Lamel ve küresel grafitli dökme demir malzemelerden sıvı karıştırma tekniği ile mikro kompozit üretilebilirliğinin incelenmesi
Investigation of microcomposite manufacturability from lamellar and spherical graphite cast iron materials by liquid mixing technique
Yazar: MUSTAFA ARAT
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HASIRCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, sıvı halde iki farklı metalin kendi yapılarını koruyarak karıştırılması yoluyla metal-metal kompozit üretiminin mümkün olup olmadığı araştırılmıştır. Bu amaçla, her iki yapının sıvı halde olduğu Küresel Grafitli Dökme Demir (KGDD) ve Lamel Grafitli Dökme Demir (LGDD) malzemeler reçineli kum kalıplar kullanılarak döküm yöntemiyle kompozit malzemeler üretilmiştir. Çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada sıvı metaller kalıp içerisine tek, çift ve uzak-yakın yolluk uygulamaları şeklinde farklı döküm parametreleri uygulanarak dökülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında soğutucu ilaveli yolluk ve kalıp tasarımları şeklinde farklı parametreler kullanılarak denemeler yapılmıştır. Üretilen numuneler mikroyapısal ve mekanik özellikler açısından değerlendirilerek kendi aralarında ve çalışma için üretilen KGDD ve LGDD'nin ara bir formu olan VGDD (Vermiküler Grafitli Dökme Demir) malzeme ile kıyaslanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında elde edilen sonuçlar incelendiğinde; LGDD'nin KGDD üzerinde kimyasal bir etkisi olduğu ve bu etkinin KGDD'nin küresel yapısını bozduğu ve baskın grafit tipini lamel grafit haline dönüştürdüğü tespit edilmiştir. Bu kimyasal etkileşimin sıcaklıktan da etkilendiği ve uzak yolluk bağlantısıyla LGDD'nin soğutulmasının bu etkinin bir azalmasına ve küresel grafit oranında artışa yol açtığı görülmüştür. Soğutma işleminin çekme dayanımında %24'lük bir iyileşme sağladığı ortaya çıkmıştır. Bunun yanında, KGDD'nin yüksek hacim oranına sahip olması da küresel grafit oranını %9 oranında yükseltmiş ve bu da çekme dayanımında %15 artışa yol açmıştır. Bu bilgiler ve bulgular ışığında çalışmanın ikinci aşaması gerçekleştirilmiş olup KGDD soğutmalı, LGDD soğutmalı, hem KGDD hem LGDD soğutmalı ve kalıp içerisinde soğutmalı tasarımlar gerçekleştirilmiştir. LGDD soğutmalı yolluk tasarımında yapı içerisinde küresel ve lamel grafitlerin kendi varlıklarını koruyarak metal-metal kompozit oluşturabildiği, standart olarak verilen VGDD malzemeden ve hesaplanmış çekme dayanımına göre de yaklaşık %43 daha iyi çekme dayanımı sergilediği, ayrıca uzama değeri hesaplanmış uzama değerine göre %33 arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In the study, the feasibility of producing metal-metal composites by combining two different metals in their liquid state while preserving their structures was investigated. For this purpose, Spherical Graphite Cast Iron (SGCI) and Lamellar Graphite Cast Iron (LGCI) materials, both in their liquid state, were combined using a casting method with sand molds. The study was conducted in two stages. In the first stage, different casting parameters were tested in using single, double and far-near guides applications to introduce the liquid metals into the mold. In the second stage of the study, experiments were carried out using different parameters such as guide designs with cooling and mold designs. The produced specimens were evaluated in terms of microstructure and mechanical properties and were compared among themselves and with Vermicular Graphite Cast Iron (VGCI), which is an intermediate form of SGCI and LGCI. When the results obtained in the first stage of the study were examined, it was determined that LGCI caused a significant deterioration of the sphere structure due to its chemical effect on SGCI, thus causing the dominant structure to be lamellar graphite. It has been determined that spherical-shaped graphite increases as a result of the chemical effect of LGCI being cooled slightly by the far-near guide connection, as the result is encouraged by the temperature. A 24% improvement in tensile strength was achieved due to cooling. In addition, the high volume ratio of SGCI increased tensile strength by 15%, as it increased the spherical graphite ratio by 9%. In light of the first stage's information and findings, the second stage of the study was carried out. Designs with SGCI cooling, LGCI cooling, and both cooling and in-mold cooling were realized. In the LGCI cooled guide design, it has been observed that spherical and lamellar graphites can form metal-metal composites by preserving their existence within structure. It was observed that exhibited approximately 43% better tensile strength than the standard VGCI material and the calculated tensile strength, and also the strain value increased by 33% compared to the calculated strain value.