ALAŞIMLI BEYAZ DÖKME DEMİRLER

Transkript

1 - Çiment değirmenlerinde astar plakalan ALAŞIMLI BEYAZ DÖKME DEMİRLER Alaşım elementlerinin ve ısıl işlem kşullannın,beyaz dökme demirierin mlkryapısına ve özelliklerine etkisi bu yazıda özetlenmektedir. Alaşımlı beyaz dökme demirter (özellikle yüksek krm-mlibdenli) cevher kıncılan.değirmen bilyalan.tanm alet ve makinalan,pistnlar ve dişliler.çeşitli knveyörier.pmpalar.diskler.tuğla kalıplan.segmanlarve bariargibi yüksek aşınma direnci gerektiren yerierde kullanılmaktadır.yapıda bulunan krm krzyn direncini arttınr. Mikryapıda yer alan geniş primer özellikle M Q. tipi ötektik karbürier malzemeye yüksek sertlik ve aşınma direnci verir.mlibdenin krm ile biriikte bulunması yüksek sertliğin yanında yüksek derecede tkluk ve iştenebilme özelliği verir. Mükemmel aşınma direnci ve tkluk arasındaki denge ısıl işlem ve alası mlandırma ile sağlanır. Yüksek alaşımlı dökme demirter başlıca iki gnjba aynlır. ) Nikel-krm içeren beyaz dökme demirier (% 3-5 Ni, % -4 veya 7- Cr) 2) Krm-mlibden içeren beyaz dökme demirier a- % -23 Cr, max % 3 M, Ni veya Cu b- % Cr %,5 Ni ve / veya M Yüksek Krm-Miibden İçeren Beyaz Dökme Demirler Sınıf Tip Sembl C Mn Kimyasal B ıleşim (%) Si Ni Cr M A Ni-Cr-HC max 0.8 max max (a) B Ni-Cr-LC max 0.8 max max (a) C Ni-Cr-GB max 0.8 max max (a) D Ni-HiCr max max (b) II A %2Cr max (c) II B %5Cr-M-LC max 0.5 max (c) II C %5Cr-M-HC max 0.5 max (c) M D %20Cr-M-LC max.5 max max (c) II E %20Cr-M-HC max.5 max (c) III A %25Cr max.5 max max (c) Tabl- Aşınmaya dirençli yüksek krmlu beyaz dökme demirierin bileşimleri {ASTM A 532'ye göre) (a) max %0.30 P, max %0.5 S (b) max 0.0 P, max %0.5 S (c) max %0.0 P, max %0.06 S, %.2 Cu Yüksek krmlu beyaz dökme demirierin çekme mukavemeti 70kg/mm,sertliği ise 700HB'ye ulaşmaktadır. Yüksek krm-mlibden içeren beyaz dökme demirier üstün aşınma direnci ve tkluk nedeni yi e, aşın maya maruz bir çk alanda kullanılmaktadır. - Öğütücü değirmen bilyalan ( Kunj öğütmede birinci kamarada martensitik yüksek krmlu dökme demir bilya kullanmak aşınma miktannı lgfln çiment'dan 50g/ln'a düşürmüştür) - Darbe çubuklan,darbeli kıncılann dövücü blklan - Şahmerdanlar,bazı çekiçler ve küçük çeneli kınalar için aşındırma plakalan

2 Yüksek Krmlu Beyaz Dökme Demirlerde Mikryapı Bileşenleri Beyaz dökme demirlerin mükemmel aşınma direnci mlkryapılannın snucudursertlik arttıkça aşınma direnci artmaktadır. 0 y* * %r S* I ad I I** / * \ 2 >«/ Mlkrsertlik ( Hv) Şekil- Yüksek krm-mlibdenli beyaz dökme demirlerde matris sertliğinin aşınma direncine etkisi Aşınma layı.aşındıncı taneciklerin metal yüzeyine girmesi defarmasyn ve aşınma çizgileri luşturması ve yüzeyden parçalar kpması nedeni ile gerçekleşir. Aşınma lması için aşındırıcı taneciğin metalden daha sert lması gerekir. Karbürler Yüksek krm-mlibdenli beyaz dökme demirier mikryapıda bulunan krm-karbürier nedeniyle.semenlit içeren dökme demirierden daha sert ve aşınmaya daha dirençlidir.yüksek krm-mlibdenli beyaz dökme demirierin mikryapısında süreksiz ötektik karbürier ve seknder karbürier lmak üzere iki çeşit karbür bulunmaktadır. s M-C tipi kart)ürün sertliği Hv,M-llpi karbürün sertliği Hv ve MjC'nin sertliği 500Hv'dlr. Mikryapının %40-50'si karbür.geri kalan kısım matristir.karbn artışı ile mikryapıda bulunan karbür miktan artar.ötektik karbn içeriği aşıldığında çk kaba primer karbürier luşur. 4.5 If Mikryapıda luşan primer karbürier gevrek yapıya sahiptir Bu nedenle ötektik karbn içeriği aşılmamalıdır. Ötektik karbn içeriği %3.6C-%5Cr %3.2 C - %20 Cr %3.0 C - %25 Cr'da luşur. Diğer alaşım elementleri bu miktan değiştirir. Özellikle silisyum bu içeriği azaltmaktadır. 2.0 Şekit-2 Yüksek krmlu beyaz dökme demirierde krm ve karbn arasındaki ilişki

3 Matris Yüksek aşınma direnci ve tkluk için beyaz dökme demirin yapısında uygun karbür ve matrisin bulunması gerekir.matris için yapılabilecek ptimum seçim ; ) ikincil karbürlerle sertleştirilmiş yüksek C'lu sert martensit veya 2) Isıl işlemlerie sertleştirilebilen stenit C miktan arttıkça martensitin aşınma direnci artar.lsh işlem snucu martensitlk martensite dağılan karbürter aşınma direncini arttınr.temperleme ile aşınma direnci düşer. Yüksek Cr'lu beyaz dökme demirierde karbürier matris içinde dağılmıştır.matris yumuşak lduğunda aşınır ve karbürier matrisden kpar.karbürlerin aşınma direncinin bir kısmından yararianılmış lur.matris yumuşak lursa karbürierin kınlma eğilimi yüksek ve aşınma direnci daha düşüktür.akma nktası matris yumuşadıkça düşer. Yumuşak matris sürtünme sırasında luşan mekanik gerilmelere karşı karbüriere gerekli desteği sağlayamaz ve snuçta karbürier kınlır. Bu nedenle mikryapıda periit variığı da önemlidir. Periit miktan %0'u aştığında aşınma direnci düşmektedir. Yapıdaki bulunan dökme demirier %2Mn içeren Headfield çeliği gibi aşınma sırasında luşan gerilmelerin etkisiyle defrmasyn sertlenmesine uğrayabilir.ancak mekanik gerilmelerie sertleşebilen stenitik matris, martensitlk matris kadar aşınmaya karşı dirençli değildir. Matris Perlit stenit Martensit yma Aşınması ranı Öğütme Aşınması Kaybı (gm) HB Tabl-2 Yüksek krm-mlibdenli beyaz dökme demirierde matris yapısının aşınma kaybına etkisi Mekanik gerilme etkisi ile martensitlk dönüşüme uğrayan stenitik veya kısmı stenitik matrisin bir dezavantajı sıcaklıktaki bir artışla matrisin tekrar kararsız hale gelmesidir. Bu faz dönüşümleri snucu luşan hacim değişikliği kınlmalara veya yüzeyde mikr çatlaklara neden labilir. Alaşım Elementlerinin etkisi Krm (Cr) :Karariı karbür yapısı luşturup, sertlik ve aşınma direncini arttınr Krm miktan > %0 ise M C tipi ötektik karbürier,< %0ise M C karbürieri luşur. r 3 3 Cr, beyaz dökme demirin krzyn direncini de arttınr.% 2-22 Cr içeren beyaz dökme demirier martensitlk yapıda en iyi aşınma direncini gösteren alaşımdır. Karbn (C ) :Beyaz dökme demirin sertliğini arttınr.yüksek krmlu dökme demirtende C içeriği % 5 Cr için % , % 27 Cr için, cianndadır < E n > a - n A İ2 yc İ5İİ islenrv Mpılnruj tum halı 2.0 % Karbn Şekil-3 Yüksek krmlu beyaz dökme demirierde karbnun aşınma direncine etkisi Karbn arttıkça aşınma direnci de artmaktadır.

4 Mlibden (M) :Yüksek Cr'lu beyaz dökme demirierde %-4 arasında M ilavesi dökümden snraki mikryapıda periitin luşmaması için yapılır. M, beyaz dökme demirin sertleşebiliriiğini ve aşınma direnicini de arttı nr. t 0.08 >n D> < E n - İl, 0.06 N. bil i5l«rm upıl»tii5 Dtunn h=»l İ < % Mlibden 3.0 Şekil-4 Yüksek krmlu beyaz dökme demirierde mlibdenin aşınma direncine etkisi Mangan (Mn): Periit luşumunu önlemek için ilave edilir, %0.7'nin altında lmalıdır, %,5'dan fazla lduğunda tkluk,mukavemet ve aşınma direncini düşürür, %.5'un üzerindeki değerierde kalıntı stenit luşturma riski ve kınlma tehlikesi artar. Kükürt (S ): ptimun aşınma direnci için max %0.03 lmalıdır. Bu değerin üzerinde aşınma direncini lumsuz yönde etkiler. Fsfr (P): Yüksek krmlu beyaz dökme demirin tkluğunu düşürür. Özellikle kalın kesitli dökümlerde M'in sertleştirici etkisini yk eder. Max %0.3 lmalıdır. Nikel (Ni): Periit luşumunun önlenmesi için ilave edilir.sertleşebiliriiği de arttırır.genellikle Ni miktan % arasındadır. Bakır (Cu): Periit luşumunun önlenmesi için ilave edilir,sertleşeblliriiği de arttınr.max %2.5 lmalıdır. Silisyum (Si): Malzemenin sertleşebiliriiğinde lumsuz rl ynar. Silisyum ranı arttıkça ısıl işlem görmüş beyaz dökme demirin aşınma direnci azalır. >0) < E n a - n Ji E >t I» < % Silisyum 3.0 Uıi İslfrrı uaptlmı? ıtuvın hal i Şekil-5 Yüksek krmlu beyaz dökme demirlerde silisyumun aşınma direncine etkisi Si % arasında l mal id ir. Silisyum mikryapıdaki karbür çekirdeklerinin artışına neden lur ve daha ince yapılı karbürler luşturur.si ilavesi ile karbürier arası mesafe azalır.bu durumda karbürier matrisi aşınmadan knjr. Yeterii Si içeriği tkluğu da arttınr.ancak fazla miktarda Si periit luşumu nedeniyle matrisi zayıflatır,bu nedenle darbe direnci ile biriikte aşınma direnci de düşer. Vanadyum (V): Karbür luşturucu elementtir. % arasında lmalıdır. Br ( B ): % lduğunda mikryapıdaki karbürieri inceltir ve sürekli iğneler şekline getirir.darbe direnci %20 artar. Nibyum ( Nb): Matrisin sertliğini arttırarak beyaz dökme demirin aşınma direncini arttınr.

5 Yüksek Krmlu Beyaz Dökme Demirlerin Isıl İşlemi Amaç.martensitik matris içinde ikincil karbürleri luşturmaktır.su verme işlemi, genellikle havada yapılır.bu nedenle kesite uygun bileşim seçilmeli,uygun sğuma hızı kullanılmalıdır. Katılaşma sırasında veya yüksek sıcaklıkta luşan stenit.krm,karbn ve diğer alaşım elementlerine dymuş haldedir. Sıcaklık düşüşüyle biriikte krm ve karbn ikincil karbürler larak çökelir ve yapıdaki stenit miktan azalır. Bu durumda kararsız hale gelen stenit sğuma hızına bağlı larak peri ite, beynite veya martensite dönüşebilir. Bununla biriikte karbür çökelmesi düzensizdir.bu nedenle rtalama sğuma hızlannda bile mikryaptda kalıntı stenit bulunur.dlayısıyla dökümden snraki yapı periit, martensit ve kalıntı stenittir. ince kesitli malzemelerde stenit, kalın kesitlerde periit mikryapıya hakimdir. Bileşim kesit ve sğuma hızına göre ayarianırsa tamamen stenltik yapı elde edilebilir (yüksek miktarda Cr kullanılması,m,ni,cu ilavelerinin yapılması) Aşın miktarda kalıntı stenit içermeyen, tamamen martensitik yapı elde etmek için dökümün C'de tutularak destabilize edilmesi gerekir. Bu sırada luşan seknder karbür çökelmesi matrisin Cr ve C İçeriğini düşürür. Destabilizasyndan snra yapılan sğutmada sğuma hızı periit dönüşümüne yl açmayacak kadar yüksek ise stenit martensite dönüşebilir. Alaşımın stabilize edilmesinden snra sertleşebiliriik krm ve karbn içeriği ile belirtenin Krm ve karbn birieşerek ötektik ve seknder karbürieri luşturur. Alaşımın tplam karbn içeriğinden yalnızca bir kısmı matris içinde kalarak sertleşebiliriiği arttınr. Karbn miktan sabit tutulup krm arttınlırsa sertleşebiliriik artar. Yüksek krmlu beyaz dökme demirierin çğu %3-20 Cr, % C içerir ve Cr/C ranı 4-8 arasındadır. % M ve 5-7 Cr/C ranına sahip lmmkesitli parçalar havada su verme işleminin şiddetine bağlı larak tamamen sertleşebilir.periitsiz yapı İçin max yan sğuma süresi havada sğutmada 20-30mm'lik kesit için 0 dakikadır. Su verme sıcaklığı Su verme sıcaklığı dönüşüm özelliklerini ve sn duaımdaki sertliği stenit içinde çözünen krm ve karbn miktanna bağlı larak belirier. stenit içindeki karbn çözünüriüğü sıcaklık arttıkça artar.karbn içeriğini arttırmak sertleşebiliriiği arttınr ve su verdikten snra sert martensit luşumuna yl açar. Su verildikten snra sertlik su verme sıcaklığına bağlı larak artar.krm ferritten stenite dönüşüm sıcaklığını arttırdığından krm içeriği arttıkça max. sertliğin elde edildiği su verme sıcaklığı artar.yüksek krmlu beyaz dökme demirierde seknder karbür çökelmesinin sertliğe etkisi lduğu için,%20 kalıntı stenit sağlayan stenitleme sıcaklığı en yüksek sertliği sağlar. % 5 Cr içeren bir alaşımda max.sertliğin elde edildiği su verme sıcaklığı C arasındadır. Kalın kesitli parçalarda sğuma hızına bağlı larak mikryapıda periit luşması beyaz dökme demirin sertliğini çk fazla düşürmese bile, aşınma direncinde önemli bir düşüşe neden labilir. Yapıdaki değişimlere bağlı larak luşan iç gerilimler beyaz dökme demirin aşınma ve darbe direncini düşürür. Mikryapıdaki kalıntı stenit sertliği düşürür. Kalıntı stenit miktan, destabilizasyn işlemi ile azaltılabilir. Kalıntı stenitin karariılığını azaltmak için bu fazın krm ve karbn içeriğini azaltmak gerekir.bu.işlem süresini uzun tutarak sağlanır. Ni veya Cu içermeyen alaşımlarda bu süre en az bir saattir.m'in kalıntı stenit üzerindeki etkisi çk azdır. Bununla biriikte % Ni veya Cu içeren beyaz dökme demirierde yeterii karariılık destabilizasyn sıcaklığında 6 saat (veya daha fazla) dumlarak sağlanır.snuçla luşan düşük karbnlu stenit, yüksek karbnlu martensitten daha düşük sertlik ve aşınma direncine sahiptir.

6 stenitleme Sıcaklığı Şekil-6 Yüksek krmlu beyaz dökme demirierde stenitleme sıcaklığının sertlik ve kalıntı stenite etkisi MartensJt dönüşümü Martensit dönüşüm süreci ikincil karbür çökelmesi ile ilgilidir.ikincil karbür çökelmesi.stenitin C ve Cr ranını azaltır, Ms sıcaklığı ile birlikte Mf sıcaklığını arttınr.bu nedenle martensit dönüşüm ranı artar.ms ve Mf sıcaklığı, stenitleme sıcaklığı düştükçe azalır.yani sıcaklık arttıkça,matris C ve Cr yönünden gittikçe fakirieşmektedlr. Yüksek krmlu beyaz dökme demirierin matrisleri katılaşma sırasında luşan aynşma nedeni ile hmjen bir yapıya sahip değildir. Martensit dönüşüm ranı karbür çökelme ranı ile biriikte artar.yüksek sıcaklıkta karbür çökelme ranının artması ile luşan sertlik düşüşü ve kalıntı stenit ranının artışı ile ilgilidir.düşük sıcaklıklardaki düşüş,martensitin karbnunun azalması nedeniyledir.matrisin sertliği martensit dönüşüm ranı ve luşan martensitin sertliğine bağlıdır.martensitin sertliği de içerdiği C miktanna bağlıdır.stenitin C'u arttıkça martensit dönüşüm ranının azalması nedeniyle matrisin sertliğinin artış hızı azalır. Tavlama ve Temperleme Yüksek sertlik ve karbür içeriği nedeniyle beyaz dökme demirierin işlenmesi çk zrdur. Ancak yüksek Cr ve M içeren beyaz dökme demirierin işlenebiliriiğini arttırmak için tavlanabilir. Tavlama prsesinin amacı,martensit veya stenit içermeyen periitik matris elde etmektir. Genellikle yüksek sertleşeblliriiğe sahip beyaz dökme demirier için tavlama prsesi ldukça uzun bir ısıl İşlemi kapsar. Sınıf Sıcaklık Su verme Su verme Temperieme C süresi rtamı sıcaklığrc /2- saat Hava min 4 saat Hava min 6 saat Hava Tabl-3 Yüksek krm-mlibdenli beyaz dökme demirierin ısıl işlem kşullan İşlem aşağıdaki şekilde yapılır: a) 'C'de 2 saat bekletme b) 820'C'ye kadar 60'C/h ile kntrllü sğutma c) 'C'ye kadar 0-5'C/h sğuma hızıyla kntrllü sğutma d) 'C'de 4-20 saat bekleme Tavlamadan snra sertlik HB arasında lur. Ötektik krm karbürier tavlama prsesinden etkilenmedikleri İçin işlenebiliriiği etkileyen başlıca faktör C içeriğidir. En klay işlenebilir sınıf 5-3LC'dir.% 3 C'un üzerinde işleme zriaşır. Temperieme işlemi genellikle C'de 2-4 saat yapılır.sertleştirmeden snra yapı %0-30 stenit içerir. Artan temperierme sıcaklığı ile çk az yada hiç kalıntı stenit içermeyen alaşım sıcaklık artışı snucu sertlik düşüşü gösterir. 500"C üzerinde sertlik ani larak düşer.

7 Yüksek Krmlu Beyaz Dökme Demirlerin Aşınma Direnci Yüksek Cr-M'li beyaz dökme demirlerin abrsiv aşınma özelliklerini başlıca 2 faktör belirler -Karbür Yapısı Karbür miktan arttıkça aşınma direnci artar.% 30 karbür ranına kadar sertlik arttıkça aşınma direnci artar. %30'un üzerinde karbür ranındaki artıştan aşınma direnci etkilenmez. Bu ran ötektik bileşime yakındır. Ötektiğin üstünde karbür ranı artışı aşınma direncini fazla etkilemez. Karbürier arası uzaklık aşınma direncinde önemli rl ynar. Karbürier arası uzaklık ne kadar düşük lursa aşınma direnci kadar yüksek lur. 2-Matris Yapısı Matris sert ötektik M C tipi karbürleri yerinde tutar. Matris aşınırsa desteksiz kalan karbürler gerilmeler altında kınlır.bunlar bazı durumlarda yumuşak matrise gömülerek sert bir yüzey tabakası luşturur.bu durum özellikle ferritik matriste etkin lmaktadır. Perlitik matris en düşük aşınma direncine sahip lduğu için beyaz dökme demirierde perlitik yapı istenmez. Matrisin aşınma direnci, aşınma sırasındaki gerilmelere bağlıdır. Matrisin bileşimindeki C arttıkça mikrsertlik ve buna bağlı larak aşınma direnci de artar. Ancak düşük gerilmeli aşınma rtamlannda sertlik belli bir değere geldikten snra mikrsertlik artışı aşınma direncini etkilemez. Aşınmaya neden lan gerilimler yüksek lursa martensitik yapı stenitik yapıya göre 2-3 kat daha iyi aşınma direnci gösterir. Martensitik yapı stenitleme işlemi ile sağlandığı için bu işlem sırasındaki reaksiynlar martensitin yapısı açısından önemlidir. Ms sıcaklığını aşın yükseltecek bir işlem martensitik karbnu azaltıp sertliği düşüreceği için aşınma direncini düşürijr. Ms sıcaklığı ile beraber Mf sıcaklığı da düşeceği için mikryapıdaki kalıntı stenit miktan artar.sertlik düşer. Yüksek gerilmeler altında stenit martensite dönüşerek hacimsel gerilmelerin luşmasına ve bunun snucu luşan gerilmeler nedeniyle mikr çatlaklara neden lur.

8 mrr-t' T);>0 AG(S --İ- jiil ATJ'' LA-t JLJL. -il â.a;. &. M< vcy.-- : M sr 4 c ' Gv. /: A iisib /dajb- M İL «z-*> «i-* <-* V'JC <ft' 6-»J<'< 4t it- V - Q İC 'Jt <A> î" Gr Z j a-ît. 4., >JL -- - n -~ f t - A-' * cvtc «s* * iat 45-3 CV-/- Ğ-i-'-"* fv. A«, j ; ı<>-'i'<. ff-cy-d- ( <3 i. s

9 V V r c 2& t "2 "C «T 5C at ı : cr M ı.r v/l - A. Cl < <r H N J" C«<r t/î CiÖ <j~ r I fsj r- u- CT a: cj c \A H r l iv y 0 v/ ni i 3" c ia nl İL s : - K' ' C î "İT i C : L/T" ' <3 + er c c/i / "" w 4- - " V t î i3 T i4x k: >5 <J T- ul C ( r < ( c i v/l / Ji '"i l _.ÜT r - n_ j/l tj ( 0/7 r- -TT 5 c r r I. i U >n u cn >'cr CL. \- > CNİ.0?"" cr n_ 3 l t- - c c "7 2 TT- ra \ -?? Q d N û j- s s J' J' r - i 5 -t- a- y i " -4- V :2 V \ it i-r 5w -j - <V 0 '%l ö' i -T; *r~ ır J" ' ~ " u -T * ir» "0 - JT --0 CV d L-L - yi <:!. tyı ct? û :2: Û r?< C-J J -T.- c U " 2 2 M c c- tr) u û M Ü r u r >; i3 rj H u u Û û r -A ca ; cs (S) r r- H -- cd -a fl --7 lü" <w V --0 l

10