Lamel grafitli dökme demirde mangan ve kükürt dengesi
Lamel grafitli dökme demir üretiminde, sıvı içerisinde mutlaka bir miktar kükürt bulunuyor. Kuvvetli bir karbür yapıcı olan kükürtün bu zararlı etkisini ortadan kaldırmak için mangandan faydalanıyoruz. Sıvı içinde mangan olmadığı zaman, kükürt demirle birleşerek demir sülfit (FeS) bileşiğini oluşturuyor. Fakat sıvıya mangan eklediğimizde, kükürt öncelikli olarak manganla bileşik oluşturmayı tercih ettiği için, aşağıdaki tepkime uyarınca mangan sülfit (MnS) bileşiğinin oluştuğunu görüyoruz:
MnS bileşiği, hem çil oluşumunun engellenmesi, hem de A-tipi grafit elde edilmesi açısından büyük önem taşıyor. Gri dökme demirde oluşan grafitin MnS inklüzyonlarının üzerinde çekirdeklendiğini Dökümhane Akademi’de yer alan birçok eğitim kaynağında görmüş olabilirsiniz. Sıvıdaki kükürt ya da mangan seviyesinin düşük olması nedeniyle MnS inklüzyonlarının sayısı yetersiz kalıyorsa, ince kesitlerde çil oluşumu, daha kalın kesitlerde ise yüksek oranda ferrit ile birlikte D tipi grafit oluşumu dökümcülerin başını ağrıtmaya başlıyor.
Teknik literatüre baktığımızda, kükürtü dengeleyebilmek için sıvıda en az %Mn = 1.7 x %S oranında mangan bulunması gerektiğini görüyoruz. Fakat bu değerin, gerçek dökümhane koşulları dikkate alındığında biraz kuramsal kaldığını söylememiz lazım. Yapıda MnS oluşumuna katılmamış az miktarda mangan bulunması, dökme demirin özellikleri üzerinde çok önemli bir etki yaratmadığı için, manganın yukarıdaki eşitlikte verilen değerin biraz daha üzerinde eklenmesinde fayda var. Bu nedenle teknik literatürde alaşımda bulunması gereken ideal mangan oranı %Mn = 1.7 x %S + 0.3 olarak gösteriliyor. Nispeten daha yakın zamanlarda yapılan araştırmalar ise, bu değerin %Mn = 1.7 x %S + 0.2 seviyesine de çekilebileceğine işaret ediyor. Mangan miktarı bu eşitliklerdeki ifadelere uyacak seviyede tutulduğunda, teknik literatürde raporlanan sonuçların büyük bir çoğunluğunda çil oluşumunun rahatlıkla minimize edilebildiğini görüyoruz.
Karbür oluşumunu engellemek için yapıda neden bir miktar kükürt olması gerektiği, yukarıda anlatılanlar okunduğunda ortaya çıkıyor: Çünkü grafitin çekirdeklenebilmesi için MnS bileşiğine ihtiyaç duyuyoruz. Bu bileşiğin oluşabilmesi için de sıvıda mutlaka kükürt bulunması gerekiyor. Bu noktada aklınıza, o zaman kükürt oranı yüksek olduğunda neden çil görmeye başlıyoruz, şeklinde bir soru geliyor olabilir. Bu sorunun cevabı, ötektik hücrelerin büyüme hızında saklı: Kükürt oranı çok arttığında, ötektik tanelerin büyüme hızında bir yavaşlama meydana geliyor. Bu yavaşlamaya bağlı olarak da ötektik dönüşüm sırasında gerçekleşen aşırı soğuma miktarı artıyor. Bu da, ister istemez, beyaz dökme demir adı da verilen karbür yapısını tetikleyen bir etki ortaya çıkartıyor.
Dolayısıyla, çekirdenmeye yardımcı oluyor düşüncesiyle, kükürtü yüksek tutmak doğru bir yaklaşım değil. Lamel grafitli dökme demirde A-tipi grafit elde edebilmek için kükürtün yaklaşık %0.065 – %0.12 aralığında olmasına dikkat etmek, bu kükürtü dengeleyecek oranda mangan eklendiğinden ve doğru aşılama yapıldığından da emin olmak gerekiyor.