Malzeme Bilgisi (Dökme Demirler)

DÖKME DEMİRLER (DD)

Dökme demirler çelik gibi demir – karbon (Fe-C) alaşımlarıdır. Dökme demirler ötektik sıcaklıkta ostenitin doyması için gerekli olan karbon’dan daha fazla miktarda karbon ihtiva eder (%2 - %6,67). İçindeki yüksek karbon miktarı gevrek yaptığı için ticari olarak en çok üretilenler (%2 - %4) karbon ihtiva eder. Yüksek karbon miktarı dolayısıyla sıvı durumda akıcılıkları fazla ve erime sıcaklıkları çeliğe göre daha düşük olduğu için döküme çok elverişli demir alaşımlarıdır. (Ayrıca DD ‘in sünekliği az olduğu için haddeleme, dövme gibi işlemler yapılamaz.

Ham demirin eritilip, gerekli katkılar yapılarak istenilen bileşime getirilmesiyle elde edilir.

Dökme demirlerin çeliklere göre çok gevrek olmasına rağmen üretim kolaylığı nedeniyle oldukça geniş kullanım alanı vardır. Mekanik özellikleri büyük ölçüde mikro yapılarına bağlıdır ve özellikleri alaşım elemanlarının ilavesi, döküm şartlarının kontrolü ve uygun ısıl işlemler ile iyileştirilebilmektedir.

DÖKME DEMİR TÜRLERİ

Dökme demirleri en iyi şekilde metalografik yapılarına göre sınıflandırırız.

Metalografik yapılarına etki eden en önemli faktörler;
Karbon miktarı
Alaşım elementleri ve yabancı maddeler
Dökümden sonraki soğuma hızı
Döküm sonrası ısıl işlem esnasındaki soğuma hızı.

Bu faktörler karbonun şeklini ve fiziksel özelliğini değiştirir. Karbon, demir ile Fe3C (Sementit) veya karbon grafiti şeklinde serbest karbon olarak bulunur. Karbonun bu halleri DD’in fiziksel özelliklerine kuvvetli bir şekilde etki eder ;

Gri Dökme Demir: Karbonların hepsi veya çoğu serbest grafit levhacıkları şeklindedir.
Beyaz Dökme Demir: Bütün karbon sementitde olduğu gibi birleşmiş haldedir.
Temper Dökme Demir: Karbonların hepsi veya çoğunluğu birleşmemiş temper karbonu şeklindedir. (düzensiz kürecikler). Beyaz dökme demirden ısıl işlemle elde edilir.
Sert Dökme Demir: Yüzey tabakası beyaz dökme demirin, iç kısmı gri dökme demirin birleşmesindendir. Arada bir geçiş bölmesi vardır (Alaca Dökme Demiri)
Küresel Dökme Demir: Özel alaşım elementleri ilavesi ile içindeki karbonun büyük bir kısmı birleşmeksizin yoğun küremsi şekildedir.
Alaşımlı Dökme Demir: Özellikleri veya bahsedilen herhangi bir DD’in yapısı alaşım elementlerinin katılmasıyla iyileştirilmiş D.D.

Beyaz Dökme Demir (DDB)

Ledeburitik ana kütleye sahiptir. Bu nedenle çok sert olup alaşımsız beyaz dökme demirin BSD 370 -600 arasındadır. Ancak taşlanarak işlenebilir.

Sementit (Fe3C) sert gevrek bir ara yer(metaller arası) bileşiğidir. DDB’de sementit ağının çok miktarda olması dökme demiri sert ve aşınmaya karşı dirençli yapar. (Fakat aşırı gevrekliği ve makine ile işlenmesi çok zorlaştığı için kullanım alanları sınırlıdır ‘öğütme bilyeleri…’)

Sert Dökme Demir

DDB yüzeyli sert dökme demirler erimiş metalin kokul kalıba dökülmesiyle elde edilir. Bu sert, aşınmaya dirençli DDB yüzey, yumuşak dökme demir özü ile desteklenen yapı, bileşim ve soğuma hızının uygun şekilde ayarlanmasıyla, dış kısımları DDB olarak elde edilir. Birkaç mm kalınlığındaki bu tabaka ile iç kısımdaki kır dökme demir arasında, her iki yapının da yer aldığı bir geçiş bölgesi (Alaca dökme demir) bulunur.

Karbon % oranı artarsa, sert bölgenin sertliği artar, sertleşen bölgenin derinliği azalır.
Silisyum (Si) miktarı artarsa sertliğin derinliği azalır. (Çünkü Si grafitleştiricidir)
İlave edilen Manganez (Mn) MnS oluşturacak kadarsa sertliğin derinliği azalır Bu miktarın üzerinde ise sertliği ve sertliğin derinliği artar.
Fosfor, sertliğin derinliğini azaltır.
Nikel sertliğin derinliğini azaltır, Ni (Nikel) miktarı %5’ e ulaşana kadar sertlik de dereceli artmasıyla ilave edilir.
Krom sertlik derinliğini kontrol için az miktarda kullanılır. Si etkisini yok eder.
Kır Dökme Demir (Gri DD)

Gri DD makine yapımında en çok kullanılan Fe-C alaşımıdır. Gri dd içindeki grafit lameller alaşımın kompozisyonu ve soğuma hızı kontrol edilerek artırılabilir. Grafitleşme işlemi yüksek karbon içeriği, yüksek sıcaklık ve grafitleştirici rolü unutulmaması gereken silisyumun uygun miktardaki ilavesiyle artırılır.

Gri DD’ün mukavemeti nerdeyse , tamamen grafitin gömüldüğü matrise bağlıdır.

Dökme Demir içindeki Silisyum:

Akıcılığı yükseltir ve erimiş alaşımın katılaşması üzerine etki eder. Alaşımın katılaşma sıcaklığını azaltır.

Dökme Demir içindeki Kükürt:

Karbonun şekillenmesi üzerine kükürdün etkisi silisyumun tersinedir. Kükürt oranı yüksek olması, sert gevrek DDB meydana gelmesine neden olan birleştirilmiş karbon miktarı Fe3C ‘in oluşmasına daha fazla meyil ettirir.

Fazla kükürt dökümde akıcılığı azaltmaya meyilli ve daima gaz boşluklarının oluşmasına sebep olur. Bunu önlemek için Mn katılır. Mn ‘ini MnS (manganez sülfür) meydana getirmede kükürde karşısı ilgisi demirden daha büyüktür.

Dökme Demir içindeki Manganez:

Sementit miktarını (birleştirilmiş karbon) artırmaya meyilli olan manganez bir karbon dengeleyicisidir. Si’dan daha az etkilidir.

Dökme Demir içindeki fosfor:

Sıvı dökme demiri daha akıcı yapar ve çok ince dökümlerde faydalıdır ve aşınmaya dayanıklılığı artırır.

Kır dökme demirin döküm yeteneği çok iyi olup akıcılığı, yükselen karbon miktarı ve döküm sıcaklığı ile artar. Perlit miktarı fazlalaştıkça talaş kaldırmak güçleşir. Gevrekliğinden kaynağı güçtür. Grafitlerin yağlayıcı etkisi nedeniyle kuru sürtünmeye elverişlidir. Grafitlerin titreşim söndürücü özelliğinden dolayı takım tezgahları gövdelerinde tercih edilir. 350oC’ye kadar mukavemetinde azalma olmaz.

GRİ DD (KIR DD – Lamel Garfitli DD) ‘in mekanik özellikleri ve uygulamaları.

Gri DD’ler çelikler gibi akma ve uzama göstermez.
Bütün dökme demirlerde % uzaması çok küçüktür, % kesit daralması belli belirsizdir
Basma mukavemeti yüksektir, bu yüzden makine gövdelerinde kullanılır.
Gri DD’in birçok sınıflarının bazı çelik sınıflarından burulma kayma gerilmesi yüksektir.

TEMPER DÖKME DEMİR:

Dolaylı olarak elde edilir. Yani dökülen parçaların tamamen beyaz dökme demir olarak katılaşması gerekir. Sementit gerçekte bir metastabil yapıdadır ve metastabil fazda olduğu için demir ve karbona ayrılma meyili vardır. Buna rağmen normal şartlarda sınırsız zaman kalabilir. Bununla birlikte sementitin serbest karbon şekline meyilli olması temper dökme demir üretiminin temelini oluşturur.


Fe3C ó 3Fe + C

DDB içinde birleştirilmiş bütün karbon küreselleştirme maksadıyla düzensiz temper karbon küreciklerine ve ferrite çevrilecektir. (Birinci Temperleme (tav)

Siyah Temper Dökme Demir

Yapıda çok fazla grafitin bulunması mukavemeti azaltacağından karbon miktarının minimum düzeyde olması istenir.

Beyaz Temper Dökme Demir:

%2,8 - %3,4 karbonlu beyaz döküm parçalar, oksitleyici bir ortamda 1000oC dolayında yaklaşık olarak 80 saat süreyle tavlanır. Bu ısıl işlem sırasında demirin karbonu kısmen yakıldığı için, başlangıçtaki karbon miktarı siyah siyah temper dökme demirinkinden daha fazla tutulur. Sonuç olarak yüzeyde ferrit, iç kısıma doğru ise azalan ferrit’e karşılık gittikçe artan oranda perlit ve temper grafiti meydana gelir.

Küresel Grafitli Dökme Demir (DDK):

DDK’lar, sfero grafitli dökme demirler ve küreselleştirilmiş dökme demirler veya sünek dökme demirler diye bilinenen grafitlerin ince bilyeler veya kürecikler şeklinde görüldüğü dökme demirlerdir. Küresel Dökme demir, döküm kabiliyeti bakımından kır dökme demire benzer. Dökülen parçaların boyut ve kalınlığı temper dökme demire göre çok daha büyük olabilir. Aynı bileşimli diğer tür dökme demirlere oranla oksitlenme ve büyümeye dayanımı daha üstündür. Lehimlemeye kır dökme demirden daha elverişlidir. (otomobil motorlarının krank milleri)

Alaşımlı Dökme Demirler:

Alaşımlı dökme demirler fiziksel veya mekanik olarak özelliklerin de değişiklik meydana getirmek amacıyla uygun miktarda ilave edilmiş element veya elementler ihtiva eden dökme demirlerdir. Alaşım elementleri korozyon, ısıl veya aşınma direnci gibi özel özellikler ve mekanik özellikleri iyileştirmek için dökme demirlere ilave edilir. (Krom – bakır – molibden – nikel – vanadyum)

Kaynakca:
(Erciyes Üniversitesi Makina Müh. Prof. Dr. Recep Kılık Malzeme bilgisi ders notları…)

Yazan Okan Öztürk