Östemperleme sıcaklığının küresel grafitli dökme demirlerin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi
Effect of austempering time and temperature on microstructure and mechanical properties of nodular cast irons
Yazar: EMRE ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YILDIRIM
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Küresel grafitli dökme demirler (KGDD), dökümden önce eriyik metale az miktarda Mg ve Ce gibi elementlerin ilave edilmesi ile grafitin (karbonun) küresel şekilde oluştuğu dökme demir türüdür. Sfero dökme demir olarakda bilinen bu dökme demir türü diğer dökme demirlere kıyasla daha yüksek mukavemet, tokluk, süneklik ve işlenebilirliğe sahiptir. Bu üstün özelliklerinden ötürü otomotiv sanayi, makine imalat sanayi, savunma sanayi, iş makinaları, demiryolları ve tarım makinaları gibi birçok farklı sektörde geniş uygulama alanına sahiptir. KGDD' lerin sahip olduğu üstün mekanik özellikler östemperleme adı verilen ısıl işlem ile daha da iyileştirilmektedir. Östemperlenmiş sünek dökme demirler sahip oldukları yüksek dayanım, yüksek tokluk, yüksek aşınma ve sürünme direnci ve süneklik gibi mükemmel mekanik özelliklerin yanı sıra düşük yoğunluk ve yüksek dayanım/ağırlık oranlarından ötürü dövme çeliklerin yerini alabilecek yeni nesil malzemelerdir. Östemperlenmiş sünek dökme demirlerin eşşiz fiziksel ve mekanik özellikleri ısıl işlem neticesinde ortaya çıkan ösferrit (beynitik iğnemsi ferrit) ve yüksek karbonlu östenitten oluşan mikro yapılarından kaynaklanmaktadır.
Yapılan bu çalışmada ticari olarak üretilen GGG-50 kalite küresel grafitli dökme demirlere uygulanan östemperleme ısıl işlemi sonucunda, malzemenin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Tez çalışmasında kullanılan döküm malzeme alaşımsız olarak üretilmiştir. Alaşım elementi ilavesi olmadığı için üretim maliyeti daha düşük olmuştur. Ticari olarak üretilen malzeme üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu sayede çekme numunesinde soğuma hızının çabuk olması östemperleme işleminin daha kolay gerçekleşmesi gibi nedenlerden yanılma ihtimalinin fazla olması sebebiyle çekme numunesi kullanmak yerine ticari olarak kullanılan döküm malzemesi kullanılmıştır. 


Dökümü yapılan küresel grafitli dökme demire östemperleme işlemi olarak 930˚C'de 120 dakika östenitleme ısıl işlemi yapılmış ve yapının tamamen östenit olması sağlanmıştır. 2. İşlem olarak 320 ve 350˚C derecede 90 ve 120 dakika boyunca tuz banyosunda ısıl işlem yapılmıştır. Östemperleme ısıl işlemi sonucunda malzemenin mikroyapısının östemperleme sıcaklığı ve tuz banyosu sıcaklığına bağlı olarak değişimi gözlemlenmiş, XRD işlemi ile östenit içerisindeki karbon oranları tespit edilerek sertlik değişimi karşılaştırılmıştır. Döküm haldeki numunenin sertlik değeri ile östemperleme ısıl işlem sonucu sertlik değerlerindeki artış görülmüştür.

Anahtar Kelimeler:  Dökme Demirler, Küresel Grafitli Dökme Demirler, Östemperleme Isıl İşlemi, Mekanik Özellikler

Abstract:
Austempered ductile cast iron (ADI) prior to casting molten metal with a small amount of Mg and the addition of elements such as Ce, graphite (carbon) is a type of cast iron thus formed spherical. This type of cast iron, also known as ductile cast iron, has higher strength, toughness, ductility and workability than other cast irons. Due to these superior properties, it has wide application area in many different sectors such as automotive industry, machinery manufacturing industry, defense industry, construction machinery, railways and agricultural machinery. By heat treatment, the superior mechanical properties possessed by the ADI austempering name is further improved. Austempered ductile cast irons are new generation materials that can replace forged steels due to their excellent mechanical properties such as high strength, high toughness, high abrasion and creep resistance and ductility, as well as low density and high strength / weight ratios. The unique physical and mechanical properties of austempered ductile cast iron are due to the microstructure of oesferrite (bainitic needle ferrite) and high-carbon austenite resulting from heat treatment.
In this study, as a result of the austempering heat treatment applied to commercially produced GGG-50 grade ductile cast irons, the effect of the material on microstructure and mechanical properties was investigated. The cast material used in the thesis was produced without alloy. The production cost was lower as no alloying elements were added. Experiments were performed on commercially produced material. In this way, the commercially used casting material was used instead of using tensile sample due to the fact that the cooling rate was faster in the tensile sample and the error rate was higher due to reasons such as austempering process easier. As austempering process to  austempered ductile cast iron, austenitizing heat treatment was performed for 120 minutes at 930˚C and the structure was completely austenite. The second treatment was heat treatment in a salt bath for 90 and 120 minutes at 320 and 350°C. As a result of the austempering heat treatment, the microstructure of the material was observed to change depending on the austempering temperature and the salt bath temperature. Carbon content in austenite was determined by XRD process and hardness change was compared. The hardness values of the specimen in casting and the hardness values were observed as a result of austempering heat treatment.

Keywords: Cast Iron, ADI, Austempering Heat Treatment, Mechanical Properties