Vermiküler/Silindirik Grafitli Dökme Demir COMPACTED GRAPHITE CAST IRON Ferrit Silindirik grafitler (Ferrit + Perlit) Matrix Grafit küreleri
Silindirik, Gri ve Küresel grafitli dökme demirler arası özelliklere sahip yeni bir sınıf dökme demir olarak 1980 ' li yıllarda ortaya çıkmıştır. Kendine has özellikleri nedeniyle ; gri dökme demirlerden daha fazla mukavemet ile süneklilik gerektiren yerlerde ve dökülebilirlik,akma mukavemeti, işlenebilme, ses sönümü,ısıl iletkenlik ile maliyet avantajının küresel grafitli dökme demirden daha az olması gerektiği durumlarda silindirik grafitli dökme demir tercih edilir ve kullanılır
Silindirik grafitler, lamel grafitlerden daha kalındır ve uçları yuvarlaklaşmıştır. Ayrıca küreselde olduğu gibi grafit tanecikleri ayrı ayrı değil fakat birbiriyle bağlantılı hücresel bir yapıya sahiptir. Silindirik grafitin akma ve kopma mukavemetleri gri dökme demirden %50 daha yüksek; küresel grafitli dökme demirin ise %85-90'ı kadardır. Elastik modülüde Küresel Grafitli dökme demir ile kıyaslanabilir.
Gri D.D. Silindirik G.D.D.
Silindirik grafitli dökme demir gri dökme demirde olmayan bir özellik olan elastik uzamada gösterir. Tablo 1'de lamel grafitli dökme demir ( DDL,küresel grafitli dökme demir (DDK), ve Silindirik grafitli dökme demirin bazı mekanik özelliklerinin karşılaştırılması görülmektedir.
ÖZELLİK DDL SİLİNDİRİK DDK Kopma dayanımı N/mm² 100-400 300-500 350-900 % 0.2 akma dayanımı N/mm² ------- 250-400 250-600 Kopma uzaması % max.1,5 1,5-8,0 3-2,5 Eğilme dayanımı N/mm² 300-600 500-800 800-1200 Basma dayanımı N/mm² 500-1400 600-1200 600-1200 Brinel sertlik 140-130 140-240 120-350 E-modülü KN/mm² 75-155 140-170 165-185 Isıl iletkenlik W/cm² K 0,46-0,50 0,38-0,50 0,25-0,30 Hacimsel çekme % 1-3 1-5 7-10
Silindirik grafitli dökme demirler daha fazla, ağır kamyon kampanaları,uçak fren diskleri, kamyon eksoz manifoldları ve çelik ingot kalıpları gibi ısıya maruz yerlerde kullanılmaktadır. Bu dökme demirin ısıya dayanımı ve ısı iletimi yüksek, tufal yapma ve ısı karşısında kalıcı genleşme özellikleri düşüktür.
Silindirik Grafitli Dökme Demirin hafif ve mukavemetli olması özelliği ideal bir motor üretimi yapmak için kullanılabilir. Bir otomobil motoru Silindirik grafitli dökme demirden yapıldığında % 9 daha hafif olur. Yalnız motor bloğu ağırlığı 22 oranında azaltılabilir. Bu uzunlukta yüzde 15 azalmaya ve yükseklik ile genişlikte yüzde 5 azalmaya karşılık gelir. Bu dökme demirin otomotiv sektöründe neden popülerlik kazandığını göstermektedir.
1999 da, Chrysler 4.7 Litre V-8 Motorunun üretimini Gri dökme demirden Silindirik Grafitli dökme demire çevirdi. Hyundai Motor 2007 yılında yeni lüks Veracruz aracın tanıtımını yaptığında, hem yeni bir motor tasarımı hemde motor bloğunu silindirik grafitli dökme demirden üretmişti.
2010 yılında Dünyada Motor blokları üretiminde Silindirik grafitli dökme demir kullanımının % 23 artacağı tahmin edilmektedir
Gri, Silindirik Grafitli ve Küresel Grafitli dökme demirin özelliklerinin karşılaştırılması Malzeme Matrix Çekme Muk, MPa 0.2% akma Muk, MPa Yorulma Muk, MPa Elastik Modulus, GPa Sertlik, BHN Termal İletkenlik, W/m-K Gri D.D. Perlit 230-300 115-210 95-110 105-115 175-230 44-52 Silindirik Grafitli D.D. Ferrit 290-380 200-260 155-185 130-145 130-190 40-50 Perlit 400-520 280-350 190-225 140-155 215-250 31-42 KGDD Ferrit 400-600 285-315 185-210 155 165 140-200 32-38 Perlit 600-700 375-480 245-290 160-170 240-300 24-32
Comparison of thermal conductivity of Grey Iron, CGI and Ductile Iron is shown in below:
Dökme demirlerin en önemli özelliklerinden biri oluşan titreşimleri sönümleme kapasitesidir. Aşağıda Gri, Küresel ve Silindirik grafitli dökme demirlerin sönüm kapasiteleri mukayese edilmektedir. (a) Çelik ve (b) Gri dökme demir.
Endüstriyel uygulamalar ve makine parçalarında Yorulma en önemli problemlerdendir. Mekanik yorulma gibi Termal yorulma da makine parçalarının hasarlarının temel sebeplerindendir. Gri dökme demirle karşılaştırıldığında çatlak oluşumuna karşı daha büyük direnç ve Küresel grafitli dökme demir ile mukayese edildiğinde çarpılmaya karşı daha iyi direnç göstermeleri, silindirik grafitli dökme demirlerin özellikle mekanik yorulma ile karşılaşılan uygulamalarda kullanılmaları büyük bir avantajdır.
S-N Curves for Grey Iron, CGI and Ductile Iron
TERMAL YORULMA DİRENCİ Bir malzeme bir sıcaklık gradyanına maruz kaldığında, termal gerilimler artar, bunun neticesinde de termal şok ve termal yorulma ile malzeme hasara uğrar.
Termal yorulmaya karşı direnç için, şu özelliklere sahip malzeme seçilmelidir. (i) Yüksek termal iletkenlik. (ii) Yüksek elastik sınır veya yüksek çekme mukavemeti ve dar bir gerilme/genleme histerizis çevrimi (iii) Basma yükünde düşük sürünme hızı (iv) tekrarlı plastik gerilmeler altında Yüksek mekanik yorulma mukavemeti (v) Yüksek süneklilik. (vi) iç ve dış oksitlenmeye karşı direnç. (vii) Mikroyapısal değişimlere karşı direnç. (viii) Özellikle çekme yüklerinde yüksek sıcaklık özellikleri. (ix) Düşük termal genleşme katsayısı
% 10 Küreselliğe sahip Silindirik Grafitli Dökme Demirin Mekanik ve Fiziksel Özellikleri Özellik Sıcaklık ( C) 70% Perlit 100% Perlit Çekme Mukavemeti (Mpa) 0.2% Akma Mukavemeti (Mpa) 25 420 450 100 415 430 300 375 410 25 315 370 100 295 335 300 284 320 Elastik Modul (Gpa) 25 145 145 100 140 140 300 130 130 Uzama (%) 25 1.5 1.0 Dönel Eğme Yorulma Limiti (Mpa) 100 1.5 1.0 300 1.0 1.0 25 195 210 100 185 195 300 165 175
Özellik Sıcaklık ( C) 70% Perlit 100% Perlit Termal İletkenlik (W/m C) Termal genleşme katsayısı (µm/m C) 25 37 36 100 37 36 300 36 35 25 11 11 100 11.5 11.5 300 12 12 Poisson Oranı 25 0.26 0.26 0.2% Basma Mukavemeti (Mpa) 100 0.26 0.26 300 0.27 0.27 25 400 430 400 300 370 Yoğunluk (gm/cc) 25 7.0 to 7.1 7.0 to 7.1 Brinell Sertliği (BHN) 25 190 to 225 207 to 255 Spesifik Isı Kapasitesi (J/g-K) 100 0.45 0.45 Entalpi (J/kg) 26 to 200 80,000 80,000 Spesifik Elektriksel Direnç (µω-cm) 20 50 50
Tablodaki verilerden görülebileceği üzere Silindirik Grafitli Dökme Demir otomobil sektöründe kullanışlılığı yanısıra, Termal yorulma görülen mühendislik uygulamalarında da çok faydalı bir malzeme olabilir.
DİĞER KULLANIM ALANLARI
INGOT KALIPLARI
ALUMİNYUM KÜLÇE DÖKÜMÜ İÇİN YOLLUK VE İNGOT KALIPLARI
KOK FIRINI PARÇALARI
SİNTER FABRİKALARI İÇİN PELET ARABALARI
PİK DÖKÜMDE KÜLÇE KALIPLARI
Silindirik Grafitli Dökme Demirin otomotiv endüstrisi dışında kullanımı niçin büyümüyor?
NİÇİN GRAFİTİN BU MORFOLOJİSİNİ ÜRETMEK ZOR? ÇÜNKÜ GRİ DÖKME DEMİRDE MAGNEZYUM İÇİN MAX LİMİT VAR KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRDE İSE; MINIMUM MAGNEZYUM SINIRI VAR SİLİNDİRİK GRAFİTLİ DÖKME DEMİRDE İSE; MAGNEZYUMUN HEM MİNİMUM HEMDE MAKSİMUM SINIRLARI VAR VE BU SINIR ÇOK DAR (%0.015-0.020)
SİLİNDİRİK GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERİN ÜRETİMİ
Yapılan çalışmalarda Silindirik Grafitli dökme demir üretimi için iki ana metod ortaya çıkmıştır. Bunlardan biri çok dar limitlerde magnezyum içeriğine sahip dökme demir üretimi, diğeri kompakt grafit oluşumunu bastıran böylece daha yüksek artık magnezyum içeriğine imkan veren belirli bazı alaşım elementleri içeren dökme demirler ile üretim
Birinci yöntem,magnezyum içeriğinin çok dar sınırlarda tutulma gereğinden dolayı sınırlı uygulama alanı bulmuştur. Çok az miktar magnezyum tamamen silindirik grafit oluşturmaz, fazlası ise küresel grafit oluşturur. İkinci yöntem, magnezyum içeriği %0.015-0.05 arasında değişen ve %0.2-0.5 Ti ve %0.001-0.015 nadir toprak elementleri içeren Silindirik grafitli dökme demirin üretimini kapsamaktadır.
Silindirik grafit, sıvı metale Titanyum ilavesiyle küresel grafitin oluşumunun engellenmesi ile oluşturulmaktadır. Bu yöntemde herşey Küresel Grafitli Dökme Demir üretimi gibidir, ancak nihai analizde %0.2-0.5 oranında Ti olacak şekilde saf titanyum yada ferrotitan ilave edilmiştir. Eriyik daha sonra bilinen şekilde FeSiMg ile işleme tabi tutulur ve % 0-5 oranında FeSi ile son aşılama yapılır.
Silindirik grafit yapısının, kalıcı magnezyumun çok dar bir aralığında (%0.015-0.020) ancak üretilebildiği belirtilmektedir. Ancak %0-10 oranındaki titanyum üst mg limitini %0.030 'a kadar yükseltmektedir. Tam bir silindirik grafit yapısını elde etmek için Ce ( seryum ) da bulunmak zorundadır.
TITANYUM PROSESİ
Titanyum Magnezyumun etkisini azaltıyor.