Gri dökme demirde titanyumun etkisi

Dökümhane Akademi’de yayımlanan yazıları takip eden okuyucularımız diğer yazılardan hatırlıyor olabilir: Titanyum (Ti), eser miktarda olduğunda bile dökme demirlerin özelliklerini etkileyebilen bir element. Örneğin küresel grafitli (sfero) dökme demirde az miktarda titanyumun bulunması, grafit kürelerinin kısmı bir şekilde bozunmasına neden olarak, sivri ya da iğnemsi (spiky) adını verdiğimiz grafit yapısını ortaya çıkartıyor.

Küresel grafitli dökme demirdeki bu etkisi her ne kadar biliniyor olsa da, titanyumun gri dökme demirin özelliklerini tam olarak nasıl etkilediği zaman zaman göz ardı edilebiliyor. Bu yazıda, titanyumun gri dökme demir üzerindeki etkisini ele alacağız.

Titanyuma dair hatırlamamız gereken iki önemli nokta

Aslında titanyuma dair iki önemli noktayı aklımıza getirdiğimiz zaman, fazla zorlanmadan nasıl bir etki beklememiz gerektiği konusunda tahminler yürütebiliyoruz. Her şeyden önce titanyumun karbür yapıcı bir element olduğunu biliyoruz: Dolayısıyla, bu elementin miktarının fazla olduğu durumlarda titanyum karbür (TiC) parçacıklarının oluşabileceğini akıl yürütme yoluyla tahmin edebiliyoruz. Titanyum sadece karbon atomlarına değil, azot ve oksijen gibi elementlere de ilgi duyuyor: Dolayısıyla alaşımda titanyum olduğunda, yapıda sadece karbür parçacıklarının değil, oksit (TiO2) ve nitrür (TiN) parçacıklarının da oluşmalarını bekliyoruz.

Titanyuma dair ikinci hatırlamamız gereken şey ise, küresel grafitlerin yapısı üzerindeki etkisi: Alaşımda az miktarda bulunduğunda bile grafit parçacıklarının şeklini bozan bu elementin, gri dökme demirde de benzer bir etki yaratabileceğini, yani grafit şekline dair bir problem yaratabileceğini tahmin edebiliyoruz.

Yani uzun lafın kısası, yine grafitle uğraşan bir element var karşımızda gibi görünüyor: Az miktarda olduğunda grafitin biçimsel özelliklerini etkiliyor, miktarı arttığında ise karbon atomlarını bloklayarak karbür oluşturuyor.

Bakalım tahminlerimizde haklı mıyız?

Titanyumun gri dökme demirdeki etkisi

Titanyumun hem karbür yapıcı, hem de oksit ve nitrür oluşturabilen bir element olduğu ve bu nedenle sertliği arttırdığı doğru. Örneğin Matveeva’nın [1] çalışmasında, titanyumun bu etkilerini açık bir şekilde görebiliyoruz. Bu nedenle gri dökme demirin sertliğini arttırmak için zaman zaman bu elementten faydalanabiliyoruz.

Titanyum, karbür yapıcı bir element olması nedeniye, ötektik dönüşüm sırasında ortaya çıkan aşırı soğuma miktarını arttırıyor [2]. Gri dökme demir katılaşmasında aşırı soğumanın yüksek olduğu durumlarda, aşırı soğumuş grafit olarak da adlandırılan D- ve E-tipi grafitin oluşmaya başladığını biliyoruz. Bu nedenle yapıda az miktarda titanyum olduğunda, doğal olarak bu aşırı soğumuş grafit tiplerinin ortaya çıkmaya başladığını görüyoruz. Örneğin aşağıdaki mikroyapı resimleri üzerinde, az miktarda titanyumun grafit parçacıklarını nasıl D-tipine dönüştürdüğünü görebilirsiniz.

Ne oranda Ti tehlikeli?

Biraz da miktarlar üzerinde duralım: Literatürde sunulan bilgilere göre, gri dökme demirde D-tipi grafit yapısının ortaya çıkması için titanyumun %0,1 seviyesinde olması yeterli geliyor [2]. Bu seviyede titanyum içeren dökme demirlerde yavaş yavaş, lokal olarak kümelenmiş D-tipi grafit adacıkları görmeye başlıyoruz. Titanyum miktarı daha da arttığında ve %0,25 – %0,35 seviyelerine geldiğinde ise, yapının tümden D-tipi grafit sergilemeye başladığını görüyoruz. Ayrıca bu seviyelerdeki titanyum miktarı, karbür (TiC) parçacıklarının oluşması için de yeterli geliyor. Tane sınırlarına yerleşen ve ufak küresel parçacıklar halinde kendini gösteren bu karbür parçacıklarının miktarı, titanyum miktarı arttıkça doğal olarak bir artış gösteriyor.

Kaynaklar ve ek bilgiler

  1. Effect of chromium and titanium on structure and properties of white cast iron. M.O. Matveeva. Metallurgical and Mining Industry, Vol. 2 (2010) 17.
  2. Effect of titanium on the near eutectic gray iron. E. Moumeni, N.S. Tiedje, J.H. Hattel. 12th International Foundrymen Conference (2012) Croatia.

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.)