Küresel grafitli dökme demirde dross problemi

Öncelike dross’un tarifini yaparak başlayalım: Dökme demirlerde gözlemlediğimiz şekliyle dross, magnezyum işlemi sonrasında bir yan etki olarak ortaya çıkan bir problem. Bu ifadeden de anlaşılabileceği üzere, dross oluşumu için mutlaka dökme demirin yapısında bir miktar magnezyum bulunması gerekiyor. Bu nedenle dross lamel grafitli (gri) dökme demirlerde değil, magnezyum işleminden geçen küresel grafitli dökme demirlerde karşımıza çıkıyor.

Dökme demir üretiminde uygulanan magnezyum işlemi, sıvı metal içindeki çözünmüş oksijen ve kükürt oranlarını belli bir seviyenin altına düşürmek için yapılıyor. Bu işlem sırasında eğer gereğinden fazla miktarda magnezyum kullanılırsa, arta kalan magnezyum silisyum ve oksijenle birleşerek ince zar yapısında çeşitli magnezyum silikat filmleri ortaya çıkartabiliyor. Düşük ergime noktasına sahip işte bu silikat filmlerini dross olarak adlandırıyoruz. Sıvı dökme demire kıyasla çok daha hafif olan zar yapısındaki bu filmler yüzeye doğru yüzme eğiliminde oldukları için, dross’un genellikle parçanın üst kısımlarında ve maça altlarında kümelendiğini görüyoruz. Bu yüzden dross’u dökülen parçaların yüzeyinde, pürüzlü bir yüzeye sahip kümelenmiş zar tabakaları halinde tespit ediyoruz. Fakat bu ifadenin, dross sadece yüzeye yakın kısımlarda görülür şeklinde anlaşılması yanlış olur: dökülen parçaların iç kısımlarında da dross görmek mümkün olabilir.

Dağlanmamış bir mikroyapıda dross görüntüsü. Resim: giessereilexikon.com

Dross’u, sıvı içine girip katılaşmış bir curuf kalıntısı olarak değerlendirmemeliyiz. Curuf, sıvı metalin yüzeyinde oluşan bir tabaka. Zaman zaman bu tabakadan kopup sıvı içine girmiş kalıntıların parça yapısında bulunduğunu görebiliyoruz. Dış kaynaklı (İngilizce: exogenous) kalıntı olarak değerlendirdiğimiz bu durum, dross adını verdiğimiz problemden farklı. Dross, sıvı alaşım soğurken sıvının içinde oluştuğu için, curuf gibi dış kaynaklı değil, iç kaynaklı (İngilizce: endogenous) bir kalıntı olarak değerlendiriliyor.

Küresel grafitli dökme demirde dross problemini tamamıyla ortadan kaldırmak bir hayli zor. Fakat uygun döküm pratiğiyle, dökümhanelerin bu sorunu kontrol altına almaları mümkün olabiliyor. Dross oluşumunun, magnezyum işlemi sonrasında arta kalan magnezyum miktarıyla ilişkili olduğunu yukarıda belirtmiştik. Dolayısıyla dross probleminden kurtulmak için, ilk olarak bu işlem sırasında eklenen magnezyum miktarının mümkün olduğunca düşük seviyelere çekilmesi gerekiyor. Tabii magnezyum miktarı gereğinden fazla azaltıldığında, vermiküler grafit yapısının ortaya çıkabileceğini unutmamakta fayda var. Dolayısıyla bu ayarlamanın dikkatli bir şekilde yapılması gerekiyor.

Dross’un bir tür silikat olması nedeniyle, dross oluşumu için sıvı içinde bir miktar silisyum da (Si) bulunması gerekiyor. Dökümhanelerde dökülen sfero dökme demirleride mutlaka %2 – %3 civarında Si bulunuyor. Bu yüzden silisyumu dökme demirden tamamen çıkartmak mümkün değil. Fakat karbon eşdeğerini mümkün olduğunca düşük değerlerde tutarak, dross oluşumunu azaltmak mümkün. Dökümhaneler, genellikle EN-GJS-400-15 ya da EN-GJS-600-3 gibi malzemeleri dökerken, çekintiyle karşılaşmamak için karbon eşdeğerini mümkün olduğunca yüksek tutmayı tercih edebiliyorlar. Yüksek karbon eşdeğeri her ne kadar zaman zaman mikroçekinti problemine yönelik bir çözüm sunsa da, drossa ve karbon yüzmesine yol açabileceğini unutmamakta fayda var. Benzer şekilde aşılama pratiğiyle ilgili sorunların da dökme demirlerde dross problemine yol açtığı biliniyor. Örneğin yüksek oranda aşı kullanılması, parçanın yapısında dross oluşmasına neden olabiliyor.

Dross oluşumu sıvı metalin maruz kaldığı türbülansla da yakından ilgili. Sıvı metal tretman potasından döküm potasında alınırken, ya da kalıp doldurulurken ortaya çıkan türbülans, sıvının oksijen kapmasına, dolayısıyla da dross oluşumuna yol açabiliyor. Dolayısıyla dross oluşumunu azaltmak için, bu aşamalarda sıvı metalin havayla temasının azaltılması gerekiyor.

Dross, özellikle kalın kesitli parça döken dökümhanelerin başını ağrıtan bir problem. Dross’u tamamen ortadan kaldırmak her ne kadar oldukça zor olsa da, uygun döküm pratiği sayesinde oluşan dross miktarını ciddi miktarda azaltmak mümkün olabiliyor. İşin zor tarafı, vermiküler grafit oluşumu, çekinti ve karbür gibi farklı sorunların ortaya çıkmasına fırsat vermeden dross oluşumunu engelleyebilmek. Bu da, ancak döküm pratiğinin bir bütün olarak ele alınıp optimize edilmesiyle mümkün olabilir.

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.)