Sfero döküm nedir? Küresel grafitli dökme demir ve magnezyum ilavesi

Grafit biçimi neden her şeyi değiştirir

Gri dökme demirde grafit, keskin uçlu ince lameller halinde bulunur. Her lamel ucu bir çentik gibi davranır, gerilmeyi yoğunlaştırır ve çatlağın ilerlemesini kolaylaştırır. Malzeme bu yüzden neredeyse hiç uzamadan kırılır.

Küresel grafitte ise aynı karbon, yuvarlak düğümler halinde toplanır. Küre, gerilme yoğunlaştırıcı bir geometri değildir; metal matris sürekli kalır ve yük taşır. Sonuç, %10-18 uzama veren, darbeye dayanıklı, çekme dayanımı 400-900 MPa aralığına çıkabilen bir malzemedir.

Magnezyumun rolü

Grafitin küresel katılaşması kendiliğinden olmaz. Ergimiş demirde bulunan kükürt ve oksijen, grafitin lamel halinde büyümesini teşvik eden yüzey aktif elementlerdir. Magnezyum bu ikisini bağlayarak ortadan kaldırır ve grafitin küre halinde büyümesinin önünü açar.

İşlem sonunda dökme demirde genellikle %0,03-0,06 artık magnezyum kalması hedeflenir. Bu aralık dardır ve kritiktir:

• Çok az magnezyum: küreleşme tamamlanmaz, vermiküler ya da lamel grafit kalır; istenen mekanik özellikler elde edilemez.
• Çok fazla magnezyum: cüruf oluşumu, karbür çökelmesi ve döküm hatası riski artar; ayrıca maliyet boşa gider.
• Bekleme süresi: magnezyum zamanla banyodan kaçar. İşlemden sonra dökümün belirli bir süre içinde tamamlanması gerekir, aksi halde küreleşme geriler (fading).

Magnezyum nasıl ilave edilir

Magnezyum 1090 °C'de kaynar; 1450 °C'deki demir banyosuna saf halde atıldığında şiddetli bir reaksiyonla buharlaşır. Bu yüzden her zaman bir taşıyıcıyla, kontrollü biçimde eklenir.

Nikel-magnezyum master alaşımı

Magnezyum nikelle alaşımlandığında buhar basıncı düşer, reaksiyon yumuşar ve verim yükselir. Nikelin alaşımda kalması istenen ya da sakıncası olmayan kalitelerde tercih edilir; özellikle ağır kesitli ve yüksek dayanımlı sfero dökümde kullanılır.

Ferrosilisyum-magnezyum (FeSiMg)

Döküm sanayisinde en yaygın yöntem. Magnezyum, ferrosilisyum matrisi içinde taşınır; sandviç, tundish ya da pota içi yöntemlerle uygulanır.

Tel besleme (cored wire)

Magnezyum içeren tel, banyoya kontrollü hızda beslenir. Verim yüksektir ve tekrarlanabilirliği en iyi yöntemdir.

Kükürt kontrolü

Magnezyum ilavesinin verimi, banyodaki kükürtle doğrudan ilişkilidir: gelen kükürdün önce bağlanması gerekir, geri kalan magnezyum ancak küreleştirme için kullanılabilir. Bu nedenle küreleştirmeden önce kükürt mümkün olduğunca düşürülür.

• Düşük kükürtlü şarj malzemesi kullanmak, ilave magnezyum maliyetini doğrudan azaltır.
• Hedef, küreleştirme öncesi genellikle %0,015 kükürdün altıdır.
• Kalsiyum-silisyum gibi desülfürizasyon malzemeleriyle kükürt ayrıca düşürülebilir.
• Kok ve karbon verici malzemelerin kükürt içeriği şartnamede sınırlanmalıdır.

Aşılama (inoculation)

Küreleştirme tek başına yeterli değildir. İşlem sonrası banyo, grafitin çekirdekleneceği noktalar açısından fakirleşir; aşılama yapılmazsa karbür (çil) oluşur ve işlenebilirlik düşer.

Aşılayıcı olarak genellikle ferrosilisyum esaslı malzemeler kullanılır; bünyesinde baryum, kalsiyum, stronsiyum ya da nadir toprak elementleri bulunabilir. Aşılama dökümden hemen önce ya da döküm sırasında (akışta aşılama) yapılır; etkisi de magnezyum gibi zamanla azalır.

Sfero döküm hammaddesi alırken

1. Küreleştirici için magnezyum içeriğini, taşıyıcıyı ve tane boyutunu yazın.
2. Nikel-magnezyum tercih ediyorsanız nikel/magnezyum oranını ve artık element sınırlarını belirtin.
3. Karbon verici ve şarj malzemelerinde kükürt üst sınırı isteyin.
4. Aşılayıcıda etken elementleri (Ba, Ca, Sr, nadir toprak) ve tane boyutunu şartnameye koyun.
5. Her parti için analiz sertifikası talep edin; küreleştirme verimi bileşime çok duyarlıdır.