Döküm Demir Çeşitleri

Döküm Demir Çeşitleri

Bu bölümde çeşitli döküm demir türleri ele alınacaktır.

Gri Demir Döküm

Gri dökme demirin karakteristiği, malzemede çatlaklara neden olabilen ve gri bir görünüme sahip olan grafik mikro yapısıdır. Bu, en yaygın kullanılan dökme demir türüdür ve ayrıca ağırlığa göre yaygın olarak kullanılan döküm malzemesidir. Gri dökme demirlerin çoğunda %2,5 ila %4 karbon, %1 ila %3 silikon ve geri kalanı demir bileşiminden oluşan bir kimyasal ayrışma vardır.

Bu tip dökme demir, çeliğe kıyasla daha az çekme dayanımına ve darbeye karşı daha az dirence sahiptir. Basınç dayanımı düşük ve orta karbonlu çelikle karşılaştırılabilir.

Tüm bu mekanik özellikler, gri döküm demirin mikro yapısında bulunan grafit pullarının şekli ve büyüklüğü tarafından kontrol edilir.

Beyaz Demir Döküm

Bu tür demir, sementit adı verilen bir demir karbür çökeltisinin varlığı nedeniyle beyaz olan kırık yüzeylere sahiptir. Beyaz dökme demirde bulunan karbon, grafit yerine met kararlı faz sementit olarak eriyikten çöker. Bu, grafitleştirici madde olarak daha düşük silisyum içeriği ve daha hızlı sağlanan bir soğutma hızı ile elde edilir. Bu çökelmeden sonra sementit büyük parçacıklar halinde oluşur.

Demir karbürün çökelmesi sırasında, çökelti orijinal eriyikten karbonu çeker, böylece karışımı ötektiğe daha yakın olana doğru hareket ettirir. Geriye kalan faz, soğutulduğunda martensite dönüşen karbon osteniteye demir indirir.

Bu içerilen ötektik karbürler çökelme sertleşmesinin faydasını sağlamak için çok büyüktür. Bazı çeliklerde, saf demir ferrit matrisi boyunca dislokasyonların hareketini engelleyerek plastiğin deformasyonunu taşıyabilecek çok daha küçük sementit çökeltileri olabilir. Bunlar, sadece kendi sertlikleri ve hacim kesirleri nedeniyle dökme demirin toplu sertliğini artırdıkları için bir avantaja sahiptirler. Bu, toplu sertliğin bir karışım kuralı ile yaklaşık olarak hesaplanabilmesiyle sonuçlanır.

Bu sertlik her durumda tokluk pahasına sunulur. Beyaz dökme demir genel olarak bir çimento olarak sınıflandırılabilir, çünkü karbür malzemenin daha büyük bir kısmını oluşturur. Beyaz demir yapısal bileşenlerde kullanılmak için çok kırılgandır, ancak iyi sertliği, aşınmaya karşı direnci ve düşük maliyeti nedeniyle bulamaç pompalarının aşınma yüzeyi olarak kullanılabilir.

Kalın dökümleri, eriyiği beyaz döküm demir olarak katılaştırmaya yetecek kadar hızlı bir oranda soğutmak zordur, ancak hızlı soğutma, bir cehennem beyaz döküm demiri katılaştırmak için kullanılabilir ve bundan sonra geri kalanı daha yavaş bir hızda soğutulur ve böylece gri döküm demirin bir çekirdeğini oluşturur. Ortaya çıkan bu döküme soğutulmuş döküm denir ve sert bir yüzeye sahip olma ancak daha sert bir iç kısma sahip olma avantajlarını içerir.

Yüksek kromlu beyaz demir alaşımları, yaklaşık 10 tonluk bir çarkın kum dökümüyle büyük çaplı dökümüne izin verme yeteneğine sahipti. Bunun nedeni, kromun daha büyük malzeme kalınlıkları boyunca karbür üretmek için gereken soğutma hızını düşürmesidir. Mükemmel aşınma direncine sahip karbürler de krom elementleri tarafından üretilir.

Dövülebilir Demir Döküm

Dövülebilir dökme demir, ilk olarak beyaz döküm olarak döküme başlanır, daha sonra yaklaşık 950°C'lik sıcaklıklarda iki veya bir gün ısıl işleme tabi tutulur ve daha sonra aynı süre boyunca soğutulur.

Demir karbürdeki karbon daha sonra bu ısıtma ve soğutma işlemi nedeniyle grafit ve ferrit artı karbona dönüşür. Bu düşük bir işlemdir, ancak yüzey geriliminin grafiti pullar yerine küresel parçacıklara dönüştürmesini sağlar.

Sferoidler, düşük en boy oranları nedeniyle nispeten kısadır ve birbirlerinden daha uzaktır. Ayrıca daha düşük bir kesite, yayılan çatlağa ve bir fotona sahiptirler. Pulların aksine, gri dökme demirde bulunan gerilim yoğunlaşma sorunlarının hafifletilmesinde rol oynayan kör sınırlara sahiptirler. Sonuç olarak, dövülebilir dökme demirde bulunan özellikler, doğası gereği yumuşak olan çeliğe daha çok benzer.

Sfero Döküm

Bazen nodüler dökme demir olarak da adlandırılan bu dökme demirin grafiti çok küçük nodüller biçimindedir ve grafit, konsantrik olan ve böylece nodülleri oluşturan katmanlar biçimindedir. Bu nedenle, özelliklerisünek döküm demirgrafit pullarının oluşturduğu gerilim yoğunlaşma etkilerinin olmadığı süngerimsi bir çeliktir.

İçerisindeki karbon konsantrasyon miktarı yaklaşık %3 ila %4'tür ve silisyumunki yaklaşık %1,8 ila %2,8'dir. Bu alaşımlara %0,02 ila %0,1 oranında magnezyum ve yalnızca %0,02 ila %0,04 oranında seryum eklendiğinde grafit çökelmesinin grafit şeritlerinin kenarlarına bağlanma yoluyla büyüme hızı yavaşlar.

Malzeme katılaştıkça karbon, diğer elementlerin dikkatli kontrolü ve süreç boyunca uygun zamanlama nedeniyle küresel parçacıklar halinde ayrılma şansına sahip olabilir. Ortaya çıkan parçacıklar dövülebilir dökme demire benzer, ancak daha büyük kesitlere sahip parçalar dökülebilir.

Alaşım Elementleri

Dökme demirin özellikleri değiştirilir ve dökme demire çeşitli alaşım elementleri veya alaşım maddeleri eklenir. Karbonla aynı doğrultuda, karbonu çözeltiden dışarı atma yeteneğine sahip olduğu için silikon elementi bulunur. Daha küçük bir silikon yüzdesi bunu tam olarak başaramaz çünkü karbonun çözeltide kalmasına izin verir, böylece demir karbür oluşturur ve ayrıca beyaz dökme demir üretir.

Daha büyük bir yüzde veya silisyum konsantrasyonu, karbonu çözeltiden dışarı itebilir ve ardından grafit oluşturabilir ve ayrıca gri dökme demir üretebilir. Belirtilmemiş diğer alaşım maddeleri arasında manganez, krom, titanyum ve ardından vanadyum bulunur. Bunlar silisyuma karşı koyar, ayrıca karbonun tutulmasını ve dolayısıyla karbürlerin oluşumunu da destekler. Nikel ve bakır elementi, mukavemeti ve işlenebilirliği artırdıkları için bir avantaja sahiptir, ancak daha sonra oluşan karbon miktarını değiştiremezler.

Grafit formundaki karbon daha yumuşak bir demirle sonuçlanır, böylece büzülme etkisi azalır, mukavemet düşer ve içerilen yoğunluk azalır. Kükürt içerildiğinde çoğunlukla bir kirleticidir ve grafit oluşumunu engelleyen ve ayrıca sertliği artıran demir sülfür oluşturur.

Kükürtün getirdiği dezavantaj, erimiş dökme demiri viskoz hale getirmesi ve bu da kusurlara neden olmasıdır. Kükürtün etkilerini karşılamak ve ortadan kaldırmak için çözeltiye manganez eklenir. Bunun nedeni, ikisi birleştirildiğinde demir sülfür yerine manganez sülfür oluşturmalarıdır. Ortaya çıkan manganez sülfür eriyikten daha hafiftir ve eriyikten dışarı çıkıp cürufa karışma eğilimindedir.

Kükürtün etkilerini ortadan kaldırmak için gereken yaklaşık manganez miktarı 1,7 birim kükürt içeriği ve üstüne eklenen %0,3'tür. Bu miktardan fazla manganez eklenmesi manganez karbürünün oluşumuyla sonuçlanır ve bu, %1'e kadar manganezin mukavemeti ve içerdiği yoğunluğu artırabildiği gri demir hariç sertliği ve soğumayı artırır. Nikel, perlit ve grafitin yapısını rafine etme eğiliminde olduğu için en genel alaşım elementlerinden biridir, böylece tokluğu iyileştirir ve kesit kalınlıkları arasındaki sertlik farkını dengeler.

Serbest grafiti azaltmak ve bir soğukluk oluşturmak için krom küçük miktarlarda eklenir. Bunun nedeni kromun güçlü bir karbür dengeleyici olması ve bazı durumlarda nikel ile birlikte çalışabilmesidir. Krom için de küçük bir miktarda kalay eklenebilir. Bakır, bir düşük soğukluk, rafine grafit ve akışkanlıkta artış elde etmek için kepçeye veya fırına %0,5 ila %2,5 mertebesinde eklenir. Molibden de %0,3 ila %1 mertebesinde eklenebilir, böylece soğukluk da artırılabilir, grafit rafine edilebilir ve perlit yapısı rafine edilebilir.

Genellikle nikel, bakır ve kromla birlikte çalışarak yüksek mukavemetli demirler üretmek için eklenir. Titanyum elementi gaz giderici ve deoksidan olarak çalışmak ve akışkanlığı artırmak için eklenir. Dökme demire %0,15 ila %0,5 oranında vanadyum elementi eklenir ve sementitin stabilize edilmesine, sertliğin artırılmasına ve aşınma ve ısı etkilerine karşı direnç sağlanmasına yardımcı olur.

Zirkonyum grafit oluşumuna yardımcı olur ve yaklaşık %0,1 ila %0,3 oranlarında eklenir. Bu element ayrıca oksijen giderme ve akışkanlığı artırmada yardımcı olur. Dövülebilir demir eriyiklerinde, ne kadar silisyum eklenebileceğini artırmak için bizmut %0,002 ila %0,01 oranında dökülür. Beyaz demirde, dövülebilir demir üretiminde yardımcı olan ve bizmut elementinin kabalaştırıcı etkisini azaltan bor elementi eklenir.