Malzeme bilgisindeki bu yazının konusu dökme demir nedir. Hangi maddelerden oluşur. Dökme demirlerin iç yapısı, üstünlükleri ve zayıf yönleri. Dökme demir çeşitleri olacak.
Dökme demirler
Dökme demir nedir ? Dökme demir, Demir ve karbonun alaşımı olan bir dökümdür. Karbon tutumu %2.5 ile 4.5 arasında değişir. Ayrıca, az oranda manganez, fosfor, kükürt ve silisyum içerir. Bu sonuncu element en önemlisidir.
Dökme demirler mükemmel dökme alaşımları olurlar, geniş bir güç ve sertlik yelpazeleri vardır. Bununla birlikte makinede kullanılmaları da kolaydır. Aşınmaya, çizilmeye ve oksitlenmeye karşı alaşımla kullanıldıkları takdirde büyük direnç gösterirler.
Yaygın kullanımları daha düşük fiyatlı oluşlarına ve işlenebilme özelliklerine bağlıdır. Yeni malzemelerin yarattığı rekabete rağmen dökme demirler ekonomik ve binlerce mühendislik uygulamasına uygun malzemeler olduklarını kanıtlamışlardır.
Dökme demirlere neden ihtiyaç duyulmuştur
Yüksek fırında elde edilen ham demir, iç yapısında bulunan maddeler nedeniyle direkt olarak kullanılamaz. İç yapısında bulunan ve kullanımını engelleyen en önemli madde fazla orandaki karbon elementidir. Yüksek fırın ürünü olan ham demir iç yapısında %2,5-4,5 oranında karbon vardır. Karbon fazlalığı, ham demirin kırılgan ve sert olmasına neden olur. Bu karbonun kabul edilebilir oranlara indirilmesi, demirin endüstride kullanılması için ön şartı teşkil eder.
Yüksek fırında üretilen ham demirin karbon oranı azaltılarak kullanıldığı iki ana üretim alanı vardır. Bunlardan biri çelik üretimi, diğeriyse dökme demir olarak kullanımıdır.
Dökme demirler nasıl yapılır?
Yüksek fırında üretilen ham demir dökme demir olarak kullanılacak ise bazı işlemlerden geçirilmelidir. Bu işlemler genel olarak kupol fırını olarak adlandırılan yerlerde yapılır. Kupol fırınlarında ham demir iç yapısında bulunan karbon %1,7 ilâ 3,5 arasına düşürülür. Diğer yandan dökme demirin ekonomik olmasını sağlayan hurda çelik alaşımlarının ilâveside yapılır.
Karbon azaltımıyla dökme demir üretimi, endüstrinin ihtiyaçlarına cevap verecek nitelikte değildir. Bu yüzden başka katkı elementleride ilâve edilerek, değişik amaçlar için kullanılabilir dökme demirler üretilir.
Dökme demirlerin üstünlükleri ve zayıf yönleri
Dökme demirin genel özellikleri şunlardır;
1. Alçak sıcaklıklarda ergime,
2. Düşük maliyet,
3. Döküme uygunluk,
4. Yüksek basma dayanımı,
5. Aşınma direnci.
Yukarıda 5 madde hâlinde toplananlar, dökme demirlerin üstünlükleri olarak algılanmalıdır. Bunun yanında, dökme demirlerin dövmeye uygun olmamaları olumsuz bir özelliktir.
Dökme demirin basınç gerilimi iyi, fakat çekme gerilmesi düşüktür. özel olarak alaşımlandırılmamışsa hiç bir sıcaklıkta dövülmez ve uygun biçimde işlenemez.
Çok düşük karbon tutumlu dökme demir yan çelik ya da düşük alaşımlı çelik adını alır. çünkü mekanik ve fiziksel özellikleri bakımından demirden çok çeliğe yakındır.
Dökme demir, ergimiş durumda çok akışkandır ve en karmaşık kalıplara bile kolayca dökülebilir.
Çelikler sıcak ve bazı türleri soğuk olarak biçimlendirilebilirken, dökme demirin sıcak olarak bile dövülememesi, sıvı hâlden katı hâle geçerken plâstik biçim değiştirme özelliğinin olmamasından kaynaklanır. Dökme demirler sıvı eriyik durumundan bir anda katı duruma geçerler. Dökme demirler 1147°C’un üzerinde sıvı, alt sıcaklıklarda ise katı hâldedir. Bu özellikleri sebebiyle, döverek biçimlendirme için gerekli olan plâstik kıvam oluşmaz.
Dökme demir çeşitleri
Dökme demirlerin sınıflandırılması, genel olarak, gerecin kırılma yüzeyine göre yapılır. Dökme demir çeşitleri aşağıda verilmiştir.
Beyaz dökme demirler : Alaşımdaki karbonun hemen tümü demir karbür (sementit) halindedir. Bu gereç sert ve gevrektir. Ayrıntılı bilgi için BKNZ: Beyaz Dökme Demirler
Gri dökme demirler : Gri bir kırılma yüzeyi verir. Bu gereç yumuşaktır. Yapısındaki karbonun büyük bölümü yumuşak grafit halindedir. Ergime sıcaklığı, beyaz döküm türlerinden daha yüksektir. En çok kullanılan dökme demir çeşididir. Ayrıntılı bilgi için BKNZ: Gri dökme Demirler
Temper dökme demirler (Malleble cast iron) : Kırık yüzeyi ve özellikleri bakımından yukardaki iki ana tür arasında yer alır. Temper dökme demirlerde karbon yapraklar şeklinde değil de küresel olduğu için bir miktar sünekliği vardır. Ayrıntılı bilgi için BKNZ: Temper dökme Demirler
Küresel Dökme demirler (Ductile cast iron): Sfero dökme demir diye de bilinir. Oldukça yeni bir yapım gerecidir, ingiltere’de British Cast Iron Research Association tarafından geliştirilmiştir. Ergimiş demirin cerium ya da magnezyum ile işlem görmesinden elde edilir. Yapısındaki grafit pulları küresel biçime getirilmek yoluyla çekme, akma gerilmelerinin ve birim uzamasının değerleri yükseltilmiştir. Ayrıntılı bilgi için BKNZ: Küresel grafitli dökme demirler
Dökme demir çeşitlerinden olan küresel grafitli dökme demirleri özellikle ısıtma ve soğutma kanalları bulunan döküm parçalarında daha çok görürüz. (yukarıdaki resim)