Dökme demir türlerine genel bir bakış

Bu yazıda farklı dökme demir türleri üzerinde duracağız. Bu farklı türlere geçmeden önce, dökme demirin genel bir tanımını yaparak başlayalım. Dökme demir, %2.11 ile %6.67 arası karbon içeren demir-karbon alaşımlarına verdiğimiz genel bir isim. Bildiğiniz gibi çelikler de demirin karbonla alaşımlanması sonucunda elde ediliyor, fakat dökme demirden farklı olarak çelikler çok daha düşük miktarda karbon içeriyorlar (%2.11’den daha az).

Dökme demirler her ne kadar demirin karbonla alaşımlanmasıyla elde ediliyor olsalar da, sanayide üretilen dökme demirlere baktığımızda, alaşım içinde karbona ek olarak mutlaka yaklaşık %1 ila %3 arasında silisyum olduğunu görüyoruz. Bu açıdan bakıldığında, sanayide üretilen dökme demirleri Fe-C-Si (demir, karbon ve silisyum) alaşımları olarak değerlendirmemizin daha doğru olacağını söyleyebiliriz. Karbon ve silisyuma ek olarak, dökme demirlerde sıklıkla gördüğümüz diğer elemenler arasında manganı ve az miktarda da olsa fosfor ve kükürtü de gösterebiliriz.

Şimdi gelelim dökme demir türlerine. Dökme demirleri birkaç farklı şekilde sınıflandırabiliyoruz. Bu sınıflandırmalardan ilki, karbonun dökme demir yapısında ne şekilde bulunduğuna bakılarak yapılıyor:

• Beyaz dökme demir: Tıpkı çaya attığımız şeker gibi, karbon da sıvı demir içinde tamamen çözünüyor. Eğer dökme demir katılaşırken sıvı içinde çözünen bu karbon sıvı demirin içinden ayrışamaz da, tamamen yapıda çözünmüş olarak kalırsa, ortaya çıkan yapıya beyaz dökme demir adını veriyoruz. Oldukça kırılgan bir yapıya sahip olan beyaz dökme demirler, kırıldıkları zaman parlak, beyaz bir renk sergiledikleri için beyaz dökme demir adıyla anılıyorlar.
• Gri dökme demir: Sıvı dökme demir katılaşırken, çayın içindeki şeker gibi sıvı metalde çözünmüş durumda bulunan karbon, katılaşma sırasında ayrı bir faz olarak ortaya çıkabiliyor. Bu tür bir yapıyı mikroskop altında incelediğimizde, karbonun grafit formunda, gözle görülebilen ayrı bir yapı olarak ayrışmış olduğunu görüyoruz. Karbonun lamel, yani katmanlar halinde ortaya çıktığı bu yapı kırıldığı zaman ortaya mat ve gri bir renk çıktığı için, bu tür dökme demirleri gri dökme demir olarak adlandırıyoruz.
• Benekli dökme demir: Yukarıda bahsettiğimiz beyaz dökme demirler hızlı soğuma koşullarında, gri dökme demirler ise nispeten daha yavaş soğuma koşullarında ortaya çıkıyor. Eğer dökülen parçanın soğuma hızı beyazdan griye geçişin gerçekleştiği bir aralığa denk gelirse, gri ve beyaz yapıların birlikte ortaya çıktığını görmemiz mümkün olabiliyor. Böyle bir parçayı kırdığımız zaman beyaz arka plan üzerinde gri adacıklar ortaya çıktığı için, bu dökme demirleri benekli (İngilizce: mottled) olarak adlandırıyoruz.
• Temper dökme demir: Bu dökme demir türü, aslında beyaz dökme demir olarak katılaştırılyor. Yani karbon tamamıyla yapıda çözünmüş halde kalacak şekilde dökme demirin katılaşması sağlanıyor. Ardından, katılaşmış beyaz dökme demir ısıl işleme tabi tutularak, yapıda çözünmüş halde bulunan karbonun yapından ayrışması sağlanıyor. Bu ısıl işlem sonrasında, karbonun bozuk şekle sahip küreler halinde, kümelenmiş olarak ortaya çıktığını görüyoruz.

Bu sınıflandırmaya ek olarak, eğer katılaşma sonucunda karbon yapıdan ayrışmayı başarabilmişse (gri dökme demirlerde olduğu gibi), ortaya çıkan grafitin biçimsel özelliklerine bakarak ayrı bir sınıflandırma daha yapabiliyoruz:

• Gri (lamel grafitli) dökme demir: Eğer karbon, lahana yaprakları gibi katmanlı bir grafit yapısı ortaya çıkartarak katılaşmışsa, bu tür dökme demirleri gri ya da lamel grafitli dökme demirler olarak adlandırıyoruz. Oksijen ve kükürtün nispeten yüksek olduğu alaşımlarda ortaya çıkan bu yapıyı, yüksek ısı iletkenliği nedeniyle fazla çekinti eğilimi göstermeden katılaştırabiliyoruz.
• Küresel grafitli dökme demir: Adından da anlaşılabileceği gibi, bu yapıda karbonun küresel şekle sahip grafit topları halinde ortaya çıktığını görüyoruz. Grafitin lamel değil de küresel bir yapı haline ayrışabilmesi için, sıvı içinde bulunan oksijen ve kükürtün belli bir seviyenin altına düşürülmesi gerekiyor. Bu nedenle küresel grafitli dökme demir üretirken, sıvı metali oksijen ve kükürtle çok hızlı tepkimeye girebilen magnezyumla işlemden geçirdikten sonra kalıplara döküyoruz.
• Vermiküler grafitli dökme demir: Eğer küresel grafitli dökme demir üretimi sırasında uygulanan magnezyum işlemi yetersiz kalır da grafit tam olarak küreselleştirilemezse, ortaya vermiküler (ya da kompakt) adını verdiğimiz bu grafit yapısı ortaya çıkabiliyor. Lamel ve küresel grafit tipleri arasında bir geçiş formu olan vermiküler grafit, bir yandan küresel grafitin sağladığı yüksek mekanik özellikleri dökme demire sağlarken, aynı zamanda yüksek ısı iletkenliği sayesinde çekinti eğiliminin azalmasına da yol açıyor. Küresel grafitli dökme demir üretiminde karşılaşıldığı takdirde bir hata olarak değerlendirilen bu yapı, yukarıda bahsedilen avantajları nedeniyle birçok dökümhane tarafından bilinçli olarak da dökülüyor.

Vermiküler grafitli dökme demir (Resim: Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0)

Dökme demirleri kompozisyonlarına bakarak da sınıflandırabiliyoruz. Son olarak, dökme demirin karbon eşdeğerine (%C + (%Si + %P)/3) bakılarak yapılan bu sınıflandırmadan bahsedelim:

• Ötektik altı dökme demir: Dökme demirin karbon eşdeğeri ötektik kompozisyonun (%4.3) altındaysa, bu dökme demirleri ötektik altı ya da hipoötektik dökme demir olarak adlandırıyoruz.
• Ötektik üstü dökme demir: Yukarıdaki tariften de anlaşılabileceği gibi, dökme demirin karbon eşdeğeri ötektik kompozisyonun (%4.3) üzerindeyse, bu dökme demirleri ötektik üstü ya da hiperötektik olarak adlandırıyoruz.
• Ötektik dökme demir: Dökme demir eğer tam olarak ötektik kompozisyona sahipse, yani karbon eşdeğeri %4.3’e eşitse, bu tür dökme demirleri ötektik olarak adlandırıyoruz
• Alaşımlı dökme demirler: Yukarıda bahsi geçen dökme demir türlerine ek olarak, farklı alaşım elementleri kullanılarak da dökme demirlerin farklı özelliklere sahip olması sağlanabiliyor. Bu tür dökme demirleri genel olarak alaşımlı dökme demirler adıyla sınıflandırıyoruz.

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.)