Karbon eşdeğerini yanlış hesaplıyor olabilir misiniz?

Dökme demir, saf demir ve saf karbonun alaşımlanmasıyla da elde edilebiliyor. Sadece bu iki saf malzemenin karışımı sonucunda elde edilen ve denge koşullarında katılaştırılan bir dökme demirde ötektik kompozisyonun tam olarak %4,3 C değerine denk gelmesi gerektiğini denge faz diyagramından biliyoruz. Fakat dökümhanelerde üretilen dökme demirlerin kompozisyonlarına baktığımızda demir ve karbona ek olarak silisyum, mangan, fosfor, kükürt, nikel ve magnezyum gibi daha birçok elementin alaşımda bulunduğunu görüyoruz. Dökme demirin ötektik noktasını değerlendirirken, kaçınılmaz olarak bu elementlerin de dikkat alınması gerekiyor.

Bir dökme demir kompozisyonunun, ötektik noktaya kıyasla nerede bulunduğunu değerlendirmek için, tüm dökümcülerin bildiği gibi, karbon eşdeğeri adını verdiğimiz bir kavramdan faydalanıyoruz. Karbon eşdeğeri kavramının espirisi şu: Alaşımda bulunan bazı elementler, dökme demirin sıvılaşma (likidüs) sıcaklığını, dolayısıyla da ötektik noktanın konumunu tıpkı karbon gibi etkileyebiliyor. En dikkate değer etkiyi yaratan elementler ise silisyum ve fosfor. Her iki element de ötektik noktanın denge faz diyagramı üzerinde bir miktar sola doğru kaymasına yol açıyor. Diğer bir deyişle, ötektiğin içerdiği karbon miktarının azalmasına sebebiyet veriyorlar. Silisyum, örneğin, sıvılaşma (likidüs) sıcaklığı üzerinde karbona kıyasla 1/4 oranında bir etki yaratırken, fosfor karbonun yarattığı etkinin yarısı kadar bir etki ortaya çıkartıyor. Yani, dökme demirdeki silisyum miktarını %0,8 arttırmak, aslında karbon miktarını %0,2 arttırmakla aynı kapıya çıkıyor. Benzer şekilde, fosfor miktarını %0,04 arttırdığımız zaman, sıvılaşma sıcaklığı sanki karbonu %0,02 arttırmışız gibi etkileniyor.

Kompozisyonun ötektik noktadan ne kadar uzakta olduğunu bilmemiz, birçok döküm hatasından korunabilmemiz için büyük önem taşıyor. Örneğin karbon eşdeğerini doğru analiz edemez de ötektik üstü (hiperötektik) bir kompozisyon dökerseniz, küresel grafitli dökme demirde karbon yüzmesi sorununa davetiye çıkarabilir, lamel grafitli dökme demirde ise kiş grafit oluşumunu tetikleyerek, işleme sonunda malzemenin pürüzlü bir yüzey sergilemesine yol açabilirsiniz.

Doğru karbon eşdeğerini nasıl bulabilirsiniz?

Karbon eşdeğeri iki farklı eşitlikle tanımlanıyor. Bunlardan ilki ve belki daha yaygın olarak bilineni, hem silisyumun, hem de fosforun üçte birini dikkate alarak bir değerlendirme yapıyor (CE ya da CEV):

Bu eşitlikten farklı olarak, sıvılaşma karbon eşdeğeri (CEL; carbon equivalent liquidus) adını verdiğimiz bir eşitlik daha var:

Bu ikinci eşitlik ile hesaplanan değer ile sıvılaşma (likidüs) sıcaklığı arasında doğrusal bir ilişki bulunuyor. Dolayısıyla dökme demirin sıvılaşma sıcaklığını ölçerek, karbon eşdeğerini kesin bir doğrulukla tayin etmemiz mümkün olabiliyor. Aşağıdaki resim üzerinde, karbon eşdeğeri ve sıvılaşma sıcaklığı arasında ilişki açık bir şekilde gösteriliyor. Sıvılaşma sıcaklığı soğuma eğrisi üzerindeki birinci büküm noktasında kendisini gösterdiği için, karbon eşdeğerinin yüksek bir hassasiyetle tayin edilebilmesine olanak sağlıyor.

Karbon eşdeğeri kimyasal analiz yöntemiyle (spektrometre gibi) hesaplandığında dökümcüleri yanıltabiliyor. Bunun başlıca nedeni, teknik literatürde de görülebileceği üzere, ötektik noktanın alaşımda bulunan ve yukarıdaki eşitlikte yer almayan birçok farklı elementten az da olsa etkilenebiliyor olması. Bunun yanında, ötektik noktanın parçanın soğuma hızına bağlı olarak da bir miktar değişebildiğini biliyoruz (demir-karbon denge faz diyagramının sadece denge koşulları için geçerli olduğunu unutmamakta fayda var). Kimyasal analiz ile hesaplanan karbon eşdeğeri, bu gibi etkileri dikkate almadığı gibi, grafit ayrışması olması durumunda da hatalı sonuçlar vererek dökümcüleri yanıltabiliyor. Bu nedenle, özellikle ötektik noktaya yakın kompozisyonları dökerken, karbon eşdeğerinin sıvılaşma sıcaklığı üzerinden tayin edilmesi, dökümcülerin kompozisyona bağlı hataların önüne geçebilmeleri açısından büyük önem taşıyor.

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.)