Katı çözelti ile mukavemetlendirilmiş ferritik sfero dökme demirde mekanik özelliklerin incelenmesi
High strength solution-strenghtened ferritic ductile cast iron examination of mechanical properties
Yazar: VOLKAN UÇAR
Danışman: PROF. DR. OSMAN ÇULHA
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Son yıllarda sfero dökme demirlerin bulunması ile metalurji ve malzeme bilimi sektöründe dökme demirlerin önemi oldukça artmıştır. Birinci nesil dökme demirlerden farklı olarak, 20. Yüzyılın sonlarında ikinci nesil adı verilen, yeni bir sfero dökme demir sınıfı ortaya çıkmıştır. Katı çözelti ile güçlendirilmiş ferritik sfero dökme demir (solid solution strengthened ferritic ductile iron, SSF) olarak adlandırılan bu malzemeler, yüksek mekanik dayanımın yanı sıra yüksek uzama değerleri de göstererek çeliğin kimyasal yapısı kadar kompleks olmayan, çelik benzeri özellikler taşıyan, işleme kabiliyeti yüksek, metalurji sektörü için oldukça avantajlı ve üretimi çeliğe nazaran ucuz olan bir malzeme sınıfı haline gelmiştir.
Bu tez çalışmasında, döküm parçalarında kesit kalınlığına bağlı olarak görülen farklı soğuma hızından dolayı yapı içerisinde bölgesel faz değişimlerinden kaynaklanan dayanım farklılıklarına çözüm olarak yeni nesil sfero dökme demir malzemelerinden olan ve üretimi henüz yaygın olmayan EN-GJS-500-14 kalite ve EN-GJS-600-10 kalite malzemenin kimyasal bileşimini, standartta verilen mekanik test değerlerini sağlayacak şekilde oluşturmak ve 200mm ve üstü kesit kalınlığındaki parçalarda da bu özellikleri sağlayabilmek amaçlanmıştır. Yüksek kesitli ürünlerde soğuma daha yavaş olduğundan döküm hata riski daha fazladır. Sınır oranlarda çalışılan SSF dökümde çekinti, segregasyon ve chunky grafit oluşumu gibi hataların oluşmasını engellemek için etkin bir aşılama uygulaması yapılacaktır.
Tez çalışması kapsamında hazırlanan sünek özelliklere sahip yeni nesil sfero dökme demir malzeme grubu, başta demir (Fe) olmak üzere, silisyum (Si), mangan (Mn), karbon (C), magnezyum (Mg), gibi toplam 16 farklı elementin uygun oranlarda bileşimi ile elde edilmiştir. Bu elementler farklı oranlarda ve malzemenin bileşimine farklı zamanlarda ilave edilerek standartlara uygun bir döküm parçası oluşturulmuştur. Neticede hem kimyasal bileşime hem de mekanik özelliklere yönelik olarak standartlarda tanımlanan kriterleri karşılayacak optimum oranlar tespit edilmiştir.
Hazırlanan dökme demir malzemelerin üretimi henüz dünyada yaygın değildir. Ülkemizde ise üretimi optimize edilmemiştir ve bu malzeme grubundan 100 kg üzeri döküm parçası üretimini ilk gerçekleştiren firma Dirinler Döküm A.Ş olmuştur. Tez çalışması kapsamında, çelikten daha ucuz ve daha hafif ancak çelikle benzer mekanik özellikler gösteren, çelik döküm üretimine alternatif çözüm olabilecek yapısında 16 element içeren metal malzeme grubunun mekanik özellikleri bakımından incelemesi yapılmıştır.

Abstract:
In recent years, the importance of cast iron has increased considerably in the metallurgy and materials science sector with the discovery of ductile cast iron. Unlike the first generation cast irons, a new class of ductile cast iron, called the second generation, emerged at the end of the 20th century. These materials, called ferritic sphero cast iron (solid solution strengthened ferritic ductile iron, SSF) reinforced with solid solution, have become a class of materials that are not as complex as the chemical structure of steel, have steel-like properties, are highly capable of processing, highly advantageous for the metallurgical sector and inexpensive to produce compared to steel, showing high mechanical strength as well as high elongation values.
In this thesis study, it is aimed to create the chemical composition of EN-GJS- 500-14 quality and EN-GJS-600-10 quality material, which is one of the new generation sphero cast iron materials and whose production is not yet widespread, as a solution to the resistance differences caused by regional phase changes in the structure due to the different cooling speed seen depending on the section thickness in the casting parts, in such a way as to provide the mechanical test values given in the standard and to provide these properties in parts with a section thickness of 200mm and above. The risk of casting errors is higher, as cooling is slower in high-cross- section products. An effective inoculation will be implemented in order to prevent errors such as shrinkage, segregation and chunky graphite formation on SSF casting which is studied on limited ratios.
The new generation ductile cast iron material group with ductile properties prepared within the scope of the thesis study was obtained by the combination of 16 different elements such as mainly iron (Fe), silicon (Si), manganese (Mn), carbon (C), magnesium (Mg), in proper proportions. A casting part within the standards was created by adding these elements into the composition of the material in several proportions and at several times. As a result, optimum ratios were identified to meet the criteria defined in the standards by means of both chemical composition and mechanical properties.
The production of these prepared cast iron materials is not widespread in the world yet. In Turkey, its production has not been optimized and Dirinler Casting Inc. was the first company to produce casting parts over 100 kg from this material group. Within the scope of the thesis study, it was examined in terms of mechanical properties of the metal material group, which is cheaper and lighter than steel but has similar mechanical properties to steel and contains 16 elements in its structure, which can be an alternative solution to steel casting production.