Ggg 40 Sfero Döküm Analizi

GGG 40.3 KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİR
GGG 40.3 DUCTILE IRON

Arif OKTAY ŞİMŞİR
Haytaş Döküm San. ve Tic. A.Ş.

ÖZET

Yüksek uzama özelliği sayesinde çelik malzemenin yerine aday gösterilen küresel grafitli dökme demirin (GGG 40.3) zamanla kullanımı artmıştır. K.G.D. demir içerisinde çeliğe en yakın uzamayı sağlayan GGG 40.3, üretim, ve maliyet açısından daha cazip olmaya başlamıştır.

ABSTRACT

The usage of the ductile iron has increased because of the high elongation characteristic in this way it is nominated instead of steel. According to easy production and production cast, GGG 40.3 of ductile iron, which has got the nearest elongation rate to steel, has began to be attractive for usage.

1- GİRİŞ

Bu malzemeyi yurtdışında başarıyla birçok dökümhane dökmüştür. Ülkemizde ise uygulamaya yönelik çalışmalar devam etmekte hatta birkaç firmada üretime başlamıştır. Kısa zamanda bu çalışmalar ticari üretim yapan dökümhanelerde mutlak suretiyle avantajlı üretimi ve maliyeti açısından tercih edilecektir. Bu sayede sfero dökümü içerisinde yerini almakla kalmayacak yüksek uzama ve yüksek çentik direnci (-40 °C'de) istenen parçalarda çeliğin alternatifi bile olacaktır.

2- GGG 40.3 K.G.D.D

400 N/ mm2 çekme dayanımında ve oldukça yüksek bir uzamaya (% 27-18) sahiptir. Döküm malzemeleri içerisinde çelik çentik yönünden en yüksek değeri veriyordu. Ancak GGG 40.3 deneme dökümlerde -40 °C'de 14 N/mm2 dayanımına ulaşınca dikkat çekti. Bundan sonra bu özellikleri oluşturacak üretim teknikleri araştırılmaya başlandı. Öncelikle direk dökümden bu değerlerin elde edilmesi hedeflendi. Isıl işleme gerek kalmadan as-cast şeklinde piyasaya sunumu düşünüldü. Bunda da kısmen başarılı olundu. Parçanın et kalınlığı 8 mm’nin altında olanlar “as-cast” şeklinde olması zorlaştı. Ancak mutlak olan birşey varki, 8 mm et kalınlığından fazla olan parçalarda ısıl işleme gerek olmadan direk dökümden kullanımı başarıyla sağlanmıştır. Ayrıca ısıl işlemin kötü özellikleri ortaya çıkmıştır.

3- GGG 40.3 ÜRETİM TEKNİĞİ

3-1 KOMPOZİSYON

K.G.D demirin mikro yapısında grafitler mevcuttur. Bu grafit kürelerini mutlaka bir mesafede tutmak gerekir. Geniş tutulursa mekanik değerler özellikle çentik değeri yüksek olacaktır. Bu mesafe karbon yüzdesini minimumda tutmakla sağlanabilir. Birinci hedef bu olmalıdır. Diğer sfero dökümlerde karbon yüzdesi % 3.6-3.7 iken GGG 40.3 karbon yüzdesi % 3-3.3 olarak aşağılara çekilir.

İkinci hedef ferritik yapıya ulaşmak gerekir. Bunun içinde yapıdaki % Si arttırmak ve bu yapıya ulaşırken ferritin kırılganlık özelliği dikkate alınarak silisyum yüzdesi % 1.90-2 olmalıdır. Dolayısıyla karbon ekovalantı 4.1-4.2 oranında oluşur.

3.2 DİĞER PARAMETRELER

Hücreler arası mesafe önemlidir. Bu aşamada segregasyona sebep olan elementler uzak olmalıdır. Örneğin fosfor % 0.030'u geçmemelidir.

Bu kompozisyonda ocaktan alınan malzeme bütün şartları yerine getirmiştir. Ancak reaksiyonda magnezyum prosesi de önemlidir. Fazla magnezyum karbür oluşturduğu için bu değerde minimumda tutularak % 0.025-0.030 olmalıdır.

Aşılamada özel malzeme kullanılmalıdır. Perlit teşekkülünü kolaylaştıracak prosesten kaçınılmalıdır. Yüksek sıcaklığa çıkılarak aşılama mümkün olduğunca geç yapılmalıdır.

Yollukta filtre kullanımı tercih edilmelidir. Mg,Si,Ca sınır değer üzerinde ise dökümün akıcılığı zorlaşacağı için filtre tıkanabilir. Mümkün olan en yüksek hızla dökülmelidir (Saniyede 3-4 kg). Yolluk sistemi homojen bir şekilde kalıbı aynı anda doldurmaya yönelik dizayn edilmelidir. Girişe uzak olan bölge dolana kadar sıcaklık düşeceği için giriş sayısı arttırılmalıdır.

3-3 ÜRETİM AŞAMASINDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR

1-) GGG 40.3 şarjında mutlaka düşük manganlı sfero piki kullanılmalıdır.

2-) Mutlaka kama nununesi dökülerek (Şekil1) sementit oluşumuna bakılmalıdır. 1350 °C'de alınan numunede 6 mm'yi geçmeyen bir sementit oluşmalıdır. Bu analizden daha önemlidir.

Ayrıca alternatif olarak silisyum karbür (SiC) katılımı bir ön çekirdeklenme sağlandığı için nozul yapıcı etkisi ortaya çıkar. Zor eridiği göz önüne alınarak ocağın 1/3'ü dolduktan sonra katılmalıdır. Analizde % 0,2 - 0,5'dır. SiC vermeden önce kamada sementit 10-15 mm iken, daha sonra 6 mm'ye iner.

3-) Bütün bunlar yerine getirilmiş ise 170 HB sertliği altında kalınmış demektir ve doğru döküm yapılmıştır.

GGG 40.3 üretiminde hedef ısıl işlemsiz (AS-CAST) üretimdir. Hem maliyet yüksekliği hem de ısıl işlem sırasında bazı sülfatlar (MgS.MgN) patlayıp yüzeye çıkabilir. Bu da çentik darbe direncini düşürebilir dolayısıyla sakat oranında %1-2 artış sağlar. Eğer gerekli ise ( 8 mm et kalınlığı altı) 920 °C'de 3 saat bekledikten sonra saatte 50 °C soğutularak 600 °C’nin altına inilir.

4- SONUÇ

KAMA
6 mm Sementit

DÖKÜM SICAKLIĞI
1480 °C (POTA)

5- TERCİH EDİLME SEBEPLERİ

- Düşük üretim maliyeti (Isıl işlemsiz)

- Mikro yapıda kırılganlığı sağlayan malzeme yok.

- Grafitin yapıda bulunması, çeliğe nazaran işleme kabiliyetinin yükselmesini sağlar.

- Düşük sıcaklıklardaki dayanımından dolayı özellikle vana üretiminde GGG 40.3 malzeme kullanımı gelecekte önemli bir yer alacaktır. Yüksek uzama istenen bütün konstriksiyonlarda tercih edilebilecektir.

6- KAYNAKÇA

1-) QIT ductile iron seminar lecture notes, 1987

2-) 55 th. International Foundry Congress, 1988

3-) Forrest RL Sorel Metal Technical Service for GGG 40.3 As Cast Prodüksiyon December, 1997

4-) GGG 40.3 Üretim Teknikleri Seminer Notları, İstanbul 1999  

[file:///D:/Belgelerim/Web_Joomla159/metaloda/border/alt.html]

GGG 40.3 KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİR
GGG 40.3 DUCTILE IRON

ÖZET

Yüksek uzama özelliği sayesinde çelik malzemenin yerine aday gösterilen küresel grafitli dökme demirin (GGG 40.3) zamanla kullanımı artmıştır. K.G.D. demir içerisinde çeliğe en yakın uzamayı sağlayan GGG 40.3, üretim, ve maliyet açısından daha cazip olmaya başlamıştır.

ABSTRACT

The usage of the ductile iron has increased because of the high elongation characteristic in this way it is nominated instead of steel. According to easy production and production cast, GGG 40.3 of ductile iron, which has got the nearest elongation rate to steel, has began to be attractive for usage.

1- GİRİŞ

Bu malzemeyi yurtdışında başarıyla birçok dökümhane dökmüştür. Ülkemizde ise uygulamaya yönelik çalışmalar devam etmekte hatta birkaç firmada üretime başlamıştır. Kısa zamanda bu çalışmalar ticari üretim yapan dökümhanelerde mutlak suretiyle avantajlı üretimi ve maliyeti açısından tercih edilecektir. Bu sayede sfero dökümü içerisinde yerini almakla kalmayacak yüksek uzama ve yüksek çentik direnci (-40 °C'de) istenen parçalarda çeliğin alternatifi bile olacaktır.

2- GGG 40.3 K.G.D.D

400 N/ mm2 çekme dayanımında ve oldukça yüksek bir uzamaya (% 27-18) sahiptir. Döküm malzemeleri içerisinde çelik çentik yönünden en yüksek değeri veriyordu. Ancak GGG 40.3 deneme dökümlerde -40 °C'de 14 N/mm2 dayanımına ulaşınca dikkat çekti. Bundan sonra bu özellikleri oluşturacak üretim teknikleri araştırılmaya başlandı. Öncelikle direk dökümden bu değerlerin elde edilmesi hedeflendi. Isıl işleme gerek kalmadan as-cast şeklinde piyasaya sunumu düşünüldü. Bunda da kısmen başarılı olundu. Parçanın et kalınlığı 8 mm’nin altında olanlar “as-cast” şeklinde olması zorlaştı. Ancak mutlak olan birşey varki, 8 mm et kalınlığından fazla olan parçalarda ısıl işleme gerek olmadan direk dökümden kullanımı başarıyla sağlanmıştır. Ayrıca ısıl işlemin kötü özellikleri ortaya çıkmıştır.

3- GGG 40.3 ÜRETİM TEKNİĞİ

3-1 KOMPOZİSYON

K.G.D demirin mikro yapısında grafitler mevcuttur. Bu grafit kürelerini mutlaka bir mesafede tutmak gerekir. Geniş tutulursa mekanik değerler özellikle çentik değeri yüksek olacaktır. Bu mesafe karbon yüzdesini minimumda tutmakla sağlanabilir. Birinci hedef bu olmalıdır. Diğer sfero dökümlerde karbon yüzdesi % 3.6-3.7 iken GGG 40.3 karbon yüzdesi % 3-3.3 olarak aşağılara çekilir.

İkinci hedef ferritik yapıya ulaşmak gerekir. Bunun içinde yapıdaki % Si arttırmak ve bu yapıya ulaşırken ferritin kırılganlık özelliği dikkate alınarak silisyum yüzdesi % 1.90-2 olmalıdır. Dolayısıyla karbon ekovalantı 4.1-4.2 oranında oluşur.

3.2 DİĞER PARAMETRELER

Hücreler arası mesafe önemlidir. Bu aşamada segregasyona sebep olan elementler uzak olmalıdır. Örneğin fosfor % 0.030'u geçmemelidir.

Bu kompozisyonda ocaktan alınan malzeme bütün şartları yerine getirmiştir. Ancak reaksiyonda magnezyum prosesi de önemlidir. Fazla magnezyum karbür oluşturduğu için bu değerde minimumda tutularak % 0.025-0.030 olmalıdır.

Aşılamada özel malzeme kullanılmalıdır. Perlit teşekkülünü kolaylaştıracak prosesten kaçınılmalıdır. Yüksek sıcaklığa çıkılarak aşılama mümkün olduğunca geç yapılmalıdır.

Yollukta filtre kullanımı tercih edilmelidir. Mg,Si,Ca sınır değer üzerinde ise dökümün akıcılığı zorlaşacağı için filtre tıkanabilir. Mümkün olan en yüksek hızla dökülmelidir (Saniyede 3-4 kg). Yolluk sistemi homojen bir şekilde kalıbı aynı anda doldurmaya yönelik dizayn edilmelidir. Girişe uzak olan bölge dolana kadar sıcaklık düşeceği için giriş sayısı arttırılmalıdır.

3-3 ÜRETİM AŞAMASINDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR

1-) GGG 40.3 şarjında mutlaka düşük manganlı sfero piki kullanılmalıdır.

2-) Mutlaka kama nununesi dökülerek (Şekil1) sementit oluşumuna bakılmalıdır. 1350 °C'de alınan numunede 6 mm'yi geçmeyen bir sementit oluşmalıdır. Bu analizden daha önemlidir.

Ayrıca alternatif olarak silisyum karbür (SiC) katılımı bir ön çekirdeklenme sağlandığı için nozul yapıcı etkisi ortaya çıkar. Zor eridiği göz önüne alınarak ocağın 1/3'ü dolduktan sonra katılmalıdır. Analizde % 0,2 - 0,5'dır. SiC vermeden önce kamada sementit 10-15 mm iken, daha sonra 6 mm'ye iner.

3-) Bütün bunlar yerine getirilmiş ise 170 HB sertliği altında kalınmış demektir ve doğru döküm yapılmıştır.

GGG 40.3 üretiminde hedef ısıl işlemsiz (AS-CAST) üretimdir. Hem maliyet yüksekliği hem de ısıl işlem sırasında bazı sülfatlar (MgS.MgN) patlayıp yüzeye çıkabilir. Bu da çentik darbe direncini düşürebilir dolayısıyla sakat oranında %1-2 artış sağlar. Eğer gerekli ise ( 8 mm et kalınlığı altı) 920 °C'de 3 saat bekledikten sonra saatte 50 °C soğutularak 600 °C’nin altına inilir.

4- SONUÇ

KAMA
6 mm Sementit

DÖKÜM SICAKLIĞI
1480 °C (POTA)

5- TERCİH EDİLME SEBEPLERİ

- Düşük üretim maliyeti (Isıl işlemsiz)

- Mikro yapıda kırılganlığı sağlayan malzeme yok.

- Grafitin yapıda bulunması, çeliğe nazaran işleme kabiliyetinin yükselmesini sağlar.

- Düşük sıcaklıklardaki dayanımından dolayı özellikle vana üretiminde GGG 40.3 malzeme kullanımı gelecekte önemli bir yer alacaktır. Yüksek uzama istenen bütün konstriksiyonlarda tercih edilebilecektir.

Dökme demirler , %2’den fazla oranda karbon içeren demir-karbon alaşımlarıdır. Başlıca çeşitleri Kır , Temper , Beyaz , Alaca ve Küresel grafitli dökme demirlerdir. Bütün dökme demirlerin yapısında genel olarak şu bileşenler mevcuttur.

C           % 2 - 4        

Si          % 0,4 - 3     

Mn         % 0,4 - 0,8

P           % 0,1 - 0,8 

Demir dökümlerin mekanik özelliklerini en fazla etkileyen bileşen karbondur. Yapıdaki karbon , ya bileşik halde (sementit) yada serbest halde (grafit) olarak bulunur. Grafitli dökme demirler ise , grafitin yapısına göre çeşitlilik arzeder. Başlıcaları ;

·       Lamel Grafitli ( Gri ) dökme demir

·       Rozet Grafitli ( Temper ) dökme demir

·       Küresel Grafitli dökme demir                olarak adlandırılır.

Grafitlerin yapıdaki şekli , sayısı ve büyüklüğü malzemenin mukavemetini önemli ölçüde etkiler. Grafitlerin ince tabakalı ve keskin köşeli olması , iç gerilmelere sebep olur ; bu bölgelerde kırılma ve çatlamalar meydana gelir. Grafitlerin lamel şekilli olması sebebiyle, mevcut yapının çekme mukavemeti değeri  60-100 kgf/mm² ‘den 10-30 kgf/mm² ‘ye düşmektedir. Ayrıca lamel grafitli dökme demirler gevrek olduğundan uzama oranı da %0-3 civarındadır. Temper dökme demirlerde ise , yumuşatma tavlaması ile çekme mukavemeti 32-42 kgf/mm² değerlerine ulaşabilir.

Endüstride ihtiyaç duyduğumuz , iyi özelliklere sahip olan küresel grafitli dökme demirler , çelik dökümden daha ekonomik ve diğer dökme demirlere göre daha yüksek mukavemetlidir. Küresel grafitli dökme demirler , lamel grafitlerinin küreleştirilmesiyle elde edilir. Bu işlem için sıvı metale belli oranlarda ve yöntemlerle Mg ve Ce ilave edilir. Geliştirilen bazı Mg esaslı alaşımlar da ihtiyacı karşılamaktadır. Ancak küreleştirmenin başarılı olması için , ham malzemenin kükürt miktarı %0,02 civarına düşürülmesi gerekir. Küresel grafitli dökme demirler , bu önemli özellikleri nedeniyle otomotiv sanayinde en çok kullanılan dökme demir çeşididir.

KÜresel grafİtlİ dÖkme demİrlerİN OTOMOTİV SANAYİNDEKİ YERİ

       1948 yılında dünyada kullanımı başlanan küresel grafitli dökme demirler , bundan yaklaşık 20 yıl sonra ülkemizde üretilmiştir. 1970’den itibaren üretimi artan küresel grafitli dökme demirler , mühendislik açısından çeliğin birçok avantajını ve dökme demirlerin ekonomik talaşlı işlenebilme özelliğini biraraya getirmektedir. Bu üstün özellikleri sayesinde , kır dökme demir , temper dökme demir ve çelik döküm yerine kullanılır. Yüksek mukavemet ve iyi aşınma direnci istenilen birçok yerde geniş kullanım alanına sahiptir.

       Örneğin otomobil krank milleri , küresel grafitli dökme demirden üretildiğinde daha iyi sonuç vermektedir. Burada küresel grafitli dökme demir ile üretilmesinin sebebi üstün işlenebilirlik özelliği ve elastisite modülünün yüksek olmasıdır. Ayrıca çeliğe göre kıyaslandığında daha yüksek aşınma direnci görülmüştür. Kama gibi makine elemanlarının esnek ve iyi işlenebilir olması gerektiğinden , küresel grafitli dökme demirden yapılmaktadır.

       Küresel grafitli dökme demirlerin korozyon direnci , farklı korozif ortamlarda kır dökme demirin özelliklerine benzerdir. Yüksek sıcaklıklarda ise oksidasyon direnci bakımından , kır dökme demire göre üstünlük sağlar. Küresel grafitli dökme demirler , termal şok direnci gerektiren santrifüj pompa gövdelerinde ve valflerde de kullanılır. Çünkü 870°C ye kadar çatlamadan çalışabilirler.

       Küresel grafitli dökme demirlerin kullanım alanını genişleten bir başka sebep ise , çeliğe uygulanan ısıl işlemlere benzer işlemlerle istenilen mekanik özelliklere sahip olabilmesidir. Ayrıca titreşim sönümleme açısından bakılırsa küresel grafitli dökme demirler , çelik döküme göre 2,5 kat daha iyidir. Lamel grafitli dökme demir ise küresel grafitli dökme demirlere göre 1,5 kat daha iyidir.

       Küresel grafitli dökme demirlerin otomotiv sanayinde kullanımı geniş olmakla beraber , bunların bazı çeşitleri ve parça adları aşağıda belirtildiği gibidir.

Çekme mukavemeti

Küresel grafitli dökme demirlerde çekme mukavemeti , bünyeye ve uygulanan ısıl işleme göre farklılık gösterir. Genel olarak bu dökme demirlerin çekme mukavemeti 40-80 kgf/mm² arasıdır. Küresel grafitli dökme demirlerin çekme mukavemeti ve akma noktası gibi özellikleri çeliklere yakın olup , diğer dökme demirlerden daha iyidir. Ferritik bünyeli küresel grafitli dökme demirlerde akma sınırı düşük , uzama oranı yüksektir ; zira bünye sünek yapılıdır.

              Küresel grafitli dökme demirlerde çekme mukavemeti ve uzama , cidar kalınlığına da bağlıdır. Cidar kalınlığı arttıkça uzama oranı ve çekme mukavemeti düşer. Bu azalma miktarı ısıl işemle de değişmektedir. Yumuşak tavlanmış küresel grafitli dökme demirlerde , cidar kalınlığına bağlı olarak uzama miktarı , ısıl işlem görmemiş döküme göre daha çok azalma göstermektedir. Çekme mukavemetindeki azalma ise döküm halinde daha fazladır.

Darbe ve şok mukavemeti

              Küresel grafitli dökme demirler ani sıcaklık değişimlerine iyi mukavemet gösterse de çatlamalar olabilir. Bu çatlamalar küresel grafitler tarafından malzeme içine ulaşmadan önlenir. Bu açıdan ısıl değişimlere maruz kalan yerlerde başarılıdırlar. Küresel grafitli dökme demirlerde sıcaklık arttıkça darbe dayanımı da artar. Ancak bileşimdeki C ve Si oranı arttıkça , aynı sıcaklıklarda darbe enerjileri azalma gösterir.

Yukarıdaki tabloda;
*Verilen değerler tavsiye edilen maksimum Mangan değerleridir.
**Çarpma özelliklerinin istendiği durumlarda maksimum Silisyum değeri %2,5 ‘tir.

ISO standardında tavsiye edilen sfero dökümde analiz oranları tabloda yer almaktadır.

Tavsiye edilen Karbon, Silis ve Mangan bileşikleri oranları da sfero dökümde analiz oranları tablosunda verilmiştir.

Dikkat edilmesi gereken noktalar:

• 800/2, 700/2 ve 600/3 sınıfları için %0,5 Cu (Bakır) ya da %0,1 Sn (Kalay) ilavesi yapılabilir.
• Ana metalin Kükürt içeriği maksimum %0,020 ile sınırlandırılmalıdır.
• Nihai ürün Kükürt içeriği maksimum %0,015 olmalıdır.
• Fosfor, tüm sfero dökümlerde %0,03 ‘ün altında elde edilmelidir.
• Krom seviyesi %0,05 ‘in altında olmalıdır.
• Kalıcı Magnezyum seviyesi %0,03 ile %0,06 arası değişen bir oranda olmalıdır.

Tavsiye edilen Sfero dökümde analiz oranları ISO sınıfı özellikler elde etmek içim iyi bir temel oluşturur. Ancak, istenen özellikler diğer önemli parametreler doğru seçilmediği sürece garanti edilemez.

Bunlar;

• Aşılayıcı malzemenin doğru seçimi ve ilave süreci
• Uzayan bekleme süreleri ve aşırı ısıtmadan kaçınılması
• Mekanik özellikleri olumsuz etkileyecek, ana metal ve alaşım elementlerinden gelen artık bileşenlerden
korunmak amacıyla dikkatli ham madde ve alaşım elementi seçimi
• Belirlenen amaç ve şartlara ulaşılabilmesi için Magnezyum işleme metodunun ve küreselleştirici maddenin
doğru seçilmesi
• Kalıptaki malzemenin soğuma hızı ve katılaşma yapısına etkisinin dikkate alınması
• İnklüzyon kusurlarından etkilenmemek için hassas cüruf çekme

Özel amaçlı sfero döküm içinse;

• Daha iyi mukavemet
• Daha iyi genleşme
• Daha düşük grafit yüzmesi
• Özel alaşım sınıfları

gibi bazı durumlarda spesifik özellikleri geliştirebilmek için verilen analizden sapmak avantajlı olabilir.

GGG40 Döküm Nedir

Kullanıldığı malzemede işlenibilirlik seviyesini arttırmaktadır. En çok kullanılan alaşım ünvanına sahiptir. Ferritik sınıfa dâhil olmaktadır. Bu tür GGG50’nin aksine ısıl işlemle sertleştirilmeye elverişli değildir. Kaynaklanabilmesi de mümkün değildir. Elektriksel iletim seviyesi son derece yüksektir. Bu sebeple birçok endüstride kullanılmaya devam edilmektedir.

Aşınma direnci oldukça fazladır. Ayrıca darbelere karşı da iyi dayanım göstermektedir. Bu malzemeyi en çok Blok hidrolik üreticileri kullanmaktadır. Bunun sebebi GGG50 Sfero Döküme göre sertliği daha düşüktür.

GGG40 Sfero Döküm Kimyasal bileşimi  

karbon 3.4-3.85, silikon 2.3-3.1, manganez 0.1-0.3, kükürt, 0.02 maksimum, fosfor 0.10

GGG40 Sfero Döküm Özellikleri

GGG40 Sfero Döküm Kullanım Alanları

GGG40 sfero döküm ile işlenen ürünler sağlamlığı nedeniyle pek çok sektörde tercih sebebidir. Bağlantı çubukları, fren sistemleri, bağlantı elemanları ve kollarda yoğun olarak kullanılmaktadır.