Eser Elementler Ne Demektir?
Eser elementler dökme demirlerin ana karakteristiğini meydana getiren Karbon, Silis, Mangan gibi katkı elementlerinin dışında bünyede çok az ya da ihmal edilebilir seviyede bulunabilen çeşitli elementlerdir.
Metalürji endüstrisinde eser elementler, metal alaşımlarının performansını ve özelliklerini belirleyen kritik bileşenlerdir. Ana metal matrisine çok küçük miktarlarda eklenen bu elementler, malzemenin mekanik özelliklerini, korozyon direncini ve işlenebilirliğini önemli ölçüde etkileyebilmektedir.
Özellikle çelik üretiminde vanadyum, molibden, niyobyum gibi eser elementlerin kontrollü kullanımı, yüksek mukavemet, sertlik ve tokluk gibi istenen özelliklerin elde edilmesinde belirleyici rol oynar. Modern metalürji uygulamalarında, bu elementlerin hassas kontrolü ve optimum miktarlarda kullanımı, yüksek performanslı mühendislik malzemelerinin geliştirilmesinde temel bir öneme sahiptir.
Ancak eser elementlerin dökümün yapı ve özelliklerine oldukça etki ettikleri bilinmektedir. Eser elementler özellikle ilave edilirken bazılarının kaynağı az miktarda olsa empüriteler içeren hammaddelerdir. Ancak eser elementler dökme demirin üretiminde kullanılan ham maddelerde bulunsa da bazen belirli bir etki elde etmek üzere bilinçli olarak ilave edilmektedir. Dolayısı ile bu elementlerin dökme demirdeki miktarlarını kontrol altında tutabilmek için kullanılan ham maddeler ve uygulanacak üretim metodlarının özenle seçilmesi önemlidir.
Eser elementler içinde bazılarının özellikle pik dökümde yararlı etkileri vardır. Ancak bazı eser elementler de zararlı etkiye sahiptir ve mümkün oldukça uzaklaştırılmaları gerekir.
Eser Elementlerin Kontrolü il Dökme Demir Özelliklerinin Optimizasyonu
Alüminyum (Al):
Eser element olarak Al içeren çelik hurda, aşılayıcılar, ferro alaşımlar, hafif alaşım elementleri, alüminyum ilavesi
% 0,03 e kadar dökme demirde etkisi;
•İnce kesitlerde %0,005 Al üzeri hidrojen bazlı karınca boşlukları oluşur.
•Azotu bağlar
•Yaklaşık % 0,08 üzeri Al küresel grafite zararlıdır
•Seryum tarafından bağlanabilir
•Güçlü grafit sabitleştirici etkisi vardır.
Antimuan (Sb):
Çelik hurda, camsı emayeli hurda, belirlenen ilaveler
%0,02 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Güçlü perlit ve karbür oluşturur.
•Nadir toprak metallerinin yokluğunda küreselleştirmeyi engeller.
Arsenik (As):
Pik demir, çelik hurda
%0,05 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Güçlü perlit ve karbür oluşturur.
•Grafitlerin küresellik oranını arttırır.
Baryum (Ba):
Baryum içeren aşılayıcılar
%0,003 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Grafitin küreselleşmesini arttırır
•Beslemeyi azaltır
•Çilleşme eğilimini düşürürken grafit oluşturur.
Bizmut(Bi):
Belirlenen ilaveler, Bi içeren kalıp kaplamaları
Nadiren %0,01 üstü dökme demirde etkisi;
•İstenilmeyen grafit şekilleri ve çil oluşturur
•Sfero dökümde nadir toprak metalleri (seryum) bulunması halinde nodül sayısını arttırır.
•Temper dökümde melez yapı önlenebilir.
Boron (B):
Camsı emaye hurda, FeB şeklinde yapılan ilavelerle
%0,01’e kadar dökme demirde etkisi;
•Özellikle sfero dökümde %0.001’in üzerinde karbür oluşturur.
•Temper dökümde %0,002 B tavlanma kabiliyetini arttırır.
Kalsiyum (Ca):
Ferroalaşımlar, küreselleştiriciler, aşılayıcılar
%0,01 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Grafit taneciklerinin küreselleşmesini arttırır.
•Grafit çekirdeklenmesini arttırır.
•Çil eğilimini azaltır.
•Grafit oluşumunu destekler.
Seryum(Ce):
Birçok Magnezyum alaşımı, mish metal olarak sıvı metale ilave ile, diğer nadir toprak metali kaynaklarından
%0,02 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Pik dökümde kullanılmaz
•Sfero dökümde zararlı elementleri yok eder.
•Grafitin küreselleşmesini arttırır.
•Segrasyona bağlı olarak karbürleri stabil hale getirir.
Krom(Cr):
Alaşımlı çelik, krom levha, bazı pik demirler, ferrokrom
%0,3e kadar dökme demirde etkisi;
•Çil ve perlit oluşturur.
•Mukavemeti artırır.
•Sfero dökümde %0,05’in üzerinde karbür oluşturur.
Kobalt(Co):
Takım çelikleri
%0,02 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Dökme demirlerde kayda değer etkisi yoktur.
Bakır(Cu):
Bakır tel, bakır bazlı alaşımlar, çelik hurda belirli ilaveler
%0,5 e kadar dökme demirde etkisi;
•Perlit oluşumunu destekler
•Mukavemeti artırır.
•Sfero dökümde ferritik yapıyı bozar.
•Zararlı etkisi yoktur.
Hidrojen (H):
Islak refrakterler, kalıp malzemeleri, ıslak katkı maddeleri
Dökme demirde etkisi;
•Yüzey altında karınca boşluklarına neden olur.
•Zayıf bir çil etkisi vardır.
•Kükürdü bağlayacak yeterli Mangan bulunmadığı zaman iç sementit oluşturur.
Kurşun(Pb):
Boyalı hurda, bazı camsı emayeler, çelik levha, lehim, motor, petrol tortuları
%0,005 e kadar dökme demirde etkisi;
•Pik dökümde keskin ve istenmeyen grafit yapıları oluşturur.
•%0,004 ün üzerinde mukavemeti ciddi şekilde azaltır.
•Perlit ve karbür oluşturur.
•Grafitlerin küreselleşmesini engeller.
•Sfero dökümde nadir toprak metalleri(Seryum) tarafından bağlanarak grafit üzerinde etkileri azaltır.
Magnezyum(Mg):
Magnezyum alaşımlarının (küreselleştiricilerin) ilavesi
%0,03- 0,08 dökme demirde etkisi;
•Sfero dökümde küresel grafit oluşumunu sağlar.
•Karbür sabitleyici etkisi vardır.
•Pik dökümde kullanılmaz.
Mangan(Mn):
Birçok pik demir, çelik hurda, ferromangan parça ya da briketlerin, ilavesi
%0,2- 1,0 dökme demirde etkisi;
•MnS oluşturarak Kükürtü bağlar.
•Perlit oluşumunu destekler.
•Sfero dökümde karbür oluşturur.
•Yüksek seviyelerde yine yüksek seviye Kükürt ile bağlanırsa gaz boşlukları oluşturur.
Molibden(Mo):
Rafine pik demirler, alaşım çelikleri, ferromolibden ilavesi
%0,1e kadar dökme demirde etkisi;
•Perlit oluşumuna zayıf bir etkisi vardır.
•Mukavemeti artırır.
•Çekinti ve karbür meydana getirebilir.
Nikel (Ni):
Nikel teneke, çelik hurda, rafine demir, NiMg alaşımı
%0,5 e kadar dökme demirde etkisi;
•Düşük seviyelerde önemli etkisi yoktur.
•Daha yüksek seviyelerde ise grafitleştirici etkisi görülür.
Azot(N):
Kok, karbon vericiler, maça bağlayıcılar, çelik hurda, azotlu ferromangan ilavesi
%0,015e kadar dökme demirde etkisi;
•Grafit taneciklerini bir araya getirir.
•Perlit oluşturur.
•Mukavemeti artırır.
•Eğer yüksek miktarda bulunursa kalın kesitlerde çatlak meydana getirir.
•Al, Ti ve Zr ile bağlanabilir.
•Sfero dökümde çok etkisi yoktur.
Fosfor(P):
Fosforik pik demir ve hurda, FeP ilavesi
%0,1 ye kadar dökme demirde etkisi;
•Akışkanlığı yükseltir.
•Sfero dökümde %0,05 ‘den fazlası zararlıdır.
•%0,04 ‘ün altındaki seviyelerde metal penetrasyonuna sebep olabilir.
Silisyum(Si):
Ferrosilis alaşımları, çelik hurda, pik demir
%0,8-4,0 dökme demirde etkisi;
•Grafitleşmeyi destekler
•Çil oluşumunu azaltır.
•Ferriti stabilize eder
•Dökülebilirliği artırır.
Kükürt(S) :
Kok, karbon vericiler, pik demir, demir hurda, demirsülfür ilavesi
%0,15 e kadar (pik dökümde) dökme demirde etkisi;
•Mangan ile dengelenmediği sürece yapı ve özelliklere çok zararlı etkileri vardır.
•Pik dökümde birçok aşılayıcının etkisini artırır.
•Sfero dökümde Mg ihtiyacını artırır.
•Sfero dökümde %0,03 ’ün altında olmalıdır.
Stronsiyum(Sr):
Stronsiyum içeren aşılayıcılar
%0,003 e kadar dökme demirde etkisi;
•Pik ve sfero dökümde grafit çekirdeklenmesini artırır.
•Pik dökümde çil oluşturma eğilimini önemli miktarda azaltır.
Tellür(Te):
Bakır hurda, kalıp kaplamaları
%0,003 e kadar dökme demirde etkisi;
•Karbür oluşumunu önemli derecede destekler
•İstenmeyen birçok grafit şekli oluşmasına neden olur.
•%0,0003’ün altında bile etkileri görülür
•Sfero dökümde etkileri Mg ve Ce ile birleştirilerek azaltılır.
Kalay(Sn):
Lehimli hurda, kalay kaplı çelik hurda, bronz bileşenleri, kalay ilaveleri
%0,15 e kadar dökme demirde etkisi;
•Güçlü bir şekilde perlit oluşumunu destekler.
•Mukavemeti artırır.
•%0,08 den fazla olursa sfero dökümde gevrekliğe neden olur.
•Başka zararlı etkisi yoktur.
Titanyum(Ti):
Bazı pik demirler, bazı boyalı hurdalar ve camsı emayeler, CG-demir dönüşleri, Titanyum ya da Ferrotitanyum ilavesi
%0,10 a kadar dökme demirde etkisi;
•Pik dökümde azotu bağlar.
•Alüminyum bağlı oluşan hidrojen karınca boşluklarını artırır.
•Pik dökümde aşırı soğumuş grafit oluşturur.
•Sfero dökümde küreselleşmeyi bozar.
Tungsten(T):
Takım çelikleri
%0,05 e kadar dökme demirde etkisi;
•Nadiren önemli miktarda bulunur.
•Zayıf perlit oluşturucu etkisi vardır.
Vanadyum(V):
Çelik hurda, takım çelikleri, bazı pik demirler, Ferrovanadyum ilavesi
%0,10 a kadar dökme demirde etkisi;
•Çil oluşumunu destekler.
•Pul grafiti rafine eder.
•Mukavemeti önemli derecede artırır.
Eser elementlerin dökme demirdeki etkileri üzerine yapılan incelemeler, bu elementlerin malzeme özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiğini açıkça ortaya koymaktadır.
Özellikle krom, vanadyum ve molibden gibi karbür yapıcı elementler, dökme demirin aşınma direncini ve sertliğini artırırken, magnezyum ve seryum gibi küreselleştirici elementler grafit morfolojisini iyileştirerek mekanik özellikleri geliştirmektedir.
Titanyum ve bor içeriğinin kontrollü kullanımı, tane inceltici etki göstererek mikroyapıyı optimize etmekte ve döküm kalitesini yükseltmektedir. Bununla birlikte, eser elementlerin aşırı miktarda bulunması durumunda istenmeyen fazların oluşumu ve segregasyon gibi sorunlar ortaya çıkabilmektedir.
Bu nedenle, dökme demir üretiminde eser element kontrolünün hassas bir şekilde yapılması ve optimum kompozisyonun sağlanması büyük önem taşımaktadır. Gelecekte, daha ileri analiz teknikleri ve kontrol yöntemlerinin geliştirilmesiyle, eser elementlerin dökme demir özelliklerine etkilerinin daha iyi anlaşılması ve bu bilgilerin endüstriyel uygulamalara aktarılması mümkün olacaktır.
