Karbonun grafit kristalizasyonu; içindeki karbon, silisyum ve diğer elementlerin miktarı ve aktivitesine bağlıdır. Silisyum; hem karbonun aktivitesini pozitif yönde etkiler hem de bölgeyi genişleterek Fe GRAFİT ve Fe SEMENTİT sıcaklık farkını arttırır.
KARBON POTANSİYELİ KURAMI:
Yüksek GRAFİTLEŞME için karbon miktarı ve diğer elementlerin varlığına bağlı olarak karbon aktivitesinin arttırılması lazımdır.
Karbonun çözünürlüğü sıcaklıkla artar. Ortamda silisyumun olması ile birlikte karbonun çözünürlüğü azalır.
Demirde karbon çözünürlüğü sınırlıdır.
Karbon potansiyeli kuramı; silisyum içeren bir aşılama malzemesinin eriyiğe verilmesi sonucu, karbon aktivitesinin arttırılması ve bölgesel olarak grafit bakımından zengin bölgelerin var olması ile açıklanmaktadır.
Karbon aktivitesindeki artış, magnezyum işleminden sonra aşılanan eriyiklerde önemli bir unsurdur. Böylelikle eriyik tamamı ile DEOKSİDASYON a uğrayacak silisyum eriyikte çözülecek, karbon aktivitesini kuvvetlice arttıracaktır. Böylelikle de oksijen miktarı oldukça az olan bu eriyiklerde, karbon doymuşluğu ve aktivitesinin arttırılması ile GRAFİTLEŞME elde edilmektedir.
KENDİ CİNSGRAFİT ÇEKİRDEKLEŞME KURAMI:
Grafit ve grafit içeren aşılama malzemeleri ile meydana gelen ÇEKİRDEKLEŞMEYE KENDİ CİNS GRAFİT ÇEKİRDEKLEŞMESİ denir. Bu teorem pratikte geçerli olmasına karşın geniş bir uygulama alanı yoktur. Ancak özel durumlarda silisyumlu aşılama malzemeleri birlikte kullanılır. Grafit ile aşılamada karbon çözülme durumu önemlidir.
Grafitin verilmesi ve tümü ile eriyikte çözüldüğünde ÇEKİRDEKLEŞME için bir etkinliği olamaz.
Bunun sonucu olarak ÇEKİRDEKLEŞME sıcaklığına; kimyasal analize ve eriyik hareketine bağlı olarak kontrol dışı faktörlerle de azalabilir ve hatta kaybolabilir. Bu şekilde bir aşılama kesinlikle yüksek sıcaklıkta yapılmamalı ve aşılama yapılan zaman ile döküm arasındaki süre çok kısa olmalıdır.
OKSİT ÇEKİRDEKLEŞME KURAMI:
GRAFİT KRİSTALİZASYONU için eriyik demirde var olan ve kuvvetli DEOKSİTLEŞTİRİCİ elementlerin aşılama malzemesi ile oluşturduğu sabit katı durumda oksitler bu teoremin temelini temsil etmektedirler.
Oksit ÇEKİRDEKLEŞME teoremi, eriyik demirde 30-60 ppm miktarında oksijen miktarının mevcut olmasını öngörmektedir. Eriyiğin oksijen miktarını etkileyen en önemli faktörler sıcaklık ve bekletme süresidir.
Yapılan çalışmalar; saf silisyumun aşılama malzemesi olarak verilmesinin ÇEKİRDEKLEŞME düzeyini arttırıcı bir etkisinin olmadığını kanıtlamıştır. Bu gerçek eriyikteki oksijenin silisyum ile oksit halinde bulunması ile açıklanabilir.
K.H. Brokmeir’ ın farklı aşılama malzemeleri ve miktarları ile vakum altında ve normal şartlarda yapmış olduğu incelemeler bu olguyu kanıtlamakta ve vakum altında yapılan denemelerde ÇEKİRDEKLEŞMENİN artmadığını göstermektedir.
Değerlendirmeler aşağıdaki ölçülere göre yapılmıştır:
RG = (Rm ölçülen / Rm saptanan )x 100
Sc = %C / (4,23 – Si/3,2)
RH = HB ölçülen / HB saptanan
RG=Olgunluk derecesi
Rm ölçülen=Çekme mukavemeti(kp/mm²)
Rm saptanılan=1021-82.5.Sc
Sc=Doymuşluk derecesi
RH=İzafi sertlik
HB saptanan =100 +4,3 Rm
Numunelerin metalografik doku analizleri ile A tipi grafit dokusu (A tipi grafit =İyi, A ve B tipi grafit=Geçer, B tipi grafit=Red) arttıkça olgunluk derecesinin arttığı ve beraberinde izafi sertlik değerinin azaldığını ortaya koymaktadır.
Sonuç olarak homojen dağılmış A tipi grafit dokusunun meydana gelmesi için eriyikte oksijen miktarına ve oksit oluşturan elementlere gereksinim olduğu görülmektedir.
Aşılama malzemeleri Silisyum yanında Sr, Al, Ca, Ba, Zr gibi kuvvetli oksitler oluşturan elementleri içerir.
Bunun sebebi SiO_2 çekirdeklerinin meydana gelmelerini kolaylaştıran çekirdek oluşumunun katalizörü görevini üstlenen oksitlerin var olmasının sağlanmasıdır. Lamel grafitli dökme demirlerde silisyumla ve diğer elementlerde oksit halinde bulunan oksijen miktarının optimum oranı:
O – SiO_2
—————————–>2 olmalıdır.
O – (Diğer elementler)
Bu ilişkiler etkili ve hatasız bir aşılama için ÇEKİRDEKLEŞME yi etkileyen metalürjik faktörleri ortaya koymaktadır. Böylece yüksek ÖTEKTİK tane sayısı ve A tipi grafit şeklinde bir doku, dolayısı ile yüksek olgunluk derecesi ve düşük izafi sertlik değerlerinin elde edilmesi mümkün olacaktır.
SÜLFÜR OKSİT KURAMI:
Küresel ve lamel grafitli dökme demirlerde ÇEKİRDEKLEŞME olgusu benzerlik arz etmektedir. Ancak küresel grafitli dökme demirde magnezyum işlemi oluşan çekirdekler MgS ve CaS ’ dur.
Magnezyum işlemi sonu eriyikte birincil reaksiyon ürünleri magnezyum, kalsiyum, kükürt, silisyum ve oksijen ihtiva ederler. Bu çekirdekler T.Skaland‘ a göre özünde sülfit çekirdeği ve bunun üzerinde büyümüş olan oksit kabuğundan ibarettir. Bu çekirdek dış kabuğu karmaşık magnezyum silikat MgSiO_2, 2 MgSiO_2 bileşimine sahiptir.
Yine grafitin KRİSTALİZASYON u için gerekli olan çekirdek – grafit kristal kafesleri parametrelerinin uyumu bu durumda sağlanamadığından, HETEROJEN ÇEKİRDEKLEŞME için aşılama önem kazanmaktadır. Böylece kalsiyum içeren bir aşılama malzemesinin kullanılması ile HEGZAGONAL kristal kafesine sahip silikatlar, oksit çekirdek kabuğu üzerinde oluşan, grafitin KRİSTALİZASYONU için şartlar oluşturulmuş olur. Bu durumda küresel grafitli dökme demirde sadece GARFİT KRİSTALİZASYONU için mevcut çekirdek sayısının değişmemesinin açıklanması olur.
Magnezyum işlemi sonucu oluşan çekirdekler:
MgSiO_2 (enstantit) 2 MgSiO_2 (forsterit)
Aşılama sonu oluşan çekirdekler:
X= Ca, Ba, Sr elementleri
Aşılama malzemesi stronsiyum ve baryum içerdiğinden HEGZAGONAL kalsiyum silikatlar, SrO, SiO_2, Sr
Grafitin LAMEL şeklinde KRİSTALİZASYONU na gelince birincil magnezyum sülfit ve magnezyum silikatların (forsterit) mevcut olmaması nedeni ile diğer sülfit ve oksitlerin bu görevi yerine getirdikleri kabul edilmektedir.
