Alaşımlandırılmış EN-GJS-500-7 kalite küresel grafitli dökme demirin mekanik, işlenebilirlik, yüksek sıcaklık aşınma, korozyon ve tribokorozyon davranışı

Günümüzde, küresel grafitli dökme demirler (KGDD) çeliklere göre üstün mekanik özelliklere ve ekonomik avantajlara sahip olduğu için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır ve imalatçılar spesifik mukavemeti (mukavemet/ağırlık oranı) artırmak için daha düşük kalınlıklarda KGDD'den parçalar geliştirmenin yollarını araştırmaktadır. Son zamanlarda yüksek mukavemet, işlenebilirlik, korozyon ve aşınma direnci, yüksek tribokorozyon performans gibi talepler arttığından, bu alanlara yönelik KGDD'lerin üretim teknolojisi üzerine çalışmalar gerçekleşmektedir. KGDD'lerin mekanik, işlenebilirlik, korozyon, aşınma ve tribokorozyon özellikleri büyük ölçüde metalurjik yapısı tarafından belirlenir. KGDD'lerin matrisinde ferrit ve perlitin uygun bir dengeye sahip olması, tatmin edici mukavemet, işlenebilirlik, korozyon, aşınma ve tribokorozyon performansı elde edilebilir. KGDD üretiminde, genellikle mikroyapıyı kontrol etmek ve malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirmek için alaşım elementleri (Si, Mn, Cu, Cr, Sn ve Sb) kullanılır. Her bir alaşım elementi bağımsız olarak değerlendirilemez ve bunlar arasında bazı karmaşık etkileşimler görülebilir. Bu nedenle, alaşım elementlerinin miktarındaki uygun denge, KGDD'lerin üretiminde dikkatlice düşünülmelidir. Demisaş A.Ş'den temin edilen 15 mm çapında EN-GJS-500-7 kalite perlitik/ferritik KGDD'ye alaşımlandırmanın (Mn, Cu ve Mn) mekanik, işlenebilirlik, korozyon, tribokorozyon ve yüksek sıcaklık aşınma davranışına etkisi incelenmiştir. Ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de %0,8 Cu ile alaşımlandırılan KGDD'nin grafit nodüllerinin sayısı azalırken boyutları da artmıştır. Alaşımsız KGDD büyük miktarda ferrit fazı içerirken, perlit hacim oranı alaşımlandırma ile birlikte genişledi. Alaşımlandırma ile perlit miktarı artarken, ferrit miktarı ise azalmaktadır. Alaşımlandırma ile akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve sertlik değerleri iyileşirken darbe tokluğu azalmaktadır. En düşük kesme kuvveti değeri, alaşımsız KGDD'nin tornalandığında kaydedildi. Ancak, alaşımsız KGDD en yüksek yüzey pürüzlülüğü değerleri gösterdi. Alaşımlandırmanın yüzey pürüzlülüğü üzerinde belirgin bir etkisi olduğu gözlendi, kesme kuvvetleri üzerindeki etkileri biraz daha düşük oldu ve kesme kuvvetleri için %11, yüzey pürüzlülüğü değerleri için ise yaklaşık % 50'lik olumlu bir değişim tespit edildi. En düşük aşınma kaybı, ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD'de edildi, ancak en yüksek mekanik özellikler ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de %0,8 Cu ile alaşımlandırılan KGDD'de elde edildi. Mn ile alaşımlandırılan KGDD'nin oda sıcaklığında gerçekleştirilen aşınma deneyine göre 200 °C'de aşınma hızı arttı ve 600 °C'ye kadar aşınma hızı değişmedi. Sıcaklığın artmasıyla aşınma hızında en fazla artış, alaşımsız ve hem Mn hem de Cu ile alaşımlı KGDD'de tespit edildi. Ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD'nin korozyon direnci, ağırlıkça % 3,5 NaCl ortamında en yüksek bulundu. Ancak ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de % 0,8 Cu ile alaşımlandırma KGDD'nin korozyon direncini oldukça düşürmektedir. Ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD, hem kuru hem de korozif ortamlarda daha düşük sürtünme katsayısı (COF) ve daha düşük aşınma hızına sahiptir. KGDD'lerin kuru ve korozif koşullarda aşınma mekanizması yumuşak ferrit fazının plastik deformasyonu ve sürüklenmesini içerir, ayrıca yapısal kusurlar nedeniyle aşınma ürünlerinin ve korozif çözeltinin nüfuz etmesini içerir. Ancak aşınma hasarı, sert perlit fazıyla desteklenen matriste grafitin yağlayıcı özellikleriyle azalmıştır.