Sfero dökme demir üretiminde baryumlu ön koşullandırıcı ve aşı kullanımı

Dökme demir üretiminde kullanılan aşıların sadece karbür oluşumunu engellemek için değil, cüruf oluşumunu kontrol etmek ya da chunky veya iğnemsi (spiky) grafit gibi bazı problemleri gidermek için eklenebildiğini birçok dökümcü biliyordur. Bu farklı problemlere bir çözüm sunması amacıyla eklenen farklı aşıları birbirinden ayıran temel özellik, bu aşıların içerdiği kimyasal elementler. Bildiğiniz gibi ağırlıklı olarak ferrosilisyumdan oluşan aşılayıcıların içinde alüminyum (Al), kalsiyum (Ca), baryum (Ba) ya da stronsyum (Sr) gibi farklı elementler bulunabiliyor. Doğaları gereği sıvı dökme demir içinde bulunduklarında farklı tepkimelere girip, farklı sonuçların ortaya çıkmasına yol açabilen bu elementlerin türleri ve miktarları, dökme demirin hem üretim süreci, hem de dökülen malzemenin mekanik özellikleri üzerinde önemli etkiler yaratabiliyor.

Bu yazıda bazı aşılarda yer alan ve özellikle sfero dökme demir dökümhanelerinde sıklıkla kullanıldığını gördüğümüz bir element üzerinde duracağız: Baryum (Ba).

Baryumun dökme demirdeki etkisi nedir?

Baryum dökme demirlerde bir alaşım elementi olarak pek dikkate alınmasa da, bu elementin hem önkoşullandırıcılarda, hem de aşılarda tercih edildiğini görebiliyoruz. Bunun temel nedenlerinden bir tanesi, baryumun hem oksijenle, hem de kükürt ile bileşik oluşturabilen bir element olması. Sfero dökme demir üretiminde magnezyumla gerçekleştirilen küreselleştirme işleminin amacı sıvı içindeki oksijen ve kükürt aktivitelerini kontrol etmek olduğu için, benzer bir etkiye sahip olan baryum hem tretman öncesinde önkoşullandırıcı olarak, hem tretman sırasında magnezyum alaşımını örten bir örtü tozu olarak, hem de tretman sonrasında aşılayıcı olarak kullanılabiliyor. Tretman öncesinde kullanılan baryumlu katkılar magnezyum verimini arttırma hedefiyle ekleniyor. Tretman sonrasında eklenen baryumlu aşılar ise, temel olarak magnezyum tretmanının etkisi uzatmak için ekleniyor. O nedenle baryumlu aşıların özellikle uzun döküm süresi gerektiren döküm hatlarında tercih edildiklerini görüyoruz.

Baryumun cüruf oluşumuna etkisi

Baryum magnezyum tretmanını etkileyen bir element olduğuna göre, cüruf oluşumuna herhangi bir etkisi olmayacağını iddia edebilmemiz mümkün değil. Bildiğiniz gibi sfero üretiminde oluşan cüruf, tek bir fazdan meydana gelmiyor: Aksine, farklı elementlerin katkısıyla oluşan birçok farkı fazdan meydana geliyor. Temel olarak oksit, silikat ve kükürtlü bileşiklerden oluşan bu kompleks karışımdaki bileşenlere baktığımızda, aşağıda listelenen birçok bileşiği görebiliyoruz:

  • Demir içerikli oksitler ve diğer bileşikler: FeO, hersinit (FeAl2O4) ve magnezyoferrit
  • Alüminyum içeren çeşitli bileşikler: Mullit (2Al2O3 SiO2), safirin ((Mg,Al)8(Al,Si)6O20)
  • Kalsiyumlu bileşikler
  • Kükürtlü bileşikler
  • Magnezyum içeren bileşikler: Periklaz (MgO), spinel (MgO Al2O3), forsterit (2MgO SiO2) gibi…

Oluşan bu bileşikler farklı özellikleri nedeniyle döküm sırasında potanın ya da döküm ocağının farklı bölgelerinde birikme eğilimi gösterebiliyor. Örneğin otomatik döküm ocaklarının kullanıldığı dökümhanelerde, özellikle alüminyum ve kalsiyum içeren bileşiklerin stoper etrafında biriktiği ve metal akışı açısından sorun yaratmaya başladıkları biliniyor. Baryum, ön koşullandırıcı olarak ya da magnezyum alaşımı üzerinde örtü tozu olarak kullanıldığında oksijen ve kükürt aktivitelerini bir miktar düşürebildiği için, istenmeyen bazı bileşiklerin oluşmasını engelleyebiliyor ya da miktarlarını azaltabiliyor. Tretmandan sonra eklenen baryumlu aşılar da magnezyumun etkisinin sönmesini geciktirerek, daha kontrollü bir proses elde edilebilmesine olanak sağlıyor.

O nedenle magnezyum işleminin verimini kontrol etmekte zorlanıyor, döküm potasında oluşan istenmeyen cürufları kontrol edemiyor ya da magnezyum tretamanının etkisini bir miktar daha uzatmak istiyorsanız, tedarikçilerinizden baryumlu aşı ve önkoşullanırıcılar hakkında bilgi alıp, bu katkıları kullanmaya başlayabilirsiniz.

Kaynaklar ve ek bilgiler

  1. Preconditioning effect of barium in ductile iron production. J. Fourmann. Proceedings of the AFS Cast Iron Conference (2005).
  2. Slags’ effects on cast iron production. S. Katz. AFS Transactions, Paper 04-132(05) (2004) 1.
  3. Partition of slag phases in the treatment and pouring of ductile iron. Elkem Technical Information Sheets: No. 24 (2010).

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.)