Kish grafit nedir?
Lamel grafitli gri dökme demirdeki büyük grafit yapraklarının kish grafit olarak adlandırıldığını siz de muhtemelen duymuşsunuzdur. Fakat kish grafit ifadesinin aslında farklı bir anlamı daha var: Kish grafit, kelime anlamı olarak, sıvı dökme demir yüzeyinde bulunan grafit ve cüruf karışımına verilen isim. Yani biz her ne kadar bu kelimeyi gri dökme demirde bulunan kaba grafit yapraklarıyla ilişkilendirmiş olsak da, eski dökümcülerin Almanca’daki “Kies” kelimesinden yola çıkarak, sıvı dökme demir yüzeyinde gördükleri bu grafit-cüruf karışımına “kish grafit” adını verdikleri düşünülüyor. Zaten bu nedenle kish grafitten bazı Türkçe kaynaklarda köpük grafit adıyla bahsedildiğini de görebiliyoruz.
Her ne kadar kish ifadesinin kökeni farklı olsa da, yukarıda da belirttiğimiz gibi günümüzde kish grafit ifadesini, gri dökme demirde gördüğümüz C-tipi grafit içinde yer alan büyük, kaba grafit parçacıklarını adlandırmak için kullanıyoruz. İlk bakışta bir anlam kayması olmuş gibi görünüyor olabilir; fakat bu iki tarif de aslında benzer bir noktaya işaret ediyor. Bu benzerliği anlamak için, öncelikle kish grafitin oluşum sürecine bakmamız gerekiyor.
Kish grafit nasıl oluşuyor?
Dikkatli okuyucularımız hatırlayacaktır: Dökümhane Akademi’de yayımladığımız başka bir yazıda, sferoda görülen karbon yüzmesi problemi üzerinde durmuştuk. Kısaca hatırlatmak gerekirse, karbon yüzmesinde şöyle bir durumla karşılaşıyoruz: Karbon eşdeğerinin yüksek olduğu ötektik üstü (hiperötektik) sfero dökme demirlerde, katılaşma ilk olarak grafit kürelerinin çekirdeklenmesiyle başlıyor. Sıvı dökme demire kıyasla daha hafif olan bu grafit parçacıkları, tıpkı bir bardak gazozun içindeki gaz kabarcıklarının yüzeye çıkması gibi, döküm sonrasında kalıp içinde yüzeye doğru çıkıp, parça yüzeyinde birikebiliyorlar. Bu sorunu gidermek için grafitin bu kadar erken çekirdeklenmesini engellememiz, yani karbon eşdeğerini düşürmemiz gerekiyor.
Kish grafit adını verdiğimiz bu büyük grafit parçacıklarını, yukarıda sfero için anlattığımız durumun gri dökme demirdeki karşılığı gibi düşünebiliriz. Karbon eşdeğeri yüksek olduğunda oluşan lamel grafit yaprakları daha potadayken çökelebildikleri için, sıvı yüzeyinde birikerek bir grafit-cüruf karışımının ortaya çıkmasına yol açabiliyorlar.
Bu yazının girişinde, kish grafit ifadesinin günümüzde ötektik üstü kompozisyona sahip dökme demirlerde karşımıza çıkan birincil, büyük grafit parçacıklarını temsil ettiğini belirtmiştik. Yani aslında yine ötektik üstü kompozisyondan kaynaklanan birincil grafit oluşumundan bahsediyoruz: Bu parçacıkların oluşmuş olması dökme demirin ötektik üstü kompozisyona sahip olduğunu ve bu büyük yaprakların ötektik tepkime sırasında değil, sıcaklık grafit likidüsünün altına düştüğünde ortaya çıktıklarını gösteriyor.
Bu kaba grafit parçacıkları mikroskop altında mutlaka yukarıdaki resimde gösterildiği şekilde uzun çubuklar halinde değil, örümceği andıran bir şekilde dallantılar yaparak da karşımıza çıkabiliyor. Bu tür kaba grafit parçacıklarını genellikle ötektik üstü kompozisyona sahip ince kesitli parçalarda görüyoruz.
Nasıl giderilebilir?
Kish grafiti sadece giderilmesi gereken bir sorun olarak değerlendirmek doğru olmaz. Bu büyük grafit parçacıklarının etkisi nedeniyle, bu grafit yapısını sergileyen gri dökme demir parçaların ısı iletkenliklerinin oldukça yüksek olduğunu görüyoruz. O yüzden yüksek ısı iletkenliğinin istendiği bazı uygulamalarda, bu grafit yapısı özellikle isteniyor olabilir.
Fakat eğer bu grafit parçacıkları bizim arzumuzun dışında ortaya çıkmışlarsa, o zaman bu büyük parçacıklardan kurtulmak için dikkat etmemiz gereken birkaç önemli nokta bulunuyor:
1. Karbon eşdeğeri yüksek
Yukarıda da belirttiğimiz gibi, kish grafit ötektik üstü kompozisyona sahip alaşımlarda ortaya çıkıyor. O nedenle alınacak ilk önlem, alaşımın karbon eşdeğerinin ötektik kompozisyonun altında olduğu teyit etmek olmalı. Gri dökme demir alaşımları her ne kadar çoğu zaman ötektik altı kompozisyonda dökülseler de, bu ilk muhtemel nedeni kontrol etmekte fayda var. Eğer kompozisyona dair bir problem görmüyorsanız, spektrometre ölçümlerinin sizi yanıltıyor olma ihtimaline karşılık bir de likidüs sıcaklığı ölçümüyle karbon eşdeğerinizi kontrol etmenizi tavsiye ederiz.
2. Aşı miktarı çok yüksek (aşırı soğuma miktarı çok düşük)
Aşı miktarının gereğinden fazla olması, sıvı dökme demirin çok düşük miktarda, hatta zaman zaman negatif aşırı soğuma yapmasına neden olabilir. Bu durumda eğer minimum ötektik sıcaklık, likidüs sıcaklığıyla çakışacak kadar yukarı çıkmışsa, alaşım ötektik altı kompozisyona sahip olmasına rağmen, ötektik üstü katılaşmanın gerçekleştiğini ve bu yazıda bahsettiğimiz kaba grafit parçacıklarının ortaya çıktığını görebiliriz. O nedenle gri dökme demir üreten dökümhanelerin soğuma eğrisi analiziyle katılaşma sürecini izlemeleri ve hem kompozisyon hem de aşı ayarı için bu bilgiyi kullanmaları tavsiye edilebilir.
3. Kükürt miktarının etkisi
Kükürt miktarının etkisi konusunda net bir şey söylemek zor. Çünkü teknik literatüre baktığımız zaman, kish grafit oluşumunu engellemek için hem düşük kükürt öneren, hem de yüksek kükürt öneren çalışmalar olduğunu görebiliyoruz. Örneğin Bockris’in [2] çalışmasında, sıvıdaki kükürt miktarı yüksek olduğunda kish grafit oluşumunun engellendiğini görüyoruz. Bu çalışmada, yüksek miktardaki kükürtün karbür yapıcı etkisi nedeniyle, fazladan karbonun sıvı çözelti içinde kaldığı ve bu şekilde kish grafit oluşumunun engellendiği iddia ediliyor. Fakat Liu’nun [3] çalışmasına baktığımız zaman, yüksek kükürtün grafit ve sıvı arasındaki arayüzey enerjisini düşürmesi sonucunda, kish grafit oluşumunun kolaylaştığının iddia edildiğini görüyoruz.
Bu çelişkili sonuçlar kükürtün etkisini net bir çerçeveye oturtmamızı zorlaştırsa da, kükürtün çok yüksek olması durumunda bir risk oluşabileceğini aklımızda tutmamızda fayda var.
Kaynaklar ve ek bilgiler
- Metallography and microstructures of cast iron. J.M. Radzikowska. ASM Handbook Vol.9 Metallography and Microstructures. ASM International.
- Solutes in liquid iron, Part 2.-The influence of sulphur on the solubility and activity coefficient of carbon. J.A. Kitchener, J.O’M. Bockris, D.A. Spratt. Trans. Faraday Soc. Metals 48 (1952) 608.
- The mechanism of formation of kish graphite and its resultant morphology.S. Liu, C.R. Loper. Conference proceedings: Cast Iron IV (1990) Materials Research Society.
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.)
