Küresel Grafitli Dökme Demir Nedir?
Keith Millis tarafından 1943 yılında keşfedilmiştir, grafit bakımından zengin bir dökme demir türüdür. Çoğu dökme demir çeşidi kırılganlık ve gerilim açısından zayıfken küresel grafitli dökme demirler grafitlerin kapanımları sayesinde küresel grafitli bir iç yapı oluşumu sunar. Bu iç yapı daha çok ve darbe direncine ve yorulma direncine sahiptir. Bu nedenle sünekli, tokluk ve dayanım konusunda en çok tercih edilen dökme demirlerden biridir.
Küresel grafitli dökme demirlerin kimyasal kompozisyonu, lamel grafitli dökme demirlerin kimyasal kompozisyonuna benzer ancak aralarındaki fark P ve S oranının küresel grafitli dökme demirde oldukça az olması.
Küreselliğin oluşması için dökümden önce ilave edilmiş Mg, Ce, Li, Na, La gibi diğer nadir toprak elementleri eklenerek küresel grafit elde edilmeye çalışılır.
Kimyasal Kompozisyonu
Küresel grafitli dökme demilerin basite indirgenmiş en belirgin kimyasal kompozisyonu aşağıdaki tabloda verilmiştir. Tabloda görüldüğü gibi P ve S elementlerin oranları Max ile sınırlandırılmıştır.
Mikro Yapısı
Resimde görüleceği gibi kırmızı okla gösterdiğim bazı düzgün küresel grafitli dökme demirlerin yapı içindeki dağılımlarını net bir şekilde görebilirsiniz.
Mekanik Özellikleri
İçyapısındaki grafitlerin tretman yardımıyla oksijen ve kükürtten uzaklaştırılarak küre şeklini almasından dolayı dayanımı yüksektir. Düz bir çubuğun dayanımı yuvarlak bir topun dayanımı ile aynı değildir. Küresel şeklin dayanımının yüksek olmasının nedeni yüzey alanının kuvveti yayabilmesinden kaynaklanmaktadır. Küresel grafitli dökme demir dayanımının yanında sünekliği ve tokluğuda oldukça iyidir
Birçok sektörde kullanılması ve kritik parçalarda kullanımındaki tercihlerinin asıl sebepleri mekanik özellikleridir. Özellikle Dayanım tokuk ve süneklik yanı sıra elastik davranışı, statik dayanımı, ısıl işlem uygulanabilirliği ve yorulma özellikleri de bu malzemenin sektörde kullanımın artışındaki en büyük etkenleridir.
Üretimi
Ergitme
Küresel grafitli dökme demiri elde etmek için öncelikle yukarıda belirtmiş olduğum kimyasal kompozisyona göre alaşımlar hazırlanarak indüksiyon fırınına aktarılır. İndüksiyon ocağının kullanılmasının nedeni genel olarak bakıldığında hızlı bir ergime sağlamak için tercih edilir. Küresel grafitli dökme demir üreticilerinin genel olarak kullanımı indüksiyon ocaklarıdır. Bazı işletmeler çeşitli ocaklar kullanarak prosesi gerçekleştirirler.
Küresel grafitli dökme demirin kimyasal kompozisyonuna göre, C ve Si miktarı dikkate alınarak ergitme işlemi başlatılır. C ve Si alaşımının kompozisyon ayarını sağlamak için bazı alaşımlar kullanılır. bunlardan bazıları; Pik Demir, Çelik Hurda, Döndü (Geri dönüşüm), SiC, FeSi, Karbon.
Örneğin Karbon miktarı az ise biraz daha karbon eklenir. Silisyum miktarı az ise FeSi eklenir, her iksi eksik ise SiC eklenebilir. Bu örnekler çeşitli ocaklara göre farklılık gösterebilir.
Tretman (Aşılama)
Bu uygulama aşılama anlamına gelir ergitilmiş metale çeşitli yöntemlerle bazı alaşımlar eklenir. Bu alaşımların çeşitli yöntemlerle eklenmesinin asıl amacı sıvı metal içindeki oksijenin ve kükürtün olabildiğince uzaklaştırılması ve küreselleşmenin homojen olarak sağlanması. Bu amaç doğrultusunda kullanılan birçok alaşım kullanılmaktadır. Ancak ben burada en yaygın kullan element olan Magnezyumu ele almak istiyorum ve Magnezyum içinde en çok kullanılan tretman alaşımı FeSiMg u kullanacağım.
Tretman (Aşılama) İşleminin Yöntemleri
Açık Pota Yöntemi
Bu yöntem en basit yöntemlerden biridir. Verimi düşük olan bu yöntem için gerekli olan bir adet tretman potası bu potalar özel potalardır bu potaların dibinde tretman işlemi için bir cep bulunmaktadır. Oksijen ve kükürt giderimini sağlayacak olan magnezyum alaşımı potanın dibindeki cebe yerleştirilir. Daha sonra indüksiyon ocağındaki sıvı metali bu tretman potasına ekliyoruz.
Tretmanın üzerine eklenilen sıvı metal Ferro silis magnezyum ile karışıyor ancak bir anda hızlıca birbirleriyle temas ettikleri için yanma oluşuyor ayrıca ferro silis magnezyum parçacıkları sıı metaltden hafif olduğu için FeSiMg parçaları yüzeye çıkıyorlar yani yüzeyde görülüyorlar böyle olduğunda tretman işlemi sağlıklı geçekleşmiyor. Çünkü bu işlem için asıl önemli olan magnezyum alaşımının sıvının içinde yavaşça buhar oluşturması ve bu magnezyum buharının sıvının içindeki oksijen ve kükürtü tututp yüzeye çıkartması.
Bu nedenden dolayı verim diğer yöntemlere göre düşüktür. Ancak yöntemin verimini arttırabilmek için potanın kapağının kapatılması doğru bir yöntem olacaktır.
Sandviç Yöntemi
Asıl beklenti, magnezyum alaşımı ve sıvının potanın dibinde reaksiyona girmesi ve ortaya çıkan magnezyum buharı sıvı içindeki oksijen ve kükürdü temizlemesi. Bu yüzden şekilde gösterilen cep üzerine üzerine çelik hurda kullanılması tretmanı daha sağlıklı hale getirir. Çünkü sıvı metal, ferro silis magnezyumun üzerine yavaş bir şekilde temas edecek ve magnezyum alaşımını yüzeye çıkaramayacak bu nedenden dolayı cep içinde magnezyum buharı oluşacak ve oluşan buhar yavaşça sıvı metalin içinden geçerken oksijeni ve kükürdü tutacak yüzeye taşıyacaktır. Bu sayede açık pota yönteminden daha verimli bir sonuç elde edilecektir. Bu yönteme sandviç yöntemi denir ve işlem verimi %40-%45 lere kadar çıkmaktadır.
Devirme Pota (Konvertör)
Bu yöntemde ihtiyacımız olan yatay bir pota ve bu potanın hareket kabiliyetli olması gerekir.Yatay duran bir pota kullanılıyor. Pota eksen üzerinde dönme becerisine sahip. Şekilde görülen cebe ferro silis magnezyum ekleniyor. Daha sonra kapaktan sıvı metali potanın içine aktarıyoruz kapak kapatılıyor ve pota döndürülüyor. Cepte bulunan ferro silis magnezyum ve sıvı metal birbiri ile tepkimede bulunuyor. Kapak kapalı olduğu için ortaya çıkan magnezyum buharı pota içinde sıvı metalle daha fazla tepkime gerçekleştiriyor buda işlem verimliliğini arttırıyor. İşlem verimliliği yaklaşık %50 civarındadır.
Daldırma Yöntemi
Şeklikdeki küçük potanın içine Ferro silis magnezyumu yerleştiriyoruz. Bu Ferro silis magnezyum içeren küçük potayı ergimiş metalin içine daldırıyoruz ve orada FeSiMg alaşımının ergimesi sağlanıyor, ergime sırasında magnezyum buharının sıvı metalle teması yüksek olduğundan dolayı bu yöntemin verimi yüksektir. Bu yöntemin bir diğer avantajı ise kontrol edilebilirliği yüksektir. Küçük pota daldırılıp çıkartılabilir dibe kadar indirilebilir istenildiği gibi hareket ettirilebilir. Ancak unutulmamalıdır ki potanın kapağının kapalı tutulması işlem verimliliği açısından önemlidir. İşlem verimi yaklaşık %50 civarındadır.
Tel Tretman Yöntemi
Daldırma işleminden daha pratik bir yöntemdir. Bir çelik kılıf içinde Magnezyum alaşımı veya magnezyum tozu doldurulur ve bu kılıf makara yardımıyla potanın içine daldırılır. Bu tel yüzeyde erimemesi gerekiyor yani tel potanın dibinden itibaren erimeye başlamalı ki homojen bir dağılım sağlanabilsin yani küreselleşme işlemi daha verimli olabilsin.
Avantajlarından bazıları;
- Tekrar edebilen sonuçlar, yani bir çok sefer aynı sonuçları alabilirsiniz buda kalite bakımından iyi bir durumdur.
- Yüksek verimli bir yöntemdir.
- Daha az Magnezyum harcanıyor.
- İlk yatırım maliyeti yüksek olasada uzun vadede daha ekonomik bir yöntem.
- Sandviç yöntemine kıyasla cüfuf miktarı daha az.
Dezavantajlarından bazıları;
- İlk yatırım maliyetinin yüksek olması
- Büyük ve derin pota gerekiyor.
Yorumlar