YÜKSEK ALAŞIMLI DÖKME DEMİRLERcontent.lms.sabis.sakarya.edu.tr/Uploads/48936/38586/dökme... ·...

Yüksek alaşımlı dökme demirler

Alaşımlı dökme demirlerin korozyon, aşınma, ve ısıl direnci esas olarak kimyasal bileşimi ve mikroyapısına bağlıdır. Isı ve korozyon direnci gelişmiş olan alaşımlı dökme demirlerin üç ayrı grupta toplayabiliriz;

Alaşımlı Dökme Demirler

Cr, Mn, Si, Ni, Al

the range of microstructures

Beneficial effect on many properties

high temperature oxidation resistance

corrosion resistance in acidic environments

wear/abaration resistance

Alloy Cast Irons

Graphite bearing

Graphite free

Yüksek Silisyumlu Dökme Demirler (Silal)

Yüksek Kromlu (Ni-Hard) Dökme Demirler

Yüksek Nikel içeren (Ni-resist) Dökme Demirler

Özel yüksek alaşımlı dökme demirlerin sınıflandırılması;

Grafit yapıda;

Perlitik Dökme Demir Aşınmaya dayanımlı, ASTM A 532

Martensitik Beyaz Dökme Demir(Ni-Hard)

Aşınmaya dayanımlı, ASTM A 532

Yüksek Kromlu Dökme Demir (11-28% Cr)

Aşınma ,Isı ve Korozyon dayanımlı, ASTM A532

Sementit yapıda;

Ferritik % 5 Si içeren dökme demir (Silal) Isı Dayanımlı

>%15 Si içeren dökme demir Korozyon Dayanımlı

Östenitik 18% Ni (Ni-Resist) Korozyon ve Isı Dayanımlı

8% Ni, 5%Si (Nicrosilal) Korozyon ve Isı Dayanımlı

Beynit Yüksek Mukavemetli ve Aşınmaya Dayanımlı

Silal Iron (trade name): Alaşımlı Dökme demir with 5% Si

Si allows solidification to occur over larger temperature range

promotes graphitization

Forms surface film of iron silicate resistant to acid corrosion

Dökme demir 5 % Si

Yüksek silisyumlu dökme demirler

Ana alaşım miktarı %12-18 Silisyum olanalaşımlarda %14.2 Silisyum oranının üstüneçıkıldığında Korozyona karşı dirençkazandırılması gerekir. Krom ve molibden ilavesiyapılarak korozyana direnç sağlanmış olunur.Silisyumlu dökme demirler korozyona dayanımlıdemirler arasında en ucuz olanlardır.

Silisyum içeriği % 14.2 aştığında, yüksek silisyumlu dökme demir H2SO4, HNO3, HCI ve birçok aşındırıcıya karşı korozyon direnci gösterir

Bu malzemeler ayrıca korozyon direnci ve sıcaklıktan etkilenen bölgelerde iyileştirme sağlar.

İstisna olarak hidroflorik asit (HF), flor tuzları, sülfürik asit (H2SO3) ve sülfit bileşenleri, güçlü alkali metallerin bileşenleri, asit-alkali çözücülere direnç gösteremezler.

% 12 - % 18 yüksek silisyum içeriği ile dökme demirler asitlere karşı dirençli hale gelmektedirler. Bu guruba dahil olan %14.5 ten daha yüksek oranlı dökme demirler, yüksek sıcaklıktaki %30 H2SO4 içeren bileşeklere dahi korozyon direnci gösterirler.

% 16.5 silisyum içeren dökme demir hemen hemen tüm konsantrasyonlardaki kaynamakta olan sülfürik asit ve nitrik asitekarşı dayanımlıdır.

Ancak, yüksek silisyum içeriği nedeniyle, mekanik özellikleri, termal dirençleri, mekanik titreşim absorbe yeteneği çok düşüktür. Ayrıca Döküm zorluğu ve tezgahlarda işlenme zorlukları da göz ardı edilemez.

Yüksek Kromlu Dökme Demirler (Ni-Hard)

%12 -18 krom içeren bu alaşımlı dökme demirler beyaz dökme demir olarakta bilinir. Krom oksidasyon aşınma direnci kazandırır. Yüksek kromlu dökme demirler oksitleyici asitler, özellikle nitrik asitler, oksitleyici şartlar altındaki zayıf asitler, birçok organik asitler ve tuz solüsyonu ile korozyona karşı dirençlidir. Bu meteryaller deniz ve uzay endüstrisinde kullanılmaya uygundur. Yüksek krom dökme demirler aşınmaya karşı son derece dirençlidir.

Cr addition (12- 35 wt %)

Excellent resistance to oxidation at high temperatures

High Cr Cast Irons are of 3 types:

12-28 % Cr matrix of Martensite + dispersed carbide

29-34 % Cr matrix of Ferrite + dispersion of alloy carbides

[(Cr,Fe)23C6, (Cr,Fe)7C3]

15-30 % Cr + 10-15 % Ni stable + carbides [(Cr,Fe)23C6, (Cr,Fe)7C3]

Ni stabilizes Austenite structure

High Cr

29.3% Cr, 2.95% C

Yüksek kromlu dökme demirlerin mekanik özellikleri yüksek silisyumlu dökme demirlerinkinden daha iyidir. Ayrıca demir-karbon dengesinin ayarlanması ısıl işlemler sayesinde çok kolaydır. Fakat kromlu dökme demirleri işlemek oldukça güçtür.

Yüksek Nikel Dökme Demirler (Ni-resist)

Bu malzemelerin büyük oranda nikel ve bakır içerendemirler, konsantre sülfürik asit (H2SO4) ve hafifçe yükseksıcaklıklarda fosforik asit (H3PO4) gibi asitlere, hidroklorikasit (HCl) ayrıca oda sıcaklığındaki asetik asit,oleik asit vestearik asit gibi organik asitlerede karşıdadayanımlıdır.Gerilmeli korozyon, belirli bir formda çatlamameydana getirebilir ancak nikel oranı % 18 aştığında,östenitik dökme demirler etkilenmez.

Ni:

Stabilizes Austenitic structure

Graphitization (suppresses the formation of carbides)

(Cr counteracts this tendency of Ni for graphitization)

Carbon content in Eutectic

Moves nose of TTT diagram to higher times easy formation of

Martensite

Carbide formation in presence of Cr increases the hardness of the eutectic

structure Ni Hard Cast Irons (4%Ni, 2-8% Cr, 2.8% C)

Ni-Hard

4%Ni, 2-8% Cr, 2.8% C

Needles of Martensite

Transformation sequence

Crystallization of primary

Eutectic liquid + alloy carbide

Martensite

Good abrasion resistance

Yüksek nikel dökme demirler yaygın olarak kullanılır ve bunlarNi-Resist dökme demirler olarakta bilinir. % 14 ile % 30 nikeliçeren östenitik gri dökme demir oda sıcaklığında sülfürik asitiçeren hafif oksitleyici asitlere, dayanıklıdır.

Ni-Resist özellikle yüksek sıcaklıklar için yararlıdır. Östenitikmatris yapısı nedeniyle döküm zorluğu diğer dökmedemirlerde olduğu gibi yüksek nikel dökme demirlerinde devardır. Fakat daha düşük gerilme kuvvetleri sayesinde diğerdökme demirler arasında en iyi işleme ve döküm kabileylerinesahiptirler. Küresel grafit yapısı sayesinde yüksek mukavemetve sünekliğe sahiptirler.

Ni Resist Iron: 15-30% Ni + small amount of Cr:

Austenitic Dendrites + Graphite plates/flakes + interdendritic carbides

due to presence of Cr

Resistant to oxidation (used in chemical processing plants, sea water, oil

handling operations…)

Ni-resistDendrites of Graphite plates

%18 veya daha fazla nikel içeren yüksek alaşımlı nikelalaşımlarını %7 bakır ve %4 karbon ihtiva ederse korozyonave ısıya karşı iyi derecede direnç gösterirler.

Ni-Resist dökme demir, 815 ° C gibi bir ortamda ısıyailetimine ve oksitlenmeye karşı direnç sağlar. Kükürt içerenortamlar ise, bu nikel içerikli alaşımların 500° C sıcaklıklardakullanımlarını kısıtlar. Östenitik nikel dökme demirlerinsilisyum ve krom alaşımlı demirlere nazaran darbeyedayanımları daha iyidir. Küresel grafit mikroyapı ile yükseknikel dökme demir oldukça güçlüdür. Mozaik grafit nikelalaşımlı demir daha yüksek süneklik oranı vardır.

Yüksek Alaşımlı Beyaz Dökme Demirler

Yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler öncelikle aşınmadirenci gerektiren uygulamalarda (Kırıcı, öğütücü, dişliparçaları vb.) kullanılırlar. Ayrıca yüksek alaşımlı beyaz dökmedemirin krom içeriği, korozyon direncini iyi yönde etkiler.

Karbürleri destekleyen metalik matris de aşınma direnci vemukavemet özelliklerinin geliştirilmesi için alaşım içeriği ve ısılişlem ile ayarlanabilir. Alaşım içeriği % 4’ün altında olan düşükalaşımlı beyaz dökme demirler, 350-550 HB arası sertliğe sahipolurken, yüksek alaşımlılar 450-850 HB sertliğe sahiptir.

Yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler 2 ana gruba ayrılır:

1. Nikel-Krom beyaz dökme demirler : Düşük kromlu alaşımlardır, genellikle % 3-5 arası nikel ve % 1-4 arası krom içerirler.

2. Krom-Molibden beyaz dökme demirler : Genellikle % 11-23 arası krom, % 3’e kadar molibden içerirler. Sıklıkla da nikel ve bakırla alaşımlandırırlar.

Nikel-krom beyaz dökme demirler endüstriyel anlamda en eski yüksek alaşım grubudur. Nikel-krom beyaz dökme demirler (Ni-Hard) 50 seneyi aşan bir süredir kırma ve öğütme malzemesi olarak üretilmektedir.

Bu dökme demirlerde nikel birincil alaşım elementidir. Alaşıma % 3-5 oranında eklenen nikelin, ostenit matrisin perlite dönüşmesini engelleyici etkisi vardır. Ayrıca alaşıma % 1.4-4 oranında eklenen krom da nikelin grafitleştirme etkisini artırır

Nİ-HARD ÜRETİMİ Nİ-HARD NEDİR?

Düşük krom ve nikel içeren, çok yüksek sertlik ve aşınma

direnci veren ve martensitik olan beyaz dökme demir grubuna

“Ni-hard” denir.

KULLANIM ALANLARI Tuğla kalıpları

Çamurlu ve içinde sert maddeler olan sulu tortu taşıyan

pompaların parçaları

Aşındırıcı malzeme taşıyan boru ve dirsekler

Taşlama milleri

Aşındırıcı toplar ve halkalar

Kömür kırma makineleri için merdane ve tablalar

başlıca uygulama alanlarıdır.

Yüksek kromlu beyaz dökme demirler:

Yüksek aşınma dirençli beyaz dökme demirler kararlı karbüryapısı oluşturmak için krom ile alaşımlandırılırlar. Kromgrafit yerine karbür yaparak, kararlı karbon zengini ötektikfaz oluşturur. Genellikle Fe3C ve Cr7C3 halinde olankarbürler karbür yapıcı elementlerin ilavesi ile dahakompleks yapılar olan (Cr,Fe)7C3 ve (Fe,Cr)3C ‘a dönüşebilir.Beyaz dökme demirde yüksek krom miktarı (>%10) yapıdakararlı M7C3 karbürleri oluşturur .

Yüksek kromlu beyaz dökme demirler genel olarak iyi aşınma direnci ve tokluk özellikleri gösterirler. Bu nedenle geniş bir kullanım alanına sahiptirler.

Cevher kırıcıları, öğütücü değirmen bilyeleri, çeşitli astarlar, tarım alet ve makinaları, pistonlar ve dişlileri, çeşitli konveyörler, greyder bıçakları, pompalar, diskler, tuğla kalıpları, segmanlar ve çubuklar, madencilik ve mineral sanayi gibi yüksek aşınma direnci gerektiren yerlerde yüksek alaşımlı beyaz dökme demirler kullanılır.