Gri Dökme Demirlerdeki Başlıca Metalürjik Hatalar
Bu hatalar normalde işleme operasyonu sonrasına kadar ortaya çıkmadığından, en pahalı hatalardan biri olarak kabul edilmektedir. Bu hatalara hem gri hem de sfero dökümlerde rastlanırken, hatalar döküm yüzeyinin hemen altında küçük küresel boşluk şeklinde görünür. Boşluğun iç yüzeyinde sürekli grafit tabakası var olduğundan inceleme esnasında siyah ve parlak olarak görünür. Şekil 1’de görüldüğü üzere grafitin yüzeye çökelmesi nedeniyle hidrojen gaz boşluğunun etrafındaki bölge grafitçe fakirleşir. Hidrojen pinholelarının oluşumunda tek veya kombinasyon olarak birçok faktör etkilidir. Hidrojen pinholüne en yaygın olarak, base metalde yüksek miktarda bulunan alüminyum ve titanyumun, yaş kum veya ıslak refrakterdeki nem ile reaksiyonu neden olmaktadır. Hidrojen pinholünü tetikleyen diğer nem kaynakları arasında, ıslak veya yağlı şarj malzemeleri (pas dahil), kum sisteminde nem tutmaya yatkın ölü kil oluşumu veya havadan nem kapmış eski maçaların kullanımı da yer almaktadır.
Base metaldeki alüminyum miktarının 200 ppm’in altına çekilmesi ve titanyum içeriği minimize edilerek pinhole oluşumu önlenebilir veya oluşumu azaltılabilir. Çelik hurdanın sıkı kontrolü, CGI yolluklarının (Ti kullanılmış ise) kullanımından kaçınılması, emaye hurdaların ayrılarak kullanılması bu konuda yardımcı olacaktır. Bazı pik demirler de titanyum içermektedir. Refrakter harçlarının ve boyalı araç gereçlerin kullanım öncesinde tam olarak kuruduğundan emin olunmalıdır, ayrıca ölü kil oluşumunu önlemek için de kum sistemine yeterli yeni kum ilavesine dikkat edilmelidir. Sistemdeki nem tercihen yüzde 3’ün altında olmalıdır. Maçaların ve su bazlı maça boyalarının, metalin kalıba dökülmesinden önce tam olarak kurutulmuş olması gerekmektedir. Metalin döküm sıcaklığını ve karbon eşleniğini artırmanın da bu hata tipinin oluşma olasılığını azalttığı vurgulanmaktadır.
Nitrojen Gaz Hataları
Nitrojen gaz hataları yüzeysel hatalar olabileceği gibi, yüzeyin altında da oluşabilir. Şekil 2’de verilen örnekte hata işleme esnasında dökümhane sonrası final operasyonlarda ortaya çıktığından maliyeti çok daha pahalı olmaktadır. Gaz hatalarınaorta-kalın kesit kalınlıklarında daha sık rastlanırken, hatalar reçine bağlı maça veya kalıp malzemelerine yakın bitişik yüzeylerde görülür. Bu boşluk ve yarıklar normalde düzensiz şekilde olup (daha yuvarlak olan hidrojen boşluklarının aksine), döküm yüzeyine dik ve parça içine doğru birkaç milimetre ilerlemektedir. Ayrıca boşluk içinde oluşan dendritler de görülmektedir. Flake grafitlerin boylarının kısalıp, kalınlaşması da yüksek nitrojen içeriğinin tipik bir işaretidir. Nitrojen hataları temelde sistemdeki yüksek nitrojenden kaynaklanmaktadır. Kupolde ergitilmiş gri dökme demirde yüksek nitrojen, şarjda yüksek oranda sac hurda kullanılmasından dolayı yüksek miktardaki kok kullanımından kaynaklanırken, indüksiyon ergitiminde yüksek nitrojen içeren düşük kalitedeki karbon vericilerden kaynaklanmaktadır. Maça veya kalıp üretiminde kullanılan bazı reçinelerde, döküm parçada özellikle sıcak bölgelerde bölgesel nitrojen artışına neden olmaktadır. Çözünmüş nitrojenin orta-kalın kesitlerde 80 ppm, ince kesitlerde ise 120 ppm ile sınırlandırılmasıyla, maçasız kısımlarda normal şartlarda nitrojen kaynaklı gaz hataları görülmeyecektir. Buna ilaveten hammaddelerin titiz seçimiyle de potansiyel gaz hatası riski azaltılacaktır. Titanyum ve zirkonyum karbon-nidridler oluşturarak nitrojenin olumsuz etkisini nötralize etmektedir. Yalnız daha önce belirtildiği üzere, alüminyum ve nemin mevcudiyetinde titanyuma dikkat edilmelidir, zira bu durumda hidrojen pinhole oluşumunu teşvik edecektir. Genelde nitrojen ve hidrojen kaynaklı gaz hatalarını birbirinden ayırmak son derece zordur. Hatalı bölgeden alınan numunenin analizinde her iki element de limit içinde olsa da, nitrojen veya hidrojenden dolayı karakteristik gaz boşluğu görünümü olabilir. Böyle durumlarda gaz boşluğu oluşumunda her iki elementin ortak sinerjik etkisini de dikkate almak gerekir. Burada, her iki gazın neden olduğu hataların tam olarak incelenmesi için daha sıkı kontrollerin ortaya konulması gerekmektedir.
Karbon Monoksit Gaz Hatası
Başlıca gaz hatalarının üçüncüsü karbon monoksit kaynaklı gaz hatalarıdır. Şekil 3’te bu tip hataya örnek olarak normalde parça yüzeyinde görülen gaz hatası verilmiştir. Karbon monoksit gazı burada gösterildiği üzere birkaç milimetre çapında bir boşluk olabileceği gibi büyük döküm parçalarda, içine yumruk girecek kadar büyük hatalar olabilir. Normalde cüruf ve mangansülfür yığınlarıyla birlikte görülürler. Ayrıca gaz boşluğunun iç yüzeylerinden çıkıntılı dendrit de görmek mümkündür. Bu problemin en yaygın nedeni, döküm potalarının tamamen boşaltılmasında yapılan hatalardır. Bu hatalar metal sıcaklığının düşmesine ve mangan sülfid /oksidçe zengin soğuk cürufların oluşmasına neden olmaktadır. Nihayetinde aşağıda verilen metal / cüruf reaksiyonunun yer aldığı noktaya ulaşılır;
MeO + C = Me = CO
Hata sistemdeki aşırı mangan ve /veya sülfürdende kaynaklanabilir. Bu durum aşağıdaki denkleme uygun olarak dengelenmelidir.
%Mn = %S + 0.3
Karbon monoksid kaynaklı gaz hataları, pota diplerinin tam olarak boşaltılması, temiz potalarla döküm yapılması ve pota astarında cüruf oluşumunun önlenmesiyle elimine edilebilir. Ayrıca metal sıcaklığının artırılması da hatanın önlenmesine yardımcı olabilir.
Şekil 4’teki örnek tipik bir çekinti hatası olup, çekinti boşluğunun yüzeyindeki dendritleri göstermektedir. Fakat gaz hatalarında görülebilen herhangi bir grafit yapısı çekinti hatalarında görülmez. Şekilde gösterildiği üzere çekinti, parçanın termal merkezinde oluşacak olup sebebi de keskin yarıçap ve zayıf metal akış dizaynıdır. Hatanın çevresindeki yumuşak kum da çekinti boşluğuna neden olabilir. Nitekim günümüz endüstrisindeki mevcut çekinti hatalarının pek çoğu, kalıp kumundaki yumuşak bölgelerden kaynaklanmaktadır. Bunun yanında çekintinin birçok nedeni bulunmaktadır.
• Döküm parçasının kalın kesitlerinin uygun şekilde beslenmemesi veya uygun olmayan yolluk /meme dizaynı
• Düşük karbon veya karbon eşdeğerine sahip dökme demirlerde, katılaşma esanasındaki büzülmeyi telafi edecek yeterli grafit olmamasından dolayı grafitlerin yetersiz genleşmesi
• Kalıbın hareket etmesine neden olacak şekilde kalıbın yetersiz kelepçelenmesi veya yetersiz ağırlık kullanılması
• Yetersiz veya aşırı aşılama da çekinti potansiyelini artırır. İlki çökelecek grafit eksikliğinden dolayı iken, diğeri hücreler arası çekintiye neden olan çok fazla ötektik hücre oluşumu nedeniyle çekinti riskini artırmaktadır.
• Yüzde 0,1’i geçen yüksek fosfor içeriği de yüksek döküm sıcaklığı gibi çekintiyi teşvik etmektedir.
Taneler arası karbürler
Günümüz endüstrisi çelik hurda kalitesindeki düşüşlerle de mücadele etmektedir. Çoğu kez çelikteki eser element miktarları, eski zamanlara göre daha fazla olup, bu da taneler arası karbür oluşumunda artışa neden olmaktadır. Bu durum, özellikle yavaş katılaşma hızının segregasyona izin verdiği, molibden, vanadyum, manganez, krom ve titanyum gibi zararlı elementlerin konsantrasyonlarının arttığı kalın kesitli parçalarda görülmektedir. Bazı durumlarda aşılama miktarının artırılması veya daha etkin aşılama ile karbür yapıcı elementlerin mikroyapıda dağıtılmasına yardımcı olunmaktadır. Böylece karbür oluşumu engellenir. Bununla birlikte yukarıda belirtildiği üzere eser elementlerin etkileri tek tek olmayıp kümülatif olarak dikkate alınmalıdır. Ayrıca, Mo ve Cr gibi bazı karbür tipleri müteakip ısıl işlem ile de giderilemez. Başta çelik hurda olmak üzere hammaddelerin sıkı kontrolü ve aşılama ilavesinin optimize edilmesiyle tane sınırlarındaki karbür oluşumu önlenebilir. Karbon eşleniğinin artırılması da istenmeyen elementlerin mikroyapıda dağılmasına neden olduğundan karbür oluşumunun önlenmesine yardımcı olmaktadır.
Kaynak: Türdöküm Dergisi