Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirde östenit-martenzit dönüşümü

Abstract

Yüzyıllardır kullanılmakta olan dökme demirlerin geliştirilmesi, daha yüksek dayanım ve daha düşük üretim maliyetlerini sağlamak için devam etmektedir. Yeni bir mühendislik malzemesi olan Küresel Grafitli Dökme Demir'in (KGDD) doğumu1948'deki American Foundrymen's Society'nin yıllık konferansında ilan edilmiş, bunu(KGDD) ailesine yeni bir yıldızın, `Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demir'in(ÖKGDD) katılımı izlemiştir. Çeliğin sahip olduğu dayanımı, sünekliği, yüksek kırılma tokluğunu ve aşınma dayanımını, KGDD'nin sahip olduğu dökülebilirlik ve düşük üretim maliyeti ile birleştiren ÖKGDD tasarımcılara düşük maliyetle üstün makine parçaları üretebilme fırsatını sağlamıştır. Tanınan mekanik özelliklerinin yanı sıra ÖKGDD, çeliklerde uzun yıllardır bilinmekte olan faz dönüşümü mekanizması sayesinde kendisine yeni avantajları olan kullanım alanları bulmuştur. ÖKGDD yapısındaki kalıntı östenit, yoğruk şekil değişikliğine maruz bırakıldığında martenzite dönüşmektedir. Bu dönüşüm mekanizması malzemeye, ilave bir dayanım sağlamakta ve malzemenin ömrünü artırabilmektedir. Bu tez çalışması Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenen bir ana projenin bir bölümüdür. Ana projenin amacı, şu anda ithal edilmekte olan vagon tekerleklerinin yerli üretimi için ÖKGDD malzemeden döküm teknolojisinin geliştirilmesidir. ÖKGDD vagon tekerleklerinin yüzeyinde çalışma sırasında meydana gelen östenit-martenzit dönüşümü, tekerlerin yorulma ömrünü ve dolayısıyla geliştirilmekte olan merkezkaç döküm teknolojisinin başarısını en fazla etkileyen etmendir. Bu nedenle bu doktora çalışmasında, östenit martenzit dönüşümü ve ÖKGDD'nin ana alaşım elementleri olan Cu, Ni ve Mo'ninöstenit-martenzit dönüşümü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Minyatür vagon tekeri şeklindeki numuneler, vagon üzerinde çalışmakta olan tekerlekler benzetimi için tasarlanmış bir yorulma cihazı üzerinde denenmiştir. Değişen miktarlarda alaşım elementi içeren numunelerin sertlikleri, martenzitik dönüşüm hızları, yorulma dayanımları ve kütle kayıpları incelenmiş ve bahis konusu elementlerin bu özelikler üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Döküm malzemelerin özellikleri, hâlihazırda demiryolları işletmeleri tarafından kullanılan çelik tekerleklerin özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Vagon tekerinin yanı sıra inşaat makinelerinin kepçe tırnaklarının da aynı malzeme ile dökülebileceği göz önünde bulundurularak, aynı malzemelerden kepçe tırnakları da dökülmüştür. Vagon tekerlekleri için yorulma ömrü büyük önem taşımaktadır. Kepçe tırnaklarında ise kullanım yerine bağlı olarak kütle kaybı önemlidir. Çalışmanın sonunda, yapılan tavsiyelerde her ne kadar mekanik özellikler esasa alınmış olsa da, malzemelerin ekonomikliği de hesaba katılmıştır. Bileşimlerinde yüksek miktarda Cu ve Ni içeren (4) malzemenin vagon tekerleği üretimine, alaşımsız ÖKGDD'nin (3) taşıyıcı greyder tırnağı üretimine ve yüksek Cu, Ni ve Mo içeren (8) malzemenin de kazıcı greyder tırnağı üretimine uygun olduğu belirlenmiştir.1Çalışmanın önemli bir katkısı da, martenzitik dönüşümde dönüşüm hızı ile katılan alaşım elementlerinin atomik yarıçapları arasında y = x + CFe şeklinde matematiksel bir ilişki olduğunu açığa çıkarmasıdır.