Vermiküler grafitli dökme demirde perlit oranının mekanik özelliklere etkisi

Vermiküler grafitli dökme demirin son yıllarda kazandığı popülerlik nedeniyle, biz de Dökümhane’de bu önemli malzemeye sık sık yer vermeye çalışıyoruz. Bu yazıda vermiküler grafitli dökme demirin mekanik özellikleri üzerinde duracağız: İlk olarak perlit oranının mekanik özellikleri nasıl etkilediğine bakacağız. Ardından, istenen sertlik değerlerini perlit oranıyla ayarlayamadığımız durumlarda neler yapabileceğimiz üzerinde duracağız. Lafı fazla uzatmadan başlayalım.

Perlit oranının etkisi

Matriste bulunan ferrit ve perlit oranının dökme demirlerin mekanik özelliklerini önemli bir şekilde etkilediğini biliyoruz. Genel bir kural olarak matristeki perlit oranı arttıkça, dökme demirin hem mukavemetinde, hem de sertliğinde bir artış meydana geldiğini, sünekliğinin ise düştüğünü görüyoruz. Dökme demirlerin saydığımız bu mekanik özellikleri ve perlit oranı arasında doğrusal ilişkiler olması nedeniyle, dökümhane mühendisleri istenen özellikleri elde etmek için yapıda ne kadar perlit bulunması gerektiğini kolaylıkla hesaplayabiliyorlar. Örnek olarak aşağıdaki grafik üzerinde, yapıdaki perlit oranına bağlı olarak vermiküler grafitli dökme demirin mekanik özelliklerinin nasıl değiştiğini inceleyebilirsiniz. Grafik üzerinde de belirtildiği gibi, bu verilerin 25 mm test çubuğu ve %10 küresel grafit oranı için geçerli, ortalama değerler olduğunun altını çizmemiz lazım.

Perlitin sertliği arttırmaya yetmediği durumlar

Gri dökme demire kıyasla vermiküler grafitli dökme demirin daha yüksek bir dayanım ve süneklik sergilediğini biliyoruz. Fakat bu durum, vermiküler grafitli dökme demirin daima istenen sertlik değerine sahip olabileceği anlamına gelmiyor: Uygulamanın ihtiyaçları doğrultusunda çeşitli yöntemlerle malzemenin yüzey sertliğini daha da arttırmamız gerekebiliyor.

Yukarıda, yapıda bulunan perlit oranını arttırarak vermiküler grafitli dökme demirlerin sertliğini belli bir seviyeye nasıl getirebileceğimizi gördük. Fakat bu grafik üzerinde sunulan verilere dikkat ederseniz, tamamen ferritik durumda yaklaşık 170 HB gibi bir sertlik değeri sergileyen bir dökme demirin yapısı tamemen perlitik olduğunda bile, sertliğin ancak 240 HB gibi değerlere çıkabildiğini görüyoruz. Eğer uygulamanın ihtiyaçları doğrultusunda çok daha yüksek sertlik değerleri elde etmemiz gerekiyorsa, açıkça görüldüğü üzere bunu sadece perlit oranıyla elde edebilmemiz pek mümkün değil.

Bu tür durumlarda, alaşım içine bir miktar karbür yapıcı element – örneğin krom – takviyesi yaparak, malzemenin sertliğini arttırmamız mümkün olabiliyor. Krom her ne kadar malzemenin sünekliğini olumsuz etkiliyor olsa da, karbür yapıcı bir element olması nedeniyle parçanın sertliğini arttırabiliyor

Bir örnek vermek gerekirse, Gumienny’nin (2015) çalışmasında, Cr eklenmeden önce sertliği 200 HB civarında olan bir dökme demirin sertliğinin %1,89 Cr takviyesi sonunda 407 HB değerine, %2,81 Cr sonrasında ise 435 HB değerine çıktığını görüyoruz. Bahsi geçen bu çalışmada elde edilen diğer değerler, aşağıdaki grafik üzerinde görülebilir. Aşağıdaki değerleri yukarıda perlit oranı için sunulan grafikteki sertlik değerleriyle kıyaslarsanız, kromun sertliğe olan önemli etkisini daha rahat görebilirsiniz.

Akılda kalması açısından bu verilerden kısa bir ders çıkartmamız gerekirse, %1 Cr ilavesi sonrasında sertliğin yaklaşık olarak 90 HB kadar arttığını söyleyebiliriz. Tabii bu krom takviyesinin olumsuz yönlerini de aklımızda tutmamızda fayda var: Cr takviyesi sertliği arttırsa da, malzemenin sünekliğini ve çekme dayanımını olumsuz yönde etkiliyor.

Kaynaklar ve ek bilgiler

Effect of metallurgical variables on the machinability of compacted graphite iron. S. Dawson, I. Hollinger, M. Robbins, J. Daeth, U. Reuter, H. Schulz. Society of Automotive Engineers 2001-01-0409 (2001).
Effect of chromium on the solidification process and microstructure of vermicular graphite cast iron. G. Gumienny, M. Dondzbach, B. Kacprzyk. Archieves of Foundry Engineering. Vol. 15 (2015) 29.

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.)