Küresel grafit, dökme demirin mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyen bir yapısal bileşendir. Yaprak şeklinde olan geleneksel grafitlere kıyasla, küresel grafit dökme demire daha yüksek dayanım, süneklik ve çarpma enerjisi emme kapasitesi kazandırır. Bu nedenle, küresel grafitli dökme demirler otomotiv, makine imalatı ve inşaat gibi birçok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Küresel Grafit Oluşum Mekanizması
Küresel grafitin oluşumu, dökme demirin soğuması sırasında gerçekleşen karmaşık bir süreçtir. Bu süreçte, sıvı haldeki demirde bulunan karbon atomları, belirli koşullar altında bir araya gelerek küresel bir yapı oluştururlar.
Küresel Grafitin Oluşumunu Etkileyen Faktörler:
- Alaşıma Eklenen Elementler:
- Magnezyum (Mg): En yaygın olarak kullanılan nodulant (küreselleştirici) ajandır. Mg, grafit çekirdeklerinin büyümesini teşvik eder ve küresel bir yapı oluşumunu sağlar.
- Seryum (Ce): Mg ile birlikte veya tek başına kullanılabilir. Mg’ye göre daha düşük maliyetlidir ve daha yüksek sıcaklıklarda etkilidir.
- Kalsiyum (Ca): Mg’nin etkisini artırabilir ve grafitlerin daha düzgün bir dağılımını sağlar.
- Soğuma Hızı: Hızlı soğuma, ince ve düzensiz grafitlerin oluşmasına neden olurken, yavaş soğuma küresel grafitlerin oluşumunu destekler.
- Kükürt (S) İçeriği: Yüksek kükürt içeriği, küresel grafit oluşumunu olumsuz etkiler.
- Oksijen (O) İçeriği: Oksijen de kükürt gibi küresel grafit oluşumunu engelleyebilir.
Küresel Grafit Oluşum Mekanizmasının Basitçe Açıklanması:
- Çekirdeklenme: Sıvı demir soğurken, karbon atomları belirli noktalarda toplanarak küçük çekirdekler oluşturur.
- Büyüme: Bu çekirdekler, nodulant ajanların etkisiyle büyür ve küresel bir şekil alır.
- Birleşme: Küresel grafitler, birbirleriyle birleşerek daha büyük kümeler oluşturur.
Silisyumun Rolü
Silisyum, dökme demirin akışkanlığını artırmak ve grafit oluşumunu etkilemek için kullanılan bir alaşım elementidir. Silisyumun nodulant (küreselleştirici) ajanlarla birlikte kullanımı, küresel grafitlerin daha homojen bir dağılım göstermesini sağlar.
Dinçel’in Çalışmasındaki Bulgular
Dinçel, çalışmasında silisyumun farklı oranlarda kullanıldığı dökme demirlerde küresel grafitin oluşumunu incelemiştir. Elde ettiği sonuçlar, silisyumun doğru miktarda kullanılması durumunda küresel grafitlerin daha iyi bir şekilde kontrol altına alınabileceğini göstermiştir.
Küresel grafitin oluşumunu açıklarken Küresel grafitli dökme demirin DUCTİLE IRON (SFERO) soğuma eğrisinde bir sıcaklık aralığı mevcuttur. Bunun sonucu olarak küresel grafitli dökme demirde kristalleşmeyi durduran bir tutukluğun olmaması gerekir. Bu da iki şekilde açıklanabilir.
- Sıvı madenden önce ÖSTENİT DENTRİTLERİ ayrışmakta ve bununla birlikte bunun içerisinde küresel grafit oluşumu meydana gelmektedir. Küresel grafitlerin büyümesi için gerekli karbon ÖSTENİT bazı eriyiğinden dışarı yayılarak grafit billurlarına geçmektedir.
- Grafit billurları doğrudan doğruya sıvı metalden teşekkül etmekte ve bir müddet sonra grafitlerin üzeri ÖSTENİT tabakasıyla kaplanmaktadır. Birincil ayrışmış ÖSTENİT DENTRİT özürleri kaplanmış veya kaplanmamış grafit kürelerin büyümesine sebep olmaktadır. Ayrıca sıvı metalde karbon miktarı artacaktır.
Sonuç olarak;
- kükürt azalması
- grafit billurlarının yüzey gerilimlerinin artması
- sıvı metalde mevcut magnezyum atomlarının grafit kafesleri arasında yayılarak grafit düzlemlerinin yayılmasını önlemesi
Gibi sebeplerle küresel grafitlerin oluşumu söz konusudur.
Küresel grafit, dökme demirin mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyen bir yapısal bileşendir. Küresel grafitin oluşumu, alaşıma eklenen elementler, soğuma hızı, kükürt ve oksijen içeriği gibi birçok faktöre bağlıdır. Silisyum gibi alaşım elementlerinin kullanımı, küresel grafitlerin daha iyi bir şekilde kontrol altına alınmasını sağlar.
Kaynak: DİNÇEL, M. Cüneyt, ”Küresel Grafitli Dökme Demir ve Silisyumun Nodulant Kullanılarak Kontrol Altına Alınması”, İstanbul 997
