Daha önce doğada en çok bulunan metallerden olan demirden üretilen çelik hakkında bir yazı hazırlamıştık. Bu yazımızda ise demirden elde edilen diğer bir ürün olan dökme demirden bahsedeceğiz.
Öncelikle pik demirin ne olduğunu hatırlayalım:
Çelik yada dökme demir üretiminin ilk aşaması demir cevherinin işlenmesidir. Demir cevheri, yüksek fırınlarda (Blast furnace) işlenir ve pik demir (pig iron) üretilir. Pik demir bu haliyle kullanılmaya pek elverişli bir mamul olmayıp çelik ve dökme demir üretimi için kullanılan bir yarı mamuldür. (“Pig” İngilizcede “domuz” demektir. Pik demirin üretiminde ürün kalıbının domuza benzemesinden ötürü bu isim kullanılmıştır.) Pik demirin karbon oranı %4 civarındadır. Pik demire aynı zamanda font demir, ham demir de denir.
Elde edilen pik demirde eğer mangan (Mn) fazla ise beyaz pik demir, silisyum(Si) fazla ise esmer pik demir olur. Beyaz pik demir, çelik üretimi için kullanılırken esmer pik demir, dökme demir parçaların üretimi için kullanılır
1. Dökme Demir (Cast Iron)
Pik demir olarak üretilen ara mamuller, kupol ocaklarda eritilerek iç yapısında bulunan karbon %2 ilâ 4 arasına düşürülür. Sadece karbon azaltımı dökme demirin, endüstrinin ihtiyaçlarına cevap verecek nitelikte değildir. Bu yüzden başka katkı elementleri de ilave edilerek, değişik amaçlar için kullanılabilir dökme demirler üretilir.
Bütün dökme demirlerin yapısında genel olarak şu bileşenler mevcuttur.
Karbon(C) % 2 – 4
Silisyum (Si) % 0,4 – 3
Manganez(Mn) % 0,4 – 0,8
Fosfor(P) % 0,1 – 0,8
Dökme demirler; sertlik, iyi talaşlı işlenebilirlik, mükemmel basmaya dayanma, aşınmaya mukavemet ve katılık (eğilmezlik) dahil, özellik değişkenliğine sahip olup metallerin en ucuzudurlar.
Dökme demirleri çeliklerden ayıran özellikler arasında aşağıdakiler çok belirgindir.
– Dökme demirler sünek değillerdir; kopmada uzama göstermezler; dövülemezler, haddelenemezler.
– Isıtıldıklarında hamurlaşmazlar, katı halden doğruca sıvı hale dönüşürler. Soğurken de
bunun tersi olur, yani sıvı halden doğruca katı hale geçerler.
Dökme demirlerin mekanik özelliklerini en fazla etkileyen bileşen karbondur. Yapıdaki karbon, ya bileşik halde (sementit) yada serbest halde (grafit) olarak bulunur. Grafitlerin şekli, miktarı dökme demirlerin mukavemet ve sünekliğini etkiler. Buna göre de dökme demirler, parlatılmış yüzeylerde görülebilen grafit karakteristiğine göre
sınıflandırılabilir:
| Dökme demirlerin kimyasal kompozisyonları (%) | ||||||
| Toplam C | Si | S | P | Mn | Fe | |
| Beyaz | 2,5-4% | 0,4-1,6% | 0,15% | 0,4% | 0,3-0,8% | Kalan |
| Gri | 2-4% | min 1% | 0,2% | 0,6% | max 1% | Kalan |
| Temper | 2-3% | 0,9-1,8% | max 0,2% | max 0,2% | 0,2-1,25% | Kalan |
| Küresel | 3,2-4,1% | 1,8-2,8% | max 0,03% | max 0,1% | max 0,8% | Kalan |
1.1. Gri Dökme Demir (Gray Cast Iron)
Serbest karbonların grafit yaprakları şekilde oluştuğu demir-karbon-silisyum alaşımlarına gri dökme demir denir. Lamel (Çubuk) grafitli dökme demir de denilir. Gri dökme demir, kalıba dökülen ergimiş ham demirin yavaş soğumasıyla elde edilir. Döküm soğurken malzeme içindeki karbon grafit çubukları şeklinde çökelir. Bu dökme demirlere gri denmesinin nedeni; kırılma yüzeylerindeki gri görünümdür . Gri dökme demirde yapıda bileşke halde bulunan karbon %0.8’den daha düşüktür, kalan karbon grafit çubukları (lamel) şeklindedir.
Gri dökme demir en yaygın kullanılan dökme demir türüdür ve gerekli önlemler alınarak (ön ısıtma ve kaynak sonrası soğuma hızı gibi) kaynaklanabilir. Gri dökme demirler makine parçaları ve otomotiv endüstrisinde yanı sıra tesisat sektöründe basınçlı veya basınçsız ortamlarda çalışmak için farklı tiplerde boru, vana, flanş, bağlantı parçaları gibi malzemelerin üretiminde de yaygın olarak kullanılır.
Gri dökme demir mikro yapısı
1.2. Küresel Dökme Demir (Ductile Cast Iron)
Küresel dökme demir (Sfero Döküm) kimyasal kompozisyonu gri dökme demirinkinin aynısı olmasına rağmen mukavemet ve süneklikte çeliklere benzerler, fakat üretim şekli farklıdır. Gri dökme demirlerde grafit lamellerinin şekli çatlak oluşturma özelliğinden dolayı gri dökme demirin mukavemetini , tokluğunu ve sünekliğini düşüren ana etkendir. Grafitin lamelli değil de küresel olması daha yüksek mukavemet ve süneklik sağlar. Böylece dökme çeliklerin mukavemet ve süneklik özellikleriyle, dökme demirlerin düşük maliyet, aşınma direnci ve üzerine uygulanan kuvvetleri emme karakteristikleri birleşir.
Su, kanalizasyon ve basınçlı borular, bağlantılar, vanalar ve pompalar küresel dökme
demirden yapılabilir . Bu ürünlerin küresel dökme demirden yapılmasının avantajları
tokluğunun ve kaynak kabiliyetinin gri dökme demirlere göre daha iyi olmasıdır. Küresel dökme demir borular çoğunlukla kaynaklanarak üretilirler.
Küresel dökme demir mikro yapısı
1.3. Beyaz(Kır) Dökme Demir (White Cast Iron)
Kır dökme demir, kalıp içine dökülen demirin hızlı soğuma sonucunda karbonun yapının içinde kalması halinde oluşur. Soğuma hızı gri dökme demirde olduğu gibi
karbonun grafit lamelleri şeklinde çökelmesine izin vermez fakat karbon, demir, krom
yada molibdenle birleşerek karbür oluşturur. Oluşan demir karbon (Fe3C-sementit), sert ve kırılgandır . Dökme demir çoğunlukla bu sementit parçacıklarından kırılır. Kırık
yüzeye bakıldığında açık yada ak renkli görülür, bu nedenle bunlara beyaz dökme demir denir. Dökümde yüksek oranda demir-karbür oluşur ve yapı, gri dökme demir kimyasal kompozisyonuna sahip olunmasına rağmen gri dökme demire göre daha sert ve kırılgan olur. Beyaz dökme demirler normalde kaynak edilemezler çünkü, ana metalde oluşan ısıl gerilmeleri karşılayabilmek için gerekli sünekliğe sahip değildirler.
Aşınmaya dayanıklı olması istenilen kam mili ve hadde silindirleri, beyaz dökme demirle yapılan makine parçalarından bazılarıdır. Normal şartlarda işlenmesi olanaksız olan beyaz dökme demir, ancak taşlanarak şekillendirilebilir.
Beyaz dökme demir mikro yapısı
1.4. Temper Dökme Demir (Malleable Cast Iron)
Az karbonlu çeliklerin özelliklerini gösteren ve beyaz dökme demirin ısıl bazı işlemlerden geçirilmesi (Basitçe, beyaz dökme demirin 900 – 950 °C’ ye kadar ısıtılması ve yavaş soğutulması diyebiliriz) sonucunda üretilen dökme demir türüdür. Bu yönüyle gri dökme demirden pahalı, çelikten ucuzdur.
Temper dökme demirlerde karbon lameller (çubuk) şeklinde değil de küresel olduğu için bir miktar sünekliği vardır. Temper dökme demir, beyaz dökme demir veya gri dökme
demirden daha toktur ve uygun bir miktar eğilebilir. Gri dökme demir az miktarda bir eğilme sonucunda kırılır. Beyaz dökme demir de cam gibidir, hiç eğilmez, kırılır. Bu dökme demirlerde de mukavemet ve süneklik metalurjik yapıya bağlı olduğu gibi, serbest grafitin dağılımına da bağlıdır.
Temper dökme demirler kaynak yapılırken, kaynak metalinin soğuması sırasında ısıl işlemin faydalı etkisi ortadan kalkar ve hızlı soğuma sonucunda kırılgan bir yapı (chilling) görülür. Bunun için kaynak bölgesi, kaynaktan sonra tekrar ısıl işleme tabi tutularak temper dökme demirin yapısı elde edilmelidir.
Temper dökme demirler flanşlarda, borularda, bağlantı ve vana parçalarında
kullanılır. Bir çok otomobil parçası, kompresör krank mili ve göbeği, transmisyon ve
diferansiyel parçaları, bağlantı çubukları ve universal bağlantılar temper dökme demirden üretilirler.
Karbonu azaltılmış ve/veya meydana gelebilecek grafitin biçimi nedeni ile iç çentik etkisi hafifletilmiş olan temper döküm, dayanım ve şekil değiştirme özellikleri bakımından beyaz(kır) döküm ile çelik döküm arasında yer alır.
Temper dökme demir mikro yapısı
Kırık yüzeyi görünümüne göre beyaz ve siyah temper olarak 2 çeşidi vardır.
– Beyaz Temper Dökme Demir (Whiteheart Malleable Cast Iron)
Ham temper dökümün 1000 ºC ‘de 80 saat süre ile oksitleyici ortamda temperlenmesi ile elde edilir. Beyaz temper dökme ürünleri çoğunlukla ince etlidir.
-Siyah Temper Dökme Demir (Blackheart Malleable Cast Iron)
Ham temper; azotça zengin atmosfer altında gaz sızdırmaz fırınlarda temperlenir. Döküm parçanın tüm kesitinde temper karbonu içeren ferritik bir iç yapı elde
edildiğin mekanik özellikler et kalınlığına bağlı değildir.
2. Dökme demirlerin kısa gösterilişi
Dökme demirler için ülkemizde tesisat sektöründe çoğunlukla EN 1560 standardına göre tariflenen kısa gösterim ile Alman DIN normuna göre tariflenen gösterimler kullanılmaktadır.
Örneğin, sfero döküm (Küresel Dökme demir) bir vananın teknik föyünde için DIN normuna göre GGG40 yazarken EN Normuna göre EN-GJS-400-15 yazar.
EN 1560 standardına buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz. Bu standartta dökme demirlerin nasıl kısa gösterilişi detaylı olarak ifade edilmektedir. Ama kısaca şöyle özetleyebiliriz.
Bir dökme demirin gösterilişinde 6 tane kademe vardır.
Kademe 1’de “EN-” ifadesi yer alır.
Kademe 2’de Dökme demir sembolü yer alır. (“GJ” ifadesi yer alır G:Döküm J:Demir)
Kademe 3’de Dökme demir grafit yapısı yer alır.
Kademe 4’de Dökme demir mikro yada makro yapısı yer alır.
Kademe 5’de Dökme demir kimyasal yada mekanik özellik bilgisi yer alır.
Kademe 6’da İlave bilgi yer alır.
3. kademede yer alan grafit yapısı kısaltmaları şöyledir.
L: Lamel grafitli
S:Küresel Grafitli
M:Temper Döküm (MB: Siyah Temper döküm, MW:Beyaz temper döküm)
V:Vermicular
N:Grafitsiz
Y: Özel Yapı
Bu isimlendirmede daha çok kademe 1,2,3 ve 5 kullanılır. Örneğin EN-GJL-250 ifadesinden 250MPa çekme mukavemetine sahip lamel grafitli (gri) dökme demir anlaşılmaktadır.
Alman DIN normunda ise, kısaltma dökme demirin grafit yapısını ifade eden harf dizisinden sonra çekme mukavemetini veren bir sayıdan(kgf/mm2) oluşur.
Gri Döküm GG, Küresel Döküm GGG, Beyaz döküm GH, Temper döküm ise GT ‘dir.
Mesela GG20 ile ifade edilen bir dökme demir gri dökme demir olup 20kgf/mm2 çekme mukavemetine sahiptir.
3. Tesisat sektöründeki bazı döküm malzeme örnekleri
Döküm Vana ve Armatürler
Bir vana üreticisinin kataloğunu incelediğimizde temelde 2 tane döküm cinsi ile karşılaşıyoruz. GG25 (EN-GJL-250) ve GGG40 (EN-GJS 400-15).
Yukarıdaki bölümlerden anlatılanlardan hareketler GG25 için gri dökme demir (lamel grafitli) ve 25 kgf/mm2 çekme mukavmetine sahip vana malzemesinden bahsedildiğini anlarız. GGG40’dan ise küresel grafitli (sfero döküm) dökme demir ve 40kgf/mm2 çekme mukavemetli vanadan bahsedildiğini anlarız. Bu iki malzeme arasındaki farktan, GGG40’ın daha zorlayıcı çalışma şartlarına (yüksek basınca, vs.) dayanabildiğini bu sebeple fiyatının daha yüksek olacağı ortaya çıkar.
Avrupa normuna göre kısa gösterilişleri analiz edersek GJL’den lamel grafitli (gri) dökme demir ve 250N/mm2 çekme mukavemetini anlarız, GJS’den ise sfero döküm (küresel dökme demir) ve 400N/mm2 çekme mukavemetini anlarız.
Fittings (Boru Bağlantı Parçaları)
Dökme demir boru bağlantı parçlarının teknik föyünü incelediğimizde malzeme için EN-GJMB-350-10 bilgisinin verildiğini görüyoruz. Buradaki MB ifadesinden boru bağlantı parçasının siyah temper döküm olduğunu ve 350N/mm2 çekme mukavemetine haiz olduğunu söyleriz. (10 rakamı ise % olarak uzamayı gösterir.) 
Pik Döküm Boru
“Pik döküm” ifadesi “Pik demir” ifadesi ile karışabilir. Daha önce anlatmıştık ama tekrar vurgulamakta fayda var. Pik demir, gerek çeliğin gerekse dökme demirin üretiminde kullanılır ve demir cevherinden elde edilen bir ara mamuldür. Pik döküm ise dilimizde daha çok gri dökme demir (lamel grafitli) ifadesinin yerine kullanılır.
Şimdi buradan hareketle pik döküm boru için bir üreticinin teknik föyüne baktığımızda EN-GJL-150 ifadesini görüyoruz. Buradan pik döküm borunun imalatında çekme mukavemeti 150kgf/mm2 olan gri dökme demir kullanıldığını anlarız. Teknik föyde aynı zamanda GG15 olarak DIN normunda da ifade yer alabilir. GG ifadesinden gri dökme demir, 15 ifadesinden de çekme mukavemetinin 15N/mm2 olduğunu anlarız.
Düktil Demir Boru
Düktil borular, içme suyu hatlarında kullanılmak üzere santrifüj döküm tekniği ile üretilmiş sfero dökme demir (küresel grafitli dökme demir) borulardır. Boru üreticisinin kataloğunda yer alan EN-GJS-420 ifadesinden borunun kürsel dökme demir ve 420N/mm2 çekme mukavemetine sahip olduğunu anlarız.
Döküm Gövdeli Pompalar
Tıpkı vanalarda olduğu gibi pompa üretcisinin kataloğunu incelediğimizde temelde 2 tane döküm cinsi vardır. . GG25 (EN-GJL-250) ve GGG40 (EN-GJS 400-15).
GG25 için gri dökme demir (lamel grafitli) ve 25 kgf/mm2 çekme mukavmetine sahip pompa gövdesinden bahsedilirken GGG40 ile küresel grafitli (sfero döküm) dökme demir ve 40kgf/mm2 çekme mukavemetli pompa gövdesinden bahsedilir.
Kaynaklar
https://magmaweld.com.tr/Content/UserFiles/OerlikonKutuphanesi/Dokme_demirler.pdf
https://www.makinaegitimi.com/malzeme-bilgisi/dokme-demirler-ve-dokme-demir-cesitleri.html
