Yüksek kromlu beyaz dökme demirlerde nb, ti, v, mg elementlerinin mikroyapı, aşınma ve darbe direncine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of ti, nb, v and mg elements on microstructure, wear and impact resistance of high chromium white cast iron
Yazar: ŞÜKRAN MUTLU
Danışman: PROF. DR. KADİR KOCATEPE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yüksek kromlu beyaz dökme demirler mükemmel aşınma ve korozyon dirençleri nedeniyle en yaygın döküm alaşımlarından biridir. Bu alaşımların uygulamaları, kesici barlar, darbeli kırıcıların dövücü blokları, hammadde kırıcı parçaları, haddehane parçaları, astarlar, tarım makineleri parçaları, pistonlar ve dişliler, konveyör, buldozer dişleri, pompa parçaları, diskler, tuğla kalıpları, segmanlar ve barlar, maden sondaj ekipmanları çeşitli, madencilik ve mineral sanayi parçalarından oluşmaktadır. Yüksek kromlu beyaz dökme demirlerin mikroyapılarının önemli bir bölümü mükemmel aşınma direnci sağlayan sert M7C3 türü karbürleri içerir. Bununla birlikte, mikroyapıda bulunan keskin köşeli sert ve kaba M7C3 türü karbürleri uzun hizmet ömrü için önemli olan tokluğu azaltır.Titanyum, niobyum, tungsten, vanadyum ve magnezyum gibi bazı elementlerin ilavesi yüksek kromlu beyaz dökme demirlerin mekanik özelliklerini geliştirdiği rapor edilmiştir.Bu ilave elementler yüksek kromlu beyaz dökme demirlerin mikroyapısında bulunan (Cr,Fe)7C3 karbürlerin boyutunda, morfolojisinde ve dağılımında ve TiC, NbC ve VC gibi sert fazların oluşumunda önemli rol oynar.Bu çalışmada, %3,26 C, ve %28 Cr içeren döküm halinde ve 1080oC sıcaklıkta 14 saat ve 540 oC sıcaklıkta 4 saat ısıl işlem görmüş yüksek kromlu beyaz dökme demire %0,5, 1,0, 1,5 ve 2 Ti, Nb ve V ve %0,05 ve 0,1 Mg'un mikroyapı özellikleri, sertlik, aşınma ve tokluk dayanımına etkisi incelenmiştir.Mikroyapısal inceleme için metalografik, kantitatif ve X-ışını kırınım teknikleri kullanılmıştır. Bu elementlerin yüksek kromlu beyaz dökme demirin aşınma direnci, sertlik ve kırılma tokluğuna olan etkileri ayrı ayrı değerlendirilmiştir.Elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir;1-Alaşımda Ti, Nb, V ve Mg miktarının artırılması ile birincil M7C3 ve ötektik karbürlerin boyutu önemli ölçüde azaltılmıştır. Alaşımdaki %0,1 Mg ve %2 Ti, Nb ve V içeriği ortalama karbür çaplarını yaklaşık % 230 azaltmıştır.2-Alaşımda %0.05 ve 0.1 Mg içeriği küresel şekilli karbürler oluşturmuştur.3-Alaşımda Ti, Nb ve V içeriği arttıkça sertlik artarken, Mg ilavesi ile sertlik bir miktar azalmıştır.4-Alaşımdaki Ti, Nb, V ve Mg içeriği arttıkça darbe dayanımı artmıştır.5-Alaşımdaki Ti, Nb, V ve Mg içeriğinin artması ile 20N yük altındaki aşınma dayanımı artmıştır. Bununla birlikte sadece %1,5 ve %2 Ti, Nb ve V 40N yük altındaki aşınma dayanımını arttırmakta etkili olmuştur.

Abstract:
High chromium white cast irons are one of the most common foundry alloys due to their excellent wear and corrosion resisatance. Applications of these alloys have included breaker bars, impact crushers impact blocks, raw material crusher parts, rolling mill parts, liners, agricultural machinery parts, pistons and gears, conveyors, bulldozers teeth, pump parts, discs, bracket moulds, segments and bars, several types of mine drilling equipment, parts for the mining and mineral industry parts. Microstructures of high chromium white cast irons contain a significant proportion of a hard M7C3 type carbides provides excellent wear resistance. However, hard and coarse M7C3 type carbides with sharp corners and tips in the microstructure decreases toughness which must also be a consideration for longer service life.It has been reported that the addition of some elements such as titanium, niobium, tungsten, vanadium and magnesium improves the mechanical properties of high cromium white cast irons. Those addition elements plays an important role in the size, morphology and distribution of (Cr,Fe)7C3 carbides and forming of hard phases such as TiC, NbC and VC in in the microstructure of high cromium white cast irons.In this study, the influence of 0,5, 1,0, 1,5 and 2 wt.% of Ti, Nb and V, and 0,05 and 0,1 wt.% Mg on the microstructural characteristics, hardness, wear resistance and impact thoughness of high cromium white cast iron containing 3,26wt.%C and 28wt.%Cr was examined in both as cast condition and after heat treatment at 1080oC temperature for 14 hours and 540oC temperature for 4 hours. Metallographic, quantitative and X-ray diffraction techniques were carried out for microstructural examination. The effect of these elements on the wear resistance, hardness and fracture thoughness of high cromium white cast iron were also evaluated individually.The results obtained show the following;1-By increasing the content of Ti, Nb, V and Mg in the alloy, the size of M7C3 primary and eutectic carbides was considerably reduced. The content of 0.1wt.%Mg and 2wt.% Ti, Nb and V in the alloy decreased average carbide diameters approximately 230%.2-The content of 0.05 and 0.1 wt.% Mg in the alloy produced spheoridal shape carbides.3-By increasing the content of Ti, Nb and V in the alloy, increases hardness while addition of Mg decreases slightly.4-Additions of Ti, Nb, V and Mg in the alloy increased impact resistance as increases their content.5-By increasing the content of Ti, Nb, V and Mg in the alloy, increases abrasive wear resistance under 20N load. However, only 1.5 and 2 wt% of Ti, Nb and V are effective in increasing of abrasive wear resistance under 40N load.