BÖLÜM 0 GĐRĐŞ Yüksek fırından elde edilen sıvı ham demirin; kalıplara dökülerek katılaşmasından elde edilen yarı-mamule PĐK pikin ergitme fırınlarında tekrar ergitilerek ve gerekirse bileşimini de değiştirmek suretiyle, belli bir modele göre önceden hazırlanmış bir kalıp içerisine dökülmesi ve kalıp boşluğunun şeklini alarak katılaşmasıyla meydana gelen malzemeye "DÖKME DEMĐR" denilir. Döküm endüstrisinin bir çok özelliklerinden dolayı en büyük kapasitesi dökme demirlere aittir. Dökme demirler, gerek döküm ve gerekse mamul parça özellikleri bakımından birçok üstünlüklere sahiptirler. Bunların başlıcaları: a) Alçak ergime sıcaklığı (1150-13000C), b) Đyi akışkanlık (ötektik bileşimine yakınlık) c) Döküm ve kalıp şeklini alabilme kabiliyetinin üstünlüğü, d) Ergitme ve döküm işlemlerinin ucuzluğu, e) Kimyasal bileşim sınırlarının genişçe tutulabilmesi ve yakın özellikler elde edilebilmesi, f) Çeşitli kısımlardan ibaret bir iş parçasının tek bir işlemle elde edilebilmesi, g) Talaşlı imalat tekniğinde iyi işlenebilmesi, h) Titreşim söndürme özelliğinin çok iyi olması, ı) Basma mukavemetinin yüksek olması, i) Aşınma ve korozyona dayanıklılığı olarak sıralanabilir. Dökme demirlere ait yukarda belirtilen iyi özellikleri yanında, bilhassa mühendislik projelerinde aranan mukavemet ve esneklik gibi özellikleri zayıf kalır. Zira, dökme demirlerde kopma mukavemeti l4-28 kg/mm2 sınırları içinde, kopma uzaması ise, hemen hemen yok denecek kadar küçük miktarlardadır. Yukarda sıralanan iyi ve kötü özellikler endüstride kullanılan dökme demirlerin %95 inden fazlasını teşkil eden <GRĐ DÖKME DEMĐR> lere aittir. Bu özellikler, genellikle, gri dökme demirin yapısında bulunan lamel veya levha şeklindeki grafitlerin mevcudiyetinden ve bunların dağınımı tarzından ileri gelmektedir. Đyi olarak nitelendirdiğimiz özelliklerden dolayı döküm endüstrisinin vazgeçilmez malzemesi olan dökme demirlerin mukavemet, esneklik ve plastiklik gibi mühendislik özelliklerini de istenen seviyeye ulaştırmak amacı ile bu alanda yapılan çalışma ve kaydedilen gelişmeleri şöylece özetleyebiliriz:
l - Gri dökme demirler, karbonun lamel tipi grafitler halinde çökelmesi ve bu grafitlerin malzemenin esas yapısında bir devamsızlık meydana getirmelerinden dolayı, daha evvel belirtilen kötü özelliklere sahip olmaktadırlar. Gri dökme demirleri imalatı esnasında aşınma (inokülasyon). aşırı ısıtma, bileşimi kontrol ve alaşımlandırma gibi tatbikatlar neticesinde özelliklerin, istenen ölçüde olmamakla beraber. bir miktar düzeltilebilmesi mümkün olmaktadır. 2 - Dökülmüş vaziyette yapısında grafit ihtiva etmeyen ve "BEYAZ DÖKME DEMĐR" diye isimlendirilen dökme demir tipinin temperleme ısıl işlemi neticesinde, yapıdaki karbürleri parçalamak ve katı fazlar içerisinde küreye benzeyen biçimde grafitler meydana getirmek mümkün olmaktadır. Bu yolla elde edilen malzemeye "TEMPER DÖKME DEMĐR" adı verilir. Grafitlerin mahzurlu lameller halinde olmayıp daha küçük yüzeylere sahip yumru şekillerinde olması, malzemenin mukavemetinde ve kopma uzamasında hayli yükselmelere sebep olmaktadır. Bu görüşten hareketle, dökme demir yapısındaki grafitlerin küçük boyutlu ve küresel biçimli olarak muntazam bir şekilde taşınımının sağlanması ve böylece malzeme özelliklerinin çok daha iyi seviyelere yükseltilmesi amacıyla "KÜRESEL GRAFĐTLĐ DÖKME DEMĐR" malzemesi ortaya çıkarılmıştır. Genel olarak, gri dökme demir bileşimindeki malzemenin içerisinde çok küçük miktarlardaki Mg ve Ce gibi alaşım elementleri ilavesiyle küresel grafitli dökme demirlerin elde edilmeleri mümkün olmaktadır. Küresel grafitli dökme demirler, adlarından da anlaşıldığı gibi dökülmüş vaziyette yapılarında küresel biçimli grafit ihtiva ederler. Küresel grafitli dökme demirler, gri dökme demirlerin iyi özellikleri ile çeliğin mühendislik alanlarındaki üstünlüklerinin (yüksek mukavemet, sağlamlık, esneklik ve ısıl işlemle sertleştirilebilme özelliklerini) birleştirilmiş üstün kaliteli mühendislik malzemeleridir. 0.1. Demir Dökümün Tarihçesi Demir dökümü ilk olarak Çin'de Shang Sülalesi (M.Ö. 1766 1122) sırasında silah imalatı ile başlamış, yüzyıllar boyunca babadan oğula geçen bir sanat ve sır seklinde tutulmuştur. fakat demir dökümün asıl üretim ve tüketimine (M.Ö. 800) yıllarında Hindistan da başlandığını buda tapınaklarında görülen kirişlerden hükmetmek de kabildir Demirin ergitilerek üretiminin tarihi merkezlerinden biri de Karadeniz sahilleridir. Bu sanatın Avrupa 'ya intikalinin buradan olduğu kanısı yaygındır. l5.yy başlarında Avrupa'da ergitilen demir ana bir kanal Vasıtasıyla yanlara açılan yollardan kalıplara dökülmekte idi. Sıvı sıcak demirin beyaz görünüşü dolayısıyla bu işlemin bütünü
yavrularını emziren domuza benzetilişinden elde edilen demire Pig Demir(Đngilizce de Pig, domuz anlamına gelmektedir) denilmiştir. Ancak l7. yüzyılın başlarında, Almanya, Belçika ve Hollanda da çelik, ergitmek suretiyle üretilmeye başlamış ve çok geçmeden Đngiltere de maden kömürü kullanmak suretiyle istihsal Đlk defa yüksek fırında gerçekleştirilmiştir. Fakat bununla beraber dökücülük 20. yüzyılın başlarına kadar dökümhanelerde yine bir sanat ve sır olarak tutulmuş ve bu endüstri dalının ilerlemesine engel olan faktörlerden biri olarak kalmıştır. Ancak son asrın başlarından itibaren ağır endüstrinin hızla gelişmesi ve deney cihazlarının tekamülü sayesinde döküm sanayi de hızla büyümüştür, bir sanat dalı olmaktan kurtulmuş ve bilim dalları arasına girmeğe başlamıştır. Son 30-40 yıl içerisinde çeşitli döküm cemiyetleri, araştırma merkezleri kurulmuş, kitap ve mecbalar da yapılan araştırıma neticeleri yayınlanarak, birçok dünya ülkelerinde az çok paralel bir ilerleme kaydedilmiştir. 0.1. Demir Dökümün Tarihçesi Demir dökümü ilk olarak Çin'de Shang Sülalesi (M.Ö. 1766 1122) sırasında silah imalatı ile başlamış, yüzyıllar boyunca babadan oğula geçen bir sanat ve sır seklinde tutulmuştur. fakat demir dökümün asıl üretim ve tüketimine (M.Ö. 800) yıllarında Hindistan da başlandığını buda tapınaklarında görülen kirişlerden hükmetmek de kabildir Demirin ergitilerek üretiminin tarihi merkezlerinden biri de Karadeniz sahilleridir. Bu sanatın Avrupa 'ya intikalinin buradan olduğu kanısı yaygındır. l5.yy başlarında Avrupa'da ergitilen demir ana bir kanal Vasıtasiyle yanlara açılan yollardan kalıplara dökülmekde idi. Sıvı sıcak demirin beyaz görünüşü dolayısıyla bu işlemin bütünü yavrularını emziren domuza benzetilişinden elde edilen demire Pig Demir (Đngilizce de Pig, domuz anlamına gelmektedir) denilmiştir. Ancak l7. yüzyılın başlarında, Almanya, Belçika ve Hollanda da çelik, ergitmek suretiyle üretilmeye başlamış ve çok geçmeden Đngiltere de maden kömürü kullanmak suretiyle istihsal Đlk defa yüksek fırında gerçekleştirilmiştir. Fakat bununla beraber dökücülük 20. yüzyılın başlarına kadar dökümhanelerde yine bir sanat ve sır olarak tutulmuş ve bu endüstri dalının ilerlemesine engel olan faktörlerden biri olarak kalmıştır. Ancak son asrın başlarından itibaren ağır endüstrinin hızla gelişmesi ve deney cihazlarının tekamülü sayesinde döküm sanayi de hızla büyümüştür, bir sanat dalı olmaktan kurtulmuş ve bilim dalları arasına girmeğe başlamıştır. Son 30-40 yıl içerisinde çeşitli döküm cemiyetleri, araştırma merkezleri kurulmuş, kitap ve mecbalarda yapılan araştırıma neticeleri yayınlanarak, birçok dünya ülkelerinde az çok paralel bir ilerleme kaydedilmiştir.
0. 2. Döküm Nedir? Metal veya alaşımların şekillendirilmesi döküm, plastik şekil verme, talaşlı imalat, kaynak, elektro-şekil verme ve toz metalurjisi usulleri veya bunların ikili konbinezonları ile gerçekleştirilir. Bunlar arasında döküm usulü, en karışık iş parçalarının en ekonomik olarak şekillendirilmesi bakımından ayrı bir önem taşır. Dökme metal, ergitilmiş sıvı metalin bir kalıba veya boşluğa dökülerek onun şeklini alacak tarzda dondurulmuş halidir. bir döküm işleminde genel olarak aşağıdaki kademeler takip edilir. 1. Model yapmak, 2. Maşa yapmak, 3. Kalıplamak 4. Metali ergitmek ve kalıba boşaltmak, 5. Temizlemek. Model yapmak. - Çizimi verilen parçanın hemen benzeri uygulanacak döküm usulüne göre, tahta, polystren veya metalden imal edilir. Model, bir kum içerisine yerleştirildikten ve kuma yeterli şekil alma kabiliyeti verildikten sonra dışarı,alınır. kum içerisinde kalan kalıp boşluğu çizimi, verilen iş parçasının boşlukta işgal ettiği hacmi verir. Maça Yapmak. - Dökülecek iş parçası genel olarak içleri oyuktur. eğer bu oyukların yerleri kalıp boşluğunda boş bırakılırsa, sıvı metal bu kısımları doldurur ve elde edilen iş parçasında bu oyuklar meydana gelmez. Bu durumda bu kısımların torna edilme zorunluluğu belirir ki bu ise maliyeti çok yükseltir. Đşte bu sebepten oyuklara maça adı verilen ve genellikle imal edilen parçalar yerleştirilir ve böylece iş parçasının oyukları temin edilmiş olur. Kalıp Yapmak. - Model derece adı verilen metalik kutulara koyulur,üzerine belirli bir plastikliğe sahip, özel suretle hazırlanmış kum yerleştirilir. Bu kum el ile veya mekanik bir sistemle tamponlanıp sıkıştırılır. Model dışarı alınır. Kum içerisinde meydana gelen kalıp boşluğunda gerekli yerlere maçalar yerleştirilir. Eritmek ve Boşaltmak. - Metalin kalıp boşluğunu doldurması için belirli bir akıcılığa sahip olması gerekir. Bu maksatla katı metal istenilen sıcaklığa kadar ısıtılır. Kalıp içerisinde evvelce yardımcı bir model sayesinde açılan bit kanal vasıtasıyla sıvı metal kalıp boşluğunu doldurmak üzere boşaltılır.
Temizlemek. - Sıvı metalin ka1ıp boşluğunda katılaşmasından sonra (bilhassa küm -kalıp usulün de) katı parça üzerinde bazı çapaklar görülür. Bunlar sıvı metalin kalıp kumunu çatlatıp içerisine girip orada donmasından meydana gelmiş, arzu edilmeyen hatalardır. Ayrıca, kalıbı doldurmak için kullanılan kanalın iş parçasından kesilip alınması gerekir. Diğer taraftan eğer iş parçası çizimde verilen tolerans sınırlarını aşmazsa, parçanın takım tezgahlarında işlenişi lüzumu vardır. Bu şekilde elde edilen dökme parça eğer gerekirse bazı testlere tabi tutulmak üzere kalite kontrol dairesine gönderilir. 0. 3. - Demir Döküm usulleri Demir dökümü başlıca : Kum kalıp, Kokil kalıp. Kabuk kalıp ve Savurma usulleri ile gerçekleştirilir. Bu döküm usullerinden kum kalıp metodu bu gün kimyada ve Türkiye'de en fazla tatbikat sahası bulanıdır. Bunun da sebebi kum kalıp usulünün çok farklı ağırlıkdaki iş parçalarına uygulanabilmesi yanında kalıplama maliyetinin de çok düşük olmasıdır. Bu sebepten tezimizde sadece bu usulü incelenmiştir. Bununla beraber diğer döküm usullerinin de kendilerine göre avantajları vardır. Ancak, avantajlarının belirli sahalarda olmaması, bu usullerin sadece belirli parça formlarını, metalurjik gayeleri veya ekonomik amaçları gerçekleştirmek için tatbik edilmelerine sebep olmaktadır. 0. 3. 1. -Kokil Kalıp Usul Kum kalıplar bir döküm yapıldıktan sonra bozulmaktadır. Yani bir parçanın döküm için bir kum kalıba ihtiyaç vardır. Kokil kalıplar (Metalik kalıp) ise kalıp malzemesinin kütlesine göre yüzlerce veya binlerce döküme dayanabilmektedir. Bu durumda bir keresinde bir kokil kalp yapılırsa seri imalat uygulanabilmektedir. Diğer taraftan kokil kalıbın üretkenliği, kum kalıba göre yüksek olduğu için sıvı metal çok hızlı soğumakta, dökme demirin mikro yapısı kum kalıp metoduna göre elde edilenden değişik olmaktadır. Yapıda yine grafitler görülmekle beraber bunlar ince ve yıldız şeklinde toplanmıştır. Đşte bu sebepten kokil döküm usulü ile elde edilen dökme demirlerin mukavemetleri ve sertlikleri yüksek olmaktadır. Ayrıca, kokil kalıpta, yüzey pürüzsüz çıkmakta ve talaş kaldırmak icap etmemektedir. Bu avantajlarına rağmen, şurasını unutmamak gerekir ki, kokil kalıbın hazırlanması çok pahalıdır. Birincisi, malzeme olarak özel alaşımlı çeliklerin kullanılmasını icap ettirmekte, ikincisi de kendisi kum kalıp metodu ile imal edildiğinden yüzeyler pürüzlü çıkmakta ve işlemleri gerekmektedir. işte bu sebepten kokil kalıp metodu ancak Seri imalat için ekonomik açıdan uygun olmaktadır. 0. 3. 2. Savurma Döküm Bu usül sadece silindirik parçaların dökümü için uygulanmaktadır. Demir bir fırında ergitilip, içerisi kalıp kumu ile astarlanmış, yüksek devirle dönen yatay eksenli
bir silindire boşaltılır. Sıvı demir merkezde kuvvetin etkisi altında cidarlara yapışır ve orada katılaşır. Đşlem bittikten sonra iş parçası dışarı alınır. Bu şekilde dökülen parçaların iç kısımları daima boş ve silindiriktir. Sıvı metal cidarlara yüksek bir hızla fırlatıldığı için taneler ince yapılı olup, gaz boşluğu yoktur. Soğuma, kalıp yüzeyinden savurma makinasının eksenine doğrudur. Bu sebepten, farklı soğuma ortamlarındaki farktan dolayı, malzemenin cidarının dış çevresi ile iç çevresi arasında yapı farkı mevcuttur. Savurma döküm usulü ancak silindir gömleği, boru gibi silindirik iş parçalarına tatbik edilebilmektedir. Is paçalarının da dış yüzeylerinin tam silindirik olması icap etmez. Bunlar şekilli olabilir, fakat her ayrı yüzey şekli bir ayrı kalıbı gerektirir. 0. 3. 3. Kokil Kalıp Usulü Bu metot 2. dünya savaşından sonra gerçekleştirilmiş yeni bir usuldür. Bu metodun tercih sebepleri arasında en önemlisi boyutların dar tolerans sınırları içinde tutulmasıdır. Kabuk kalıp ile döküm daha ziyade işlenmesi güç olan sert dökmelere uygulanır. Kabuk kalıp usulünde aşağıdaki kademeler takip edilir. 1. Dökülecek iş parçasının modeli hazırlanır. 2 Çok ince eleklerden geçirilmiş kuma, sentetik - reçine bağlayıcı karıştırılır. 3. Bu refrakter malzeme model üzerine astarlanır ve 175-375 C sıcak1ığa kadar ısıtılır. 4. Sertleşen refrakter kabuk, modelden sıyrılır. 5. Sıyrılan sert refrakter kabuk, ikinci bir model vazifesi görerek kum kalıba yerleştirilir, kum üzerine sıkıştırılır. 6. Sıvı metal refrakter modelin meydana getirdiği kalıp boşluğuna doldurulur. 0. 4. Türkiye de döküm endüstrisi Dökümcülük memleketimizden geri kalmış sanayilerden birisidir: Đstanbul, Đzmir, Gölcük ve Sivas da ki resmi ve özel teşebbüse ait birkaç dökümhane hariç tutulacak olursa, Türkiye de dökümcülük halen bir el sanatı halindedir. Bu gün Türk dökümcülüğü Avrupa dökümcülüğünün 150 200 sene önceki durumuna tekabül etmektedir. Döküm için elverişli kumların bulunması ise1955 den sonra olmuştur. Yapılan işlerin çoğu görgü ve pratiğin verdiği bilgiye ve dolayısı ile el terazi, göz kantar metoduna göre yapılmaktadır. Bu şekilde çalışmalar kaliteli döküm elde edilmesine imkan vermedikten başka aynı zamanda gayri iktisadi de olmaktadır
Modelcilikte de diğer hususta da olduğu gibi geri durumda bulunmaktayız. Pek mahdut dökümhanenin model hanesi mevcut olup bunlar da ağaç modeli üzerine çalışmaktadırlar. Ekseriyetle metalin soğuma esnasındaki çekmesi bir hesaba istinat ettirilmediğinden ve modellerde vukuu muhtemel şekil değiştirmeler dolayısıyla bilhassa işlemeye tabi tutulacak parçalada boyutların kurtamamsı endişesi ile verilen fazla paylar işleme işçiliğinin ve dolaylsiyle malliyetin artışına sebep olmaktadır. bir çok ilavelerde de dökülecek parçanın bizzat kendisi mödel olarak kullanılmaktadır. Memleketimizde demir dökümünde ergitme amacıyle hemen hemen tamamiyle kupol ocakları kullanılmaktadr. Bu ocakların iç kuturları 50-80cm arasında değismektedir. Yer ocakları miktar itibari ile fazla olmakla beraber, bunlar kısmen demir dökümünde, kısmen de demirden gayri metallerin ergitilmesinde kullanılmaktadır. Kupol ocaklarına verilen havanın kontrol edilmemesi dolayısıyla kok nisbeti, şarjın % 25 ine yükselmektedir. Yer ocakları ile çalışıldığında ise bu nisbet % 50 ye çıkmaktadır. Netice olarak dökümhanelerimiz sadece ustaların eline bırakılmıştır. Bu iş mühendisler tarafından benimsenmemiştir; ustalar dış ülkelerde kaydedilen ilerlemeleri takip edebilecek durumda olmadıklarından dökümcülüğümüzde kalite itibariyle bir kalkınma olmamıştır. BÖLÜM I 1. 0. Dökme - Demir Malzemeler Demir - döküm malzemeler, iş parçasının genel geometrisine yakın şekilde dökülür. 1. 1. Lamel Grafitli dökme Demir (GG) Lamel grafitli dökme demirde (kır döküm), karbonun büyük bir kısmı yaprakcık biçimindeki grafit olarak bünyeye kat kat yerleştirilir. (Sekil 1) 1. 1. 1. Nitelikleri
Açık, ferritik-perlitik temel yapıda (siyah,beyaz) grafit, dökme demirin kırık yüzeyinin gri görünmesine sebep olur. Bu yapı, kolay talaş kaldırılabilir ve özü titreşimleri sönümlendiren, iyi kayma nitelikleri olan özelliklere sahiptir % 2.6 ila % 3.6'lik yüksek karbon payı, kır döküm akıcı ve kolay dökülmesine sebep olur. Bu sayede, biçim verilmesi zor ve ince cidarli iş parçaları da kır döküm ile elde edilebilir. Kır dökümün içinde grafit lamelleri, yükleme esnasında iç çentikler gibi etki eder. Bu nedenle, malzemeyi mahallinde akma noktasına getirebilen ve böylece dayanımını ve genleşmesini ölçüde düşüren keskin gerilme değişiklikleri meydana getirir. Buna karşılık lamel grafitli dökme demirin yapısal dayanımı, çekme dayanımında olduğu gibi, yaklaşık birkaç kat büyüktür. Grafit lamellerin büyüklüğü, soğutma hızına bağlıdır. Kalın cidarlı döküm parçalarında, daha yavaş soğutmak suretiyle, dayanımını uygun bir şekilde azaltan büyük lameller oluşturulur (Sekil 2). Dayanım temel (esas) yapıya da bağlıdır Bünye grafit odugu, zaman dayanım en düşük düzeye iner, örneğin GG-1 O'da ve perlit oranı yükseldiği zaman dayanımı artırır, örneğin GG-35'te oldugu gibi (Sekil 3).
1. 1. 2. Üretimi Lamel grafitli dökme demir, kupol veya elektrikli fırınlarda dökme hamdemirden, döküm krıklarından, sirkülasyonu (devreden) malzemeden (besleme, toplama, atık parçalar) ve çelik hurdadan ergitilir. Ardından döküm parçaları olarak kalıplara dökülür. 1. 1. 3. Kullanılması Kır dökümden takım tezgahları sütun gövde (Kaide) ve kızaklar; şanzıman motor blokarı, silindir kapakları ve fren gibi makina parçaları üretilir. 1. 2. Meehanite - döküm Özel ince yapraklardan olan grafitli veya küresel grafitli bir dökme demirdir. Lamel grafitli dökme demir, yüksek bir, dayanıma sahip olup, aşınmaya direnli, geniş ölçüde iç gerilmesiz, çarpıksız ve boşluksuzdur. Meehanite döküm, sertleştirilebilir ve ıslah edilebilir. 1. 3. Küresel Grafitli dökme Demir (GGG) 1 ) Küresel grafitli dökümde (Sifero döküm), grafit, çeliğin temel bünyesine (yapısına) benzer bir şekilde küre biçiminde yer almıştır (şekil 1). 1. 3. 1. Nitelikleri Küresel biçim sayesinde grafit, bir miktar çentik etkisi doğurur. Küresel grafitli dökme demir diğer taraftan yüksek bir mukevemet ve genleşmeye sahiptir. Bütün dökme demir cinsleri içinden çeliğe en yakın nitelikleri kendinde toplamıştır. Tavlama suretiyle genleşme ve ıslah etme suretiyle dayanım artırılır. Küresel grafitli dökme demirden yapılmış olan iş parçalarının yüzeyleri, alvle veya indiksiyonla sertleştirilebilir. 1. 3. 2. Üretimi Ergitilmiş dökme demire magnezyum veya karbon katıldıgında, karbon küresel grafit halinde ayrılır. Küresel grafitli dökme demir için GGG senbolü oluşan grafitin biçiminden türetilmiştir. 1. 3. 3. Kullanılması Küresel grafitli döküm, dişli çarklar, krank milleri, direksiyon kutusu muhafazası, arka aks, pompa ve türbün muhafaza gövdesi ve ayrıca kimya endüstrisi için boru tesisatları gibi yüksek dayanım ve uzama göstermesi gereken makina parçaları için kullanılır.
1. 4. Temper Döküm (GT) 2 ) Temper dökümden yapılmış olan iş parçaları, dökümden sonra uzun süren bir ısıl işlemden geçirilir. Meydana gelen parçalı yapının görünüşüne göre, beyaz temper döküm ve siyah temper döküm olarak gruplara ayrılır. 1. 4. 1. Beyaz Temper Döküm (GTW) üretimi Ham döküm parçaları, birkaç gün oksijen verici maddeler içinde tavlanmak suretiyle karbonu emilir. Karbonu giderilmiş (Dekarbürize edilmiş) yüzey tabakasının parçalı görünüşü açık metalik renktedir ve çaeliğe benzer niteliklere sahiptir. Ancak iş pargalarının, yüzeyden yaklaşık 5mm' lik bir derinliğe kadar karbonu giderilebilir (Dekarbürize edilebilir). Daha kalın kesitlerde, iş parçalarının iç kısmındaki demirkarbid, temper kömürler halinde parçalara ayrılır (Sekil 2 ve 3). 1. 4. 2. Siyah Temper Döküm (GTS) Üretimi Ham döküm parçaları birkaç gün havasız ortamda tavlanır. Bu esnada sementit ferrit ve pul şeklinde temper dökümler halinde parçalara ayrılır. Siyah taneli kırık yapı bütün kesit üzerinde et (cidar) kalınlığından bağımsız olarak eşit durumdadır (şekil 4). Şekil 1:GGG nin bünyesi Şekil 2: GTV nin bünyesi
Şekil 3: Farklı cidar kalınlıktaki GTV nin Bünyesi GTS nin Bünyesi 1. 4. 3. Siyah ve Beyaz Temper Dökümün Nitelikleri Beyaz temper döküm, karbonunun giderilmesi ve siyah temper döküm pullar sayesinde,küresel biçimli grafit nedeniyle lamel grafitli dökme demire göre önemli ölçüde daha özlüdür (sıkıdır). Her ikisi, iyi dökülebilir özellik taşır. GTW-S 38-12 özel kalitededir kaynak edilebilir. Temper döküm cinslerinin kısa işaretlerinde (sembollerinde) GTW ve/veya GTS, dan/mm2 cinsinden çekme dayanımı ve % cinsinden kopma uzaması verilir. 1. 4. 4. Siyah ve Beyaz Temper Dökümünün Kullanılması Temper döküm, öncelikle taşıt yapımında, biyel kolları, direksiyon milleri ve vites çatalı imalatı için kullanılır. Bunun yanında makina yapımında örneğin, kol ve tesisat teknolojisinde vinç kolu ekleme parçaları ve ventil gövdesi için kullanılır. 1. 5. Sert Döküm (SD) Set döküm karbonun yumuşak grafit olarak ayrılmadığı aksine, sert demir sementit olarak meydana geldiği bir döküm türüdür. 1. 5. 1. Nitelikleri
Sert döküm yüke ve basınca dayanıklıdır, fakat aynı zamanda gevrektir. Ayrıca düşük bir çekme dayanımına sahiptir. Uygun soğutma ve alaşım elamanıarı vasıtasıyla, tamamı sertleştirilmiş yapıya sahip, sertleştirilmiş yüzey veya yüzey tabakası sert ve çekirdeği özlü dış tabakası sert döküm yapılabilir. 1. 5. 2. Kullanılması Sert döküm, örneğin kırıc plakalar, küresel değirmen için küreler ve temizleme ve döküm makinalarının aşındırma parçaları gibi, sert ve aşınmaya dayanıklı olması gereken parçalar için kullanılır. 1. 6. Çelik döküm (ÇD) 1) Çelik döküm kalıplanarak dökülen çeliktir. 1. 6. 1. Nitelikleri Çelik dökümde çeliğin avantajları, öncelikle yüksek dayanım ve özlülüktür. Döküm metodu ile şekillendirilmesi zor olan iş parçalarının üretim imkanı sağlanmıştır (Sekil 1). 1. 6. 2. Kullanılması Çelik dökümden, türbün gövdeleri, kanatlı çarklar, pres sütunları ve dişli çark takımları gibi büyük makina yapımında mekanik olarak yüksek yükle karşılaşılan iş parçaları, ve ayrıca armatürler için küçük parçalar, tarım makinaları ve takım tezgahları üretilir. Şekil 1: Kreyn (Gezer köprü) Vinç çengeli
1. 7. Alaşımlı Demir Döküm Malzemeler Isıya dayanıklılık, korozyon, ölçü, sıcaklık şoku, asit ve ergiyik dayanıklılığı gibi özellikleri elde etmek için, bütün demir döküm bütün malzemeler alaşımlı yapılabilir.
BÖLÜM II KÜRESEL GRAFĐTLĐ DÖKME DEMĐR 2. 1. Giriş Küresel grafitli dökme demir, birbirinden bağımsız olarak (British Cast Iron Researclı Association (BC1RA) ve Đnternational Nikel Company (INCO) tarafından geliştirilmiş ve ilk defa Amarikan Dökümcüler Cemiyetinin 1948 deki yıllık top1antısında döküm endüstrisi için yeni bir malzeme olarak tanıtılmıştır. Bu tip dökme demir için "sphero" "nodüler" ve "küresel grafitli dökme demir adları kullanılmıştır. yurdumuzda kabul edilen daha çok Küresel Grafitli Dökme Demir tabiridir. BCIRA yöntemi esas olarak, gri dökme demirle aynı bileşimdeolan hiper ötektik dökme demirlere ergimiş halde cerium (Ce) ilavesinden ibarettir. Cerium'unbüyük kısmı, bileşimdeki S'ü gidermekte ve geri kalan yaklaşık %0.02 Ce ise, grafitlerin lamel yerine küre şeklinialmalarını sağlamaktadır. INCO yönteminde ise hipo ve hiper ötektik dökme demirlere benzer olarak magnezyum ilavesi yapılmaktadır. Bu yöntemlerin ilk tanıtılmasından sonra bu gün hemen her yerde uygulanan magnezyum töntemi daha ekonomik oluşu nedeni ile tercih edilmiştir. Küresel grafitli dökme demir çeliğinkine benzer bir matris içinde dağılmış küre şekilli grafitlerden oluşan bir yapıya sahiptir.(şekil 2. 1) Yapı açısından gri dökme demirden yegane ayrıcalığı grafitlerin şeklidir. Küresel grafitli dökme demirin mekanik özellikleri grafit şekilli ve büyük ölçüde matris yapısı tarafından etkilenmektedir. Küresel grafitli dökme demirler, gri dökme demirin başlıca avantajları (düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık ve döküle bilme, mükemmel işlene bilme ve iyi kesme mukavemeti) ile çeliğin mühendistlik yönünden avantajlarına (yüksek mukavemet, tokluk, süneklik, sıcak işlenebilme ve sertleşebilme) birleştiren yeni bir malzeme veya dökme demirler ailesi içinde yeni bir grubu oluşturmaktadır.
Şekil 2. 1. Tipik küre şeklindeki grafit yapısı 2. 2 Küresel Grafitli Dökme Demirin Metalurjik Yapısı Gri dökme demir ve küresel grafitli dökme demirin kimyasal bileşimleri (kükürt ve magnezyum haricinde)esas olarak bir birinin aynı olmasına rağmen, bu iki dökme demir oldukça farklı şekillerde katılaşıyorlar. Bu farklılıklar özellikle ötektik katılaşmasında daha bariz olmakta ve her iki dökme demir, üretimde uygulanan işlemlerdeki değişikliklerin nedeni olmaktadır. 2. 3. Mikro Yapı ve çeşitleri Küresel dökme demirlerde, bütün yapı bileşenlerinden malzemenin kullanılış yerlerine göre bir veya bir kaçını bulmak mümkündür. 2. 3. 1. Perlitik Küresel dökme Adi kimyasal bileşimlerin normal şartlarda kesit kalınlıkları 50mm ye kadar olan iş parçalarında gösterdiği yapıdır. Malzeme sert ve kuvvetli olup adi kır dökmenin iki misli çekme mukavemetine sahiptir. Şekil 2. 2. Şekil 2. 2. Perlitik küresel dökme demir. 2. 3. 2. Ferritik Küresel Dökme Ferrit matrisli küresel dökme demir yapmak için üç yol mevcuttur. Birincisi dökme demirlerin ağırlığına göre %0.20 magnezyum alaşımı kullanma. Đkincisi, perlitik dökme demiri tavlamak üçüncüsü, sıvı demir katılaşmasını çok yavaş şekilde gerçekleştirmek. Elde edilen küresel dökme demir çok yüksek uzama kabiliyetine sahiptir. Şekil (2. 3)
Şekil 2. 3. Ferritik küresel dökme demir. 2. 3. 3. Ostenitik Küresel Dökme % 35 Kadar (Ni) ihtiva eder ve küresel Ni Resist adını alır. Korozyona mukavim olup yüksek mekanik mukavemeti mevcuttur. Grafitler bir miktar küresel şekillerini kaybederler. Matris ostenit ve pek azda perlitten meydana gelmiştir. (şekil 2. 4) Şekil 2. 4. Ostenitik küresel dökme demirler. 2. 3. 4. Đğneli Küresel Dökme Diğer demir alaşımları gibi su verme ve temperleme ile küresel dökme demirin yapısı değiştirilebilir. Elde edilen yapı beynitik matris içerisinde küresel grafitlerdir. Đğneli küresel dökme demirin yüksek mekanik mukavemeti ve sertiliği vardır(şekil 2. 5.) Şekil.2. 5. Đğneli küresel dökme demir. 2. 3. 4. Küresel Dökme Demirin özellikleri Küresel dökmenin özellikleri çelik ile dökme demirler arasında yer alır. Mekanik özellikler yönünden çeliğe benzerken, kimyasal ve fiziksel özellikler dökme demirlere yaklaşır. Bu sebepten geniş kullanma sahaları bulur. 2. 4. 1. Çekme Mukavemeti
Çekme mukavemeti, tatbik edilen ısıl islem ve alaşımlandırma ya göre 40 kg/mm 2 ile 80 kg/mm 2 arasında değişir. Uzama/gerilme diyagramı adi dökmelerden ayrılarak, çeliğinkine benzer. Akma noktası temper dökmelerdekinden çok fazladır. Bu sebepten küresel dökme demirler çok ağır yükleri kalıcı bir şekil değiştirme olmadan taşıyabilirler; tablo 2. 1. de çeşitli küresel dökmeler ve mekanik özellikler verilmiştir. Küresel dökme demirlerin elastiklik modülleri de, oldukça yüksektir. Perlitik ve ferritik olanların 1,8x10 4 kg/mm 2, yüksek alaşımlı ostenitik olanların ise 1,0x10 4 kg/mm 2 civarındadır. Tablo 2. 1. Çeşitli küresel dökme demirlerin mekanik özellikleri 2. 4. 2. Yorulma Mukavemeti Yorulma mukavemetinin, çekme mukavemetine oranı olarak tarif edilen, dayanma (tahammül )oranı dövme karbonlu çeliklerden yüksektir. Ayroca gerilim derişme faktörü çelikten düşük olduğu için, blihassa şaft imaline elverişlidir. Tablo 2. 2'de kır dökme ve dövme karbonlu çelik ile bu değerlerin mukayesesi verilmistir.
Tablo 2. 2. Küresel dökme demir,kır dökme demir, ve karbonlu çeliğin yorulma değerlerinin karşılaştırılması 2. 4. 3. Aşınma Direnci Aşınmaya direnç dökme demirlerin genel karakteristiğidir, küresel dökmenin de aşıma direnci oldukça yüksektir. Dinamik ve statik yükler altında gelişigüzel dağılmış gerilimlere karşı küresel dökme çok iyi mukavemet gösterir. Bu sebepten bilhassa dişli çark imalinde ve bir çok yerlerde çeligin yerini tutmaya başlamıştır. 2. 4. 4. Titreşim Söndürme Grafitlerin küresel halde bulunması kır dökmeye nazaran bu kabiliyetini azaltmasına rağmen yine de çeliğe nazaran daha iyidir. şekil (2. 6.) da, kır dökme, çelik ve küresel dökmenin titreşim söndürme kabiliyetleri karşılaştırılmıştır; Çelik Küresel Kır Şekil 2. 6. Çelik, küresel dökme ve kır dökme demirlerin titreşim söndürme kabiliyetlerinin karşılaştırılması 2. 4. 5. Termik Şok kır dökme demirlerin termik şoklar altında hemen kırılır. Küresel dökme demir ise termik şoklara gayet mukavimdir. Ancak ani sıcaklıklara küresel dökme çatlayabilir ve bu çatlama iş parçasının içerisine doğru ilerleyebilir. Ancak mühendistlikte pek iyi bilinen bir şeyde, ilerleyen bir çatlağı doldurmak için, çatlağın ilerlemiş ucuna delik delmektir. Eğer çatlak iletmek istiyorsa yeni bir başlangıç noktası bulması lazımdır. Küresel dökmede aynı vazifeyi yapı içerisinde adeta birer boşluk olan küresel grafitle görür. Bu sebepten küresel dökme demirler sıcak hadde merdaneleri olarak kullanılış sahası bulurlar. 2. 4. 6. Korozyon Direnci Küresel dökme demir kır dökmenin gösterdiği korozyon direncine sahiptir. Deniz suyuna, alkollere ve zayıf asitlere karşı mukavimdir. Çelikten beş defa daha iyi korrozyon direnci ve yüksek mekanik mukavemete sahip olması dolayısıyla bilhassa, petrol ve kimya endüstrisinde, denizcilikte kullanılır.
BÖLÜM III GRAFĐTĐN KÜRESELLEŞTĐRĐLMESĐ 3. 1. Küreselleştiriciler Küresel grafitli dökme demirlerin imalatında, grafitlerin küresel biçimi şekillenmesini temin etmek amacı ile, sıvı dökme demire ilave edilmiş olan bazı özel maddelere küreleştirici (nodulant) adı verilir.
Grafitin küresel bilşimde oluşumunu sağlayan ilave elementler, genellikle Mg, Ce, Li, Na, Nd, La ve diğer nadir toprak elementleridir. Bu elementlerden, hiç şüphesiz ki, ticari mahiyette kullanılanları Ce ve Mg metalleridir. Gerek Mg ve gerekse Ce metallerinin sıvı metale ilave şekillerini tesbit etmek için, günümüze kadar yapılan çalışmalar sonucunda, bu metallerin saf olarak değil, uygun biçimdeki alaşımları halinde ilave edilmeleri ile dahi iyi sonuç1ar vereceği anlaşılmıştır. Bu durumu yaratan sebepleri şöyle sıralamak mümkündür: Genel olarak sıvı dökme demirin sıcaklığı 1300-14000C dir ve küreleştirici elementlerin ilavesi, bu sıcaklıklarda yapılmaktadır. Seryum metali 804-C da ergir ve 2927C da buharlaşır. Sıvı demire ilavesi esnasında buharlaşma yolu ile çok az kayıp verir. Magnezyum metali ise 6500C da ergiyip 11170C da buharlaştığı için sıvı demire ilave edildiği zaman çok kolay buharlaşıp büyük kayıplar verebilmektedir. Diğer taraftan gerek Ce ve gerekse Mg çok kuvvetli deoksidan (oksitleri stabil olan) elementlerdir (Sekil 3. 1.). Bu sebepten dolayı da, sıvı döküm içerisindeki ve normal havadaki oksijenle çok seri reaksiyona girerek oksitlenmek suretiyle, Ce ve Mg büyük kayıplar vermektedir. Saf Ce veya Mg metalleri yerine bu elementlerin muhtelif alaşımları kullanılmak suretiyle, adı geçen metallerin buhar basınçları düşürmekte, sıvı dökme demire ilave edildikleri zaman buharlaşarak verimlerinin düşmesine engel olunabilmektedir. Ayrıca yine alaşım halinde ilavelerinden, alaşım içerisindeki kürselleştirilen element miktarının değişiklik olmasından dolayı oksitlerine reaksiyonuna tesir eden metalin aktivitesi de düşük olduğndan bu türlü kayıplar da azaltılmaktadır. Küresel grafitli dökme demirlerin imalatında kullanılmak üzere denenmiş ve iyi sonuçlar veren gerek küreselleştirci elementin verimi ve gerekse elde edilen malzeme özelliklerine kötü tesirler yapmaması bakımından Mg veya Ce alaşımları, bunların Fe, Si, Ni ve Cu metalleri ile meydana getirdikleri ikili veya üçlü alaşımlardır. Bu alaşımlarda küreselleştirici metal miktarları umumiyetle % 15 20 arsında olup, % 50 ye nadiren çıkanları mevcuttur. Ce metaline ait tipik bir alaşım (Ticari ismi mischemetall) ve bileşimi aşağıda gösterilmektedir. Ce=%45 53, La=%22 25, Nd=%15 17 Diğer nadir toprak elementleri =%8 10, gerisi Fe