Patlak (exploded) grafit nedir?

Küresel grafitli (sfero) dökme demir üreten dökümhanelerin gayet iyi bildiği üzere, küresel grafitli dökme demirde yaşayabileceğiniz sorunların haddi hesabı yok. Grafitleri küreselleştirmek zaten zorlu bir tretman gerektirirken, başlı başına ciddi bir sorun olan çekinti yanında, bir de oluşan grafitlerin patlaması (İngilizce: exploded graphite), bodurlaşması (İngilizce: chunky graphite), sivrileşmesi (İngilizce: spiky graphite) ya da yüzmesi gibi (İngilizce: graphite flotation) çeşit çeşit sorunla uğraşmak durumunda kalabiliyorsunuz. Bu yazıda grafit kürelerinin nasıl patladıkları üzerinde duracağız.

Patlak grafitin en belirgin özelliği, adından da anlaşılabileceği gibi, küre yapısındaki grafitin sanki patlamış gibi bir yapıda katılaşmış olması. Küre formunda oluşmasını beklediğimiz grafit parçacıklarını bu şekilde patlatan etken ise, alaşımda bulunan bazı nadir toprak elementleri.

Küresel grafitli dökme demir üretiminde kullanılan bazı ferroalyajlar (ve aşılar) belli miktarda seryum (Ce), lantan (La) ve neodim (Nd) gibi nadir toprak elementleri içerebiliyorlar. Bu elementlerin varlığı aslında dökme demir için bir açıdan iyi; çünkü bu elementlerin sıvı içinde bulunan kurşun (Pb), antimon (Sb), titanyum (Ti) ve bizmut (Bi) gibi bazı zararlı elementlerin etkisini nötrleştirme becerisine sahip olduklarını biliyoruz. Nötrleştirmek derken, bu zararlı elementler ve nadir toprak elementleri arasında sıvı fazda kararlı intermetalik bileşikler oluştuğunu ve bu nedenle bu zararlı elementlerin grafit yapısını etkileyemeden, bileşik içinde kaldığını kastediyoruz.

Bazı nadir toprak elementleri grafitin küreselleşmesine yardımcı olsa da, fazla miktarda yapıda bulunduklarında grafit yapısında bozulmalara yol açabiliyorlar. İşte bu yazıda üzerinde durduğumuz patlak grafit yapısı da, bu tür durumlarda ortaya çıkan problemlerden bir tanesi. Bu problemin daha ziyade kalın kesite sahip parçalarda ve karbon eşdeğerinin yüksek olduğu durumlarda ortaya çıktığını da parantez içinde belirtelim.

Sorunun nedeni alaşımın kirli olması mı, temiz olması mı?

Eğer döktüğünüz parçada bu tür bir sorunla karşılaşıyorsanız, bu illa ki kullandığınız ferroalyajda fazla miktarda nadir toprak elementi bulunduğu anlamına gelmez. Ferroalyajdan gelen nadir toprak elementleri, sıvı alaşımda bulunan Pb, Sb, Ti ve Bi gibi zararlı elementlerle bileşik oluşturdukları için, aslında çoğu zaman bu nadir toprak elementlerinin etkilerini göremiyoruz. Fakat eğer çok temiz bir şarj hazırladıysanız, sıvı içinde ferroalyajdan gelen nadir toprak elementlerini nötrleştirecek Pb, Bi, Sb ve Ti gibi elementler olmadığı için, ister istemez nadir toprak elementlerinin olumsuz etkilerini görmeye başlayabiliyoruz. Diğer bir deyişle patlak grafitin ortaya çıkması illa şarjınızın kirli olduğu anlamına gelmez: Aksine, çok temiz olduğu şeklinde de yorumlanabilir.

Dip metalin etkisi

Bu tür sorunlarla uğraşırken, dökümhanelerin gözünden zaman zaman kaçabilen ama dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli etken de, dip metal kullanımı. Yukarıda bahsi geçen nadir toprak elementleri oldukça yüksek sıcaklıklarda buharlaştıkları için, her ne kadar bir kısmı cürufa gitse de, genellikle dip metal içinde kalıp, ocağa yeni alaşım eklendikçe birikme eğilimi gösterebiliyorlar. Bu da, kullandığınız şarj malzemeleri içinde ciddi miktarda nadir toprak elementi olmasa da, ocak dibinde kalan dip metal üzerine ekleme yaparak yeni şarj hazırladığınızda, bu elementlerin konsantrasyonunun her yeni şarjda artacağı şeklinde yorumlanabilir. Bu nedenle dip metal bırakarak şarj hazırlandığı durumlarda, gün sonuna doğru bu tür bir sorunla karşılaşmamak adına nadir toprak elementi içermeyen alyajlarla küreselleştirme işlemine girmeniz yerinde bir tercih olacaktır.

Bu sorun özellikle kalın kesitli ve yüksek karbon eşdeğerine sahip parçalarda ortaya çıktığı için, nadir toprak elementlerine yönelik bir çözüm sağlanamadığı durumlarda, karbon eşdeğeri düşürülerek de çözüm yoluna gidilebilir.

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.)