OTOMOTİV MALZEMELERİ BEŞİR DEMİRÖZÜ G090504045 KONU: DÖKME DEMİRLER YRD. DOÇ. DR. MESUT DURAT

1. OTOMOTİV MALZEMELERİBEŞİR DEMİRÖZÜG090504045KONU: DÖKME DEMİRLER YRD. DOÇ. DR. MESUT DURAT

2. DÖKME DEMİR Yüksek fırından elde edilen sıvı ham demirin; kalıplara dökülerek katılaşmasından elde edilen yarı-mamule “PiK” pikin ergitme fırınlarında tekrar ergitilerek, belli bir modele göre önceden hazırlanmış bir kalıp içerisine dökülmesi ve kalıp boşluğunun şeklini alarak katılaşmasıyla meydana gelen malzemeye "DÖKME DEMİR" denilir.

3. Demir Dökümün Tarihçesi Demir dökümü ilk olarak Çin (M.Ö. 1700 ler) sırasında silah imalatı ile başlamış, yüzyıllar boyunca babadan oğula geçen bir sanat ve sır seklinde tutulmuştur. Fakat demir dökümün asıl üretim ve tüketimine (M.Ö. 800) yıllarında Hindistan da başlandığını buda tapınaklarında görülen kirişlerden hükmetmek de kabildir.

4. Demir Dökümün Tarihçesi Demirin ergitilerek üretiminin tarihi merkezlerinden biri de Karadeniz sahilleridir. Bu sanatın Avrupa 'ya intikalinin buradan olduğu kanısı yaygındır. Sıvı sıcak demirin beyaz görünüşü dolayısıyla bu işlemin bütünü yavrularını emziren domuza benzetilisinden elde edilen demire Pig Demir (İngilizce de Pig, domuz anlamına gelmektedir) denilmiştir.

5. Demir Dökümün Tarihçesi • Ancak 17. yüzyılın baslarında, Almanya, Belçika ve Hollanda da demiri ergitmek suretiyle üretilmeye başlamış ve çok geçmeden İngiltere de maden kömürü kullanmak suretiyle üretimi İlk defa yüksek fırında gerçekleştirilmiştir. Fakat bununla beraber dökücülük 20. yüzyılın başlarına kadar dökümhanelerde yine bir sanat ve sır olarak tutulmuş ve bu endüstri dalının ilerlemesine engel olan faktörlerden biri olarak kalmıştır.

7. DÖKME DEMİR • Dökme demirler, karbon oranlarının (genel olarak) 2-4,5 arasında olduğu Demir – Karbon alaşımlardır. Ergime sıcaklığı yaklaşık 12500 °C dir. Çeliklerde olduğu gibi Silisyum, Mangan, Fosfor, Kükürt gibi diğer elementleri de içlerinde bulunur.

8. DÖKME DEMİRLERİN YAPISAL OLARAK İNCELENMESİ

9. Dökme demirlerde C nun yanı sıra Si da bulunduğundan ve soğuma hızının yavaş olması nedeniyle katılaşma sırasında C elementel yani grafit halinde katılaşır. İçerisindeki C ’ninsementit halinde olması nedeniyle çok serttir, dövülerek biçimlendirilemez.

10. Dökme demirler birçok farklı özellik içeren bir demir alaşım ailesidir ve isimlerinden de anlaşılacağı gibi, katı halde çalışılmayıp istenilen şekle dökülerek getirilirler.%2den ve genellikle %1 den de daha az C içeren çeliklerin aksine %2~%4 arası C ve %1~%3 arası Si içerirler. Belirli özellikleri kontrol etmek ve çeşitlendirmek için başka metalik ve ametalik alaşım elemanları da ilave edilir.

11. Dökme demirler katılaştığı zaman,son katılaşan zerreler ötektiklik seviyesindedir. Eğer başka katkı elemanı yoksa dökme demirde en az %1.7 C bulunur. Dokuda %1.7 den az C varsa bu malzeme dökme demir değildir ve dokuda ötektiklik yoktur. Dökme demirdeki yabancı maddeler ve katkı elemanları bulunduğu zaman C miktarı daha düşük olabilir. eğer dökme demirde %2 Si bulunuyorsa C miktarı %1.7 den %1.1 e düşmektedir.

12. DÖKME DEMİRLERDE MİKROYAPI • GRAFİT: Heksagonal kafesli yapısı vardır. Stabil sistemdir. (Heksagonal: Üç yatay ve eşit boyda (a1, a2 ve a3 ) ve bunlara dik bir farklı boyda (c) eksenden oluşan bu sistemde yatay eksenler arasında 120o , bunlarla c ekseni arasında 90o lik açılar bulunur. 7 simetri düzlemi, 7 simetri ekseni ve bir simetri merkezi vardır.)

13. FERRİT: Genelde α-karışık kristalli (α-KK) demire denir. Ferrit kristalleri kubik hacim merkezlidir. Ferritte karbon karışımı çok azdır, maksimum %0,2 C vardır. Ferrit demiri düşük ısı sahasında gevrekleşir. SEMENTİT: Demir karpitin (Fe3C) metalografik adıdır. Sementitte %6,69 karbon bulunur. Sementitin ayrılması primer veya sekonder olabilir. Sertliği ortalama 1'100 HV dir

14. * PERLİT: Aynı zamanda ötektoit diyede adlandırılır. Aralarında sementit lamelleri bulunan ferrit demiridir. Saf perlit 723 °C nin altında tam % 0,8 karbonlu demirdir. Perlitte ötektoit olarak ötektikumun bütün karakteristik özelliklerine haizdir. Perlit sıvı demirden oluşmayıp γ-karışık kristalinin dağılmasından oluşur

17. DÖKME DEMİRLER ÖZELLİKLERİ KİMYASAL BİLEŞİMİ

18. DÖKME DEMİR ÇEŞİTLERİ 1) BEYAZ DÖKME DEMİR Beyaz dökme demir, alaşım katılaştığında, bileşimindeki karbon, sementit (demirkarbür Fe3C) halinde olan dökme demirdir. Kırılmış yüzeyi beyaz kristal görünüşlüdür ve çok serttir.

19. Beyaz Dökme Demirdeki Elementler ve Oranları

20. Beyaz dökme demirlerin mikroyapıfotografı, beyaz bölgeler sementit Fe3C, siyah bölgeler perlittir.

21. Beyaz dökme demir kendi arasında ikiye ayrılır: • 1- Sert döküm • 2- Temper döküm

22. 1- Sert Döküm (SD) • Sert döküm karbonun yumuşak grafit olarak ayrılmadığı aksine, sert demir sementit olarak meydana geldiği bir döküm türüdür. Sert döküm yüke ve basınca dayanıklıdır, fakat aynı zamanda gevrektir. Ayrıca düşük bir çekme dayanımına sahiptir.

23. Yapıda sementitin varlığı, miktarı ve şekli, dökme demirin sert ve özellikle aşınma mukavemetinin yüksek olmasını sağlar. Bu özellik değerleri, başta Mn ve P olmak üzere Ni, Cr, Mo, Cu gibi alaşım elementleri yardımıyla daha da artırılabilir (C ve Si oranları düşüktür: %C 3; %Si 1,4).

24. 2- Temper Döküm (GT) • Temper dökümden yapılmış olan iş parçaları, dökümden sonra uzun süren bir ısıl işlemden geçirilir. Temper dökme demir, iki ayrı metotla elde edilmektedir. Birincisi, Avrupa metodudur. Buna ‘Beyaz Temper Dökme Demir’ denir (BTD).

25. İkincisi, Amerikan metodudur. Adı ‘ Siyah Temper Dökme Demir.(STD) Her iki temper dökme demirin kimyasal bileşimleri pek farklı değildir. Fakat uygulanan temperleme işlemlerinin farklı olması, yapılarının ayrı ayrı oluşmasına sebep olur.

26. Beyaz Temper Döküm (GTW) Üretimi • Ham döküm parçaları, birkaç gün oksijen verici maddeler içinde tavlanmak suretiyle karbonu emilir. Karbonu giderilmiş yüzey tabakasının parçalı görünüşü açık metalik renktedir ve çeliğe benzer niteliklere sahiptir. Ancak iş parçalarının, yüzeyden yaklaşık 5mm' lik bir derinliğe kadar karbonu giderilebilir. Daha kalın kesitlerde, iş parçalarının iç kısmındaki demirkarbid, temper kömürler halinde parçalara ayrılır.

27. Siyah Temper Döküm (GTS) Üretimi • Ham döküm parçaları birkaç gün havasız ortamda tavlanır. Bu esnada sementitferrit ve pul seklinde temper dökümler halinde parçalara ayrılır. Siyah taneli kırık yapı bütün kesit üzerinde et (cidar) kalınlığından bağımsız olarak eşit durumdadır.

29. 2) GRİ DÖKME DEMİR • Katılaştıktan sonra bileşimindeki karbonun büyük bir kısmı serbest grafit yaprakları (lamel-pul) hâlinde bulunan bir dökme demir çeşididir. Kırıldığı zaman yüzeyi isli gri görünüşlüdür. Grafitten dolayı rengi esmer olan bu dökme demire lamel grafitli dökme demir veya GRİ DÖKME DEMİR denir.

30. Gri dökme demirin bileşiminde ana yapısı demirden başka karbon, silisyum, manganez, fosfor ve kükürt bulunur. Bileşiminde bulunan bu elementler genel olarak HAM DEMİR (pik)den gelmektedir. Kükürt, gri dökme demirin içinde bulunması arzu edilmeyen bir elementtir. Fosforun ise pek az miktarı faydalıdır.

31. Gri dökme demirlerin mikroyapı fotoğrafları,a)Ferrit yapılı, b) Perlit yapılıdır

32. 3) KÜRESEL DÖKME DEMiR Küresel dökme demir kimyasal kompozisyonu gri dökme demirinkinin aynısı olmasına rağmen mukavemet ve süneklikteçeliklere benzerler, fakat üretim şekli farklıdır. Gri dökme demirlerde grafit yapraklarının şekli çatlak oluşturma özelliğinden dolayı gri dökme demirin mukavemetini , tokluğunu ve sünekliğini düşüren ana etkendir.

33. Gri dökme demirlerdeki silisyum, küresel dökme demir üretebilmek için olabilecek en düşük seviyelerde olmalıdır; çünkü, Si yapraklarını büyütür. Kaynak yaparken Mg ergiyen bölgeden kaybedilirse, kaynak sınırı boyunca grafitin sekli değişir. Kaynak sürecinde ısı girdisini ve ergiyik halde kalınan süreyi en aza indirmek grafitin bozulmasını en aza indirir.

34. Küresel dökme demir bazen nodular demir olarak da adlandırılır ve çeşitli metalurjikdurumlarda bulunabilir. Bir ferrit yapılı küresel dökme demir yüksek süneklik sağlarken, diğer ferrit yapılı küresel dökme demir yüksek mukavemet sağlayabilir. Perlit yapılı olan yüksek mukavemete sahiptir ve östenitik yapılı olan ise korozyona, yüksek sıcaklıklara ve ısısal şoklara en yüksek dayanım sağlar. Küresel Dökme demirlerin mikroyapı fotografları, a) Ferrit Yapılı, b) Perlit yapılı

35. Alaşım Elemanları • Alaşımlandırmanın etkisi, başlıca mikroyapı, matris, grafitleşme şekli ve mekanik özellikler bakımından düşünülebilir. • Alaşım elemanlarının mikro yapı üzerindeki etkileri; bunların karbür oluşturma meyillerine, ferrit içinde eriyip erimediklerine, grafit ölçü ve dağılımını ne oranda değiştirdiklerine bağlıdır.

36. Krom (Cr ), Mangan (Mn), Molibden (Mo) gibi karbür oluşturucu elemanlar, daha çok tamamen Perlitik yapı elde etmek için kullanılırlar. Bu elemanların alaşımdaki % oranları arttıkça, Sementitik (Birleşik) Karbonu daha yüksek, daha sert ve mukavemetli perlit oluşur. Aynı elemanlar, katılaşmada grafitleşmeyide etkiler; fazla oranda kullanıldıklarında gri dökme demir yerine, beyaz dökme demir yapısına sebep olabilir.

37. Silisyum (Si), Nikel (Ni), Bakır (Cu) ise; mikroyapıdaferrit içinde erirler ve ferrit in sertlik ve mukavemetini artırırlar. Aynı zamanda grafitleşmeyideetkilerler. • Krom (Cr) : %0.15- 0.75 gibi düşük miktarlarda gri dökme demire ilave edildiğinde, tamamen perlitik bir mikroyapı elde edilir. Artan mukavemet ve sertliğin yanında, Cr ilavesi gri dökme demire oksidasyon direnci de kazandırır.

38. Molibden (Mo) : Sertleştirmede etkilidir. Düşük miktardaki Mo gri dökme demirin çekme dayanımını arttırmış olur. • Silisyum (Si) : Dökme demirler için alaşım elemanı olarak kullanıldığında % 6-8 silis katılan dökme demirler, normal dökme demirlere göre, tufalleşmeye karşı arttırılmış bir direnç göstermektedir.

39. Nikel (Ni) : Orta derecede bir grafitleştiricidir, ferrit içinde erir ve bu fazın sertleşmesine sebep olur. Yalnız başına kullanıldığında gri dökme demir yapısını elde etmek için gerekli silisyum miktarını azaltıcı rol oynar ve bu suretle grafit ve perlitik yapının da ince taneli oluşumunu sağlar.

40. Bakır (Cr) : Bakır da nikel gibi orta derecede grafitleştirici bir elementtir ve ferrit fazında erir, aşınma korozyon direncini arttırmak için %3.0 oranına kadar kullanılır.

41. KAYNAKLAR • KAYIRAN Erdoğan, Malzeme Teori ve Pratik, Eylül 1999 • FINDIK Fehim , Malzeme Seçimi ve Uygulamaları, 2008 • STAUDY Wilfried , Motorculukta Metal Tekniği, M.E.B. 1995 • home.uludag.edu.tr/users/mumintutar/edm/12.pdf • MEGEP, METALURJİ TEMPER DÖKME DEMİR, 2006 • MELİKE MİHRAN CAVCAR, DÖKME DEMİRLER VE DÖKME DEMİRLERİN KAYNAĞI, 1996 • MEGEP, METALURJİ GRİ DÖKME DEMİR, 2011 • Özdemir Özer, Otomotiv Sektöründe Kullanılan Küresel Grafitli Dökme Demir üretimine Etki Eden Parametrelerin Teorik incelenmesi Ultrasonik Ses Hızı Yöntemiyle Tahribatsız Kontrolü Ve Mekanik özelliklerinin Karşılaştırılması, YÜKSEK LİSANS TEZİ, Mayıs 2007

42. Emre YONTAR G090504048 DÖKME DEMİRLER Yrd. Doç. Dr. Mesut DURAT

43. Gri Dökme Demirlerin Sınıflandırılması • Gri dökme demirlerin Türk Standartlar Enstitüsü’ne (TSE) göre sınıflandırır. DDL işareti (Dökme Demir Lamelli) anlamına gelmektedir. DDL işaretini takip eden sayılar ise minimum çekme mukavemetini gösterir. Örneğin DDL=10 çekme mukavemeti 10 kg/mm2 olan lamel grafitli gri dökme demir demektir.

45. Alman (DIN) normundaki gri dökme demirlerin sınıflandırılışı aynen TSE’deki gibi, yalnız işaret DDL değil GG (Gusseisen mit Lamellengraphit=Grauguss) şeklindedir. • Amerikan ASTM standardında gri ve lamel grafitli dökme demirler sınıflara ayrılmışlardır. (Class 20, 30, 40 v.b.) Sınıf numaraları p.s.i (lb/inç2) olarak minimum çekme mukavemetini vermektedir. Örn; Class 20 (σ) = çekme mukavemeti 20.000 p.s.i, Class 60 (σ = 60.000 p.s.i) gibi.

46. Dünya Döküm Üretimi • Türk döküm sektörünün gerek Avrupa’da, gerekse dünyada önemli bir yeri vardır. Türkiye, 2011 yılında toplam 1,433 milyon, 2010 yılında ise 1,292 ton döküm üretimi gerçekleştirmiştir. Türk Döküm Sektörü 2010 yılı üretim rakamları itibarı ile Almanya, Fransa ve İtalya’yı takiben Avrupa’da 4. sıraya yerleşmiştir.

47. Sektör, 2010 yılı dünya sıralamasında ise 13. sıradadır ve dünya üretiminin %1,4’ü Türkiye’de üretilmektedir. • Ülkemiz imalat sanayindeki diğer sektörlerin dünya ve Avrupa sıralamaları göz önüne alındığında, döküm sektörünün bu açıdan önemli bir konumda olduğu görülmektedir.

49. Türk döküm sanayi için en büyük sıkıntı sektörün otomotiv ağırlıklı büyümesidir. 2011 yılında üretimin % 65’ı otomotiv ve ilişkili sanayi için yapılmıştır. Bu durum kriz zamanlarında sektörde derin etkiler yaratmaktadır.