Küresel grafitli dökme demirlerin yüzeyinde çil oluşumu ve östemperleme ısıl işleminin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi
Chill formation on the surface of ductile iron and the effects of austempering heat treatments on microstructures and mechanical properties
Yazar: İSMAİL OVALI
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERDOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada küresel grafitli dökme demirlerin yüzeyinde çil oluşumu ve östemperleme ısıl işleminin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, numune çapları (Ø10-50 mm), kalıp malzemesi türleri (Kum, Paslanmaz çelik, Çelik ve Bakır) ve et kalınlıkları farklı kalıplara dört farklı kimyasal kompozisyona sahip malzemelerin dökümleri gerçekleştirilmiş ve östemperleme ısıl işlemi uygulanmıştır.Deneysel çalışma sonuçları, dökülmüş koşullardaki numunelerde kalıp et kalınlığının sabit tutulduğu ve numune çapının değiştiği koşullarda numune çapı büyüdükçe çil derinliğinin azaldığını göstermiştir. Bu numunelerde yüzeyden merkeze doğru grafit sayısı azalırken, grafit hacim oranı ve küreselliği artmış ve özde soğuma hızına bağlı olarak perlitik ya da ferritik yapı oluşmuştur. Yine dökülmüş koşullardaki numunelerde numune çapının sabit tutulduğu kalıp et kalınlığının değiştirildiği koşullarda, kalıp et kalınlığı artıkça yüzeyden merkeze doğru çil derinliği artmıştır. Bu eğilim ısı iletim katsayısı yüksek kalıp malzemesinin kullanılması ile daha belirgin hale gelmiştir. Çapı büyük numunelerde (Ø30-50 mm) en yüksek çil derinliği 30 mm numune çapı ve 50 mm et kalınlığına sahip bakır kalıba dökülen numunelerde elde edilmiştir.Dökülmüş koşullardaki numunelerde karbür hacim oranı arttıkça aşınma direnci ve çekme dayanımı artarken darbe dayanımı ve toplam uzama azalmıştır.Östemperlenmiş koşullardaki I, II ve III nolu alaşımlarda çil bölgesinin tamamen çözündüğü, düşük Si ve yüksek Cr içeren IV nolu alaşımda ise çil bölgesinin varlığını bir miktar azalarak koruduğu gözlenmiştir.Östemperleme ısıl işlemi genel olarak darbe, çekme ve toplam uzamayı arttırırken aşınma direncini düşürmüştür. Ancak IV. nolu alaşımda aşınma direncindeki kayıp çok az gerçekleşmiştir.Yapay sinir ağları (YSA) ile yapılan matematiksel modelden elde edilen değerlerin deneysel sonuçlarla büyük oranda örtüştüğü belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Küresel grafitli dökme demir, Çil, Östemperleme, Soğuma hızı

Abstract:
In this study, the effects of chill formation on the surface of ductile iron and austempering heat treatment on microstructure and mechanical properties were investigated. For this aim, the casting of material having four different chemical compositions were carried out to moulds having different samples diameter (Ø10-50 mm), mould material type (Sand, Stainless Steel, Steel and Copper) and mould wall thickness than all sample were austempered.Experimental study results showed that in the as-cast samples, the chill depth decreased with increasing sample diameter when mould wall thickness was constant and sample diameter is variable. In these samples the graphite volume fraction and the nodularity increased from surface to center and perlitic or ferritic structure was formed depending on the cooling rate. Again, in the as-cast samples, the chill depth was increased with increasing the mould wall thickness on the condition which the sample diameter was constant and the mould wall thickness was variable. This trend became more obvious by using the mould material having high heat transfer coefficient. In the large diameter samples (Ø30-50 mm), the highest chill depth was obtained in the sample having 30 mm diameter and 50 mm wall thickness.The wear resistance increased with increasing carbide volume fraction as impact strength, tensile strength and total elongation reduced in the as-cast samples.It was observed that the chill zone completely dissolved in the alloys of I, II and III at austempered conditions, but the chill zone in the IV. alloy containing low Si and high Cr content preserve its persistence with decreasing to some extend.Generally austempering heat treatments increase the impact strength, tensile strength and total elongation while it decreases wear resistance.It is defined that the value obtained from mathematical model performed with artificial neural network (ANN) is quite similar with experimental results.Keywords : Ductile iron, Chill, Austempering, Cooling rate.