Çil probleminin tahmininizden farklı bir nedeni olabilir

Dökümhanelerde çalışan her mühendis, kariyerinin bir aşamasında çil problemiyle uğraşmıştır. Özellikle ince kesitlerde ortaya çıkan bu problem, çoğu zaman yüksek soğuma hızıyla ve/veya yetersiz aşılamayla ilişkilendirilir. Bu nedenle çil problemiyle uğraşan dökümhanelerin genellikle kullandıkları aşı miktarını arttırarak, ya da farklı aşı malzemeleri deneyerek bir çözüm yolu bulmaya çalıştıklarını görürüz.

Çil dediğimiz bu yapı (İngilizce: chill), aslında metalurji terminolojisinde beyaz dökme demir olarak da bilinen karbür yapısı. Ötektik dönüşüm sırasında grafit ayrışması için uygun koşullar sağlanamadığında, sıvı içinde çözünmüş durumda bulunan karbon, grafit halinde ayrı bir faz olarak ayrışamıyor. Bunun doğal sonucu olarak karbon atomları sıvı metal içinde çözünmüş durumda kalmaya devam ediyorlar. Ötektik katılaşma sırasında sıvı içindeki karbonu atamadan donuyor ve karbür (çil) adını verdiğimiz bu sert ve kırılgan yapı ortaya çıkıyor.

Çoğu dökümhane çil problemiyle karşılaştığında, yukarıda anlattığımız senaryo üzerinden düşünerek, bu problemi gidermek için kullandıkları aşı miktarını arttırma yoluna gidebiliyor. Her ne kadar akla gelen ilk çözüm yolu bu olsa da, çil oluşumunun ardında farklı bir neden yatıyor olabilir. Çil oluşumunun gerçek nedenini ve doğru çözüm yolunu bulmak için, oluşan karbürün mikroskop altında nasıl bir yapı sergilediğine bakmak, çoğu durumda bize yol gösterebiliyor.

Örneğin çil oluşumu gerçekten de ince kesitlerde soğuma hızının yüksek olması veya aşılamaya dayalı bir sorundan kaynaklanıyorsa, o zaman karbürün ledebürit yapısında oluştuğunu görüyoruz (soldaki resim). Bu yapıyı mikroskop altında incelediğimizde, açık renk görünen sürekli bir karbür fazı içinde koyu renkli adacıklar görüyoruz.

Dökme demirde oluşan karbürler, mikroskop altında ince çubuklar halinde de görünebiliyorlar (sağdaki resimde ortadaki ince çubuklar). Aslında plakalar halinde çökelen bu karbürler, bir kesit üzerinden alınan iki boyutlu görüntüde çubuk şeklinde görünüyorlar. Çil yapısı mikroskop altında çubuksu karbürler halinde görünüyorsa, Mg ile yapılan küreselleştirme işleminde gereğinden fazla Mg kullanıldığı ya da kuvveti bir grafit yapıcı olan silisyum miktarının yetersiz olduğu anlaşılabilir. Magnezyum, hem oksijenle, hem de kükürtle bileşik oluşturma eğiliminde olan bir element olduğu için, gereğinden fazla miktarda Mg kullanıldığında, sıvıdaki oksijen ve kükürt seviyelerinin oldukça düşük seviyelere gerilediğini görüyoruz. Sıvı metale eklenen aşının çalışabilmesi için sıvıda mutlaka belli bir miktar oksijen ve kükürt olması gerektiği, aşılama üzerine yayımladığımız çeşitlik makale ve derslerde açıklanıyor. Oksijen ve kükürt seviyesi çok düşük seviyelere indiğinde, grafit ayrışması sağlanamadığı için kaçınılmaz olarak çil oluştuğunu görüyoruz.

Ters çil oluşması durumunda da karbür parçacıklarının benzer şekilde, çubuğu andırır bir yapı sergilediklerini görüyoruz. Daha ziyade büyük ve dairesel kesite sahip parçalarda gözlenen bu durum, karbür yapıcı elementlerin sıvıda birikip orta kesimde kümelenmesi, ve bu bölgede kuvvetli bir karbür yapıcı etki ortaya çıkarması nedeniyle ortaya çıkıyor.

Sonuç olarak çil genellikle hızlı soğuma ve/veya yetersiz aşı kullanımıyla ilişkilendirilen bir sorun olsa da, farklı nedenlere bağlı olarak da bu problemin ortaya çıktığını görebiliyoruz. Yukarıda da anlatıldığı gibi, basit bir metalografi çalışması sayesinde sorunun gerçek nedenini ve doğru çözüm yolunu bulabiliyoruz. Yani problemi ezbere yöntemlerle çözmek yerine durup biraz daha yakından baktığımızda, sorunun gerçek kaynağını ve doğru çözüm yolunu kolayca görmemiz mümkün olabiliyor.

Kaynaklar ve ek bilgiler

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.

Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)