Dökme Demirlerde İndüksiyonla Yüzey Sertleştirme

Dökme demirlerin kullanım alanlarının artması ile alevle yüzey sertleştirmenin yanında indüksiyonla yüzey sertleştirme işlemi de yaygın olarak yapılmaktadır. İndüksiyonla sertleştirme işleminde sıcaklık kontrolü ve frekans yardımı ile sertleşme derinliği kontrolü olduğu için, alevle yüzey sertleştirmeye göre daha iyi sonuç vermektedir. İndüksiyonla sertleştirme uygulanan dökme demirlerde, bileşik karbon içeriği sertleştirme açısından oldukça önemlidir. Alevle yüzey sertleştirme işleminde olduğu gibi indüksiyonla yüzey sertleştirme işleminde de birleşik karbon içeriğinin perlit halinde % 0.40-% 0.50 arasında olması önerilir. Bu değer %0.70 değerine kadar çıkabilir fakat bu değeri aştığında çatlak oluşma ihtimali artar. % 0.40 karbon içeriğinden daha düşük karbon içeriğine sahip dökme demirlerde ise sertleştirme sağlıklı sonuç vermez. Bunun nedeni düşük karbon içeriği yüksek östenitleme sıcaklığı ve daha uzun ısıtma süresi gerektirir. Bu da yüzeyde oluşan tana yapısını irileştirir ve yüzeyde arzu edilmeyen miktarda kalıntı östenit oluşturur. Bu nedenle birleşik karbon içeriğinin yukarıda verilen değerler arasında olması gerekir.
 

Gri dökme demirlerin indüksiyonla sertleştirmesinde en önemli etken mikro yapıdaki karbon içeriği ve grafit miktarıdır. Grafit miktarı arttıkça, elde edilen sertlik değeri azalacaktır. Gri dökme demirde bulunan grafitler ince yapıda ve homojen dağılımlı olmalıdır. Bunun nedeni ince yapılı yapıda daha fazla miktarda karbon çözünür. Östenitlenme sıcaklığında ne kadar fazla karbon çözünürse, sonuç o kadar iyi olur.

Gri dökme demirin yapısında bulunan perlit ve ferrit miktarı da sonucu doğrudan etkilemektedir. Perlitteki birleşik karbon östenitleme sıcaklığında daha kolay çözünür, bu da sertleştirme işlemini kolaylastırır. Bu yüzden perlitin yapıda yüksek oranda olması istenir. Yapıda bulunan ferritteki karbon östenitleme sıcaklığında daha zor çözünür ve daha yüksek sıcaklık ve gerektirir bu da sonuca olumsuz yönde etkiler. Bu nedenle döküm esnasında ferrit oluşumunu engellemek için ya hızlı soğutma yapılmalı ya da Cr ,Ni ,Mo ve Cu gibi alaşım elementler ile alaşımlandırılmalıdır. 

İndüksiyonla yüzey sertleştirme hem alaşımlı hem de alaşımsız dökme demirlerde yapılabilir. Alaşımlı dökme demirlerde alaşım elementlerinin fazla olması sertleşebilme yeteneğini ve martenzitik yapı derinliğini arttırmaktadır. Bu nedenle alaşımlı gri dökme demirlerde indüksiyonla yüzey sertleştirme işlemi daha kolay olmaktadır.

Gri dökme demirlerde indüksiyonla yüzey sertleştirmede su verme ortamı olarak, su, eriyebilen yağ karışımları ve suda çözünebilen polivinil alkol kullanılabilir. Su seçilirse suyun temiz olmasına ve su sıcaklığının 32 °C olmasına dikkat edilmelidir. % 5-15'lik eriyen yağ karışımları, basınçlı hava, düşük basınçtaki hava ve su ortamları, çatlamayı önler.

Önerilen Makale: Paslanmaz çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik iskele boruları nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Gri dökme demirde östemperlemede perlit seviyesi altında fakat martenzit seviyesi üstünde oluşan, mikro yapı matriksi beynitik ferrit + dönüşüm sıcaklığına bağlı olarak değişen miktarlarda kalıntı östenitten ibarettir. 

Östemperleme sıcaklığı, 230-425°C arasında değişmektedir. Yani gri dökme demir östenitleme sıcaklığına çıkarıldıktan sonra,  230-425 °C arasında değişen bir sıcaklıkta banyoya atılır. Gri dökme demirde genelde kullanılan banyolar yağ, tuz ve kurşun banyolarıdır. 

Eğer nihai amaç, yüksek sertlik ve aşınma direnci elde etmekse, su verme banyosunun sıcaklığı genellikle 230-290 °C arasında tutulur. Östemperleme sıcaklığı ve östemperleme süresi, sertlik ve aşınma direnci ile yakından ilgidir. Östemperleme sıcaklığı arttıkça sertlik ve aşınma direnci düşer. 

Dökümün şekli ve kalınlığı genelde östemperlemenin kullanımını sınırlar. Çünkü döküm östemperleme sıcaklığına ulaştığından itibaren, herhangi bir östenit dönüşümü olmadan östemperlenme banyosuna atılmalıdır. 
 

Endüstride karmaşık yük durumlarında ve aşınma şartlarında çalışan çeşitli parçaların imalatında küresel grafitli dökme demir geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Küresel grafitli dökme demir ham durumda iken düşük mekanik özellik sahip olduğu için, özellikle de düşük aşınma direncine sahip olduğu için yüzey sertleştirme ısıl işlemine gerek duyulmuştur. İyi bir yüzey sertleştirme uygulaması için, iyi bir sıcaklık ve derinlik kontrolü gereklidir. Bunu sağlamak amacıyla küresel grafitli dökme demirler indüksiyonla sertleştirilmektedir. 

Küresel grafitli dökme demirler, sertleştirme işlemine tabi tutulmadan önce mikro yapısının bilinmesi gerekmektedir. Çünkü demirin yapısındaki içeriklerin sonuç üzerindeki etkisi büyüktür. Yapı içerisindeki perlit miktarının fazlalığı sonucu olumlu yönde etkilerken ferrit miktarının fazlalığı olumsuz yönde etkilemektedir. Bu yüzden sertleştirme işlemine tabi tutulacak yapıların perlitik olması istenir. Ham döküm halinde yapı içerisinde bulunan perlit oranı hızlı soğumayla artmaktadır. Ayrıca döküm içerisinde bulunan Si oranının azlığı da perlit oranının artmasına neden olur. Bu nedenle döküm yapılırken hızlı soğutma yapmak ve silisyum içeriğini düşük tutmak gereklidir. 

Normalize edilmiş, temperlenmiş ve su verilip temperlenmiş dökme demirlerde indüksiyonla sertleştirme işlemi, ham döküme göre çok daha iyi sonuçlar vermektedir. Çünkü bu ön işleme tabi tutulan dökümlerin yapıları düzenli ve homojen dağılımlıdır. Ayrıca K.G.D.O' lerin içerisinde bulunan grafit katkıları sertleşme tabakası derinliğini etkilemekte olup, grafit miktarı arttıkça derinlik artmakta, azaldıkça derinlik azalmaktadır.

Küresel grafitli dökme demirlerde indüksiyonla sertleşme yapılırken mümkün olduğu kadar düşük ısıtma hızları seçilmelidir. Çünkü yüksek ısıtma hızlarında düşük sertlik değerleri elde edilmektedir.

Ayrıca östenitleme sıcaklığı belirlenirken yapı içerisindeki ferrit ve perlit miktarına dikkat edilmelidir. Bilindiği gibi perlitik yapılar, perlitik-ferritik ve ferritik yapılara göre daha düşük sıcaklıklarda östenitlenirler. Çünkü ferrit içerisindeki karbonların çözünmesi daha yüksek sıcaklıklar gerektirir. Bu nedenle yapıdaki ferrit miktarının fazla olması östenitlenme sıcaklığı arttırmaktadır. 

Alaşımlandırılmış küresel grafitli dökme demirlerin indüksiyonla sertleştirilmesi sonucunda elde edilen sertlik değerlerinin ve oluşan yapının, alaşımsız K.G.D.D.'lere göre daha iyi olduğunu Litovka ve Reznik, (1987) yaptıkları deneylerle saptamıştır. Yapılan denemelerde % 1 Ni ilavesi ile en iyi sertlik değeri elde edilmiştir. Bunun yanında % 0.7 - % 1.0 Mn , % 0.5 - % 1.0 Cu, % 0.5 Ni ile alaşımlandırılmış yapıda aynı sonucu vermektedir. % 1 Mn ilavesi ise küresel grafitli dökme demirin yumuşaklığını azaltma ve sertliğini arttırmaktadır. Ayrıca küresel grafitli dökme demir içerisinde % 0.09 oranını geçmemek şartıyla Sn bulundurulması ferrit oranını azaltarak, düzenli ve homojen bir dağılım sağlanır. Bu da sertliği arttırmaktadır. 
 

Küresel grafitli dökme demirlerde östemperleme işlemi iyi bir sertlik ve aşınma direnci sağlamaktadır. Sonuçlar çeliklerle karşılaştırıldığında daha iyi bir sertlik ve aşınma direnci sağlandığı gözükmektedir. 

K.G.D.D'lerde östemperleme işlemi, östenitleme sıcaklığına çıkarılan dökümün 225-400°C sıcaklığındaki östemperlenme banyosuna atılması ile gerçekleştirilir. Östemperleme işleminde genelde kullanılan banyolar yağ ve tuz banyolarıdır. 

Östemperleme işleminde östemperleme sıcaklığının yüksek olması sertlik ve aşınma direncini düşürmektedir. Sıcaklık arttıkça kalıntı östenit miktarı artmakta bu da aşınma direncini düşürmektedir.

K.G.D.D'lerde östemperleme işleminde alarm elementleri sertlik ve aşınma direncini iyileştirmektedir. Ni ve Cu aşınma direncini ve sertliği arttıran elementler olup, Al iyi bir grafitleyici olarak  iyi bir beynitik yapı oluşmasına yardımcı olmaktadır.