Egzoz manifoldu olarak kullanılan sünek dökme demirlerin alaşımlama ile geliştirilmesi
Development of ductile cast irons by alloying for use in exhaust manifolds
Yazar: GÜLŞAH AKTAŞ ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. ŞEYDA POLAT
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Demir esaslı malzemelerin egzoz manifoldu gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında, yüksek termal ve mekanik stabilite gereklidir. Östenitik matrikse sahip paslanmaz çelikler ve Ni-Resist alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda bu gereksinimleri karşılamak için iyi aday malzemelerdir, ancak maliyetleri yüksektir ve dökümleri zordur. Ticari SiMo alaşımı gibi ferritik sünek dökme demirler, nispeten daha iyi dökülebilirliğe sahip ve ucuz malzemelerdir, ancak yaklaşık 800 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kullanılamazlar. Bu nedenle, ihtiyaç duyulan  özellikleri, geliştirilmiş yüksek sıcaklık özelliklerine sahip ve düşük maliyetli malzemeler ile karşılamak için, denge sıcaklığını arttıran ferrit yapıcı alaşım elementleri ile yeni ferritik sünek dökme demirler geliştirilmelidir. Bu çalışmada, ilk olarak W, Nb ve Al alaşım elementleri ve aynı zamanda ticari sünek dökme demirlerden daha yüksek silisyum içeriği kullanılarak yeni  sünek dökme demir matriksi tasarlanmıştır. Bu alaşımların oda sıcaklığındaki kararlı fazları, dönüşüm sıcaklıkları, katılaşma sıralamaları, ısıl genleşme değerleri, mekanik özellikleri ve oksidasyon davranışları Thermo-Calc yazılımında termodinamik hesaplamalar kullanılarak belirlenmiştir. Çalışmanın sonraki aşamasında ise seçilen alaşımlar döküm yöntemi ile üretilerek mikroyapısal, mekanik ve termal karakterizasyonları yapılmış, elde edilen deneysel veriler hesaplama sonuçları ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
In high temperature applications of ferrous materials, as in the case of exhaust manifolds, high thermal and mechanical stability are required. Stainless steels and Ni-Resist alloys having austenitic matrices are good candidates to meet these requirements at elevated temperatures; however they are expensive materials and present difficulties in casting. Ferritic ductile cast irons, like the commercial SiMo alloy, are comparatively cheaper materials with better castability but they cannot be used above approximately 800 °C. Thus, to meet the requirements with low cost materials having improved high temperature properties, new alloys must be developed by ferrite forming elements that have the potential to increase equilibrium temperature. In this study, initially, a novel ductile cast iron matrix was designed using W, Nb and Al alloying elements and adopting higher silicon content than the commercial ductile cast irons.  The phases stable at room temperature, transformation temperatures, solidification sequences and thermal expansivity values, mechanical properties and oxidation behaviours of the designed alloys  were determined using thermodynamic calculations with Thermo-Calc software. Selected alloys were produced were then produced by casting and their microstructural, mechanical and thermal characterizations were carried out. Calculated data were evaluated by  comparing with the experimental results.