Dökme Demirler

 

Murat SAKALAR

             Makine Mühendisi

GİRİŞ

Dökme demirler , %2’den fazla oranda karbon içeren demir-karbon alaşımlarıdır. Başlıca çeşitleri Kır , Temper , Beyaz , Alaca ve Küresel grafitli dökme demirlerdir. Bütün dökme demirlerin yapısında genel olarak şu bileşenler mevcuttur.

C           % 2 - 4        

Si          % 0,4 - 3     

Mn         % 0,4 - 0,8

P           % 0,1 - 0,8 

Demir dökümlerin mekanik özelliklerini en fazla etkileyen bileşen karbondur. Yapıdaki karbon , ya bileşik halde (sementit) yada serbest halde (grafit) olarak bulunur. Grafitli dökme demirler ise , grafitin yapısına göre çeşitlilik arzeder. Başlıcaları ;

·       Lamel Grafitli ( Gri ) dökme demir

·       Rozet Grafitli ( Temper ) dökme demir

·       Küresel Grafitli dökme demir                olarak adlandırılır.

Grafitlerin yapıdaki şekli , sayısı ve büyüklüğü malzemenin mukavemetini önemli ölçüde etkiler. Grafitlerin ince tabakalı ve keskin köşeli olması , iç gerilmelere sebep olur ; bu bölgelerde kırılma ve çatlamalar meydana gelir. Grafitlerin lamel şekilli olması sebebiyle, mevcut yapının çekme mukavemeti değeri  60-100 kgf/mm² ‘den 10-30 kgf/mm² ‘ye düşmektedir. Ayrıca lamel grafitli dökme demirler gevrek olduğundan uzama oranı da %0-3 civarındadır. Temper dökme demirlerde ise , yumuşatma tavlaması ile çekme mukavemeti 32-42 kgf/mm² değerlerine ulaşabilir.

Endüstride ihtiyaç duyduğumuz , iyi özelliklere sahip olan küresel grafitli dökme demirler , çelik dökümden daha ekonomik ve diğer dökme demirlere göre daha yüksek mukavemetlidir. Küresel grafitli dökme demirler , lamel grafitlerinin küreleştirilmesiyle elde edilir. Bu işlem için sıvı metale belli oranlarda ve yöntemlerle Mg ve Ce ilave edilir. Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da ihtiyacı karşılamaktadır. Ancak küreleştirmenin başarılı olması için , ham malzemenin kükürt miktarı %0,02 civarına düşürülmesi gerekir. Küresel grafitli dökme demirler , bu önemli özellikleri nedeniyle otomotiv sanayinde en çok kullanılan dökme demir çeşididir.

 

KÜresel grafİtlİ dÖkme demİrlerİN OTOMOTİV SANAYİNDEKİ YERİ

 

       1948 yılında dünyada kullanımı başlanan küresel grafitli dökme demirler , bundan yaklaşık 20 yıl sonra ülkemizde üretilmiştir. 1970’den itibaren üretimi artan küresel grafitli dökme demirler , mühendislik açısından çeliğin birçok avantajını ve dökme demirlerin ekonomik talaşlı işlenebilme özelliğini biraraya getirmektedir. Bu üstün özellikleri sayesinde , kır dökme demir , temper dökme demir ve çelik döküm yerine kullanılır. Yüksek mukavemet ve iyi aşınma direnci istenilen birçok yerde geniş kullanım alanına sahiptir.

       Örneğin otomobil krank milleri , küresel grafitli dökme demirden üretildiğinde daha iyi sonuç vermektedir. Burada küresel grafitli dökme demir ile üretilmesinin sebebi üstün işlenebilirlik özelliği ve elastisite modülünün yüksek olmasıdır. Ayrıca çeliğe göre kıyaslandığında daha yüksek aşınma direnci görülmüştür. Kama gibi makine elemanlarının esnek ve iyi işlenebilir olması gerektiğinden , küresel grafitli dökme demirden yapılmaktadır.

       Küresel grafitli dökme demirlerin korozyon direnci , farklı korozif ortamlarda kır dökme demirin özelliklerine benzerdir. Yüksek sıcaklıklarda ise oksidasyon direnci bakımından , kır dökme demire göre üstünlük sağlar. Küresel grafitli dökme demirler , termal şok direnci gerektiren santrifüj pompa gövdelerinde ve valflerde de kullanılır. Çünkü 870°C ye kadar çatlamadan çalışabilirler.

       Küresel grafitli dökme demirlerin kullanım alanını genişleten bir başka sebep ise , çeliğe uygulanan ısıl işlemlere benzer işlemlerle istenilen mekanik özelliklere sahip olabilmesidir. Ayrıca titreşim sönümleme açısından bakılırsa küresel grafitli dökme demirler , çelik döküme göre 2,5 kat daha iyidir. Lamel grafitli dökme demir ise küresel grafitli dökme demirlere göre 1,5 kat daha iyidir.

       Küresel grafitli dökme demirlerin otomotiv sanayinde kullanımı geniş olmakla beraber , bunların bazı çeşitleri ve parça adları aşağıda belirtildiği gibidir.

      

      

KÜresel grafitli dÖkme demir ÇeŞitleri	ÖZELLİKLER	PARÇA  ADI
Amerikan        TS 60-45-15        38	*Ferritik yapılı , *minimum tokluk , *iyi işlenebilme , *kaynak edilebilir	valfler , silindir gömleği , pompa gövdesi ve darbe dayanıklı parçalar
80-60-03        50	*Perlitik yapılı , *tokluk ve işlenebilme özelliği iyi , *alevle veya indüksiyonla sertleştirilebilir , *metalik kalıplara dökülerek aşınmaya karşı dayanıklı parçalar elde edilir	Dişliler , kamlar , yatak gövdeleri , pistonlar ve krank milleri
100-70-03       70	Perlitik yapıda olan bu malzemeler normalizasyon ve temperleme veya alaşımlandırma ile yapılır. Sertleştirilebilme , tokluk ve aşınma direnci gösterirler.	Dişliler , krank milleri , akslar , kamalar , tekerlek göbekleri , bilezikler , volanlar , egzost manifoldları , traktör ve diğer ziraat aletleri
120-90-02	Su verilerek sertleştirilir ve temperlenir. Kalın parçalarda Ni ve Mo alaşımları ilave edilir.	Pinyon dişlileri , kamlar , dişli takım ve kolları , pompa silindir gömlekleri , dişli kutuları , poryalar , ön tekerlek çatalları , pedallar , traktör sevk ve iade mekanizmaları

 

Çekme mukavemeti

Küresel grafitli dökme demirlerde çekme mukavemeti , bünyeye ve uygulanan ısıl işleme göre farklılık gösterir. Genel olarak bu dökme demirlerin çekme mukavemeti 40-80 kgf/mm² arasıdır. Küresel grafitli dökme demirlerin çekme mukavemeti ve akma noktası gibi özellikleri çeliklere yakın olup , diğer dökme demirlerden daha iyidir. Ferritik bünyeli küresel grafitli dökme demirlerde akma sınırı düşük , uzama oranı yüksektir ; zira bünye sünek yapılıdır.

              Küresel grafitli dökme demirlerde çekme mukavemeti ve uzama , cidar kalınlığına da bağlıdır. Cidar kalınlığı arttıkça uzama oranı ve çekme mukavemeti düşer. Bu azalma miktarı ısıl işemle de değişmektedir. Yumuşak tavlanmış küresel grafitli dökme demirlerde , cidar kalınlığına bağlı olarak uzama miktarı , ısıl işlem görmemiş döküme göre daha çok azalma göstermektedir. Çekme mukavemetindeki azalma ise döküm halinde daha fazladır.

Darbe ve şok mukavemeti

              Küresel grafitli dökme demirler ani sıcaklık değişimlerine iyi mukavemet gösterse de çatlamalar olabilir. Bu çatlamalar küresel grafitler tarafından malzeme içine ulaşmadan önlenir. Bu açıdan ısıl değişimlere maruz kalan yerlerde başarılıdırlar. Küresel grafitli dökme demirlerde sıcaklık arttıkça darbe dayanımı da artar. Ancak bileşimdeki C ve Si oranı arttıkça , aynı sıcaklıklarda darbe enerjileri azalma gösterir.

 

       Lamel grafitli dökme demir parçalar           Küresel grafitli dökme demir parçalar

       *Motor bloğu                                                *Motor taşıyıcı

       *Fren diski                                                   *Şanzıman taşıyıcı

       *Kampana                                                    *Diferansiyel gövdesi ve çanı

     *Yağ pompalama çubuğu                          *Porya

    *Su pompası pervanesi                               *Kam mili

    *Denge parçası                                            *Yardımcı şaft kayıcısı

    *Krank kepi                                                   *Distribütör dişlisi

    *Manifold                                                       *Kompresör taşıyıcı

    *Vantilatör kasnağı                                      *Egzost manifoldu

    *Fren diski                                                    *Ön aks taşıyıcısı

    *Su pompası gövdesi                                  *Tekerlek poryası

    *Volan                                                           *Diferansiyel taşıyıcı

 

Kaynak

 

I. Otomotiv ve Yan sanayi Sempozyumu ; TMMOB Makine Mühendisleri Odası ; 1985

             <<< GeriDön      5 yukarı