özellikleri geniş sınırları içinde değişmektedir. Gri dökme demire, birçok özelliklerini değiştirmek ve geliştirmek için nikel, krom, molibden, alüminyum, bakır vb. alaşım elemanları katılır.

3 KİMYASAL BİLEŞİMİ Gri dökme demirin bileşiminde, demirden başka, karbon, silisyum, manganez, fosfor ve kükürt bulunur. Bileşiminde bulunan bu elementler, genel olarak hamdemir (pik) den gelmektedir. Kükürt gri dökme demir içinde bulunması pek arzu edilmeyen elementtir. Fosforun ise pek az miktarı faydalıdır. Gri dökme demirin kimyasal bileşimi yandaki gibidir. Element % Karbon Silisyum Manganez Fosfor Kükürt

4 Gri Dökme Demir Gri dökme demir ismini kırık yüzeyin gri renginden alır. Grafit fleykleri ferrit veya perlitik matriks ile çevrilidir. Çekme yüklerinde kırılgan ve gevrek (grafit fleyklerinin ucu keskindir. Böylece uçlar gerilim arttırıcı etkisi gösterir. Basma yüklerinde çok dayanıklı Çok iyi titreşim sönümleme Aşınmaya dirençli Karbon içeriği: wt% Silisyum içeriği: wt % Silisyum içeriği ve soğuma hızı mikroyapıyı etkiler. Dökümde çekinti oranı düşüktür. lamel gri

5 Gri dökme demir mikroskopla incelendiğinde, yapısı içinde dağılmış grafit lamelleri görülür. Bu grafit lamellerini kalın kesitli döküm parçaların yapısında gözle dahi görmek mümkündür. Şekil de gri dökme demirin grafit dağılımı ile aynı yapının dağlanmış ve büyütülmüş şekli görülmektedir.

6 GRİ DÖKME DEMİRİN BİLEŞİMİNDE BULUNAN ELEMENTLER: Gri dökme demirin bileşiminde karbon, silisyum, manganez, fosfor ve kükürt bulunduğu belirtilmişti. Gri dökme demirin bileşiminde bulunan bu elementler, dökme demir çeşitlerinin hemen tamamında bulunur. Bu elementler, gri dökme demirin yapısına ve özelliklerine çok etki ederler. Daha önce de geniş olarak tanıtılmış olan bu elementler, burada sadece gri dökme demire olan etkileri bakımından açıklanmıştır. Element % Karbon Silisyum Manganez Fosfor Kükürt

7 KARBON Gri dökme demirde serbest grafit veya demir karbür (sementit Fe 3 C) olarak bulunur. Bileşiminde ortalama % karbon bulunur. Karbon, gri dökme demirin ergime sıcaklığını düşürür, akıcılığını artırır. Bundan başka grafit miktarı fazla olduğundan gri dökme demirin dayanımını azaltır. Bileşiminde karbon miktarı azaldıkça (örneğin: % 3 den az) gri dökme demirin çekmesi artar.

8 Gri dökme demirde karbon bileşik ve serbest halde bulunur. Kimyasal analizlerde verilen dökme demirdeki toplam karbon % sidir, Karbonun her iki bulunuş şekli ayrı ayrı tayin edilebildiğinden Toplam karbon yüzdesi aşağıdaki bağıntı ile tesbit edilebilir. % Toplam karbon= % Grafit halindeki karbon + % Birleşik halindeki karbon Grafitleşme tamam ise toplam C % si ile Grafit halindeki C % si eşit olacaktır. Eğer hiç grafitleşme olmamışsa Grafit halindeki C % si sıfır olacaktır. Gri dökme demirde % 0.5- %0.8 birleşik karbon varsa mikroyapı büyük ölçüde perlitik olacaktır. Çünkü % 2 civarında Si içeren gri dökme demirde, perlit, % 0.6 karbon içeren ötektoid ostenitten oluşmaktadır. Dolayısıyla yukarıda verilen bağıntı gri dökme demirde Grafitleşme derecesi için kimyasal bir kriter olmaktadır. Gri dökme demirin katılaşmasında yeterli grafitleşmenin olabilmesi için belli bir minimum «toplam karbon» % si gereklidir. Bu değer alaşımdaki silisyum yüzdesine bağlı olarak yaklaşık % 2.20 civarındadır.

9 SİLİSYUM Gri dökme demirde ortalama % 1-3 silisyum bulunur. Karbonun serbest halde kalmasına ve grafit halinde ayrılmasına yardım eder. Dökme demirde silisyum miktarı arttıkça ötektik ve ötektoid bileşimlerindeki karbon miktarı azalır. Fakat ötektik ve ötektoid sıcaklıkları yükselir. Silisyum, gri dökme demirin akıcılığını artırır ve yumuşak olmasına sebep olur.

10

11 MANGANEZ Karbonun grafit halinde ayrışmasını önler. Bileşimde ortalama % bulunur. % 2 den fazla olursa grafitleşmeyi geciktirir. Dökme demirin sert olmasına sebep olur. Manganez, bileşimdeki kükürtün kötü etkisini önler ve Mangansülfür (MnS) halinde birleşir. Mangansülfürün özgül ağırlığı az olduğundan cürufa karışır.

12 FOSFOR Fosfor, demir içinde erir ve demirle, demir fosfür (FeP) halinde birleşir. Karbonun, grafit halinde ayrılmasına yardım eder. Dökme demirin akıcılığını artırır ve katılaşma zamanını uzatır. Demir fosfür, demir karbür ve demir karışık kristalleri, düşük sıcaklıkta ergiyen üçlü bir ötektik teşkil eder. Gri dökme demir bileşiminde % arasında bulunur. Yüksek fosforlu dökme demirler çok kırılgan ve zayıf olurlar. Bunun için % 0.50 normal bir fosfor miktarıdır. Yalnız ince kesitli ve motifli parçaların dökümünde fazla miktarda fosfor kullanılır. Fosfor miktarı arttıkça gri dökme demirin sertliği de artar.

13 KÜKÜRT Gri dökme demir bileşiminde ortalama % arasında kükürt bulunur. Yapıya etkisi çok fazladır. Bileşimde % 0.15,den fazla olması, dökme demirin sert olmasına sebep olur ve işleme özelliğini azaltır. Manganez ile birleşir ve Mangansülfür olarak cürufa karışır. Böylece yapıya olan kötü etkisi azalmış olur. Kükürt, karbonun grafit halinde ayrılmasını güçleştirir.

14 Gri Dökme Demir ~ [2.4% (iyi dökülebilirlik için), 3.8 (iyi mekanik özellik için)] < 1.25% grafitleşmeyi engeller < 0.1% grafitleşmeyi geciktirir; Grafit fleyklerinin boyutunu arttırır Fe-C-Si + (Mn, P, Si ~ ( ) C mikroyapıda Grafit fleykleri şeklinde (Ferritik matrix) Katılaşma sırasında hacim artışı daha iyi dökülebilirlik L ( Fe C) Fe C ( Fe C) Ledeburite Pearlite Si C eutectoid Si ötektik sıcaklığını yükseltir Si grafitleşmeyi destekler ~ etkisi soğuma hızını düşürür Si Bir sıcaklık aralığı boyunca katılaşma ile grafit fleyklerinin çekirdeklenme ve büyümesine müsaade eder. /sıvı ve Grafit/sıvı arasındaki arayüzey enerjisindeki değişimi Silisyum sağlar Si a ekseni boyunca grafitin büyümesine yardımcı olur

15 Gri Dökme Demirlerde Grafit Şekli ve Dağılımı Tüm dökme demirlerde mekanik, fiziksel ve çeşitli özelliklerin geniş şekilde grafitin şekil, dağılım ve boyutlarınca etkilendiği bilinmektedir. Sıvı metale yapılan tüm katkılar ve müdahaleler, grafitin katılaşma şeklini kontrol altına alabilmek içindir. Gerek VDG (Alman), gerekse ASTM kuruluşları grafit şekli, ölçüleri ve dağılımı ile ilgili olarak karşılaştırma resim ve tabloları hazırlanmışlardır.

16 Metalografik yapı için alınan numunelerin, parça üzerindeki yeri, parça et kalınlığı, yüzeye uzaklığı göz önüne alınmalı ve numune değerlendirilirken bunlar kayıt altına alınmalıdır. Numune kesitleri yeterince büyük olmalı ve mikroskopta bu kesitlerden en az 5 alan tarandıktan sonra, bu alanların ortalama değeri ile karşılaştırma yapılmalıdır. Numuneler parlatıldıktan sonra dağlanılmamalıdır. Eğer, numune yüksek silisli veya benzeri şekilde alaşımlı bir dökme demir ise Nital ile hafif şekilde dağlama, grafit yapısının incelenmesini kolaylaştıracaktır.

17 Grafit şekil, dağılım ve boyutları mikroskop ile incelenmesi 100:1 büyüitme ile yapılmalıdır. Grafit incelemesinde, ilk önce grafit şekli, daha sonra dağılımı tespit edilmeli ve grafit boyutu bulunmalıdır.grafit büyüklüğü karşılaştırma haricinde ölçülmesi kalibre edilmiş mikroskop oküleri ile yapılmalıdır.

18 Dökme Demirlerde Grafit Şekilleri

19 Yukarıdaki mikroyapılarda 100:1 büyültmede ve ideal şartlarda oluşmuş grafitlerin şekil, dağılım ve boyutları verilmektedir. Bu yapılarda, katılaşma sırasında görülen yan bozucu etkiler göz önüne alınmamıştır.

20 Grafit Boyutları Aşağıdaki resimlerde DDL'de grafit boyutlarının sınıflandırılması verilmektedir. I nolu grafit boyutu 100:1 büyültmede 100 mm den büyük grafitleri vermekte,8 nolu sonuncu sınıf ise gene ayrı büyültmede 1.5 mm'den küçük grafitleri göstermektedir. Her sınıf bir evvelki sınıfın yarısı uzunluğundaki grafit boyutunu temsil etmektedir.

21 SINIFLANDIRMA SIRASI 100:1 BÜYÜLTMEDE GRAFİT BOYUTLARI, mm 1 > 100 > GRAFİTLERİN GERÇEK ÖLÇULERİ, mm , < 1,5 < 0.015

22

23

24

25 Grafit Şekli ve Dağılımları Bu grafit şekillerinin yüzde dağılımlarını tespit etmek için, mikroskopta belirli bir alan içinde her tipten görülen adetlerin sayılmaları ve oranlanmaları gerekmektedir.

26

27 A Tipi Grafit Yapısı Oluşum nedenleri Düşük miktarlarda alt soğuma olması Yüksek miktarlarda çekirdeklenme sağlanabildiği taktirde, düşük miktarlarda bir alt soğuma oluşacaktır. Bu durumda grafit hücrelerinin büyüme hızları düşük olur. Yani A-tipi grafitler oluşur. Katılaşma süresinin uzun tutulması. Katılaşmanın çok uzun bir soğuma aralığında olması gerekir. Bu sayede grafit boyları ve kalınlıkları arttırılabilir. A-tipi grafitleşme, yalnız ötektik katılaşma aralığında gerçekleşebilir

28 Belirgin Özellikler: Mikroyapıda belirgin özellikler; Grafitler kalın ve uzun,levha yada yaprak şeklindeki grafitlerdir. Dağılım; A-tipi grafitler yapıya homojen olarak dağılmışlardır. Grafit grupları 1-4 arasında değişir. Bu boylar parça boyutlarına ve soğuma sürelerine bağlıdır. Elektrik ve ısı iletim özellikleri çok iyidir.(küresel ve vermiküler grafitli dökme demirlerle kıyaslandıklarında) Çekme ve basma özellikleri çeşitli müdahalerle yükseltilebilir. (ilave alaşım elementi, ısıl işlem) Lamel boyutları büyüdükçe malzeme yumuşaklık kazanır. İşlenebilme özellikleri çok iyidir.(hatta grafitin kendi kendini yağlama özelliği büyük bir avantaj sağlar.)

29 B Tipi Grafit yapısı Oluşum nedenleri: Hızlı soğuma en belirgin faktörüdür. Bu sayede, grafitin gelişigüzel yapı içerisine dağılımı engellenir. Verimsiz aşılama. Bu yüzden yeterli çekirdeklenme sağlanamaz. Döküm parça faktörü. Özellikle kalın parçaların ince kesitlerinde,(10 mm nin altı). B-tipi grafitlere sıkça rastlanır. Bu olay hızlı soğumanın da bir fonksiyonudur. Grafit yapraklarının büyümesi için gerekli süre bulunamaz ve B-tipi oluşur. Alaşım elementlerinin özellikle toprak alkali metaller (Ce gibi) veya yapı bileşenlerinden fosfor (P) gibi, B-tipi grafit yapısını oluşturur.

30 Belirgin Özellikler: B-tipi, grafit yumakları (rozetleri) şeklinde birikim gösteren bir grafit şeklidir. Yüzeyden yapı içersine doğru,normalde A-tipi hedeflenmişse, yukarıdaki sebeplere bağlı olarak ve dağınık olarak B-tipi grafitlere rastlanır. Bilinçli olarak üretimleri söz konusu değildir. Şartlara bağlı olarak oluşur ve genellikle yapı içiyle sınırlıdırlar. Grafit grupları 8 i geçmez. A-tipi grafit yapısına ve miktarına bağlı olarak mekanik özellikleri gösterirler. Yapıya düşük mukavemet ve aşınma direnci verirler. Homojen bir dağılımları olmadığı için,mekanik özellikleri yer yer bozarlar. Özellikle iyi aşılanmaları gerekir.

31 C Tipi Grafit yapısı Oluşum nedenleri : Ötektik üstü katılaşan malzemelerdir. Birincil ve ikincil grafit yapraklarına rastlanır. Alt soğuma faktörü C-tipi grafit oluşumunda etken rol oynar. bu faktör şunlardan etkilenir. Oluşan çekirdek sayısı ( çok olmalı) Kristalleşme hızı ( düşük olmalı) Büyüme hızı ( yüksek olmalı) Malzemenin soğuma hızı ( yüksek olmalı) Katılaşma süresi ; alt soğuma katılaşma başlarken geçen çok kısa bir zaman aralığında gerçekleşmektedir. Bazı alaşım elementlerinin ilavelerinde (Cr,Mn, gibi) C-tipi grafitler oluşturur.

32 Belirgin özellikler: Tipik görünümleri kiş adı verilen kalın grafit yaprakları şeklindedir. Kiş-grafitler yardımı ile ısı geçirgenliği artar. Bu olay malzemenin ısıl-şoklara dayanımını kuvvetlendirir. Sistemin elastik modülü azalır. Çok iri kiş grafitler çekme ve darbe dayanımını düşürür. İşlenmiş yüzeylerde görünüm bozukluklarına rastlanır. Grafit grupları 4-7 arasında değişir. Kiş Grafit Tercih edildiği dökümler: Pik ingotlar ( çelik kütük kalıpları) ile Bazı kokil kalıpları.

33 D Tipi Grafit yapısı Oluşum nedenleri : Yüksek alt soğuma olduğunda grafit hücrelerinin hızlı büyümesi ve dolayısı ile ince çok parçalı yapraksı D-tipi grafit yapısı kaçınılmaz olur Yapı genellikle ferritik olur. Yeterli çekirdeklenmenin sağlanamaması durumunda olur Düşük S miktarları ( %0.05 in altı ) eğer D-tipi grafiti istiyorsak anılan oranın altına inilir. D-tipi istenmiyorsa, o zaman kükürt ilave edilir ( Fe-S kilavesi ile ) Döküm parçasının ince kesitlerinde D-tipi oluşur. Bu soğumanın bir fonksiyonudur ve engellenemez. Bazı alaşım elementlerinin ( Ti, Al gibi - özellikle karbür ve perlit yapıcılar) ilaveleri D tipi oluşumuna sebep olur D-tipi grafit oluşumu ötektik-altı katılaşma ile sağlanır.

34 Belirgin özellikler. Küçük ve düzenli olarak dizilmiş yapraksı grafitlerden oluşurlar Malzemenin ince kesitlerinde ve kısmende yapıda, çil denen demirkarbürlere rastlanılır. Grafit grupları; 5-6 arasında değişir. İşlenebilirlikleri parça et kalınlığına bağlıdır. Tercih edildiği dökümler. Cam kalıpları Kokil dökümler A-tiplerine oranla elastik modülleri daha iyidir

35 E Tipi Grafit yapısı Oluşum nedenleri : E-tipi grafitler dendritler arası bir yapı gösterirler Düşük S miktarları oluşumda söz konusudur. Döküm sıcaklıklarının çok yüksek olması (1500 C ve üzeri ) çok yüksek sıcaklıkta oluşan çekirdeklerin kritik çapı geçemeyip tekrar sıvı-faz içerisine dönmeye zorlanır ve erir. Buna ; çekirdek ölmesi denir. Hızlı soğuma faktörü parçanın et kalınlığı az olan kısımlarında etkilidir. E-tipi grafit oluşumu ötektik-altı katılaşmada meydana gelir Düşük CE değerleri de E - tipini teşvik eder. Alaşım elementlerinin bazı ilaveleri ( Y, Cr,Ni, gibi) Bazı E tipi grafit yapısı tesadüfen veya kısmen gözlenebilir.

36 Belirgin özellikler : Ana dokunun genellikle perlitik olması söz konusudur. Bu durum A tipi grafitli kadar aşınma dayanımı göstermesine yol açar. Grafit grupları 7-8 arasında değişir. Sertlik çekme ve basma mukavemetleri nispeten yüksektir. İşlenebilirlikleri, parça et kalınlığına doğrudan bağlıdır.

37 Eğer, grafit boyutları resimlerde verilen sınıflandırmanın arasında ise veya farklı yüzdelerde farklı boyutlar var ise bu her iki boyut belirtilerek gösterilir. ( % 100 A 4/5 gibi) RAPORLAMA: Mikroskopta incelenen görüntü, Yukarıda verilen yapılar ile karşılaştırılarak, numunedeki grafit şekil, boyut ve dağılımı tespit edilir. Lamel grafitli dökme demirler için numunedeki grafit dağılımı A.B.C,D,E harfleri, boyutu 1-8 arasında bir rakam ile ve şekli I olarak verilir. ÖRNEK: %100 oranında A tipi grafit ve 4 boyutunda olan bir DDL; " 100 % I A4 " olarak raporlanır. Eğer yapıda % 70 oranında I A tipi ve 4 boyutunda grafit. % 30 oranında D tipi ve 6 boyutunda grafit var ise. %70 I A4 + %30 D6 şeklinde raporlanır.