The-wear-behaviour-of-austempered-ductile-iron.pdf

7/24/2019 The-wear-behaviour-of-austempered-ductile-iron.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/the-wear-behaviour-of-austempered-ductile-ironpdf 1/93

i

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

ÖSTEMPERLENMİŞ KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERİN

AŞINMA DAVRANIŞI

Hüsamettin KUŞ

Selçuk Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü

Makine Eğitimi Anabilim DalıDanışman: Prof. Dr. Ahmet AKDEMİR

2007, 91 Sayfa

Jüri: Prof. Dr. Ahmet AKDEMİR (Danışman)

Prof. Dr. Necmettin TARAKÇIOĞLU

Doç. Dr. Hacı Sağlam

Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler mükemmel dayanım, süneklilik,aşınma direnci gibi mekanik özelliklere sahip oldukları için iş makinelerinde veulaşım ekipmanlarında krank şaftı, dişli gibi artan sayıda mühendislik uygulamalarıiçin kullanılmaktadır. Bu çalışmada, GGG 40 ferritik küresel grafitli dökme demirinaşınma direncini iyileştirmek amacıyla farklı sıcaklıklarda östemperleme ısıl işlemiyapıldı. Östemperlenmiş ve döküm haldeki numunelerin aşınma deneyleri, 2000 mkayma mesafesinde, 1.54 m/s sabit kayma hızında, farklı yüklerde, kuru sürtünmekoşulları altında pin-disk deney setinde gerçekleştirildi. Aşınma deneylerinde,döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelerin yüzey pürüzlülükleri, ağırlıkkayıpları ve sürtünme katsayıları ölçüldü. Aşınma izleri optik mikroskop altındaincelendi. Sonuç olarak; östemperleme ısıl işleminin küresel grafitli dökme demirinaşınma direncini, çekme ve akma dayanımını artırdığı tespit edildi. Mikro yapının

östemperleme sıcaklığına önemli derecede bağlı olduğu, östemperleme sıcaklığınınyükselmesi ile aşınma direncinin azaldığı tespit edildi.

Anahtar Kelimeler: Aşınma, Kuru sürtünme, Östemperleme, Küresel grafitli dökmedemir



ii

ABSTRACT

Master Thesis

THE WEAR BEHAVIOUR OF AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Hüsamettin KUŞ

Selçuk University

Graduate School of Natural and Applied Sciences

Department of Mechanical Education

Supervisor: Prof. Dr. Ahmet AKDEMİR

2007, 91 page

Jury: Prof. Dr. Ahmet AKDEMİR

Prof. Dr. Necmettin TARAKÇIOĞLU

Assoc. Dr. Hacı SAĞLAM

Austempered ductile iron (ADI) has extremely good mechanical properties such as

excellent fatigue and tension strength, high toughness, good wear resistance. Because

of these properties, ADI has become increasingly important for the manufacturing of

components of machines such as gear, crankshafts. In this work, Ductile cast iron

was austempered at two different temperatures to improve of the wear resistance.

The wear tests of samples from austempered and as cast irons were carried out by

means of a pin on disc tester under dry atmospheric condition, 2000 m sliding

distance, different normal loads, at 1,54 m/s sliding speed. Samples from

austempered and as cast irons of coefficient of friction, surface roughness and weight

losses were determined in the wear tests. The worn surfaces were investigated by

using optic microscope. As the results of this work, It was found that the

austempering heat treatment increased the wear resistance, tensile and yield strengthof ductile cast iron. It was shown that austempering temperatures have an important

influence on the microstructure and increasing of austempering temperature cause

decreasing of wear resistance

Key Words: Wear, Dry wear, Austempering, Ductile iron



1

1.

GİRİŞ

Temasta olan ve birbirlerine göre bağıl hareket eden iki elemanın temas

yüzeyleri arasında sürtünme ve buna bağlı olarak aşınma, sıcaklık artışı ve enerjikaybı meydana gelir. Günümüzde makine elamanlarının en önemli problemlerinden

biri parçaların aşınmasıdır. Aşınma nedeniyle makine parçalarının boyutu değişir ve

yüzey kalitesi düşer; görev yaptığı makinenin hassasiyetinde azalmaya sebep olur.

Böylece o makinede imal edilen mamulün istenen kalitede ve hassasiyette

olmamasına sebep olurlar. Aşınmanın elamanlara verdiği tahribatı önlemek için de

parçaların çalışma ortamında yağlanması gerekmektedir. Buna karşılık kullanım

şartları nedeniyle çoğu elemanlarda ya yağlama yapılamaz ya da çok sınırlı

gerçekleştirilebilir.

Küresel grafitli dökme demirler nodüler dökme, sfero dökme veya küresel

grafitli dökme demir olarak da endüstride bilinmektedir. Grafitin küresel şekilde

teşekkül etmesi neticesinde malzemenin çekme ve akma mukavemetleri, elastiklik

modülü, kopma uzaması, kolay işlenme kabiliyeti ve korozyona karşı dayanıklılığı

diğer dökme demirlere oranla bir hayli artar. Ayrıca girift iş parçaları kolayca

dökülebildiğinden birçok endüstri sahalarında küresel dökmeler, kır dökme, temper

dökme, dövme çelik ve hatta demir olmayan maden ve alaşımları yerine

kullanılmaya başlanmıştır.

Modern otomobil motorları dizaynlarında kam milinin dönme yorulmasına

karşı dirençli olması, ayrıca yüksek mukavemet ve süneklik özelliklerine sahip

olmaları istenir. Bu yüzden östenitik sünek dökme demir bu tür uygulamalarda

kullanılmaya mekanik özellikleri açısından son derece uygundur ve ısıl işlem

görmüş dövme çelikler ile bazı uygulamalarda karşılaştırılabilinirler. Buna ek olarak

östenitik sünek dökme demir içerdiği ana fazların mikro yapı içerisinde oluşma

oranlarının değişkenlik arz etmesi neticesinde çok geniş bir yelpazede kendine

kullanım sahası bulmuştur.

Küresel grafitli dökme demirlere uygulanan ısıl işlemler çok çeşitli olmakla

birlikte kazançlar bakımın’dan ön plana çıkan ısıl işlem ise östemperleme ısıl işlemi

olmuştur. 1970’lerin başlarında uygulanmaya başlanan östemperleme çalışmaları



2

günümüze kadar çok fazla ilgi görmüş ve halen de görmektedir. Ülkemizde ise yakın

dönemde başlamış olan bu çalışmalar çok yoğun bir şekilde devam etmektedir.

Küresel grafitli dökme demirlerde östemperleme işleminin amacı; aynı işlemle çelik

malzemelerde oluşan beynitik yapıdan farklı olarak ösferritik (östenit+ferrit) matris

yapı oluşturmaktır. Bu yapı dayanım ve tokluk özelliklerini daha da iyileştirmektedir.

Bu üstün özelliklerin yanı sıra bu malzemelerin talaşlı imalat yöntemine uygunluğu,

kısa süreli ısıl işlemleri, çeliklere göre %10 daha az yoğun olmaları, döküm yoluyla

son şekle getirilebilme yetenekleri, montaj kolaylıkları bu malzemeleri cazip hale

getirmiş ve bu üstün özelliklerin bir sonucu olarak da pek çok alanda kullanılmaya

başlanmış ve pek çok araştırmanın da konusu olmuştur.

Östemperlenmiş küresel graitli dökme demirlerin mekanik özellikleri diğer

dökme demir malzemelerle karşılaştırıldığında çok daha üstün mekanik özellikleresahip olduğu görülmektedir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler ve

dövme çeliğin % uzama ve darbe dayanımları aynı olmasına karşın ÖKGDD’in

akma ve çekme dayanımları daha yüksektir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme

demirler iyi bir aşınma dirençi, tokluk ve dayanım sunarlar.

Bu çalışmada, kullanılan GGG 40 küresel grafitli dökme demire farklı

sıcaklıklarında yapılan östemperleme ısıl işleminin mikro yapıya etkileri

araştırılarak, kuru sürtünme koşulları altında östemperleme işleminin numunelerin

aşınma davranışına etkileri karşılaştırılmıştır. Östemperlemenin aşınma direncine

etkisi, Pim-disk sürtünme aşınma deney setinde 30-60 N (0,382-0,764 N\mm2) arası

farklı yüklerde, 1.54 m\s sabit kayma hızında, oda sıcaklığında, farklı kayma

mesafelerinde su verilerek sertliği 62 HRc yükseltilen AISI 4140 çeliğine karşı

çalıştırılarak belirlenmiştir. Ayrıca aşınan yüzeylerin yüzey pürüzlülükleri ölçülerek

sürtünme şartlarının yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelenmiştir.



3

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI

Mehmet ÇETİN ve Ferhat GÜL (2006) yaptıkları çalışmada östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin abrasiv aşınma davranışına östemperleme işleminde

soğutmanın etkisini incelemişlerdir. Bu çalışmada, geleneksel tek kademeli

östemperleme işleminde, küresel grafitli dökme demir (KGDD) numuneler 900

°C’de 1 saat östenitlenmiş, ardından tuz banyosunda 400 °C’de 2 saat

östemperlenmiştir. İki kademeli östemperleme prosesinde ise KGDD numuneler 900

°C de 1 saat östenitlendikten sonra 400 °C’lik tuz banyosuna aktarılmış, 10 dakika

bu sıcaklıkta bekletildikten sonra banyonun sıcaklığı 1.88 °C / dak hızla 250 °C’a

soğutulmuştur. Geleneksel tek kademeli östemperleme prosesi ile üretilen üst

ösferritik ve iki kademeli prosesle üretilen üst ve alt ösferritik östemperlenmiş

küresel grafitli dökme demir (ÖKGDD) numunelerin abrasiv aşınma deneyleri, disk

üzerinde pim cihazında 10, 20 ve 30 N yük altında, 180 mesh (80 µm) boyuta sahip

Al2O3 zımpara üzerinde gerçekleştirilmiştir. İki kademeli östemperleme prosesiyle

üretilen küresel grafitli dökme demirin sertliği, tek kademeli prosesle üretilen dökme

demirinkinden daha yüksek olmasına rağmen, her iki dökme demirin benzer abrasiv

aşınma davranışı sergilediği görülmüştür.

Jianghuai Yang, Putatundada (2005) yaptıkları bir çalışmada tek kademeli

östemperleme işlemi ile iki kademeli östemperleme işleminin abrasiv aşınma

direncine ve mikro yapısal parametreler üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Test

sonuçları iki adımlı östemperleme işleminin mikro yapısal paremetreler üzerinde

önemli gelişmelere sahip olduğunu göstermiştir. İki adımlı östemperlenmiş küresel

grafitli dökme demirin abrasiv aşınma direnci geleneksel tek adımlı östemperleme

işlemi ile kıyaslandığında önemli gelişmeler göstermiştir.

J. Zimba ve ark. ( 2003 ) yaptıkları çalışmada toprak işleme aletleri için çelikyerine uygunluğu araştırılan östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin mekanik

ve abrasiv aşınma özelliklerini temperlenmiş çelik ile mukayese etmişlerdir. Elde

edilen sonuçlar 340-375 °C arasındaki östemperleme sıcaklıklarında yapılan

östemperleme işlemi ile elde edilen mikroyapının, küresel grafitli dökme demirin



4

aşınma direnci ve çekme dayanımını önemli ölçüde gelişmektedir. ÖKGDD’nin

aşınma direnci benzer sertlik seviyesindeki çelik ile kıyaslığında ÖKGDD’nin

aşınma direnci çok daha iyidir. Çeliğin sertlik değeri ÖKGDD’nin sertlik değerinin

iki katı olduğu durumlarda aşınma dirençleri yaklaşık olarak aynıdır.

Nili Ahmadabadi ve Ark. (1999) yaptıkları çalışmada östemperlenmiş küresel

grafitli dökme demirin aşınma davranışı üzerine östemperleme işleminin etkisi

araştırdılar. Bunun için farklı küre sayısına sahip % 0.75 Mn sünek demiri 900

°C’de 90 dk östenitledikten sonra 315 °C düşük östemperleme sıcaklığında

östemperleme işlemi yapıldı ve daha sonra ılık suda soğutuldu. Aynı işlem 375 °C (

yüksek östemperleme sıcaklığı) de yapıldı. Son olarak da 375 ve 315 °C (yüksek-

düşük östemperleme sıcaklığı) ard arda östemperleme işlemi yapıldı. Elde edilen

numuneler pim-slindir test cihazında yüzeyi sertleştirilmiş çelik bilyaya karşı kuru

atmosferik koşullar altında 0,6 ve 1,28 m/s hızlarda ve 100, 200, 300 N normal

yüklerde çalıştırıldı. Elde edilen sonuçlar 315 °C’de östemperlenen numunenin en

yüksek aşınma direncine sahip olduğu 375 °C östemperlenen numunenin en düşük

aşınma direncine sahip olduğu 375-315 ºC östemperlenen numunenin aşınma direnci

ise 375 ºC’de östemperlenen numuneden yüksek, 315 ºC’de östemperlenen

numuneye yakın olduğu tespit edildi.

Haseeb ve Ark. (2000) yaptıkları çalışmada küresel grafitli dökme demiri 860°C de 2 saat östenitledikten sonra 360 °C 2 dk kurşun banyosunda

östemperlemişlerdir. Östemperleme işlemi ile elde edilen malzeme ile aynı sertliği

sağlamak için aynı bileşimdeki küresel grafitli dökme demiri 860 °C de iki saat

östenitledikten sonra tuzlu suda soğutulmuştur. Son olarak malzeme içerisindeki

gerilmeleri gidermek için 350 °C temperleme işlemi yapılmıştır. Benzer sertliğe

sahip malzemeler Pim-disk test cihazında kuru kayma koşulları altında 1.18 m/s

lineer hızda aşınma dirençleri karşılaştırıldı. Elde edilen sonuçlar östemperlenmiş

küresel grafitli dökme demirin aşınma oranının daima temperlenmiş küresel grafitli

dökme demirin aşınma oranından küçük olmuştur. Ayrıca iki numunenin aşınma

oranlarının kayma mesafesinin artması ile artığı tespit edilmiştir. Aşınma oranının

artış hızı uygulanan yükün bir fonksiyonu olarak temperlenmiş sünek demirde,

östemperlenmiş numuneden daha hızlı artığı tespit edilmiştir.



5

Zimba ve Ark. (2003) yaptıkları çalışmada, alaşımsız küresel grafitli dökme

demiri 900 °C de 60 dk östenitledikten sonra % 50 NaNO2 ve % 50 NaNO3 oluşan

tuz banyosunda 325-350-375 C° sıcaklıklarda östemperleyerek üç farklı numune elde

edilmiştir. Bu numuneler BİÇERİ üniversal aşınma test cihazında 6 mm çapında 800HV sertliğine sahip çelik bir bilyaya karşı 0.05 m/s lineer hızda 40 ile 140 N arasında

değişen normal yük altında çalıştırarak numunelerin tribolojik davranışlarını

belirlemişlerdir. En büyük aşınma miktarının en büyük yükte meydana geldiğini

tespit etmişlerdir. Ayrıca östemperleme sıcaklığının artması ile malzemenin

sertliğinin azaldığı belirlemişlerdir.

Perez ve Ark. (2004) yaptıkları çalışmada Cu-Ni-Mo ile alaşımlanmış sünek

demiri 315 ve 370 C° sıcaklıklarda, 5-240 dk aralığında değişen sürelerde

östemperleme işlemi yaptılar. 45 N sabit yük ve 2.40 m/s kayma hızı altında pim

halka test cihazında aşınma direnci için test yapıldı. Deneysel sonuçlar

östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin aşınma özelliklerinin, mikroyapıdan

güçlü bir şekilde etkilendiğini göstermiştir. Ayrıca en uygun aşınma özellikleri 370

°C de 90 dk ve 315 °C 120 dk östemperleme sıcaklık ve sürelerinde olduğu tespit

edilmiştir.

Magalhaes ve Ark. (1997) yaptığı çalışmada FZG dişli aşındırma test

çihazında östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden yapılmış dişlilerinsürtünme davranışlarını inceledi. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden

yapılmış dişliler karbürlenmiş çelikten yapılan dişlilerden % 50 oranında daha az

aşınma oranı göstermişlerdir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden

yapılan dişliler test edildiğinde, çok yüksek bir yüzey aşınması ve sürtünme direnci

bulundu. Benzer test koşulları altında çelikten yapılan dişlinin performansı

östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden yapılan dişli ile doğrudan bir

karşılaştırma yapıldığında östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirden yapılan

dişlinin çok daha iyi yüzey direnci gösterdiği görülmüştür.

Hung ve Ark. (2002), % 3.5 C, % 2.8 Si içeren küresel grafitli dökme demiri

420 °C östemperleme sıcaklığı ve 0.5, 1, 2, 3 saat östemperleme sürelerinde

östemperleme işlemine tabi tuttular. Elde edilen üst beynitli östemperlenmiş küresel

grafitli dökme demir numuneleri ortalama 73 m\s tane hızı altında ve yakla şık 275



6

µm tane büyüklüğünde sahip Al2O3 taneleri tarafından aşındırıldı. Deneysel sonuçlar

0.5 saat östemperlenmiş numunenin, diğer östemperlenmiş numuneler ve benzer

yapıya sahip dökme demirlerden daha fazla aşınma direnci gösterdiğini ortaya

koymuştur.

Rebasa ve Ark. (2002) yaptıkları çalışmada küre sayısındaki artışın abrasiv

aşınma direnci üzerine sahip olduğu etkileri araştırdılar. Sonuçlar, küre sayısındaki

artışın abrasiv aşınma oranın artması yönünde katkıda bulunduğunu göstermiştir.

Roy ve Ark. (2000) yaptığı çalışmada yüzey eritme lazeri ( LSM) ve yüzey

sertleştirme lazeri ( LSH) ile östemperlenmiş dökme demirin aşınma direncini

yükseltme olanağını araştırmışlardır. LSM ve LSH işleminden sonra mikroyapısal

ve mekaniksel özellikler hakkında yapılan detaylı çalışmada; LSM de yüzeye yakın

bölgelerde nispeten düşük bir sertlik ve lazerle eritilmiş bölgede baskın olarak

östenitik mikroyapı geliştiğini görmüşlerdir. Diğer bir deyişle LSH LSM ile

kıyaslandığında, lazerle sertleştirilmiş bölgede ince martenzit mikroyapıdan dolayı

daha yüksek ve üniform bir mikrosertlik görülür. Sonuç olarak adhesiv aşınma testi

pin-disc makinesinde gerçekleştirilmiştir. Ardından yapılan mikroyapı analizlerinde

LSH’nin östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin aşınma direncini

yükseltmek için LSM den daha uygun olduğunu görmüşlerdir.

Chang ve Ark. (2005) yaptıkları bir çalışmada 3.53 C–2.88 Si–0.11 Mn–0.039 P 0.011 S–0.046 Mg oranlarında alaşım elementleri içeren küresel grafitli

dökme demiri 850, 900, 925, 950 °C de 5-120 dak arasında östenitledikten sonra,

hızlı şekilde östemperleme banyosunda 280-450 °C arasına soğutmuşlar ve bu

sıcaklıklarda 1-60 dk arasında değişen sürelerde östemperleme ısıl işlemini

gerçekleştirmişlerdir. Elde edilen numunelerin akma dayanımı, % uzama, çekme

dayanımı, sertlik gibi mekanik özelliklerini, değişen östemperleme sıcaklığına bağlı

olarak incelediler. Östenitleme sıcaklığının artışı ferriti azalttığı için sünekliliğin

azaldığını ve dayanımın arttığını tespit etmişlerdir. Bunun yanı sıra östemperleme

sıcaklığının değişiminin mikro yapı üzerindeki etkilerini de incelemişlerdir.

Şahin ve Ark. ( 2006) yaptıkları çalışmada % 3.42 C, % 2.63 Si, % 0,318 Mn

içeren alaşımsız küresel grafitli dökme demiri 795 ve 815 °C de 20 dk östenitledikten

sonra tuz banyosu içinde 365 °C östemperleme sıcaklığında soğutuldu. Bu



7

östemperleme sıcaklığında 30-90-120 dk gibi değişen östemperleme sürelerinde

farklı numuneler elde edildi. Elde ettikleri bu farklı numunelerin ASTM G 99

standartlarına göre 0,6 m\s kayma hızı; 10, 20, 30 N arası değişen yük altında Pin-

disc cihazında östenitleme sıcaklığının ve östemperleme süresinin aşınma

davranışına etkisini incelemişlerdir. Aşınma direncinin matriks yapıya ve sertliğine

bağlı olduğunu, geniş ösferrit hacim yüzdesine sahip numunelerin daha çok ağırlık

kaybına uğradığını tespit etmişlerdir. Bunun yanı sıra östemperleme sürelerinin

artması ile % uzamanın arttığını, sertliğin azaldığını da belirlemişlerdir.

Ghaderi ve Ark. (2003) yaptıkları çalışmada faklı kimyasal bileşime sahip

dökme demirleri 30, 60, 90, 120 dk gibi farklı östemperleme sürelerinde

östemperleme işlemine tabi tutarak kimyasal bileşimin ve östemperleme süresinin

mekanik özelliklere ve tribolojik özelliklerine etkisini incelediler.

Aslan (2002) yaptığı çalışmada belirli bir östemperleme sıcaklığında,

östemperleme süresi artarken aşınma miktarının azaldığını ve uygulama yükü

artarken de aşınma miktarının arttığını tespit etmiştir.

Bahmani ve ark. (1997) yaptıkları çalışmada 3.5 % C, 2.6 % Si, 0,48 % Cu,

0,96 % Ni, 0,27 Mo içeren küresel grafitli dökme demiri 870 ve 900 °C’de

östenitledikten sonra 275, 315, 370, 400 °C gibi farklı sıcaklıklarda östemperleyerek

elde edilen numunelerin mekanik özelliklerini incelemiştir. Ayrıca östemperlemesıcaklığının artması ile sertliğin azaldığını % uzamanın arttığını tespit etmişlerdir.

Çetin (2005) yaptığı çalışmada ASTM G99 standardındaki farklı östenitleme

ve östemperleme sıcaklığındaki numunelerin Pin-disc cihazındaki aşınma davranışını

incelemiş ayrıca numune sıcaklığını ve sürtünme katsayılarını ölçmüştür. Sonuç

olarak, SEM incelemelerinde ÖKGDD ‘in kuru kayma aşınmasında baskın aşınma

mekanizmasının plastik akma delaminasyonu ile oluştuğundan malzeme kaybında

etkili olduğunu görmüştür. Oluşan oksitlerin aşınma sırasında sertleşerek aşındırıcı

gibi davranış sergilediği belirlenmiştir. KGDD’lerde aşınma temel olarak yüzey

adhezyonu ve plastik deformasyonun malzeme kaybında etkili olduğunu

belirlemiştir.

Joel Hemanth (1999) yaptığı çalışmada, farklı östenitleme ve östemperleme

sıcaklıklarında östemperleme ısıl işlemi yaptığı numunelerin, sabit kayma



8

mesafesinde değişik yükler altında aşınma davranışını incelemiştir. Artan yük

miktarı ile ağırlık kaybının artığını belirlemiştir.

İpek ve ark. (1999) yaptıkları çalışmada borlanmış dökme demirlerin sabit

yükle değişen kayma mesafelerinde ve sabit kayma mesafesinde değişen yükleraltında ayrı ayrı aşınma davranışlarını incelemişler, yük ve kayma mesafesinin

artmasıyla ağırlık kaybının artığını tespit etmişlerdir.

Bahmani ve ark. (1997) yaptıkları çalışmada farklı östenitleme ve

östemperleme sıcaklık ve süresinin mikroyapıya ve mekanik özelliklere etkisini

araştırmışlardır.

Prasad ve ark. (2002) östenitleme ve östemperleme sıcaklığının mikroyapıya

ve kırılma tokluğuna etkilerini araştırmışlardır.

Era ve ark. (1992) küresel grafitli dökme demirlerin 240-260 °C aralığında

östemperleme ile ilgili yapılan bir çalışmada martenzit miktarının artığını ve inçe

ösferritik yapı oluştuğunu gözlemlemişlerdir. Bunun sonucu ise darbe dayanımı ile %

uzamada azalma olurken çekme dayanımı ve sertlik artmıştır.

Eric ve ark. (2005) , ÖKGDD’lerde östemperleme süresinin ve sıcaklığının

mikro yapı ve mekanik özellikler üzerine etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir.

Kısa östemperleme sürelerinde, martenzit yapıdan dolayı kırılganlık ve gevreklik söz

konusudur, östemperleme süresi artıkça martenzit yapı yok olmakta ve yapı

içerisindeki beynit, ferrit ve kalıntı östenitten dolayı % uzama ve darbe dayanımı

artış göstermektedir. Fakat östemperleme süresi daha fazla artırıldığında darbe

dayanımı ve % uzamada düşüş olmaktadır. Yüksek dayanım değerleri, düşük

östemperleme sıcaklıklarında gözlenmiştir.

Hasırcı (2000) yaptığı çalışmada ÖKGDD’lerde alaşım elementleri ( Cu ve

Ni ) ve östemperleme süresinin mikro yapı ve mekanik özellikler üzerine etkilerini

deneysel olarak incelemiştir.

Shih ve ark. (1997), yaptıkları çalışmada alaşım elementlerinin ve miktarının

östemperleme ısıl işlemine etkilerini, ve östemperleme süre ve sıcaklığının mikro

yapı ve mekanik özellikler üzerine etkilerini incelemişlerdir.



9

Yalçın ve Özel (1999), yaptıkları çalışmada östemperleme ısıl işlemi

östemperleme ısıl işlemine etki eden faktörler ve östemperleme sıcaklığının ile

süresinin mikro yapıya ve mekanik özelliklere etkisini araştırmışlardır.

Sohi ve ark. (2004), yaptıkları çalışmada ÖKGDD’lerde östemperlemesüresinin ve sıcaklığının mikro yapıya ve mekanik özellikler üzerine etkilerini

deneysel olarak incelemişleridir. Östemperleme süresi artıkça akma dayanımı, çekme

dayanımı ve % uzamada artış olduğu gözlenmiştir. Ayrıca östemperleme sıçaklığı

315 ºC olan numunelerin çekme ve akma dayanımlarının 350 ºC’de östemperlenen

numunelerden daha yüksek olduğu, bunun tam tersi olarak ta yüksek östemperleme

Sıçaklığında % uzamanın daha fazla olduğu görülmüştür.



10

3. TRİBOLOJİ

Birbirine temasta olan iki malzeme arasında sürtünme ve bunun sonucunda

da aşınma meydana gelmektedir. Aşınmayı azaltmak için yağlama gerekmektedir. Bu

nedenle sürtünme, aşınma, yağlama birbirine bağlı ve birbirini tamamlayıcı

niteliktedir. Sürtünme, aşınma, yağlama konularını ve bunlara bağlı olan olayları

inceleyen bilim dalına ‘triboloji’ denir.

3.1. Sürtünme

Genel anlamda sürtünme, temasta olan ve izafi hareket yapan iki cisminyüzeylerinin harekete veya hareket ihtimaline karşı göstermiş oldukları dirençtir.

Birbirlerine temas eden hareketli parçalar arasında kayma, yuvarlanma veya kayma-

yuvarlanma mevcut olabilir. Böylece sürtünme kinematik bakımdan kayma,

yuvarlanma veya kayma-yuvarlanma sürtünmesi şeklinde olur.

Bağıl hareket yapan yüzeyler arasına bir yağlayıcı madde konulması veya

konulmaması bakımından sürtünme olayı kuru, sınır ve sıvı olmak üzere üç halde

incelenir.

3.1.1. Kuru Sürtünme

Aralarında hiçbir yağlayıcı madde bulunmayan ve doğrudan birbirine temas

eden iki yüzey arasında oluşan sürtünmedir. Bu sürtünmenin gerçekleşmesi için

cisim yüzeylerinin yabancı maddeden uzaklaştırılması gerekir. Normal şartlarda

yüzeyler kir, yağ ve oksit tabakası ile kaplıdır. Diğer yandan sürtünmeyle birlikte

parçalardan kopan talaş parçacıkları olacaktır. Bu tabakalar ve talaş parçacıklarıyağlayıcı rol oynayabileceğinden böyle bir durumda kuru sürtünmeden

bahsedilemez. Cisimlerin temas yüzeylerinin temiz olması ve sürtünmenin vakum

altında gerçekleştirildiği durumlarda ideal kuru sürtünme vuku bulur.



11

Birbiri üzerinde kayan ve normal bir kuvvetin etkisi altında olan iki cismin

temas yüzeyleri arasında hareket yönüne karşı Denklem 3.1 değerinde sürtünme

kuvveti oluşur.

Fs = µ . Fn (3.1)

Burada;

Fs: Sürtünme kuvveti (N)

Fn: Normal kuvvet (N)

µ : Sürtünme katsayısı

F : Teğetsel kuvvet (N)

Genel bir ifadeye göre sürtünme, izafi hareket yapan veya hareket yapabilme

olanağına sahip olan yüzeylerde oluşur. Cisimlerden herhangi birine teğetsel bir F

kuvveti tatbik edilirse, iki durum ortaya çıkabilir.Birinci durumda F kuvvetine

rağmen cisimler birbiri üzerinde kaymazlar, yani durgun halde bulunurlar. Bu halde

hareket olanağı olduğundan yüzeyler arasında statik sürtünme denilen bir direnç

oluşmaktadır. Bu durumda Newton kanununa göre FS sürtünme kuvveti, F kuvvetine

tam olarak eşit ve ters yöndedir. Böylece;

Fs = F (3.2)

eşitliği yazılır. İkinci durumda F kuvvetinin etkisi altında yüzeyler birbiri üzerinde

kayarlar. Kinematik veya doğrudan doğruya sürtünme denilen bu halde Fs sürtünme

kuvveti , F kuvvetinden küçük ve harekete ters yöndedir ve

Fs < F (3.3)

eşitliği ile ifade edilir.

Statik ve dinamik sürtünme katsayılarının kayma hızı ve temas süreleri ileolan ilişkisi grafiksel olarak Şekil 3.1 de verilmiştir. Bu grafiklerden de anlaşılacağı

üzere kayma hızı artıkça dinamik sürtünme katsayısı az da olsa azalır.( Şekil 3.1.a ).

Buna karşılık normal kayma hızlarında sürtünme katsayısının değişimi çok az

olduğundan sabit olarak kabul edilebilir. Sürtünme katsayısının en büyük değeri



12

hareketin başladığı anda mevcuttur. Sonuç olarak; dinamik sürtünme katsayısı kayma

hızının bir fonksiyonu iken statik sürtünme katsayısı temas yüzeyinin bir

fonksiyonudur ( Şekil 3.1.b). ( Sekmen 1997)

a) b)

Şekil 3.1.a. Kayma hızının sürtünme katsayısına etkisi, b. Temas yüzeyinin

sürtünme katsayısına etkisi

Yüzeylerin durumuna gelince, yapılan incelemelere ve deneylere göre kuru

olarak tarif edilen malzemelerin yüzeyleri aslında, ortam atmosferinin ve bu

atmosferi oluşturan elamanların etkisinde olduğundan; oksit, yağ, su buharı , kir vs.

gibi yüzey tabakaları ile kaplıdır. Sekil 3.2’de 1 rakamı ile gösterilen kir tabakasını, 2

absorbsiyon tabakasını, 3 ile gösterilen oksit tabakasını, 4 soğuk şekillendirilmiş

tabakayı ve 5 metalin iç kısmını belirtmektedir (Topbaş 1993).

Şekil 3.2. Malzeme yüzeyleri



13

Şekil 3.3 a’da gösterildiği gibi yük tatbik edilmeden önce temas halindeki

tabakalar arasında bir bağlantı oluşur.Yük tatbik edildikten sonra bu tabakanın bir

kısmı kopar (Şekil 3.3.b) ve buradaki küçük temas alanlarında metalik kaynaklar

meydana gelir. İzafi hareket yapan yüzeylerde sürtünme, metal kaynak bağlar ile

tabakalar arasında bağlantıların oluşturduğu dirençtir. Sürtünme kuvveti hem kaynak

bağlarını hem de bağlantıları koparan kuvvettir (Özkasap 2001).

a) b)

Şekil 3.3.a. Yük tatbik edilmeden önceki yüzeylerin durumu b. Yük esnasında

temas noktalarının durumu

3.1.2. Sınır sürtünmesi

Birbirlerine göre izafi hareket yapan iki cisim arasında bir yağlayıcı madde

olduğu halde sıvı sürtünme oluşmadığı durumlarda sınır sürtünme meydana gelir.Yüzeyler arasına konulan yağlayıcı maddenin molekülleri madensel yüzeylere

düzgün bir şekilde yapışırlar. Bu nedenle madeni yüzeyler birkaç kat molekül

tabakası ile kaplanırlar buna adsorpsiyon tabakası denir. Yağın bu özelliğine ıslatma

kabiliyeti denir. Burada önemli olan yağ tabakasının kopma ve kayma

mukavemetleridir. Adi yağların oluşturduğu yağ tabakasının kopma mukavemetlerini



14

büyütmek veya kayma mukavemetlerini azaltmak için yağlara katık (aditif) maddeler

katılır. İki parça arasındaki yağ filmi öyle ince bir dokunma noktası meydana getirir

ki buna sınır yağlama denir.

3.2. Aşınma

Teorik olarak aşınmayı tarif etmek oldukça zordur. Tam açıklayıcı bir tanım

yapmak çok güç olmakla beraber, kabul edilen birkaç tanım şöyledir: aşınma;

mekanik etkenlerle cisimlerin yüzeylerinde zamanla meydana gelen malzeme

kaybıdır (İpek 1999). DIN 50320 (1976) ye göre; aşınma, katı cisim yüzey

bölgesinden tribolojik zorlanmalar sonucu sürekli ilerleyen malzeme kaybıdır. Diğer

bir aşınma tanımı ise; sürtünme halinde bulunan yüzeylerde malzemenin, mekanik

etkiler etkisiyle kopup ayrılmasıdır. Bu şekilde yüzeyler ilk şekillerini kaybederler;

parçalar arasındaki boşluklar büyür ve amaçlanan fonksiyon normal şekilde yerine

getirilemez.

Aşınma, hareketli makine parçalarının ömürlerini, performanslarını azaltan ve

bu parçaların bozulmasına sebep olan çok önemli bir faktördür. Bu sebeple

ekonomik açıdan aşınmanın neden olduğu kayıplar ve hasarlar oldukça fazladır.

Sanayide tribolojik sistemlerin korozyon ve yorulma problemleri kadar

önemli olan aşınma, makine elamanlarında kaçınılmaz bir durumdur ve karmaşık bir

özellik gösterir. Mühendislik malzemelerinin ömürlerini kısaltan ve giderilmesi

mümkün olmayan aşınma, birbiri üzerinde sürtünerek çalışan makine elamanlarının

temas yüzeylerini değişikliğe uğratmaktadır.

Mühendislik malzemelerinde görülen yıpranmanın aşınma sayılabilmesi için

şu şartların mevcut olması gerekir. Bunlar;

1. Mekanik bir etken,

2. Sürtünme (bağıl hareket),

3. Yavaş ve devamlı olması,

4. Malzeme yüzeyinde değişiklik meydana getirmesi,



15

3.2.1. Aşınma-zaman ilişkisi

Aşınma zaman bağlantısı Şekil 3.4 de görüldüğü gibi üç safhadan ibarettir;

І. Safhada makinelerin ilk çalıştırılmaları esnada parçaların birbiri üzerindehareketiyle şiddetli bir aşınma meydana gelir. Rodaj adı verilen bu safhada parçalar

birbirine alıştırılır. Burada meydana gelen aşınma parçaların sonraki aşınma

safhalarını da etkilemesi nedeniyle rodaj işleminin iyi yapılması ve kısa sürede

gerçekleşmesi önemli bir unsurdur.

II. Safhada çalışma devam etmektedir ve temas bölgelerinde aşınma oluşmaktadır.

Bu aşınma makine elamanlarının ömürlerinin tespitinde önemli bir etkendir.

Rodajdan başlayarak III. safhaya kadar aşınma doğal olarak devam eder.

Ш. safha ise aşınma hızının oldukça arttığı ve parçaların kullanılmaz hale geldiği

safhadır. Bu safhaya şiddetli aşınma bölgesi denilmektedir.

Şekil 3.4. Aşınmanın zamana bağlı olarak değişimi

A ş ı n m a M i k t a r ı

Zaman



16

3.2.2. Aşınmanın Temel Unsurları

Aşınmanın başlaması ve devam edebilmesi için sürtünme olmalıdır. Sürtünen

iki cisim temas yüzeyi, aşınma acısından oldukça önemlidir. Gerçek temas alanı,görünen temas alanından çok küçüktür. En hassas işlemlerde bile katı malzemelerin

yüzeyi hiçbir zaman düz değildir. Yüzeyde birkaç mikron yüksekliğinde

mikroskobik pürüzler mevcuttur. Temas durumunda, bu pürüzler etkinleşir. İlk

temas, birkaç pürüz tepeleri arasında olur. Pürüz tepeleri arasındaki girintiler temas

etmezler. Gerçek temas alanı, temasta olan pürüzlerin toplam alanıdır.

Yük ve yükleme şekli, temas alanının büyüklüğünü etkiler. Yük artıkça

pürüzlerin şekil değiştirmesi artar ve yeni pürüzler birbiri ile temas eder.

Yüklenmenin devam etmesi durumunda, gerçek temas alanı artar ve pürüz sayısı da

azalır. İki çisim birbiri üzerinde kayacağı gibi yuvarlanma, kaymalı yuvarlanma gibi

bağıl hareket yapabilir. Temasta olan cisimlere bağıl hareket yaptırabilmek için

sisteme enerji girer. Bu enerji yük ve hareket ile orantılıdır. Giriş ile çıkış enerjisi

arasındaki fark, sürünme enerjisine, aşınmaya, mekanik titreşimlere, ısı ve ses

enerjisine dönüşür (İpek 1999).

3.2.3. Aşınma çeşitleri

Aşınmanın meydana gelmesi ve sürekliliği için gerekli faktörlerin tribolojik

sistem içerisinde yaptığı fiziksel ve kimyasal etkilerin iletilmesine göre beş çeşit

aşınma mekanizması vardır. Bunlar;

• Adhesiv aşınma,

• Abrasiv aşınma,

• Yorulma aşınması,

• Difüzyon aşınması,

• Yenme aşınması,



17

3.2.3.1. Adhesiv aşınma

Adhesiv aşınma en çok meydana gelen aşınma türüdür. Bu aşınma türünde

birbiriyle temas halinde bulunan iki metalin yüzeylerinin yüksek basınç ve meydanagelen sıcaklığın yükselmesi ile birlikte, metallerin yüzey kısımlarında bir kaynama

meydana gelir. Çalışma sırasında bu kaynamalar birbirinden ayrılırken yüzeyden

ufak parçalar kopar. Bu şekilde meydana gelen aşınma adhesiv aşınma olarak

adlandırılır.

Aşınmamın en yaygın türü olan adhesiv aşınma, bir katı malzemenin diğeri

üzerinde kaydığında yada ona karşı baskı yaptığında meydana çıkar. Her ne kadar

malzeme kaybı diğer yüzeye transfer olmuş partiküller şeklinde olursa da, bu

partiküller şekillerini kaybedebilirler. Bazen adhesiv aşınma terimi yerine kayma

aşınması terimi kullanılmaktadır. Yanlış bir uygulama olmakla beraber kayma

aşınması terimi daha genel bir terimdir. Yapıca farklı aşınma türleri arasında ayırt

edici kesin bir çizgi de yoktur.

Temas eden yüzeylerin yapışma eğilimi, iki malzemenin yüzey atomları

arasında mevcut olan çekme kuvvetlerinden kaynaklanır. İki yüzey ister normal, ister

teğetsel şekilde bir araya gelip ayrılırsa, bu çekici kuvvetler malzemeyi bir yüzeyden

diğerine çekmeye teşebbüs edecek şekilde etkidir. Bu şekilde malzeme orijinalyüzeyinden uzaklaştırıldığında, bir adhesiv aşınma parçası meydana getirilir.

Adhesiv aşınma en çok, benzer kristal kafes yapılı malzemelerde görülür.

Benzer kristal kafes yapısına sahip metallerin hareket ve sürtünme nedeniyle

sıcaklığın artmasıyla birlikte yüzeylerinde kaynama daha kolaydır. Buradaki

kaynamadan maksat malzemelerin yüksek sıcaklıkdan dolayı birbiriyle bağ

oluşturmasıdır. Metallerin birinin diğerine göre yumuşak olması durumunda

meydana gelen kaynak bağı vasıtasıyla kırılma yumuşak malzemede olur ve

malzeme transferi sert olan malzemeye doğru oluşur. Fakat yüzeyde bulunan nitrür

ve oksit tabakaları koparak yumuşak malzemeye gömülerek sert olan malzemeyi

aşındırır (Aslan 2002).

Adhesiv aşınma deneylerin de birleşik kullanılan en yaygın deney düzenekleri

bir disk üzerine bastırılan pimdir. Şekil 3.5 c’da bu pim, basık disk yüzeyinin üzerine



18

bastırılmıştır. Disk üzerinde pim yönteminin başka şekilleri de vardır. Ancak ana

fikir hep aynıdır.

Şekil 3.5. Adhesiv aşınma deneyinde kullanılan düzenekler a) Slindir-Slindir,

b) Dönen Disk c) Pim-Disk, d) Pim-Slindir, e) Blok-Slindir, f) Pim-Düzlem

3.2.3.2. Abrasiv aşınma

Abrasiv aşınma iki cisimli ve üç cisimli olmak üzere iki şekilde meydana

gelir. İki cisimli abrasiv aşınma sert ve pürüzlü bir yüzeyin kendinden daha yumuşak

bir malzeme ile temas ettiği durumda, kuvvet ve basıncın etkisiyle yumuşak



19

malzeme yüzeyinde oluşan çizilme ve küçük parçacıkların kaldırılması suretiyle

meydana gelen deformasyondur. İki cisimli abrasiv aşınmaya kazı makineleri,

toprak işleme aletleri, eğeleme ve zımpara işlemini örnek verebiliriz. Abrasiv

aşınma, sert ve pürüzlü bir yüzey daha yumuşak bir yüzey üzerinde kaydığında

yumuşak yüzeyi oyduğunda ve bir grup oluk açtığında ortaya çıkar.

Abrasiv aşınma, ayrıca biraz farklı bir durumda da sert abrasiv partiküller

kayma yüzeyleri arasına girdiğinde ve malzemeyi aşındırdığın da meydana

gelmektedir. Abrasiv aşınma, iki ve üç boyutlu abrasiv aşınma olarak iki türlüdür.

“İki boyutlu abrasiv aşınma” denen aşınma mekanizmasında aşınma dış yüzey

üzerindeki sert tümseklerden kaynaklanır. Üç boyutlu abrasiv aşınmada ise sert

abrasiv partiküller vardır ve muhtemelen iki farklı kayma yüzeyi arasında yuvarlanıp

aşınırlar. İki boyutlu aşınmada aşınma hızları üç boyutlu aşınmaya göre daha hızlıdır.

Abrasiv aşınma olayında aşındırıcı partikül şekli ile aşınma hızı arasında bir bağıntı

vardır. Yuvarlatılmış aşındırıcı partiküller kullanıldığında, aşınma hızı çok yüksek

değildir. Bu konu da yapılan çalışmalar devam etmektedir ( Kökden 1998 ).

Abrasiv olarak kullanılacak malzemelerde sertlik çok önemlidir. Abrasiv

malzeme, aşındıracağı malzemenin sert olmalıdır. Yumuşak malzemenin sertliği sert

malzemenin serliğinin en az 1/3 olmalıdır. Şekil 3.7’ de malzemenin aşınma hızını

ölçmekte kullanılan 4 yaygın yöntem şematik olarak gösterilmiştir. Bunlardan a, b, cseçeneklerinde sabitlenmiş abrasiv partiküller üzerine aşınan pim şeklinde bir

numune vardır ve iki boyutlu abrasiv aşınmayı göstermektedir. Disk üzerindeki pim,

abrasiv aşınmada hep yeni disk üzerinde kayar. Aşınma hızı, pim deneyden önce ve

sonra tartılarak ölçülür. Pim şeklindeki numune genelde iki boyutlu abrasiv aşınmaya

uğrar.

3.2.3.3. Yorulma aşınması

Makine parçalarının tekrarlanan yüklere maruz kalmaları veya titreşimden

dolayı zamanla yorulma meydana gelir. Özellikle yüzeylerin sürekli ve değişken

yüklere maruz kalmaları yüzeyin hemen altında yorulma çatlakları oluşmasına neden



20

olur. Bu mikro çatlaklar zamanla ilerleyerek malzemenin yüzeyinden mikro

parçaların kopmasına sebep olur. Bu şekilde meydana gelen aşınmaya yorulma

aşınması denir.

Yorulma aşınması yuvarlanma hareketi yapan rulmanlı yataklarda, dişliçarklarda ve kam mekanizması gibi yüzeylerde oluşur.

3.2.3.4. Difüzyon aşınması

Birbiriyle temas halinde bulunan yüzeyler arasında sürtünmeden dolayı bir

sıcaklık yükselmesiyle birlikte temas yüzeyinde bulunan ortamların kristal kafesi

içinde atom yoğunluğu yüksek olan bölgelerden düşük olan bölgelere doğru hareket

ederek difüzyon meydana gelir. Sıcaklığın yükselmesi ve yeterli zaman sonunda

sürtünme yüzey bölgesinde atom ve moleküllerin çevreye transfer olması yada karşı

sürtünme elamanına girmesi difüzyon esasına dayanır.

Sürtünme esnasında, uygulanan kuvvetle yüzeylerin teması sağlanarak

malzeme yüzeylerinde gerilme yığılmaları ve sıcaklık artışı ile birlikte, temas

noktalarında akma ve sürünme başlar. Bunu sonucunda temas noktalarında akma ve

sürünme başlar. Bunun sonuçunda temas noktaları plastik şekil değiştirmeye maruz

kalarak temas alanları artar. Böylece yüzeyler arasında atom alışverişi meydanagelerek, mukavemeti düşük olan bir yüzey tabakası meydana gelir. Bu tabaka

sürtünmeden ve izafi hareketin devam etmesiyle birlikte esas malzeme yüzeyinden

koparak malzeme kaybına sebep olur. Bu şekilde meydana gelen aşınmaya difüzyon

aşınması denir.

3.2.3.5. Yenme aşınması

Yenme aşınma mekanizması adhesiv aşınma mekanizmasına benzemektedir.

Birbirine kuvvetle bastırılan iki metalin yüzeyinde düşük genlikli titreşim

hareketinden dolayı, yüzeylerde bulunan pürüzler, yüzeyden koparak aşınmayı

meydana getirirler. Yüzeyden kopan bu parçacıklar oksitlenerek aşındırıcı tane

haline gelerek abrasiv aşınma miktarını artırırlar. Kuvvetli etkileşimden dolayı temas



21

noktalarında gerilme yığılmaları meydana gelerek titreşim artar. Bu nedenle yüzeyde

yorulma çatlakları artarak zararın artmasına neden olur. Bu tür aşınma, iş

makinelerinde, sıkı geçmelerde, kama ve cıvata bağlantılarında meydana gelir.



22

4. YÜZEY DURUMLARI

Makine imalatında talaşlı veya talaşsız şekillendirme ile elde edilen

yüzeylerde yapımdan dolayı pürüzler kalır. Bu pürüzler uygulanan yapım çeşidine

göre gözle görülebilir ve elle hissedilebilir şekilde olabileceği gibi bazı hassas

kontrol cihazlar ile görülebilecek ve ölçülebilecek büyüklüklerde olabilir. Yüzey

kalitesini takım izlerinin oluşturduğu yüzey pürüzlülüğü ve yüzey dalgaları teşkil

eder (Rende 2000). Makine parçalarında, aşınmanın azalması ve yüzeyin daha güzel

görünmesi için bu pürüzlerin belli değerlerde olması gerekmektedir. Bu sebeple

yüzeylerin hangi pürüzlülükle işleneceğinin, yönteminin ve diğer bazı özelliklerin

resim üzerinde gösterilmesi gerekir.

4.1. Pürüzlülük Değerlendirme Sistemleri

4.1.1. Yüzey pürüzlülüklerinin en büyük yüksekliği

Şekil 3.14’de görülen örnek uzunlukta (L boyunda) ortalama profil çizgisinin

üzerinde kalan en büyük pürüzün üst noktası ile ortalama profil çizgisinin altında

kalan en büyük pürüzün dip noktası arasındaki mesafe azami pürüzlülük derecesidir

ve Rt sembolü ile gösterilir (TS 2040 ISO 1302:1999).

4.1.2. Aritmetik ortalama

Başka bir yüzey pürüzlülük değeri de aritmetik ortalama değeridir ve Ra

sembolü ile gösterilir. Ra, pürüzlülüğün esas kriteridir ve etken profilden ortalama

profil çizgisine olan Y1,Y2......Yn ordinatlarının ortalama değeridir. Ra = (Y1 + ........

+ Yn )/ n formülü ile hesaplanır. Bu ordinatlar, işaretleri dikkate alınmaksızın

toplanır. Formüldeki n sayısı örnek uzunluk içinde ölçülen ordinat sayısını

göstermektedir. Teknik resimde yüzey pürüzlülük esas değeri olarak aritmetik

ortalama sapma Ra kullanılır.



23

Pratikte Ra = (0,16 - 0,25).Rt alınır. Örnek uzunluk 0,08 mm, 2,5 mm, 8 mm ve

25 mm olarak standartlaştırılmıştır (TS 2040 ISO 1302:1999).

Şekil 4.1. Yüzey pürüzlülük geometrisi

4.1.3. Yüzey pürüzlülüğünün yüksekliği

Rz ortalama profil çizgisine paralel olup profili kesmeyen bir doğrudan, örnek

uzunluk içinde ölçülen en yüksek beş adet çıkıntı ile en derin beş adet girinti

arasındaki ortalama uzaklıktır. Aşağıda verilen formülle hesaplanır (Şekil 3.15) (TS

2040 ISO 1302:1999).

( ) ( )5

10864297531 R R R R R R R R R R R Z ++++−++++=

Şekil 4.2. Yüzey pürüzlülüğünün yüksekliği



24

4.2. Pürüzlülük Değerleri ve Sınıflandırılması

Aritmetik ortalama sapmanı Ra, standart değerleri ve eski sisteme göre Ra

pürüzlülük değerlerinin karşılığı olan sınıf numaraları (N1, N2, N3...) Çizelge4.1’de

mikrometre olarak verilmiştir.(Türk demir 2004).

Çizelge 4.1. Ortalama yüzey pürüzlülük değerleri (µm)

Ra Pürüzlülük Sınıfı0,025 N10,05 N20,1 N30,2 N40,4 N50,8 N61,6 N73,2 N86,3 N912,5 N1025 N1150 N12

NOT- Çizelge 4.1’deki pürüzlülük sınıf numaraları N1...N12 TS 2040 ISO

1302/1999 tarihli standarttan kaldırıldığı için kullanılmamaktadır. Bu değerler bilgi

için verilmiştir (Türkdemir 2004).

4.3. Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçülmesi

a- Alet ile ölçme

I- Profilmetre ile ölçme: Yüzey pürüzlülüğü ölçülmesi istenen parçanın üzerine

profilmetrenin iğneli ucu gezdirilerek ölçülür. Makinecilikte en çok kullanılan

yöntem profilmetre ile ölçme yöntemidir.

II- Yüzeye değmeden ölçme: Ölçülecek olan yüzeye değmeden yüzey profilinin

sürekli veya ani değişimi hakkında bilgi veren aletlerdir.

b- Numunelerle karşılaştırarak ölçme: Daha önceden pürüzlülüğü belirlenmiş

olan numunelerle karşılaştırılarak bulunabilir. Bu numuneler standartlaştırılmış olup

takım halinde bulunur.



25

5. ÖSTEMPERLENMİŞ KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLER

5.1. Küresel grafitli dökme demir

Küresel grafitli dökme demir 1948’li yılların başlarında resmi olarak Amerika

Dökümcüler Birliği’nde döküm sektörüne tanıtılmıştır (Hasırcı 2000). 1951 yılından

itibaren KGDD ticari olarak üretilmeye ve kullanılmaya başlanmıştır.

Mühendislik malzemesi olarak piyasaya girişinden bu yana geçen zamanda

çok önemli gelişmeler gösteren Küresel Grafitli Dökme Demir endüstride kazandığı

önemi büyük ölçüde sahip olduğu yüksek mukavemet özelliklerine borçludur. Bu

özellikleriyle birinci derecede önemli mühendislik malzemeleri arasında yer alan

KGDD işlenebilirlik, düşük mukavemet / ağırlık oranı gibi diğer önemli

özellikleriyle rekabet güçünü arttırmaktadır (Hasırcı 2000).

Aynı zamanda nodüler, sfero, sünek demir gibi isimlerle de anılan dökme

demirde karbon, grafit küreler halindedir. Karbonun lamelden küre haline geçişini

sağlamak için ergimiş demir, döküm öncesinde aşılama işlemine tabi tutulur.

Küreler katılaşma sırasında oluştuğu için temper dökümden farklıdır. Ayrıca grafit

şeklinin lamel yerine küre oluşu da, dökme demire süneklilik ve mukavemet

kazandırmaktadır .

5.1.1. KGDD’lerin mikroyapısı

KGDD; üretim yönteminin diğer dökme demir sınıfı malzemeler ve çelik

üretiminin yapıldığı ünitelerde yapılabilmesi ve üstün mekanik özellikleri ile üretimi

çok hızlı bir şekilde artmıştır. KGDD’ de matris normal olarak perlit, ferrit ve

ikisinin karışımından (Şekil 5.1.) meydana gelmektedir. Düşük küre sayısı, küresel

olmayan grafit şekli, üniform olmayan küre dağılımı ve hacmi KGDD’ in mekanik

özellikleri üzerine zararlı bir etkiye sahip olmaktadır. Sıvı metal içerisinde Ti, yüksek

miktarda Mg, nadir toprak elementlerinin ve kükürdün bulunması grafitin homojen

dağılımını ve şeklini bozmaktadır.



26

Şekil 5.1. KGDD Matris yapıları

Şekil 5.1. KGDD’in mikro yapı fotoğrafları a) Perlit + Ferrit b) Tamamen ferrit

KGDD’ler döküm durumunda grafit kürelerinin etrafına bilezik şekline

geçmiş ferrit ve perlitten oluşan matris yapısına sahiptir. Bu matris litarütürde “dana

gözü” olarak nitelendirilir. Matris yapısında oluşan ferrit ve perlit hacim oranları

soğuma hızına, alaşım elementlerin içeriğine, grafit miktarına göre değişebilir.

Bunların yanı sıra döküm şartları tam ideal olmadığı için döküm kalıplarının soğuma

hızına ve kullanılan sarj malzemelerinin saflığına göre, döküm malzemelerinin içinde

her zaman segregasyonlar mevcuttur. Segregasyonlar ve karbürleri en düşük düzeyde

tutmak için şarj girdileri optimum düzeyde kontrol edilmelidir.

Böylece üretilecek ürünün istenilen mekanik özelliklere sahip olması ve arzu

edilmeyen bileşiklerin en düşük düzeyde kalması sağlanır (Çetin 2005).



27

KGDD malzemelerde en önemli alaşım elementlerinin başında C ve Si

gelmektedir. C miktarı genellikle %3,2-4 arasında değişmektedir. Si ise C’un yanı

sıra küreleştirme ve aşılamaya bağlı olarak genellikle 1,2-2,5 cm kesit kalınlığına

sahip parçalar için %1,8-2,9 arasında bulunmaktadır (Hasırcı 2000). KGDD’lerde

karbon eşdeğerliği (KE) genellikle % 4,3-4,65 arasında değişmektedir. KE kesit

kalınlığına bağlı olarak kesit arttıkça azaltılmalıdır. Bunun sebebi ise kalın kesitli ve

yüksek KE’li (>4,65) bir KGDD’de, döküm parça üst yüzeyinde karbon yüzmesi adı

verilen olayın meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır ( Ferizoğlu 1988 ).

Si; C’un aktivitesini yükseltmekte ve grafit oluşumunu arttırdığı için güçlü

grafit oluşturucu ve ferrit oluşumunu teşvik edici bir elementtir. Si’un artması düşük

sıcaklıklardaki darbe direncini düşürmekte, ancak %3’ün üzerinde tersine bir etki

göstermektedir (Hasırcı 2000).

C ve Si’dan sonra gelen en etkili element ise mangandır. Mn sementit

oluşumunu desteklemektedir. Mn miktarı %0,02-0,6 arasında değişmektedir.

KGDD’de Mn miktarını gri dökme demire göre daha düşük olduğundan kükürt’ün

etkilerini kontrol edici (MnS) bir fonksiyonu yoktur (Hasırcı 2000). Ancak Mn,

perliti kararlı hale getirme özelliği olan bir elementtir. Miktarının %0,4’ten düşük

olması özellikle tane sınırı karbürleri oluşturma tehlikesini önlemesi açısından

tavsiye edilmektedir. Ayrıca Mn’ın etkisi ile sıvı metalin hidrojen kapmasını en aza

indirmek, bunun yanında ferrit oluşumunu teşvik etmek ve ayrıca tane sınırı

segregasyonu ve tane sınırında sementit oluşumunu engellemek için Mn miktarı

düşük tutulmalıdır. S ve P ise genellikle istenilmeyen ve minimum düzeyde tutulması

gereken elementlerdir. Genellikle S %0,004 ve P %0,08’den daha az olması tercih

edilir (D. J. Moore 1999).

Bu temel elementlerin dışında kullanılan Ni, Cu ve Mo genellikle perlit

oluşumunu teşvik etmektedir (Hasırcı 2000). Mo, Cu ve Ni elementleri arasında Mo

en fazla nispi etkinliğe sahip olmakla birlikte bu elementin segregasyon eğilimininfazla olması ve karbür oluşturması sonucu sünekliği düşürdüğü için miktarının

maksimum %0,3 ile sınırlanması gerekmektedir. Bunun yanı sıra Mo; yüksek

sıcaklıktaki dayanımı arttırmaktadır.



28

Cu ve Ni’in haricinde diğer verilen elementlerin bilinen zararlı etkileri

sebebiyle perlit oluşturma amacıyla kullanımı olumsuz etkilere neden olacağından

tercih edilmemektedir. Burada Cu, Ni’e göre etkinliğinin daha yüksek ve ekonomik

olması sebebiyle yaygın şekilde perlit oluşturucu element olarak kullanılmaktadır.

Diğer taraftan nikel aynı zamanda sıcak darbe direncinin gelişimine olumlu etki

yapmaktadır.

5.1.2. KGDD’lerin Mekanik Özellikleri

Dökme demirlerin bir sınıfı olan KGDD’ler, mekanik özellikler yönünden

Beyaz Dökme Demir (BDD) ve Gri Dökme Demir (GDD) malzemelerlekarşılaştırıldığında çok daha üstün mekanik özelliklere sahip olduğu görülmektedir

(Şekil 5.2). Bu üstün mekanik özelliklerin elde edilebilmesinde KGDD’e ilave edilen

alaşım elementlerinin tür ve miktarları; sementit oluşumunu, grafit küreselleşmesi

ve dağılımı ile matris yapı türünü etkilediği için büyük önem taşımaktadır.

Şekil 5.2. KGDD’in diğer dökme demirler ile karşılaştırılması

Ç e k m e D a y a n ı m ı ( M P a )



29

KGDD malzemeler mekanik özelliklerine göre standartlaştırılmış olup, bu

malzemeden üretilecek bir parçadan beklenilen özelliklere göre ülkemizde, diğer

ülke ve uluslar arası standartlara bakılarak seçim yapılmaktadır. Ancak bunun

yanında standartlar dışında daha farklı isteklere uygun olarak da üretim

yapılabilmektedir. Ayrıca, bu malzemelerin standartlarında da mekanik özellikleri

gösterilmiştir (Çizelge 5.1).

KGDD’lerde küre sayısının istenilen mekanik özelliklerinin elde edilmesi

açısından mümkün olduğu kadar yüksek sayıda (150-250 küre/mm2) olması istenir.

Bu nedenle uygun sıcaklıkta, yeterli miktarda küreleştirici ve küreleşmeyi

destekleyecek malzeme kullanımı gerekmektedir. Sıvı metalin kükürt oranı, karbon

eşdeğerliği (KE), diğer malzeme ve işlem değişkenleri küreleşme oranına etki

etmektedir (Hasırcı 2000).

5.1.3. Küresel grafitli dökme demirlerin standardı

Küresel grafitli dökme demirler çeşitli normlara göre sınıflandırılmaktadır.

TSE, DIN, ASTM test standartlarına göre dökme demirlerin sınıflandırılması Çizelge

5.1, Çizelge 5.2, Çizelge 5.3’de verilmektedir.

Çizelge 5.1. TS (526 / 1977 ) standardına göre KGDD malzemeler

Sınıfı Çekme Day.(MPa)

Akma day.(MPa)

Uzama(%)

Sertlik(HB)

Mikroyapı

DDK 40 420 280 12 140-201 Daha çokferritik

DDK 50 500 350 7 170-241 Ferit + perlitDDK 60 600 400 3 192-269 Perlit + ferritDDK 70 700 450 2 229-302 Daha çok

perlitikDDK 80 800 500 2 248-352 PerlitikDDK 35.3 350 220 22 -------- FerritikDDK 40.3 400 250 18 -------- Ferritik



30

Çizelge 5.2. DIN 1693 standardına göre KGDD malzemeler

Çizelge 5.3. ASTM ( A536-70) standardına göre KGDD malzemeler

5.1.4. Küresel grafitli dökme demire ilave edilen alaşım elementlerininetkisi

Küresel grafitli dökme demir içerisinde, Karbon, Silisyum, Mangenez,

Fosfor, Kükürt, Bakır, Krom, Nikel, Vanadyum, Molibden, ve Bor gibi alaşım

elementleri bulunmaktadır. Aşağıda bu elementlerinin küresel grafitli dökme demire

etkileri kısaca açıklanmıştır.

Karbon: KGDD bileşiminde % 3-4 karbon bulunmaktadır. Karbon

miktarının artmasıyla grafit kürelerinin sayısının ve döküm kabiliyetinin artmasına

neden olur. Ayrıca karbonun artması mekanik özellikleri olumsuz yönde etkiler.

Silisyum: KGDD içerisindeki silisyum miktarı % 1.8-2.8 arasındadır.

Silisyum otektik dönüşümde oluşan ferritin oranını ve sertliğini arttırarak dökme

demir mukavemetinde de önemli artış meydana getirir. Bunun yanın da sünek-gevrek

geçiş sıcaklığını da yükseltir. Bu nedenle maksimum tokluğun ve sünekliğin

sağlanması için silisyum oranı % 2’nin altında tutulmalıdır.

Sınıfı Çekme day.(MPa)

Akma day.(MPa)

Uzama(%)

GGG 40 400 250 15GGG 50 500 320 7GGG 60 600 380 3GGG 70 700 440 4GGG 80 800 500 2

Sınıfı Çekme day.

(MPa)

Akma day.

(MPa)

Uzama (%)

60-40-18 415 275 1864-45-12 450 310 1280-55-6 551 380 6

100-70-3 690 482 3120-90-2 827 620 2



31

Manganez: Özellikle kalın kesitli dökümlerde mangenez tane sınırı

karbürlerin oluşumunu teşvik eder. Bunun sonucunda ise süneklilik ve tokluk düşer.

Ferritik döküm yapısı istenen KGDD malzemelerde mangenez oranının % 0.2

tutulması sonucunda maksimum süneklilik elde edilmesi için yeterlidir. Ayrıca

perlitik döküm yapısı sağlamak için mangenez oranı % 1’e kadar çıkabilir.

Kükürt: Grafitleri küreselleştirmek için kullanılan magnezyum miktarının

daha fazla kullanımı gerektiği için bileşimi kükürt kullanarak magnezyum işlemi

öncesinde % 0.02 veya daha az bir seviyeye indirilmelidir.

Bakır: Malzeme işlenebilirliğini artırır ve yanı sıra yüksek mukavemet sağlar.

Molibden: KGDD’e molibden ilavesi sertleştirilebilirliği arttırmak ve yüksek

sıcaklıklarda malzemenin dayanımı artırmak için ilave edilir. Bunun yanı sıra

molibdenin, nikel ve bakırla birlikte ilave edilmesi durumunda sertleşmeye etkisi

daha iyi olacağından tek başına ilave edilmelerinden daha etkilidir. % 0,2-0,3

aralığında ilave edilebilir.

Yukarıda sözü edilen elementlerden başka Antimuan, Kurşun, Titanyum,

Bizmut, Zirkonyum gibi elementler çekirdekleşme potansiyeline etki ederler. Bu

elementler bileşiminde ya çok az seviyelerde bulunmalı ya da hiç bulunmamalıdır.

Krom, Nikel, Vanadyum, ve Bor gibi alaşım elementleri ise karbür yapıcı perliti

kararlaştırıcı yada ferrit oluşumunu teşvik edici elementler olarak bilinir.

5.1.5. KGDD’lerin kullanım alanları ve diğer türlerle karşılaştırılması

KGDD Amerika, Japonya ve birçok Avrupa ülkesi başta olmak üzere,

üretiminde kuvvetli bir artış bulunmaktadır. KGDD piki, küreselleştirici ve aşılayıcı

özelliklerin devamlı yükselmesi, KGDD dökümünde yolluk besleyici tasarımı ile

ilgili matematiksel kuraların uygulanması, dökümhanelerde çalışanlar tarafından

benimsenmesi, diğer taraftan KGDD’in fiziksel ve mekanik özelliklerinin, binlerce

kullanım şartlarını yerine getirebilmesidir. Bugün küresel grafitli dökme demirler;



32

• Otomotiv Endüstrisinde

• Tarım makinelerinde,

• Makine yapımında

• Hafriyat Makineleri

• Karayolu, köprü konstrüksiyon elamanları

• Sanayinin gerektirdiği çok çeşitli merdaneler

• Su boru hatları, pompa parçaları

Çizelge 5.4. Dökme demir malzemelerin karşılaştırılması (SoraMetal 1990 )

GDD (Gri Dökme Demir), BDD (Beyaz Dökme Demir), TDD ( Temper

Dökme Demir), KGDD ( Küresel Grafitli Dökme Demir) ve ÇD (Çelik Döküm) 1.

En İyi 5. En Kötü

Özellikler GDD BDD TDD KGDD ÇDDökülebilirlik 5 3 4 5 2İşlenebilirlik 5 - 4 4 3Güvenilirlik 1 2 3 5 4Titreşim Söndürme Kabiliyeti 5 2 4 4 2Yüzey Sertleşebilirliği 5 - 5 5 3

Elastisite Modülü 3 - 4 5 5Darbe Direnci 1 - 3 4 5Aşınma Direnci 3 5 2 4 1Krozyon Direnci 5 4 4 5 2Mukavamet\Ağırlık Oranı 1 - 2 5 3Üretim Maliyeti 5 5 3 4 2



33

5.2. Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demir

1950’li yıllardaki yüksek çekme ve darbe dayanımlı malzeme geliştirme

çabaları sonuçunda, öncelikle KGDD’lere alaşım elementi ilavesi yapılmak suretiyle

hedeflerine ulaşılmaya çalışılmış, diger yandan beynitik yapı oluşturmak amacıyla

KGDD’lere östemperleme ısıl işlemi 1970’li yılların ortalarında ilk kez

Finlandiya’daki Kymi Kymmene Mühendislik şirketinde ve daha sonra başta ABD

olmak üzere Finlandiya, Norveç, Belçika, İngiltere gibi ülkelerde uygulanmıştır. Bu

çalışmalar sonuçu olarak KGDD malzemelerin dayanımı artırılmış ve 1980’li

yıllardan itibaren mühendislik malzemesi olarak kullanılması yaygınlaşmıştır.

KGDD diğer dökme demir türlerine göre daha yüksek dayanım, süneklilik, tokluk,

ve işlenebilirlik özelliklerine sahiptir. KGDD’lerde östemperleme ısıl işlem,

ösferritik matris yapı oluşturma bu malzemelerin dayanım ve tokluk özelliklerini

daha da iyileştirmektedir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir (ÖKGDD)

üstün mekanik özelliklerine sahip olmasını bu ısıl işlem sonucu elde edilen matris

yapı ( ferrit + yüksek karbonlu östenit ) sağlamaktadır.

Östemperli KGDD ‘in üstün mekanik özelliklerinden başka diğer önemli

özellikleri aşağıda belirtilmiştir.

• Çok iyi süneklilik ve tokluk, standart KGDD türlerine göre iki kat daha

fazladır,

• Mükemmel yorulma ve aşınma direnci,

• İyi kırılma tokluğu,

• İyi şekil değişme sertleşme niteliği ( Çetin 2005 ).



34

5.2.1. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin standardı

ÖKGDD malzeme ASTM 879-90’da belirtilen ÖKGDD malzemeler olarak

standartlaştırılmıştır (Çizelge 5.5).

Tablo 5.5. ÖKGDD malzemeleri standardı (ASTM 879-90)

Sınıf Çekme day.(MPa)

Akma Day.(MPa)

Uzama(%)

Darbe day.(Joule)

Sertlik

1 860 550 10 101 269-3212 1035 690 7 81 302-3633 1200 860 4 61 341-4444 1380 1065 1 34 388-4775 1585 1275 ----- ------ 444-555

5.2.2. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin mikro yapısı

ÖKGDD’lerin mikro yapısı, küresel grafit ve ösferritik olarak adlandırılan

ferrit ve yüksek karbonlu östenit ( γ yk ) karışımından oluşmaktadır. Ösferrit fazı yanı

sıra arzu edilmese bile, düşük miktarda martenzit veya karbürlerde bulunmaktadır.

Ösferritik yapı, östemperleme ısıl işlemi olarak adlandırılan beynit başlangıçsıcaklığının altındaki sıcaklık aralığında, östenitin izotermal dönüşümü ile elde

edilen yapıdır. (Çetin 2005).

Östemperlenmiş mikro yapının asiküler ferrit (α) ve yüksek karbonlu östenit

(γ yk) karışımından meydana geldiği belirtilmişti. Oluşan bu yapıyla süneklilik

iyileşir. Diğer bileşenler ise martenzit, karbürler az da olsa perlittir. Bu bileşenlerin

oluşumundan kaçmak oldukça güçtür. Çünkü bu bileşenlerin kompozisyonu, nadiren

de olsa homojendir. Östemperleme ısıl işleminde meydana gelen mikro yapısal

değişmeler sırayla aşağıda anlatılmıştır (Çetin 2005).

Üst Ösferrit: Üst Ösferrit, küresel grafitli dökme demirlerin 300-400 °C

aralığındaki sıcaklıklarda dönüşümüyle elde edilen baskın bir morfolojidir (Şekil

5.3.). Üst Ösferrit kaba ferrit plakaları içerir ve her bir plakan kalınlığı 0.006 µm ve



35

östenit plakaları ise 0.18 µm’dir. Her bir plaka birbirine paraleldir ve kristolografik

oryantasyonla birbirinden ayrım yapılmasına imkan sağlar ve her biri kristolografik

habit düzlemi olarak adlandırılır. Yüksek Si içeren çeliklerde olduğu gibi

ÖKGDD’lerde de sementit tespit edilmemiştir. ÖKGDD’lerde yüksek karbonlu

östenit (γ yk) ile irlikte karbürlerin film olusturması kimyasal kompozisyon ve ısıl

işlem şartlarına bağlıdır (Çetin 2005).

Şekil 5.3. Alt ve üst ösferritin oluşum mekanizması

Alt Ösferrit: Alt Ösferrit, küresel grafitli dökme demirlerin 250-330 °C

aralığındaki sıcaklıklarda dönüşmesiyle oluşan baskın morfolojidir (Şekil 5.1.). Alt

ösferrit üst ösferrite benzer mikro yapısal ve kristolografik özelliklere sahiptir. Bu

yapıları birbirinden ayıran en önemli olay dönüşümün düşük sıcaklıklarda olması

buna bağlı olarak da ferrit plakalarının içerisinde karbürlerin çökelti oluşturmasıdır.



36

Bu nedenle iki tür karbür oluşmaktadır. Oluşan karbürler yüksek karbonlu östenitten

büyüyebilen ve karbona aşırı doymuş ferritin iç kısmında çökelenlerdir (Çetin 2005).

Östenit: Östenit yüksek sıcaklıkta ısıl işlem aşamasında oluşur. Östenitin C

içeriğindeki değişimi östemperleme sıcaklığının fonksiyonudur. İzotermal bekletmesırasında östenitin ferrite dönüşümü sonucu kalan östenit karbonca zenginleşir. Bu

durum daha sonraki dönüşümler için itici kuvveti azaltır. Östenit ösferrite dönüşümü

ve karbonca zenginleşmesi nedeniyle oda sıcaklığında kendini muhafaza

edebilmektedir ( Çetin 2005 ).

Martenzit: Bir kısım reaksiyona girmemiş (yeterince karbonla

zenginleşmemiş ) östenit oda sıcaklığına soğutma aşamasında martenzite dönüşebilir.

Bu nedenle seçilen östemperleme süresi dönüşümün tamamlanması için yeterli

olmalıdır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta östenitleme işleminden sonra yine yüksek

sıcaklıklarda östemperleme işlemi uygulandığında başlangıç östenitin karbon

içeriğinin yüksek olmasından dolayı östenitin tamamı reaksiyona girmez, dolayısıyla

reaksiyona girmeyen östenitler oda sıcaklığına soğutma sırasında martenzite dönüşür

(Çetin 2005).

Karbürler: ÖKGDD içerisindeki yüksek silisyum içeriği sementitin

çökelmesini engeller ve silisyum çok düşük çözünebilirliğe sahiptir. Bu nedenle

karbür çözeltilerinin östenit içerisinde veya asiküler ferrit içerisinde gerçekleşmesikimyasal kompozisyona ve ısıl işlem sıcaklığına bağlıdır. Östemperleme sıcaklığının

çok uzun olması durumunda yüksek karbonlu östenit, karbür ve ferrit karışımına

ayrışır. ÖKGDD’lerde oluşan karbürler östemperleme süresinin çok uzun olması

halinde daha kararlı karbürlere veya silisyum karbürlere dönüşebilmektedir. Bu

dönüşüm mekanik özellikler üzerinde olumsuz bir etki yapar (Çetin 2005).

5.2.3. Östemperleme ısıl işlemi

Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlere uygulanan ısıl işlem

cevrimi 4 ana adımdan oluşmaktadır (Şekil 5.4.). Bu adımlar;

1. Genellikle 850-950 °C sıcaklık aralığında 1-2 saat süreyle östenitleme



37

2. Perlitik yapı oluşumunu önleyecek hızda 250-400 °C sıcaklıklar arasına

soğutma

3. Ösferritik dönüşüm için 250-400 °C sıcaklık aralığında 1-4 saat (hatta 8

saate kadar ) östemperleme (izotermal dönüşüm)

4. Oda sıcaklığına soğutmadır.

Tipik bir ısıl işlem cevrimi ve bu cevrim sırasında oluşabilecek muhtemel

yapılar Şekil 5.3’de gösterilmiştir.

Şekil 5.4. Östemperleme ısıl işlem cevrimi

1. 850-950 °C sıcaklıklar arasında en az 1 saat östenitleme yapılır. Bu

işlemde yüzeyde oluşabilecek dekarbürizasyonu önlemek için, kontrollü atmosferlielektrikli veya gazlı fırınlarda yada tuz banyolarında yapılabilir. Alternatif olarak

yüzey sıcaklıklarına dayanabilen klorürlü tuz banyoları veya akışkan yatak

kullanılabilir (Hasırcı 2000).



38

2. Parçaların fırından alınması ve hızlı bir şekilde, 235-450 °C sıcaklılar

arasındaki tuz banyosunda hızlı soğutma yapılır. Alternatif hızlı soğutma ortamı,

maksimum çalışma sıcaklığı 260 °C civarında olan yağ ve akışkan yataktır. Fırında

östemperleme sıcaklığına kadar soğutma sırasında, perlit reaksiyonunu önleyecekkadar yüksek sıcaklık olmalıdır. Bunun mümkün olmadığı durumlarda, örneğin kalın

kesitli parçalarda, döküm sırasında ilave edilecek Mo, Cu ve Ni gibi alaşım

elementleri ile perlit oluşumu sağlanabilir.

3. Östemperleme sıcaklığında bekleme yapılır. Bu sıcaklıkta östenit izotermal

bir dönüşümle beynitik bir ferriti oluşturur. Östemperleme sıcaklığında bekleme

süreleri, demirin alaşım elementi miktarına, östenitleme sıcaklığına ve süresine bağlı

olarak değişir. Ortalama olarak 0,5-4 saat arasında değişir.

Son adım olarak oda sıcaklığına kadar suda veya havada soğutma yapılır.

5.2.4.

Östemperlemeyi etkileyen faktörler

Östemperleme ısıl işleminin küresel grafitli dökme demir üzerindeki başarılı

uygulamaları sayesinde bu malzemelerin pek çok alanda kullanımı yaygınlaşmıştır.

Östemperleme ısıl işlemi boyunca meydana gelen oluşumlar birçok araştırmaya konuolmuş, bu araştırmalar sonuçunda daha mükemmel yapılı östemperlenmiş küresel

grafitli dökme demirler üretmek mümkün olmuştur. Östemperleme, dökümden ısıl

işleme çok iyi kalite ve işlem kontrolü gerektiren bir süreçtir. Dökümün kalitesi,

alaşım elementlerinin miktarı, alaşım elementlerinin segregasyonu, östenitleme

süresi ve sıcaklığı, östemperleme süre ve sıcaklığı, işleme tabi tutulan malzemelerin

boyutları östemperlemeyi etkileyen parametrelerdendir .

5.2.4.1. Döküm kalitesi ve döküm şarj malzemesi

Östemperleme ısıl işlemine tabi tutulacak olan küresel grafitli dökme demir

malzeme, ne kadar temiz ve homojen olursa, ısıl işlem şartlarının etkisini kontrol



39

etmek ve sonuçta elde edilecek olan mekanik özellikleri iyileştirmek o kadar kolay

olur .

İstenilen mekanik özelliklere ulaşmada önemli şartlardan birisi olan döküm

şarj malzemesi; östemperleme şartlarının ve işlemlerin hedeflere uygun olarakgerçekleştirilmesi acısından büyük önem taşımaktadır. Döküm şarj malzemesinin

özellikle çelik hurda ve diğer kimyasal bileşimi bilinmeyen malzemelerden oluşması

işlemin kontrolünü güçleştirmektedir. Çelik malzeme hurdasında V, Cr, Ti gibi

elementlerin miktarlarının tespiti daha sonradan bu elementlerin sebep olabileceği

zararlı etkilerin önlenmesi açısından büyük önem taşımaktadır ( Hasırcı 2000 ). Ocak

şarj malzemesinin mikro gözenek oluşturma eğilimli olması, dayanım bakımından

azalmalara neden olmaktadır. Ayrıca şarj malzemesi elde edilmek istenen kimyasal

bileşim acısından önem arz etmektedir. Çünkü ilave miktarların büyük önem taşıdığıve segragasyon eğilimli elementlerin (Mo, Mn, Cr, Ti gibi) belirtilen nedenlerden

dolayı bilinmesi yararlı olacaktır. Şarj malzemesi bileşimi öncelikle döküm matrisini

belirlemektedir. Oluşan bu matris; dönüşüm karakteristiğinin temelini

oluşturmaktadır. Döküm matris yapısı ile hedeflerin gerçekleştirilmesi arasında tam

bir ilişki söz konusudur (Hasırcı 2000).

5.2.4.2. Segragasyonun etkisi

KGDD’in katılaşması sırasında Si,Cu, Ni gibi elementlerin grafit kürelerine

yakın yerlerde segrage oldukları belirlenmiştir. Buna ilaveten Mn, Mo, Cr, Ti, V

gibi elementler ise tane sınırlarında birikme eğilimi gösterir. Bu nedene uygun ve

homojen bir döküm matrisin elde edilmesine küre sayısının önemi artmaktadır.

Katılaşma hızının artması, homojen yapısal dağılımı artmakta ve özellikle zararlı

etkiye sahip taneler arası karbürlerin oluşumunu önlemede etkili olmaktadır. Eğer

uygun döküm tasarımı yapılmamış ise kesit kalınlığı artarken katılaşma hızı azalır ve

segregasyon oluşumu artış gösterir (Hasırcı 2000).



40

5.2.4.3. Parça kesit kalınlığı ve soğuma hızının etkisi

Alaşımsız KGDD için parça çapları 15 – 30 mm arasında değişmektedir.

Daha büyük çapa sahip parçalarda önceden belirtilen nedenlerden dolayı alaşımlama

yapılması kaçınılmaz olmaktadır. Östenitleme işleminden sonra östemperleme

sıcaklığına kadar soğutmada, perlitin oluşmaması için soğutma hızının yaklaşık

olarak 10 °C/sn kadar olması belirtilmektedir. Bu soğutma hızından sapılması

durumunda ise perlitin oluşma ihtimali artmaktadır.

5.2.5. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerde küresellik

Birim alana düşen küre sayısı, sekli ve dağılımı; homojen bir yapısal dağılım

ve segregasyonu önlemede çok büyük bir önlem taşımaktadır. Küre sayısı ve şeklinin

mekanik özelliklerin iyileştirilmesinde önemli bir etkiye sahip olduğu ve ASTM A

395-70’ na göre birim alana düşen küre sayısının 150 – 250 küre/mm² olması

gerektiği belirtilmektedir. Küre sayısının artması, döküm parçada döküm durumunda

ferrit oluşumunu arttırdığı bilinmektedir. Buna paralel olarak izotermal işlemde de

dönüşümün kürelere yakın yerlerde ve tane sınırlarında olması nedeniyle, küre

sayısının dönüşüm süresin de bir kısalmaya neden olacağı düşünülmektedir (Mallia

1998 ).

Küresel grafitli dökme demirin kalitesi ve başlangıç yapısının, östemperleme

işlemi sonrasında elde edilecek mekanik özellikleri önemli ölçüde etkilendiği

bilinmektedir. östemperleme sonunda küre sayısı azalması, aynı döküm kalitesinde

olan malzemeler için, darbe enerjisinin artmasına yol açar. Çünkü, küre sayısının

artması ile birlikte, çatlak başlangıcı olarak davranabilecek milyonlarca atomik

boyutlu hatalar da artmaktadır.

Ayrıca östemperleme işlemi sonunda küre boyutlarında meydana gelen artış,

darbe enerjisini olumsuz yönde etkiler. Bununla birlikte, bazı malzemelerin

östemperleme sonrasındaki küreselliğinin başlangıca göre arttığı gözlenmiştir.

Küreselliğinin artmasının mekanik özellikleri arttırdığı bilinen bir olaydır. Çünkü



41

küresellik arttıkça boşluk diye tabir edilen grafik modülleri etrafındaki gerilme

konsantrasyonu, modül çevresine homojen olarak dağılmaktadır.

Östemperleme ısıl işlemi ile meydana gelen küre sayısının azalması ve

küreselliğin artışı, küre boyutunun yapmış olduğu olumsuz etkiyi, beynitik matris ilebirlikte gidermekte ve darbe enerjilerinde artış meydana getirmektedir.

Partikül boyut dağılımı analiz yöntemlerinin birçoğu partiküllerin bir şekle

sahip olduğu varsayımına dayanır. Doğal olarak bir numune yüzeyinde partikül

boyut dağılımı için yapılan düzlemsel ölçümde her bir partikülün kesilmiş bir küre

parçasını simgeleyecek şekilde dairesel bir şekle sahip olması beklenmeyecektir. Bu

durumda partiküllerin boyutsal ölçümünde kullanılan boyut dağılımı tekniğinin

gerektiği tarzda yapılmalıdır.

5.2.6. Üretim parametrelerinin ÖKGDD etkisi

Optimum mikro yapı mekanik özelliklere sahip ÖKGDD’lerin üretilmesi için

östenitleme sıcaklığı ve süresi, östemperleme sıcaklığı ve süresi ayrıca ilave edilen

alaşım elementleri gibi parametrelerin kontrol edilmesi çok önemlidir.

5.2.6.1. Östenitleme sıcaklığı ve süresinin etkisi

Östenitleme sıcaklığı ve süresi, östenitin karbon içeriğini belirlemede ve

ÖKGDD’lerin mikro yapı ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesinde önemli bir

parametredir. Uygun kimyasal kompozisyona sahip ve döküm hataları içermeyen

KGDD malzemenin östemperleme işleminin ilk aşamasında 815-950 °C sıcaklık

aralığında Östenitleme işlemi yapılır. Östenit matrisin karbon içeriğininbelirlenmesinde en önemli faktör Östenitleme sıcaklığıdır. Östenitleme sıcaklığı

ÖKGDD yapısına ve özelliklerini belirlemede etkili olan östenitin karbon içeriğini

kontrol eder. Yüksek sıcaklıklarda östenitleme, östenitin veya matrisin karbon



42

içeriğini yükseltir. Buna bağlı olarak da östemperleme aşamasında reaksiyon hızı

düşer (Çetin 2005).

Östenitleme sıcaklığının azalması sonucunda düzenli östemperlenmiş yapı

elde edilir. Bu yapı daha kararlıdır ve daha az martenzit içerir. Bununla birlikteöstenitleme sıcaklığının azalmasıyla östemperlenebilme özelliği azalır. Matris

içerisinde ferritin östenite dönüşmeden kalması olasıdır. Düşük sıcaklıkla östenitleme

sonucu işlem aralığı genişler. Bu durum, ÖKGDD malzemelerin mekanik

özelliklerinin iyileşmesine katkı sağlar. Östenitleme sıcaklığının düşürülmesiyle

işlem aralığına daha az sürede ulaşır ve östemperlemeden sonra elde edilen mikro

yapı daha kararlı olur ve daha az martenzit içerir (Çetin 2000).

Östenitleme sıcaklığının azalması mikro yapı üzerindeki etkileri aşağıda

belirtilmiştir.

• Östemperlenmiş yapı incelir, iğnemsi ferrit ile östenit tane büyüklüğü

azalır, her iki fazın sayısı ve homojen dağılımı azalır.

• Kalıntı östenit oranı azalır.

• Blok halinde östenit içeriği azalır.

• Özellikle blok halindeki östenit merkezinde ve hücreler arası bölgelerde

oluşan martenzit azalır (Çetin 2005).

Östenitleme sıcaklığının arttırılmasının mikro yapı üzerindeki etkileri aşağıda

verilmiştir.

• Östemperlenmiş yapı kabalaşır. Ferrit plakaları östenit tanelerine kadar

uzar, östenit tane boyutu arta. Ferrit plakalarının sayısı ve dağılımının homojenliği

azalır.

• Yüksek karbonlu östenit/kalıntı östenit hacim oranı artar.

• İki tür kalıntı östenit oluşur. Düşük Östenitleme sıcaklıklarında, hâkim olan

komşu ferrit plakalarının arasında film şeklinde oluşan östenit ve farklı yönlerde

büyüyen etrafı sarılmış blok şeklinde östenittir.

• Hücreler arası bölgelerde ve blok halindeki östenit bölgeleri içerisinde veya

merkezinde martenzit oluşumu artar (Çetin 2005 ).



43

Östenitleme süresi karbonca doymuş östenite tamamen dönüşmüş dökümleri

sağlayacak minimum süre olarak tespit edilmelidir. 900 °C sıcaklıkta 2,5 cm çapında

KGDD malzemeyi östenitlemek için 60 dakika süre yeterli olmaktadır. Ancak

östenitleme sıcaklığının düşmesiyle birlikte alaşım elementlerinin segregasyonunu

azaltmak için östenitleme süresi arttırılmalıdır. Östenitleme süresi döküm yapı

içerisinde perlit içeriğinin artmasıyla önemli miktarda azalmakta, Si içeriğinin

artmasıyla artmaktadır. Küre sayısının artmasıyla ise östenitleme süresinde çok az

artış olmaktadır. Bu parametrelerden en önemlisi perlit miktarıdır. Perlit içeriği

artınca östenitleme kinetiği çok hızlı gerçekleşir (Çetin 2005).

5.2.6.2. Östemperleme sıcaklığı ve süresinin etkisi

Östenitleme süresi ve sıcaklığının yanı sıra östemperleme sıcaklığı ve

süresinin KGDD malzemenin mekanik özellikleri ve aşınma performansları üzerinde

etkileri vardır. Bu nedenle genel anlamda östemperleme işleminin optimum kontrolü

arzu edilen nihai ÖKGDD ürününün elde edilmesi için önemli olduğu yapılan

çalışmalarda belirtilmiştir. Mekanik özellikler üzerinde östenitleme sıcaklığının

etkisi, östemperleme sıcaklığı ve süresine bağlı olarak belirlenmektedir. Bu nedenle,

östemperleme sıcaklığı ve süresinin mekanik özellikler üzerindeki etkisi östenitlemesıcaklığına göre daha önemlidir. Optimum mekanik özellikler ve aşınma direncinin

elde edilebilmesi için östemperleme sıcaklığı ve süresinin seçimi önemli bir

parametredir. Östemperleme ve östenitleme sıcaklığına bağlı olarak östemperleme

süresinin yüksek karbonlu östenit içeriği sırasıyla yaklaşık, 80, 60 ve 40 dakika

östemperleme süresinde elde edilmiştir. Östemperleme süresinin uzamasında yüksek

karbonlu östenit içeriğinin alacağı söylenebilir (Çetin 2005).

Östemperleme sıcaklığı nihai mikro yapının ve buna bağlı olarak da mekanik

özelliklerin belirlenmesi açısın dan östemperleme çevriminde birinci önceliğe

sahiptir. 250-400 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilen östemperleme ısıl işleminde

330°C altında elde edilen yapı alt ösferritik yapı, yüksek dayanımlı, sert ve aşınmaya

karşı dirençli iken, üst ösferrit yapının dayanımı daha düşük, bunun yanı sıra

sünekliği ve tokluğu daha yüksektir. Östemperleme sıcaklığının artışına bağlı olarak



44

üst ösferrit yapısı, alt ösferrit yapısına göre matris içerisinde daha az martensit ve

daha fazla yüksek karbonlu östenit içerir.

Östemperleme süresinin seçiminde oldukça önemlidir. Östemperleme süresi

belirli östenitleme ve östemperleme sıcaklıkları işçin mekanik özellikleri optimizeetmek için seçilir. Östemperleme süresinin artmasıyla birlikte dayanımı, süneklik ve

darbe direnci artarken sertlik azalır. Sürenin çok az seçilmesi durumunda, mekanik

özellik düşer. Bu düşüş matriste büyük oranda martenzit oluşumuyla açıklanmıştır.

Oluşan martenzit, östemperleme sıcaklığında oda sıcaklığında soğutma sırasında

dönüşmemiş ve düşük karbon içeriğine sahip östenitten ileri gelmektedir.

Östemperleme süresi arttıkça martenzit içeriği azalır. Bunun yanın da ferrit ve

yüksek karbonlu östenit miktarı artar. Uzun östemperleme süresine dayanım sabit

kalırken süneklik ve darbe enerjisi azalır.

5.2.6.3. Alaşım elementlerinin etkisi

Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerde en uygun mikro yapı ve

mekanik özellikleri de elde etmek için malzemenin kimyasal yapısı önemli bir

faktördür.

Karbon: KGDD’lerde karbon içeriği % 3.6-3.8 arasında kontrol edilmelidir.

%3-4 aralığında karbon içeriği malzemenin çekme dayanımını artırırken uzama ve

sertliğe etkisi oldukça azdır (Çetin 2005).

Silisyum: ÖKGDD’lerde silisyum içeriği % 2,4-2,8 aralığında değişir.

Silisyum grafit oluşumunu teşvik eder. Karbonun östenitteki çözünürlüğünü düşürür

ve ösferritik yapı içindeki karbür oluşumunu engeller. Silisyum içeriğinin artmasıyla

darbe dayanımı arterken sünek-gevrek geçiş sıcaklığı düşer (Çetin 2005).

Manganez: ÖKGDD’lerde manganez içeriği % 0,3’ü geçmemelidir. Bu sınıristenilen döküm kalitesi ve östemperleme sırasında katı hal reaksiyon kinetiği

üzerinde etkilir.

Molibden: Molibden sertleştirilebilirlik kabiliyetine ve aşınma direncini

artırırken östenit hacim oranını azaltır. Karbür oluşumunu teşvik eder.



45

Bakır: Bakır yeterli sertleşebilirliği sağlamak için 2,5 mm çapında döküm

parçalarda östemperleme işleminin başarılı şekilde gerçekleşmesi amacıyla ilave

edilirken nikel ve molibden ile birlikte ilave edilmesinin daha etkili olabileceği

söylenebilir.

Nikel: Ötektit karbürlerin önlenmesi için ÖKGDD’lere ilave edilir.

Sertleşebilirliği artırmak için % 2 oranın da katılır. Bakır ile birlikte ilave

edilmesinde yarar vardır.

Krom: Dayanım ve östenitin sertleşme kabiliyetini artırır. % 0,5-0,8

aralığında ilave edilebilir.

5.2.7. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin teknolojikönemi

ÖKGDD’ler ilk uygulama örnekleri otomotiv sanayisinde vermiştir.

ÖKGDD’lerin ilk kullanım örneği General Motors firmasını ürettiği Pontiac araçların

bazı dişli aksamlarında kullanılarak verilmiştir. Bu örneği takiben ağır hizmet

şartlarında çalıştırılan kamyonlarda dişli olarak kullanım örnekleri yaygınlaşmıştır.

ÖKGDD’lerle ilgili çalışmalar artıkça kullanım alanları da artmıştır. Özelliklebüyük dişli çarklarda yüzeyi serleştirilmiş çelik malzemeler yerine ÖKGDD

malzemeler tercih edilmeye başlanmıştır.

ÖKGDD malzemeler talaşlı imalata uygun olmaları, ısıl işlem sürelerinin

kimyasal bileşim ve mikro yapısından dolayı daha kısa olmaları, dövme çeliklere

göre % 10 daha hafif olmaları, döküm yolu ile son şekle getirilebilme ve döküm

kabiliyetinin yüksek olmaları, montaj kolaylıkları gibi nedenlerle önemli avantajlara

sahiptirler.



46

6. DENEYSEL ÇALIŞMA

Bu çalışmada GGG 40 ferritik küresel grafitli dökme demire farklı

sıcaklıklarda uygulanan östemperleme ısıl işleminin, mikro yapıya etkileri

araştırılmıştır. Kuru sürtünme koşullarında, döküm haldeki ve farklı sıcaklıklarda

östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerin aşınma davranışları birbiri ile

karşılaştırılmıştır. Östemperleme ısıl işleminin mekanik özelliklere ve aşınma

direncindeki artışa etkisi, pim-disk sürtünme ve aşınma deney setinde, deneysel

olarak öngörülen yüklerde farklı kayma hızları ve sıcaklık gibi ortam koşullarında

4140 çeliğine karşı çalıştırılarak belirlenmiştir. Ayrıca aşınan yüzeylerin yüzey

pürüzlülükleri ölçülerek sürtünme şartlarının yüzey pürüzlülüğüne etkisi

incelenmiştir.

6.1. Deney Malzemelerinin Özellikleri

TASK’ın tedarik ettiği döküm çubukları, dünyanın en büyük concast üreticisi

olan United Cast Bar firmasının İspanya’daki tesislerinde yatay sürekli döküm

yöntemiyle 35 mm çapında üretilmiştir. Malzemenin kimyasal bileşimi Konya

Kosgeb Bölge Müdürlüğünde test edilerek Çizelge 6.1’de verilmiştir.

Çizelge 6.1. Bu çalışma için temin edilen KGDD’in kimyasal bileşimi (% ağırlık)

C Si P S Mn Mg

3. 80 2. 87 0. 030 0. 010 0.18 0.

054

Deneylerde östemperlenmiş küresel grafitli dökme demiri aşındırmak için karşı

yüzey olarak çapı 120 mm, kalınlığı 15 mm olan yağda su verilerek sertliği 62 HRc

sertliğine ulaştırılan, genellikle dişli, kam mili gibi ağır yük altında çalışan makine

elamanlarının yapımında kullanılan AISI 4140 çeliği kullanılmıştır. AISI 4140 çeliğinin

kimyasal bileşimi Çizelge 6.2’de verilmiştir.

Çizelge 6.2 AISI 4140 çeliğinin kimyasal bileşimi ( % )



47

C Mn Si P S Cr Mo

0.40 0.83 0.23 0.009 0.003 0.89 0.18

6.2. Östemperleme Isıl İşlemleri

Deney malzemesi olan ferritik küresel grafitli dökme demire uygulanan ısıl

işlemin özeti Şekil 6.1’de verilmiştir. Isıl işlem için TASK Metalürjiden temin edilen

malzemeler kullanılmıştır. Malzemelerin ısıl işlemleri Gazi Üniversitesi Teknik

Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Anabilim Dalı Isıl İşlem

Laboratuarlarında yapılmıştır. Malzemelerin östemperleme ısıl işlemleri için seçilen

ısı ve süre parametreleri literatürde belirtilen süre içerisinde alınmıştır. Isıl işlemler

süresince sıcaklık ölçümleri K tipi ısıl çift ile gerçekleştirmiştir. Östemperleme ısıl

işlemi; ön ısıtmadan sonra östenitleme ve izotermal dönüşüm (östemperleme) olarak

iki ana kademeden meydana gelmektedir.

Şekil 6.1. Uygulanan ısıl işlemlerin şematik özeti

6.2.1. Östenitleme



48

Östenitleme işlemi için atmosfer kontrolsüz fırınlar kullanılmıştır. İşlem

sırasında dekarbürizasyondan korumak için, numuneleri kendi talaşlarının içine

gömülmüştür. Numuneler bütün ısıl işlem boyunca fırın içerisinde daha önce sıcaklık

ölçümlerinin yapıldığı aynı yere yerleştirilerek, ~900 °C ‘de ayarlanmıştır. ~ 900 °C

östenitleme sıcaklığında dönüşmemiş östenit miktarı daha az olmaktadır, bu

sıcaklığın üzerindeki östenitleme sıcaklıklarında östenit içerisinde daha fazla karbon

çözünmekte buda II. aşama reaksiyonunu hızlandırmakta, işlem aralığı kapanmakta

ve bunun sonucu olarak mekanik özelliklerin düştüğü belirlenmiştir. 900 ºC’den

düşük östenitleme sıcaklıklarında ise östenitte çözünen karbon miktarı azalacağı için

düşük dayanım değerleri gösterir.

6.2.2. Östemperleme

Östemperleme ısıl işlemleri Şekil 6.2. de şematik kesit görünüşü verilen 2.5

kW gücündeki tuz banyosunda yapılmıştır. Östemperleme ısıl işlemi boyunca

numuneler fırın içerisinde aynı yerde tutulmuştur. 900 °C de östenitlendikten sonra

hızlı bir şekilde % 50 NaNO3 ve % 50 KNO3 karışımı içeren tuzlardan hazırlanan tuz

banyosuna daldırılan numuneler farklı östemperleme sıcaklığı ve sürelerinde

bekletildikten sonra oda sıcaklığında soğumaya bırakılmıştır. Yüksek östemperleme

sıcaklıklarında (> 350 °C) kaba ösferritik yapı oluşmakta, malzemenin darbe

dayanımı ve % uzama miktarı artmaktadır (Rao, Putatunda 2003). Bununla birlikte

yüksek östemperleme süresinde karbür oluşumu gerçekleştiğinden dayanım ve

süneklik azalmakta, düşük östemperleme sürelerinde ise kararsız ya da yarı kararlı

östenit oluşmakta ve oda sıcaklığına soğutma sırasında bu yapı martenzite

dönüşmektedir, oluşan bu yeni yapıda malzemenin aşınma direncini olumlu yönde

etkilemektedir (Ghaderi

2003).



49

Şekil 6.2. Östemperleme işleminin yapıldığı tuz banyosunun resmi

6.3. Numunelerin Kodlanması

Yapılan çalışmada numune kodlanması, küresel grafitli dökme demirin için

döküm halinde, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin ise östemperleme

sıcaklığına göre yapılmıştır.

Çizelge 6.3. Numune KodlarıNumune Kodu NumuneAdı

D.H Döküm Halinde

A 315 315 ºC 120 dk östemperlenmiş

numune

A 375 375 ºC 120 dk östemperlenmiş

numune

6.4. Metalografi ve Mikroyapı



50

Numunelerin mikro yapı fotoğrafları Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim

Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü Malzeme Laboratuar’ında optik mikroskopta (

LEICA DM 4000 M ) çekilmiş ve mikro yapılardaki değişme Çizelge 6.4’de

verilmiştir. Östemperlenmiş numunede mikro yapının ösferrit ( α+γ yk ) ve

dönüşmemiş ostenitten meydana geldiği tespit edilmiştir.

Standart metalografik numune hazırlama işlemleri yapıldıktan sonra birim

alana ( mm2 ) düşen grafit , % 2 nital ile dağlanmış yüzeyden 100

büyütmede optik mikroskop monitörde görülen 5 ayrı bölgeden yapılan sayımlarla

belirlenmiştir. Faz hacim oranlarının ölçümü % 2 nital ile dağlanmış numune

yüzeyinden aşağıda verilen çizgisel kesişme yöntemi kullanılarak yine mikroskop

monütüründe 5 ayrı bölgeden alınan ölçümlerle belirlenmiştir. Östemperlenmiş

numunelerin birim alana düşen küre sayısı ve faz hacim oranları Çizelge 6.4 ‘de

verilmiştir.

VFAZ = L Faz / LT

V FAZ : Faz hacim oranı

L FAZ : Fazı kesen toplam çizgi uzunluğu (mm)

LT: Çizilen toplam çizgi uzunluğu (mm)

Çizelge 6.4. Östemperlenmiş numunelerin faz hacim oranları ( % hacim)

Numune Grafit Ferrit Yükek Karbonlu Dönüşmemiş Östenit, γ yk Östenit ,γ DÖ

Döküm Halde 11,23 88.73 ---- -----

A 315 11,23 45,63 31,64 11,5

A 375 11,23 40,30 42,97 5,5

6.5. Deneyler



51

Üretilen malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için çekme ve sertlik

deneyi, aşınma karakteristiklerini belirlemek için de pim-disk deney setinde aşınma

deneyi yapılmıştır.

6.5.1. Mekanik Deneyler

Aşınma ile ilgili en önemli mekanik özellikler akma, çekme dayanımı ve

sertlik değeridir. Numunelerin akma ve çekme değerlerini belirlemek için çekme

deneyi yapılmıştır. Bulunan sonuçlar 6.5.1.1’de grafik ve çizelgeler halinde

verilmektedir.

6.5.1.1. Çekme Deneyi

315, 375, °C gibi farklı sıcaklıklarda östemperleme ısıl işlemi uygulanan

küresel grafitli dökme demir malzemelerden TS 526 standardında belirtilen

boyutlarda her bir malzeme için ikişer adet çekme çubuğu hazırlanmıştır. Çekme

deneyi KOSGEB Konya Bölge Müdürlüğü Malzeme Laboratuarındaki çekme

cihazında ( 60 tonluk DARTEC ) oda sıcaklığında çekilerek gerçekleştirilmiştir.

Gerinim ve % uzama değerleri deney sırasında grafik olarak kaydedilmiştir. Çekme

deney grafikleri Şekil 6.3’te ve deney sonuçları Çizelge 6.5’te verilmiştir.



52

a) b)

c)

Şekil 6.3. Östemperlenmiş numunelerin gerilme- % uzama grafikleri a) Isıl işlemsiz

b) 375 °C 120 dk östemperlenmiş numune c) 315 °C’de 120 dk östemperlenmiş

numune

Çizelge 6.5. Çekme deneyi sonuçları

Numune Akma Dayanımı Çekme Dayanımı Uzama

Stres ( N \ mm2



53

( MPa ) ( MPa ) ( % )

Döküm Halde 416 518 10

A 315 837 961 1.5

A 375 743 845 2

6.5.1.2. Sertlik Deneyi

Sertlik deneyleri Kosgeb Konya Bölge Müdürlüğü Malzeme

Laboratuarındaki sertlik ölçme cihazında (REICHERTER) Brinell (BSD) cinsinden

ölçmek suretiyle yapılmıştır. Her bir malzeme için ikişer adet hazırlanannumunelerin hazırlanan numunelerin merkez ekseninden dış çapa doğru üç farklı

bölgeden sertlik değerleri ölçülmüştür, ölçülen değerlerin yaklaşık olarak aynı olduğu

görülmüştür. Sertlik deneyi sonuçları çizelge 6.6’da verilmiştir.

Çizelge 6.6 sertlik deneyi sonuçları (HB)

Numune Sertlik

Döküm Halde 156

A 375 330

A 315 385

6.6.2. Aşınma Deneyi

6.6.2.1. Aşınma Deney Numunesinin Hazırlanması



54

Task Metalürjiden 35x300 mm boyutlarındaki temin edilen döküm çubuklar

12x150 mm ebatlarında tornada işlenerek bölüm 6.2’de bahsedilen ısıl işlem

koşullarında ısıl işlemler uygulandı. Isıl işlem yapılan parçalar CNC’de talaşlı

imalatla 10x30 mm ebatlarında silindir şekline getirilmiştir. Daha sonra numunelerin

alın yüzeyi aşındırıcı disk yüzeyine yapıştırılarak sabitlenmiş 600 tane

büyüklüğündeki zımpara kağıda karşı çalıştırılarak yüzey pürüzlülük değerleri 1.750

izleme boyutlarında (Lt), döküm haldeki malzeme için 0,118, 315 °C östemperlenen

numune için 0.105 ve 375 °C östemperlenen numune için 0,111 µm olarak

ölçülmüştür.

Karşı yüzey olarak kullanılan AISI 4140 çeliği 120 mm çapında 160 mm

boyutlarında kütük halinde Konya Has Çelik firmasından tarafından teminedilmiştir. Kütük şeklinde temin edilen malzeme 120 mm çapında 16 mm

kalınlığında olacak şekilde hidrolik testerede kesilerek CNC’de hassas bir şekilde

işlenerek 10 adet üretilmiştir. Elde edilen bu parçalar Konya’da Teknik Isıl İşlem

tesislerinde 850 °C ye kadar ısıtılıp yağda sertleştirilmiştir. 200 °C de sıcaklığında

menevişlenerek 62 HRc sertlik elde edilmiştir. Yağda su verme işlemi ile 62 HRC

sertlik elde edilen disklerin yüzeyleri Konya’da bulunan Kar-Taş-San firmasında

düzlem yüzey taşlama tezgahında hassas olarak taşlanarak, yüzey pürüzlülüğü 0,154

µm olarak ölçülmüştür.

6.6.2.2. Aşınma Deney Cihazının Özellikleri

Aşınma deneyleri standart Pin-disk tipi deney cihazında gerçekleştirilmiştir.

Bu yönteme disk üzerinde sürtünen pim yöntemi de denilmektedir. Aşınma deney

cihazının şematik görünüşü Şekil 6.4‘de gösterilmiştir. Aşınma cihazının diğer

parçaları; 3 kW’ lık AC motor 3 kW’lık Simens (1220220B) marka devir

dönüştürücü, numunenin üzerine sürttüğü disk, destekleme kolu, pens mekanizması,

tabla, kızak mekanizması, ağırlıkları dengeleme parçası, değişken ağırlıklar, yük

hücresi ( load cell), bilgisayar, verilerin bilgisayara aktarımını sağlayan karttan

oluşmaktadır.



55

Şekil 6.4. Aşınma deney cihazı (Selçuk Üniversitesi Makine Eğitimi Bölümü )

Aşınma deney numuneleri sabit bir hızla dönen bir çelik disk yüzeyine

önceden belirlenmiş bir kuvvetle bastırılmıştır. Aşınma düzeneğinde kullanılan

aşındırıcı disk 62 HRc sertliğinde AISI 4140 çeliğinden imal edilmiştir. Diskin

yüzeyi deney öncesi 0,154 µm hassasiyetinde taşlanmış ve her deney için farklı

diskler kullanılmıştır.

Aşınma deneyleri oda sıcaklığında 1.54 m/s sabit kayma hızında 30, 40, 60 N

yükler altında 2000 m kayma mesafesinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde diskin

dönme hızı Simens marka devir dönüştürücüsü sayesinde kolaylıkladeğiştirilebilmektedir.

Aşınma deneylerinde numunelerin disk ile tamamen temas etmeleri

sağlandıktan sonra numune yüzeyi ve disk yüzeyi aseton ile temizlenerek deneyler



56

yapılmıştır. Her bir parametre için en az üçer tane deney yapılıp 0,1 mg

hassasiyetindeki terazide aşınma kayıpları bulunmuştur.

6.6.2.3. Aşınma Deneyin Yapılışı

Aşınma işleminin dönen bir disk üzerine pens vasıtasıyla taşıyıcı kola

bağlanan numunenin istenilen kuvvetle bastırılması yoluyla yapıldığını daha önce

belirtmiştik. Disk üzerinde üç iz oluşmaktadır. Bundan dolayı deneyi üç farklı disk

noktasına temas ettirmemiz gerekir. Deney sabit kayma hızında yapıldığı için her

izde çap değiştiği için, çevresel hızdan dolayı kayma hızı da değişecektir. Kayma

hızının sabit olabilmesi için diskin devir sayısının değişmesi gerekir. Bu nedenle disk

üzerindeki numunelerin temas edeceği noktaların çapları bilindiğinden her bir iz içinayrı ayrı devir sayıları hesaplanmıştır.

Devir sayısı (dev/dak.),

Formülünden bulunur. Burada;

V: Kayma hızı (m/s)

D: İz çapı (mm) dir.

Aşınma deneyleri, uygulama yükünün aşınma miktarına ve sürtünme

katsayısına etkisi, kayma mesafesinin yüzey pürüzlülüğüne ve sürtünme katsayısına

etkisi olarak üç kısımda incelenmiştir. Deneyler öncesi numuneler

numaralandırılarak, üzerindeki kir ve yağ tabakasından arındırılmak için aseton

içerisinde yıkandıktan sonra hassas olarak kurtulmuştur. Selçuk Üniversitesi ÇevreMühendisligi Atık Su Laboratuarında bulanan Gec Avery marka 0.1 mg

hassasiyetindeki hassas terazide tartılarak aşınma miktarı ağırlık kaybı olarak tespit

edildi. Ayrıca aşınma deneyi öncesi ve sonrası numunelerin yüzey pürüzlülük



57

değerleri Teknik Bilimler Makina Laboratuarında bulunan Mahr marka yüzey analiz

cihazıyla 1.750 izleme boyutlarında ( Lt ) belirlenmiştir.

Deneylerin birinci kısmında yüzey pürüzlülüğünün aşınmaya etkisi

araştırılmıştır. 2000 m’lik kayma mesafesi ve 40 N’luk yük altında, kuru ortamda,farklı sıcaklıklarda östemperle işlemi yapılmış numuneler her bir kayma mesafesi

aralığında her deneyde yeni bir aşınma yüzeyi kullanarak 0-200, 0-400, 0-600, 0-800,

0-1200, 0-1600, 0-2000 m kayma mesafelerinde aşınan yüzeyin yüzey

pürüzlülükleri, sürtünme katsayıları ve ağırlık kayıpları incelenmiştir. Deney

numunelerin mikro yapıları ve aşınma izleri optik mikroskopta incelenmiştir.

İkinci kısımda farklı uygulama yüklerinin aşınma davranışına etkisini

belirlemek için farklı sıcaklıklarda östemperleme işlemi yapılan numuneler 1.54 m/s

sabit kayma hızı ve 2000 m sabit kayma mesafesinde yağsız ortamda 30, 40, 60 N

yükler altında kayma sürtünmesi yapılmıştır. Aşınma miktarı hassas terazide

tartılmak suretiyle ağırlık kaybı olarak belirlenirken, dinamik sürtünme katsayıları

özel olarak hazırlanmış programda normal yükün sürtünme kuvvetine bölünmesi ile

hesaplanmıştır.

6.6.2.4. Aşınma Deney Sonuçları

Deneylerde elde edilen ham değerler çizelgeler halinde verilmiştir.

Deneylerin birinci kısmında 40 N yük ve 1.54 m/s sabit hız altında her defasında ayrı

bir aşınma yüzeyi kullanarak 200, 400, 600, 800 1200, 1600, 2000’lik kayma

mesafelerinde test edilmiş, yüzey pürüzlülüğü ve sürtünme katsayısı sonuçları

Çizelge 6.7 ve 6.8.’de verilmiştir.

Çizelge 6.7’de 40 N yük altında değişen kayma mesafesine bağlı olarak

yüzey pürüzlülük değerlerindeki değişimler gösterilmektedir. Görüldüğü gibi yüzey

pürüzlülük değerleri başlangıçta hızla artmış ilerleyen kayma mesafelerinde azalma

eğilimi göstermiştir. 2000 metre sonunda döküm haldeki numunenin yüzey

pürüzlülük değeri 2,640 µm, A 315 numunesinin 0,704 µm, A 375 numunesinin

yüzey pürüzlülüğü ise 0,882 µm olarak ölçülmüştür.



58

Çizelge 6.7. 40 N yük altında 1.750 izleme boyutlarında (LT) ortalama yüzey

pürüzlülüğünün kayma mesafesi ile değişimi

Kayma mesafesi ( m ) Ra ( µm )D.H A 315 A 375

0 0,118 0,105 0,111200 3,214 0,862 1.123400 2,817 0,742 0,956600 2,623 0,765 0,895800 2,512 0,755 0,867

1200 2,615 0,736 0,8341600 2,635 0,724 0,8102000 2,640 0,704 0,822

Çizelge 6.8’de 40 N sabit yük ve sabit kayma hızında sürtünme katsayısının

kayma mesafesine bağlı olarak değişimi verilmektedir. Çizelgede görüldüğü gibi

sürtünme katsayısı değerleri 800 metreye kadar yükselme eğilimi göstermekte daha

sonraki kayma mesafelerinde ise sürtünme katsayısı değerlerinde belli bir miktar

düşüş görülmektedir.

Çizelge 6.8. 40 N yük altında sürtünme katsayısının kayma mesafesi ile

değişimi

Kayma Mesafesi ( m ) Sürtünme katsayısı (µ)D.H A 315 A 375

200 0,492 0,540 0,525400 0,505 0,575 0,552600 0,525 0,625 0,595800 0,550 0,655 0,615

1200 0,547 0,647 0,6221600 0,542 0,640 0,6202000 0,544 0,635 0,615

İkinci aşamada 2000 m’lik kayma mesafesinde yapılan deneylerde uygulama

yüküne göre ağırlık kaybı sonuçları Çizelge 6.9’da her yük için ayrı ayrı verilmiştir.

Çizelge 6.9’da 2000 m kayma mesafesinde ağırlık kaybının uygulanan yüke bağlı

olarak değişimi görülmektedir. Çizelge’de görüldüğü gibi, uygulanan yükün artması

ile ağırlık kaybı miktarları da artmıştır. 30 N yük altında en fazla ağırlık kaybı 15.6



59

mg olarak döküm haldeki numunede ölçülürken yine bu yük altında en az ağırlık

kaybı 6.7 mg olarak A 315 numunesinde ölçülmüştür. Uygulanan yükün 60 N

yükselmesiyle döküm haldeki numunenin ağırlık kaybı 34.8 mg A 315 numunesini

ağırlık kaybı da 17.1 mg yükselmiştir.

Çizelge 6.9. 2000 m kayma mesafesinde ağırlık kaybının uygulanan yüke

bağlı olarak değişimi

Yük ( N ) Ağırlık Kaybı ( mg )D.H A 315 A 375

30 15,6 4,7 6,740 23,3 8,5 11,160 34,8 12,6 17.1

Çizelge 6.10’da 2000 m kayma mesafesinde uygulanan yüke bağlı olarak

dinamik sürtünme katsayısının nasıl değiştiği görülmektedir. Çizelgede görüldüğü

gibi yükün artmasıyla tüm numunelerde sürtünme katsayısı azalmaktadır. En düşük

sürtünme katsayısı değerlerini döküm haldeki numune gösterirken en yüksek

sürtünme katsayısı değerlerini A 315 numunesi göstermektedir.

Çizelge 6.10. 2000 m kayma mesafesinde sürtünme katsayısının uygulanan

yüke bağlı olarak değişimi

Yük ( N ) Sürtünme Katsayısı ( µ )D.H A 315 A 375

30 0,650 0,710 0,68240 0,544 0,633 0,615

60 0,515 0,573 0,546

Çizelge 6.11’de 40 N yük altında ağırlık kaybının kayma mesafesi ile

değişimi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi tüm numunelerde kayma mesafesinin artması

ile ağırlık kaybı artmaktadır. 2000 m kayma mesafesi sonun da en fazla ağırlık kaybı

24.3 mg ile döküm haldeki numunede ölçülürken en az ağırlık kaybı 8.4 mg ile A

315 numunesinde ölçülmüştür.

Çizelge 6.11. 40 N yük altında ağırlık kaybının kayma mesafesi ile değişimi



60

Kayma Mesafesi ( m ) Ağırlık kaybı (mg)D.H A 315 A 375

200 5.8 2.3 3.4400 10,6 4.5 6.1600 13,9 5.6 7.1

800 16,6 6.4 7.81200 19,4 7.2 9,11600 21,7 7.9 10.22000 23,3 8.5 11.1



61

7. TARTIŞMA

7.1. Mikro yapıların İrdelenmesi

7.1.1. Küresel Grafitli Dökme Demirin Mikro yapısının İrdelenmesi

% 2 nital ile dağlanan numuneler optik mikroskopta (LEICA DM 4000 M)

400 kat büyütülerek mikro yapı resimleri çekilmiştir. Bu çalışmada kullanılan küresel

grafitli dökme demir malzemelerin mikro yapıları incelendiğinde, ana matrisin

ferritik yapı olduğu görülmüştür. Yapıda küre şeklinde grafitlerin bulunduğu ve

yapının % 14-15’unu oluşturduğu tespit edilmiştir.

Şekil 7.1 Döküm haldeki numunenin mikro yapı resmi



62

7.1.2. Östemperleme sıcaklığının mikro yapıya etkisi

Bölüm 6.2‘de verilen östemperleme ısıl işlem şartlarında östemperleme ısıl

işlemi yapılmıştır. Uygulanan östemperleme şartlarına bağlı olarak elde edilen

numunelerin mikro yapı fotoğrafları Şekil 7.2’de verilmiştir.

b)

Şekil 7.2 ÖKGDD numunelerinin mikroyapı resimleri a ) 315 °C’de 120 dk

östemperlenen numune b) 375 °C’de 120 dk östemperlenen numune. K.Ö = Kalıntı

östenit, Y.K.Ö= Yüksek karbonlu östenit



63

Aynı şartlarda % 2 nital ile dağlanmış ve 400 kat büyütülmüş östemperlenmiş

küresel grafitli dökme demirin mikro yapı resimleri incelendiğinde matrisin ferrit ( α

) ve yüksek karbonlu östenitten ( γ yk ) ve kalıntı östenittten oluştuğu tespit edilmiştir.

Östemperleme sıcaklığının artması ile yani 315’den 375 °C’ye çıkması ile yapıdakiinçe ferrit iğnelerinde kabalaşma olduğu kalıntı östenit alanlarının azaldığı

görülmektedir. Zimba ve ark. (2003) yaptıkları çalışmada östemperleme sıçaklığının

325 ºC’den 350 ºC yükselmesi ile asiküler ferritin kabalaştığını ve kalıntı östenit

miktarının azaldığını belirlemiştir. Perez ve Ark. (2006) yaptıkları çalışmada 315 ve

370 °C gibi farklı sıcaklıklar ve değişik sürelerde östemperleme yaptıkları

numunelerin mikro yapılarını incelemişler. Sabit östemperleme sıcaklığında

östemperleme süresinin artması ile kalıntı östenit miktarının azaldığını ösferrit hacim

oranın arttığını, sabit östemperleme süresinde östemperleme sıcaklığının artması ileyapıdaki ösferrit miktarı arttığını kalıntı östenit miktarı azaldığını tespit etmişlerdir.

Bulunan bu sonuçlar çalışmamızla paralellik göstermektedir.

Östemperleme ısıl işleminde seçilen östenitleme süresi 90 dk seçilmesi ile

ilgili literatür araştırması 900 °C de numunelerin 90 dakika östenitleme süresinin

döküm durumundaki ferrit matrisin östenite dönüşmesi için yeterli olduğu

saptanmıştır.

Numunelerin mikro yapı fotoğrafları incelendiğinde yapının ösferritik yapıolduğu tespit edilmiştir. Dolayısıyla ösferritik yapı, bileşenlerinin çok inçe olduğu

için düzenli dağılım gösterdiği görülmektedir. Putatunda ve ark. (2003) yaptığı

çalışmada 260-316 °C de yapılan östemperleme ısıl işleminde yüksek östenitleme

sıcaklığından düşük östemperleme sıcaklığına soğutma ile yapıdaki östenitin daha

fazla alt soğumaya maruz kaldığı alt soğuma büyüklüğüne bağlı olarak da yapıdaki

iğnemsi ferritlerin küresel grafitlerin etrafında çekirdeklendiği ve tane sınırlarına

doğru büyüdüğü tespit edilmiştir. Yüksek östemperleme 350 °C ≥ sıcaklıklarda

östemperleme yapıldığında ise geniş ferrit iğnelerine sahip üst ösferritik yapı

oluştuğunu tespit etmiştir. Ayrıca üst ösferritik bölge içerisinde östemperleme

gerçekleştirildiğinde, östemperleme sıcaklığının yüksek olmasından dolayı alt

soğuma düşük olduğu için oluşacak ferrit miktarı azalmakta, buna karşılık γ yk haçım

oranı artmakta, alt ösferritik bölgede ise tam tersi durum oluşmakta yani, alt soğuma



64

yüksek olmasından dolayı daha fazla ferrit çekirdeklenmekte, bunun sonuçunda ferrit

miktarı artmakta γ yk hacim oranı azalmaktadır.

7.2. Mekanik Deney Sonuçlarının İrdelenmesi

7.2.1. Sertlik deneyi sonuçlarının irdelenmesi

Uygulanan ısıl işlem şartlarına bağlı olarak ÖKGDD numunelerin sertlik

değerlerindeki değişim Şekil 7.3. de verilmiştir. Şekilden de görüleceği gibi

östemperleme sıcaklığı arttıkça numunelerin sertlik değerleri azalmaktadır. Bunun

nedeni östemperleme sıcaklığı arttıkça ösferritik yapının artması ve kalıntı östenit (

düşük karbonlu östenit ) miktarının azalmasıdır kalıntı östenit oda sıcaklığına

soğutma esnasında martensite dönüşmesinden dolayı yapının sertliği artmaktadır.

Bilindiği gibi martensit oldukça sert bir fazdır.

.

Şekil 7.3. Döküm halde ve östemperlenmiş numunelerin sertlik değerlerinin

değişimi

Zimba ve arkadaşları (2003) yaptıkları çalışmada 375 ºC 50 dk

östemperledikleri numunenin sertlik değerini 302 HB olarak bulurken, biz yaptığımız



65

çalışmamızda 375 ºC 120 dk östemperlediğimiz numunenin sertlik değeri 330 HB

olarak ölçtük. Bulduğumuz değerin Zimba ve arkadaşlarının yaptığı çalışmadaki

değerden yüksek çıkmasının nedeni östemperleme süremizin uzun olması bunun

sonucu olarak II. aşama reaksiyonun başlayarak yüksek karbonlu östenitin, ferrit ve

karbüre ayrışmasıdır. Bundan dolayı malzemenin sertlik değerinde bir artış meydana

gelmiştir.

7.2.2. Çekme deneyi sonuçlarının irdelenmesi

Şekil 7.4, 7.5 ve 7.6’de östemperleme sıcaklığı ile mekanik özelliklerin

değişimini göstermektedir. Şekilde de görüldüğü gibi en yüksek dayanımı en düşüköstemperleme sıcaklığındaki numune göstermektedir. Artan östemperleme sıcaklığı

ile numunelerin çekme ve akma dayanımları azalmış % uzama artmıştır.

Östemperleme sıcaklığının artması ile ösferrit oranı artmış dönüşmemiş östenit

miktarı azalmıştır. Dönüşmemiş östenitin azalması yapıdaki martenzit miktarını

azaltacağından çekme dayanımı azalırken % uzama artmaktadır.

Şekil 7.4. Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelerin akma dayanım

değerlerinin değişimi



66

Numune Cinsi

Şekil 7.5. Döküm haldeki ve östemperleniş numunelerin çekme dayanım değerlerinindeğişimi

Şekil 7.6. Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelerin yüzde uzama

değerlerinin değişimi

Putatunda ve ark. (2003) yaptığı çalışmada ferritik küresel grafitli dökme

demiri 927 ºC 90 dk östenitledikten sonra 316 ve 385 ºC’lerde 120 dk östemperleme

ısıl işlemine tabi tutmuş daha sonra bu numunelerin mekanik özellikleri

incelenmiştir. Yaptıkları çalışmada umunelerin östemperleme sıçaklığının 316’dan

385 ºC cıkması ile numunenin çekme dayanımında % 29 akma dayanımında ise % 30

varan azalma bulmuştur. Bizim yaptığımız çalışmada ise östemperleme sıçaklığının

315 ºC’den 375 ºC yükselmesiyle çekme dayanımında % 11 akma dayanımında ise



67

% 12 azalma olmuştur. Bizim mekanik özelliklerde bulduğumuz % azalma

değerlerinin Putatunda ve arkadaşlarının yaptıkları çalışmadan düşük çıkmasının

nedeni östenitleme sıçaklığının farklı olmasından kaynaklanmatadır. Bahmani ve ark.

(1997) yaptıkları çalışmada östenitleme sıçaklığının yüksek olması sonuçu östenitte

çözünen karbon miktarı artmakta ve buda I. aşama reaksiyonunu yavaşlatarak

mekanik özelikleri olumsuz etkileyen II. aşama reaksiyonunu hızlandırmaktadır.

Bundan dolayı yüksek östenitleme sıçaklıkları, mekanik özellikleri olumsuz şekilde

etkilemektedir.

Şahin ve ark. (2007) yaptıkları çalışmada ferritik küresel grafitli dökme

demiri 900 ºC 90 dk östenitledikten sonra 365 ºC 120 dk

östemperlediler.Östemperlenmiş numunenin Akma dayanımın 778 Mpa çekme

dayanımını 1085,7 Mpa olarak tespit edmişler. Bizim çalışmamızda 375 ºCöstemperlenen numunenin akma dayanımı 743 Mpa çekme dayanımı 845 Mpa olarak

bulduk. Bizim bulduğumuz değerler Şahin ve arkadaşlarının buldukları değerlerden

düşük çıkmıştır. Bunun nedeni ise östemperleme sıklıklarındaki 10 ºC farktan

kaynaklanmaktadır. Bahmani ve ark. (1999) göre östemperleme sıcaklığının azalması

beynitik ferriti inçeleştirirken mekanik dayanımın artmasına neden olur.

7.3. Aşınma Deney Sonuçlarının İrdelenmesi

Deneylerin birinci kısmında döküm haldeki ve farklı sıçaklıklarda

östemperlenen numunelerin 40 N yük altında ve 1,54 m/s sabit kayma hızında 0-200,

0-400, 0-600, 0-800, 0-1200, 0-1600, 0-2000 m ‘lik kayma mesafeslerinde

numunelerin ağırlık kaybının kayma mesafesi ile değişimi inçelenmiştir. Bulunan

sonuçlar Şekil 7.7’de grafik halinde verilmiştir.



68

Şekil 7.7. Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelerin 40 N sabit yük altında

ağırlık kaybının kayma mesafesi ile değişimi

Şekil 7.7.’da deney sonuçları incelendiğinde sabit kayma hızında, ağırlıkkaybının kayma mesafesinin bir fonksiyonu olduğu görülmektedir. Kayma

mesafesinin artması ile aşınma miktarının arttığı tespit edilmiştir. Şekil 7.7’da

gösterildiği gibi en düşük ağırlık kaybı 315-120 dk östemperleme yapılan numune

gösterirken en yüksek ağırlık kaybını döküm haldeki numune göstermektedir. Bu

sonuçlardan dolayı östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin aşınma direnci

döküm haldeki küresel grafitli dökme demirden daha iyi olduğu anlaşılmaktadır.

Östemperleme ısıl işlemi ile ferrit mikro yapının ösferrite dönüşerek daha kararlı ve

daha yüksek dayanım sergilediği söylenebilir. Mikro yapının bu etkisi

östemperlenmiş numunelerde aşınma direncinin daha iyi olmasının en önemli

nedenidir.

Ayrıca numunelerin östemperleme sıcaklığının 315 ºC’den 375 ºC’ye

yükselmesi ile aşınma miktarının da arttığı görülmüştür. Östemperleme sıcaklığının

artması ile kalıntı östenit miktarı azalmakta ve buda matris yapının sertliğini

düşürmektedir. Kalıntı östenit aşınma esnasında sıcaklığın ve yüzey gerilmelerinin

yükselmesinden dolayı martenzite dönüşmektedir. Azalan sertlik değeri aşınma

üzerine olumsuz bir etki göstermektedir.

Nili Ahmadabadi ve ark. (1999) yaptıkları çalışmada perlitik küresel grafitli

dökme demiri numunelerini 315, 375 °C‘ler de östemperleme işlemi yapmışlar. Elde

edilen farklı numuneleri 300 N sabit yük ve 0,6 m\s sabit kayma hızında değişen



69

kayma mesafesine bağlı olarak, numunelerin ağırlık kaybını ölçmüşlerdir. Kayma

mesafesinin artması ile ağırlık kaybının arttığını 1000 m kayma mesafesi sonunda en

yüksek ağırlık kaybını 315 ºC östemperlenen numunede 250 mg, en az ağırlık

kaybını 315 ºC östemperlenen numunede 200 mg olarak bulmuşlar. Bizim

yaptığımız çalışmada 40 N yük 1.54 m/s sabit kayma hızı ve 2000 m kayma mesafesi

sonunda 315 ºC östemperlenen numunede 8,5 mg ağırlık kaybı, 375 ºC

östemperlenen numunede 11.1 mg ağırlık kaybı bulunmuştur. Bizim bulduğumuz

değerlerin Nili Ahmaedabi ve arkadaşlarının buldukları sonuçlardan düşük

çıkmasının nedeni uyguladığımız yükün onların uyguladığı yükten daha düşük,

dolayısıyla numune yüzeyinde oluşan sıcaklık ve plastik deformasyonun az

olmasından kaynaklanmaktadır.

Viafara ve ark. ( 2005 ) yaptıkları çalışmada AISI 1070 perlitik çeliği 850 ºC

bir saat östenitledikten sonra 310 °C 30 dk östemperlemiştir. 1 m/s kayma hızı ve

10, 30, 50 N normal yük ve değişik kayma mesafesinde AISI 1070 östemperlenmiş

perlitik çeliğin aşınma davranışını incelemiştir. Yaptığı çalışma sonuçunda sabit yük

ve kayma hızında ağırlık kaybının kayma mesafesi ile artığını tespit etmiştir.

Ghaderi ve ark. (2003) yaptıkları çalışmada ferritik küresel grafitli dökme

demire 900 ºC 60 dk östenitledikleri numuneleri 375 ºC 120 dk östemperlemiştir.

Östemperleme ısıl işlemi yaptıkları bu numuneleri 90 N sabit yük ve 250 dev/ dk’da

blok-disk deney cihazında değişen kayma mesafesine bağlı olarak numunelerin

ağırlık kaybını ölçmüştür. 1000 m kayma mesafesi sonunda 16 mg ağırlık kaybı

ölçmüştür. Biz yaptığımız çalışmada 1200 m kayma mesafesinde 375 ºC

östemperlenen numunede 8,7 mg ağırlık kaybı ölçtük. Bulduğumuz ağırlık kaybının

düşük çıkmasının nedeni uygulanan yükünün bizim uyguladığımız yükten 50 N

daha fazla olması olarak açıklanabilir.

Haseeb ve ark. (2000) yaptığı çalışmada ferritik küresel grafitli dökme

demire 350 °C’de 120 dk östemperleme ısıl işlemi uygulamışlardır. Sabit yük vekayma hızında, değişen kayma mesafesine bağlı olarak aşınma miktarını, ağırlık

kaybı olarak ölçmüşlerdir. Yaptıkları deney sonuçunda kayma mesafesinin artması

ile başlangıçta ağırlık kaybının hızla arttığı ilerleyen kayma mesafelerinde bu artışın

azalma eğilimi gösterdiğini belirlemişlerdir.



70

A ş ı n m a H ı z ı m g \ m . N . 1 0 - 3

Şekil 7.8’de döküm halde ve farklı sıcaklıklarda östemperlenmiş numunelerin

kuru kayma koşullarında aşınma hızının kayma mesafesine bağlı değişimi

gösterilmektedir.

Şekil 7.8. Döküm halde ve farklı sıçaklıklarda östemperlenmiş numunelerin aşınma

hızının kayma mesafesine bağlı olarak değişimi

Şekilde görüldüğü gibi kayma mesafesi artıkça aşınma hızı azalmaktadır. En

yüksek aşınma hızı döküm haldeki ferritik küresel grafitli dökme demirde olurken en

düşük aşınma hızı A 315 ºC östemperlenen numunede olmaktadır. Kayma mesafesiartıkça küresel grafitler yükselen sıçaklık ve plastik deformasyonla aşınma yüzeyine

doğru hareketlenerek aşınan metalik yüzeyler arasında yağlama etkisi oluşturarak

aşınma hızını azaltırlar. Östemperlenmiş numunelerin aşınma hızı yaklaşık olarak

600 m’den sonra çok yavaşlamıştır. Bunun nedeni sıçaklık artışının mikro yapıda

değişikliğe neden olmasıdır. Sıçaklığın etkisiyle sürtünme temas noktalarında kalıntı

östenitin martenzite dönüşüme uğraması ile temas noktalarının sertliğinin artmasına

neden olur. Mikro yapıdaki bu değişim aşınma hızının kayma mesafesi artıkça

azalmasına neden olur. Zimba ve ark.(2002) yaptıkları çalışmada östemperlenmiş küresel grafitli dökme demire aşınma testinde uygulanan yükün artması ile aşınma

hızının azaldığını bulmuşlardır. Zimba ve arkadaşlarına göre bunun nedenini çalışma

sertleşmesi olarak açıklamışlardır. Yani aşınma deneyinde uygulama yükünün

artmasıyla temas noktasına uygulan yüzey basıncı artacağından ayrıça yük artışına



71

parelel olarak sıcaklıkta yükseleçeğinden bu noktalardaki kalıntı östenit martezite

dönüşerek yüzey sertleşmesi meydana getirir. Aşınma esnasındaki bu yüzey

sertleşmesi de aşınma hızının azalmasına neden olur.

Şekil 7.9’deki grafikte döküm halde ve farklı sıcaklıklarda östemperleme ısıl

işlemi yapılmış numunelerin ağırlık kayıpları sabit kayma hızında, toplam 2000 m

kayma mesafesinde kuru kayma koşullarında uygulanan yükün bir fonksiyonu

olarak görülmektedir.

Şekil 7.9. Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelerin uygulanan yük bağlı

olarak ağırlık kaybının değişimi

Şekil 7.9’de görüldüğü gibi uygulama yükünün artması ile döküm haldeki

numuneden östemperlenmiş numunelere göre daha fazla ağırlık kaybı meydana

gelmiştir. Söz konusu deney koşullarında döküm haldeki numuneler, düşük

sertlikleri sebebiyle kötü bir aşınma performansı sergilemiştir. En iyi aşınma

direncini 315 °C de 120 dk östemperlenen numune göstermektedir. Östemperlemesıcaklığı artıkça kalıntı östenit miktarı azaldığından aşınma direnci de

kötüleşmektedir. Aşınma esnasında aşınan numunenin yüzeyindeki mikroyapı, yük

ve sıçaklığın etkisi ile değişime uğramaktadır. Mikroyapıda bulunan kalıntı östenit

martenzite dönüşmektedir. Mikroyapıdaki bu değişim aşınma yüzeyindeki sertliği



72

artırmaktadır. Bundan dolayı daha fazla kalıntı östenit bulunan A 315 numunesi A

375 numunesinden daha iyi aşınma direnci gösterir. Nili Ahmadabadi ve ark. (1999)

yaptıkları çalışmada uygulanan yükün 100 N’dan 200 N’a yükselmesi ile deforme

olan bölgelerde martenzit oluştuğunu belirlemişlerdir.

Uygulanan yükün artışı sonuçu aşınan numune yüzeyinde plastik

deformasyon meydana gelmektedir. Bunundan dolayı aşınan numunedeki ağırlık

kaybı yük artışına parelel olarak artmaktadır. Nili Ahmadabadi ve ark. (1999)

yaptıkları çalışmada ferritik küresel grafitli dökme demire 315 ºC, 375 ºC gibi iki

farklı sıçaklıkta östemperleme ısıl işlemi yapmışlar, östemperlenen bu küresel

grafitli dökme demir numunelerini 0,6 m/s sabit kayma hızında 1000 m kayma

mesafesinde aşınma deneyine tutmuşlar uygulama yükünün 200 N’dan 300 N

çıkması ile ağırlık kaybının 315 ºC östemperlenen numune için 150 mg dan 250 mg375 ºC östemperlenen numune için de 80 mg dan 190 mg yükseldiğini bulmuşlar.

Bizim çalışmamızda uygulama yükünün 40 N’dan 60 N yükselmesi ile 315 ºC

östemperlenen numunede ağırlık kaybı 8,5 mg dan 12,6 mg’a 375 ºC östemperlenen

numunede ise 11,1 mg 17,1 mg yükselmiştir. Nili Ahmadabi ve ark. göre yükün

artmasına bağlı olarak ağırlık kaybının artmasının nedeni numune yüzeyinde kayma

yönüne parelel bölgelerde ağır plastik deformasyonun meydana gelmesi olarak

açıklamışlardır.

Ayrıça eş çalışan numune yüzeyinde sıçaklık artışı meydana gelmektedir.

Sıçaklık artışından dolayı aşınan pim yüzeyinde demir parçacıkları oksijenle

reaksiyona girerek FeO oksitlerini oluşturur, oluşan bu parçacıklar abrasiv

aşındırıçılar biçiminde davranarak ağırlık kaybını artırır. Haseeb ve ark. (1999)

yaptıkları çalışmada 1,18 m/s sabit kayma hızı ve 6x104 metre sabit kayma

mesafesinde uygulanan yükün 7,5-30 N artması ile ağırlık kaybının artığını

belirlemiştir. Bunun nedeninin uzun kayma mesafesi sonuçu oluşan ısı

yükselmesinden dolayı oluşan demir oksit (FeO) parçacıkların aşınan numune

yüzezinde abrasiv aşınma davranışı sergilemesinden kaynakladığını belirtmişlerdir.

Şekil 7.10.’da döküm halde ve farklı sıçaklıklarda östemperlenmiş

numunelerin kuru kayma koşullarında 40 N sabit yük altında kayma mesafesinin

fonksiyonu olarak sürtünme katsayısınınn değişimi görülmektedir.



73

Şekil 7.10. Döküm halde ve östemperlenmiş numunelerin sürtünme

katsayısının kayma mesafesine bağlı olarak değişimi

Şekil 7.10’da görüldüğü gibi deneyin başlangıçında statik sürtünme katsayısı

nedeni ile başlangıçta hem östemperlenmiş malzeme hem de döküm haldeki

malzemede sürtünme katsayısı belli bir yüksekliğe sahip olmaktadır. Sürünme

katsayısının 600 m kayma mesafesine kadar hızlı bir şekilde yükseldiği bilinmekle

birlikte bu periyotta kısa ve şiddetli bir aşınma meydana gelmektedir. Yaklaşık 600

m kayma mesafesinden sonra doğru tüm sürtünme katsayısı değerlerinin düştüğütespit edilmiştir. En yüksek sürtünme katsayısının 315-120 dk östemperlenmiş

numunesinde olduğu en az sürtünme katsayısının döküm haldeki numunede olduğu

görülmektedir. Sonuçlar incelendiğinde sürtünme katsayısının sertlikle doğru

orantılı olduğu görülmektedir. Numunenin sertlik değeri arttıkça sürtünme katsayısı

da artmıştır.

Adhesif aşınmanın temel karektesistik özelliği sürtünme ve temas ile çalışan

iki malzemenin arasında bir bağ oluşturmasıdır. Deney esnasında bu iki malzeme

yapışır ve yumuşak malzemeden kopma meydana gelir. İşte bu bağın oluşması için

gecen sürede, sürtünme kuvvetinde artış olduğu görülmektedir. Bu durum tüm

numunelerde böyledir. Malzemeden kopmanın meydana geldiği zamanlarda ise

sürtünme katsayısı eğrilerinde bir duraklamanın olduğu ve deney sonuna doğru

düşüş olduğu görülmektedir.



74

Sürtünme katsayısı eğrilerinin hepsinde artış olduktan sonra bir

durağanlaşmanın ve deney sonuna doğru bir düşüşün olduğu görülmüştür. Bu

durumun temel nedeni grafit kürelerinin yağlayıcı özelliğinden kaynaklanmaktadır.

Sürtünme katsayısındaki artışın temel nedeni, önce malzeme ile disk yüzeyi arasında

kolay temasın olması ve zamanla aşınma artması daha sonra disk yüzeyi aşınan

grafitin etkisiyle yağlanarak önce aşınmayı durdurarak daha sonra ısınmanın

etkisiyle azalmasıdır.

Zimba ve ark. (2002) yaptıkları çalışmada ÖKGDD bünyesinde bulunan

küresel grafitlerin deney sırasında oluşan deformasyonla numune yüzeyine doğru

hareketlendiğini ve bu hareketlenme ile oluşan yollardan grafitin numune ile disk

yüzeyi arasında kirliliğe neden olduğunu ifade etmiştir. Bu durum numune ile disk

arasında bir kirlilik oluşturmakta, iki metalin temasını engellemekte ve yağlayıcı birözellik göstererek sürtünme katsayısının azalmasına neden olmaktadır.

Şekil 7.11’da döküm halde ve östemperlenmiş numunelerin kuru kayma koşulları

altında toplam 2000 m kayma mesafesinde sürtünme katsayısının uygulanan

normal yükün fonksiyonu olarak değişimi görülmektedir.

Şekil 7.11. 2000 m kayma mesafesinde döküm halde ve östemperlenmiş

numunelerin sürtünme katsayılarının uygulama yükü ile değişimi



75

Şekil 7.11’de görüldüğü gibi toplam 2000 m kayma mesafesi sonunda her üç

numunede yük artıkça sürtünme katsayısının azaldığı görülmektedir. En yüksek

sürtünme katsayısı A 315 numunesinde görülürken en düşük sürtünme katsayısıda

döküm haldeki numunede görülmektedir. Şekil 7.11’de görüldüğü gibi sertlik artıkça

sürtünme katsayısı azalmaktadır. Uygulanan normal yükün artması sonucu yüzeyde

oluşan ısı artışıyla birlikte temas noktalarındaki mikroyapı değişikliğe uğramaktadır.

Zimba ve ark. (2002) yaptıkları çalışmada uygulama yükünün artmasıyla sürtünme

esnasında oluşan ısının artışından dolayı kalıntı östenitin martenzite dönüştügünü

belirlemişlerdir. Dolayısıyla yük artıkça sıçaklıkta yükseleçeğinden dolayı bu

dönüşüm daha fazla meydana gelmektedir. Mikroyapıdaki bu değişim, sürtünmenin

meydana geldiği temas noktalarındaki sertliklerde artış meydana getirerek sürtünme

katsayısının, yük artışına bağlı olarak düşmesine neden olaçaktır. Diğer yandanÖKGDD bünyesinde bulunan grafit, aşınma sırasında oluşan plastik deformasyonla

numune yüzeyine doğru hareketlenmekte ve aşındırıcı disk ile numune arasında

yağlayıcı bir etki yapmaktadır. Ahmadabadi ve ark. (1999) yaptıkları çalışmada

aşınma testi esnasında uygulama yükünün artmasıyla küresel grafitlerin şekillerini

kaybederek deformasyona uğradığını ve deformasyona uğranayan grafitlerin yüzeye

doğru hareket ederek metalik yüzler arasında yağlama etkisi oluşturarak yüzeyler

arasındaki teması engellediğini bulmuşlardır. Bundan dolayı aşınma esnasında

uyguladığımız yükün 40 N’dan 60 N yükselmesi ile deformasyona uğrayan buküresel grafitler yağlama etkisi oluşturarak sürtünme katsayısını azaltmaktadır.

Şekil 7.12’de yüzey pürüzlülüğünün kayma mesafesi ile değişimi

görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi östemperlenmiş numunenin pürüzlülük

değerinde kayma mesafesi artıkça çok fazla bir değişiklik olmamaktadır.

Östemperlenmiş numunenin aşınma direnci yüksek olmasından dolayı yüzey

yorulması aşırı derece oluşmadığından dolayı yüzeyden parçacıklar fazla

kopmamaktadır. Östemperlenmiş malzeme deney süresince hemen hemen sabit

yüzey pürüzlülük değerini korumuştur.



76

Şekil 7.12. Döküm halde ve östemperlenmiş numunelerin 1,54 m/s sabit

kayma hızında 40 N sabit yükte, yüzey pürüzlülüğünün kayma mesafesi iledeğişimi

Aksine ısıl işlem yapılmamış numunelerin sertlik değeri düşük olmasından

dolayı kayma mesafesi artıkça yüzeyde oluşan sıcaklığın etkisi ile yüzeyden

parçacıklar kopmakta yani yüzey yorulmaya başlamaktadır. Yüzey pürüzlülük değeri

Ra değeri yükseldikçe yüzey kötüleşmekte ve yüzeyden daha fazla parçacıklar

kopmakta, yüzeyde çukurcuklar oluşmakta, östemperlenmiş malzemeye göre daha

fazla malzeme kaybı olmakta ve yüzey kaba bir görünüme sahip olmaktadır.

Şekil 7.12’de östemperlenmiş malzemelerin yüzey pürüzlülüğü Ra sürekli

değişmektedir. 200 m sonunda A 375 numunesinin Ra 0,758 µm iken A 315

numunesinin Ra 0,655 µm olmuştur. A 315 numunesinin yüzey pürüzlülük değerinin

A 375 numunesinden düşük olmasının nedeni A 315 numunesinin daha sert

olmasından kaynaklanmaktadır. Yumuşak olan malzeme yüzeninde daha fazla bir

yüzey yorulması oluşacağından bu yüzeyden daha fazla miktarda malzeme

kopmasına yol açacaktır. Sonuç olarak da yüzey pürüzlülük değerinin daha yüksek

olmasına neden olacaktır. Östemperlenmiş numunelerin yüzey pürüzlük değerleri Ra

400 m sonunda, 200 m’deki Ra değerlerine göre azalmıştır. Bunun nedeni ilk 200

metrede adhesiv bir aşınma meydana gelmiş ve derin kanallar oluştuğu için yüzey

pürüzlülüğü artmıştır. 400 metre sonunda ise kanalların dışında kalan tümsek



77

kısımlar karşı yüzey olan sert karşı yüzey olan sert malzemenin yüzeyi plastik

deformasyona uğratılmasıyla pürüzlülük azalmış ve 200 metre sonundaki yüzeye

göre daha düzgün bir yüzey elde edilmiştir (Şekil 7.13).

Yüzey pürüzlülüğündeki değişimi daha iyi kavrayabilmek için işlemgörmemiş numunenin 200 metreden 2000 metreye kadar kayma mesafeleri sonunda

oluşan aşınma yüzeyleri 50 kat büyütülerek Şekil 7.13’de verilmiştir. Şekillere dikkat

edilecek olursa 200 metrede hızla arttığı sonra yüzey pürüzlülüğünün azaldığı açıkça

görülmektedir. Kayma mesafesi arttıkça plastik deformasyon nedeniyle daha

pürüzsüz bir yüzey elde edilmektedir.



78

200 m, Ra=0,324 µm, µ=0,492 400 m, Ra=2,817 µm, µ= 0,505

600 m, Ra 2,623 µm, µ=0,525 1200 m, 2,615 µm, µ=0,547

1600 m, Ra=2,635 µm, µ= 0,542 2000 m, Ra= 2,640 µm, µ=0,544

Şekil 7.13. Değişik kayma mesafelerinde aşınan yüzeylerin optik mikroskop görüntüsü



79

a) 200 m, Ra=0,3,214 µm, µ=0,492

b) 200 m, Ra=0,862 µm, µ=0,540



80

c) 200 m, Ra= 1,123 µm, µ= 0,525

Şekil 7.14. 40 N yük ve 200 metrelik kayma mesafesinde a şınma izlerinin

optik mikroskop görüntüsü a) Döküm halde b) 315 °C 120 dk östemperlenmiş c )

375 °C 120 dk östemperlenmiş

Söz konusu deney şartlarında ısıl işlem görmemiş numuneler, düşük

sertlikleri sebebiyle kötü bir aşınma performansı sergilemiştir. Bu numunelerin

aşınma yüzeyleri incelendiğinde şiddetli bir başlangıç aşınması, bunun sonuçu olarak

da metalik aşınma artıkları ve malzeme kaybı görülmüştür. Aşınma izleri ısıl işlem

yapılmamış numunede derin kanallar şeklinde şeklindedir. Temas yüzeyleri arasına

giren aşıntı partikülleri, kazıma yapmakta ve derin kanallara neden olmaktadır.

İşlem görmemiş numunede bölgesel kaynakların oluştuğu adhezyon aşınması,

siddetli bir başlangıç aşınması olduğunu göstermektedir (Şekil 7.14.a). Aşınan

yüzeyler incelendiğinde östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler

numunelerinde kayma yönü çiziklerin daha az olduğu dolayısıyla da deformasyon

miktarının daha az olacağı tespit edilmiştir. Malzemenin sertliğine bağlı olarak

yüksek karbonlu östenit oranın artması sertliği arttırdığı için malzemenin daha az

aşındığı söylenebilir ( Şekil 7.14. b).



81

. a ) 800 m, Ra= 2,512 µm, µ=0,550

b) 800 m, Ra=0,755 µm, µ=0,655



82

c) 800 m, Ra= 0,867 µm, µ=0,615

Şekil 7.15. 40 N yük ve 800 metrelik kayma mesafesinde aşınma izlerinin

optik mikroskop görüntüsü a) Döküm halde b) 315 °C 120 dk östemperlenmiş c) 375

°C 120 dk östemperlenmiş

Şekil 7.15. de döküm halde ve östemperlenmiş numunelerin 40 N yük ve 800

m kayma mesafesi sonunda numunelerin aşınma yüzeyleri gösterilmektedir. Şekilde

görülen kaba ve derin aşınma çizgileri, şiddetli aşınma karekterislerine sahip olan ısıl

işlem yapılmamış numunede önemli miktarda plastik deformasyon olmuştur. Isıl

işlem uygulanmamış numunelerde şiddetli çizikler ve derin kanallar görülmektedir (

Şekil 7.15.a ).

315 °C östemperlenmiş numunede ise çok daha düşük dereceli bir hasar ve

plastik deformasyon göze çarpmaktadır. Daha düzgün, oksitlenmiş görünüşüyle bu

numunelerde şiddetli olmayan, düşük hızlı bir aşınma davranışı mevcuttur (7.15.b).Aşınma yüzeyinin oksitlenmiş görüntüsü ile toz halindeki oksit atıklar

östemperlenmiş numunelerde şiddetli olmayan oksitleyici bir aşınmanın etkin

olduğunu göstermektedir (7.15.c).



83

8. SONUÇ VE ÖNERİLER

Küresel grafitli dökme demirlere uygulanan östemperleme ısıl işlemi ile

dayanım ve sertlik özellikleri daha da iyileşmektedir. Östemperleme ısıl işlemi

sonuçunda elde edilen bu mekanik özellikler; alaşım elementlerine, östenitleme ve

östemperleme sıcaklık ve sürelerine bağlıdır.

Bu çalışmada kullanılan GGG 40 ferritik küresel grafitli dökme demir

malzemesi, literatürde verilen sınırlar içerisinde ilk olarak 900 °C’ 90 dk

östenitledikten sonra, 315, 375 °C ’de 120 dk östemperleme işlemine tabi tutularak

ÖKGDD malzeme üretilmiştir. 1.54 m/s sabit kayma hızında, oda sıcaklığında 30,40, 60 N uygulama yükü altında 200, 400, 600, 800, 1200, 1600, 2000 m kayma

mesafelerinde östemperleme işlemi yapılan ve döküm haldeki numunelerin yağda su

verme ısıl işlemi ile 62 HRc sertleştirilen aşındırıcı diske karşı kuru olarak

çalıştırılarak numunelerin bu şartlardaki ağırlık kaybı, sürtünme katsayısı ve yüzey

pürüzlülük değerleri tespit edilmiştir. Deneyler neticesinde aşağıdaki sonuçlar

bulunmuştur.

1- Çalışma kapsamında kullanılan döküm haldeki numunelerin mikro yapısı

incelendiğinde mikro yapının % 89 ferrit, % 10-11 grafit kürelerinden meydana

geldiği tespit edilmiştir. Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirde ise mikro

yapının grafit küreleri, ferrit (α), ve yüksek karbonlu östenitten (γ yk) meydana

geldiği, ısıl işlem ve süresine bağlı olarak kalıntı östenit yapı görülmüştür. Kalıntı

östenit alanları östemperleme sıcaklığının yükselmesiyle azalmıştır. 315 °C

östemperlenen numunenin dönüşmemiş östenit miktarı % 11,5 iken 375 °C

östemperlenen numunede dönüşmemiş östenit alanı % 5.5’e düşmüştür.

2- Döküm haldeki ve östemperlenmiş numunelere uygulanan mekanik

deneyler sonuçunda, 315 °C’de östemperlenen numunenin çekme dayanımı % 90,

akma dayanımı % 101, sertlik değeri % 146, 375 °C östemperlenen numunenin ise



84

çekme dayanımı % 65, akma dayanımı % 78, sertlik değeri de % 111 bir artış

görülmüştür

3- Aşınma deneylerinde aşınma miktarının numunenin sertliği ile doğru

orantılı olduğu görülmektedir. 40 N yük 1,54 m/s kayma hızı ve toplam 2000 m

kayma mesafesi sonunda en fazla aşınma 23,3 mg ile döküm haldeki numunede

gerçekleşirken en az aşınmada en sert malzeme olan 315 °C östemperlenen

numunede 8,5 mg olarak meydana gelmiştir.

4- Aşınma deneyinde uygulanan yükle beraber bütün numunelerde aşınma

miktarının arttığı görülmüştür. Uygulanan 60 N yükte en fazla aşınma miktarı 34,8mg ile döküm haldeki numunede olurken en az aşınma miktarı A 315 numunesinde

12,6 mg olarak ölçülmüştür.

5- Aşınma deneyinde tüm numunelerde kayma mesafesinin artmasıyla

başlangıçta dinanik sürtünme katsayısı hızla yükselmiş, 600 metreden sonra düşme

eğilimi göstermiştir.

6- Numunelerin sürtünme katsayıları incelendiğinde tüm numunelerde

uygulama yükünün artması ile numunelerin sürtünme katsayılarının azaldığı görülür.

7- Numunelerin aşınma yüzeyleri incelendiğinde aşındırma doğrultusuna

paralel çizgilerin oluştuğu, bu çizgilerin aynı cins numunelerde yükün artışına bağlı

olarak hızla derinleştiği söylenebilir.

8- 40 N yük 1,54 m/s sabit kayma hızı ve 2000 m kayma mesafesi sonunda

numunelerin yüzey pürüzlülük değerleri incelendiğinde en yüksek yüzey pürüzlülük

değerini 2,640 µm olarak döküm haldeki numune gösterirken en düşük yüzey

pürüzlülük değerini 0,704 µm olarak en sert malzeme olan 315 °C 120 dk



85

östemperlenen numune göstermektedir. Yüzey pürüzlülük değerleri ilk 200 m hızla

artarken ilerleyen kayma mesafesi değerlerde düşme eğilimi göstermektedir.

ÖKGDD’ler konusunda yapılması muhtemel çalışmalar için öneriler

aşağıda sıralanmıştır.

1- Yapılan çalışmada östenitleme sıcaklık ve süresi 900 °C ve 90 dk,

östemperleme sıcaklıkları 315 °C ve 375 °C süresi de 120 dk seçilmiştir. Farklı

östenitleme, östemperleme sıcaklık ve süreleri seçilerek bu sıcaklık ve sürelerin

mikroyapıya etkilerini oluşan bu yeni mikroyapının da mekanik özelliklere ve

aşınma davranışına etkisi incelenebilir.

2- Küresel grafitli dökme demire ilave edilen alaşım elementlerinin aşınma

davranışına etkisini inceleyebilmek için özellikle sertliği artıran alaşım

elementlerinin sayısı ve miktarı değiştirilerek inceleme yapılabilir.

3- Bu çalışmadaki aşınma deney şartları 1.54 m/s kayma hızı, kayma

mesafesi olarak 2000 m olarak seçilmiştir. Kayma hızı ve mesafesi artırılarak hızın

ve yolun aşınmaya etkisi daha net görülebilir.

4- Aşınma sonrası aşınan yüzeylerin sertlik değerlerine bakılarak

mikroyapıda ne dereçede kalıntı östenitin martenzite dönüştüğü belirlenebilir.

5- Farklı tür küresel grafitli dökme demirlere (GGG 50, GGG 60, GGG 70)

östemperleme işlemi yapılarak değişen ana mikroyapının östemperleme ısıl işlemine,

ösferritik yapıya, mekanik özelliklere ve aşınmaya etkisi incelenebilir.



86

6- Aşınan yüzey kesilerek aşınmanın hemen altındaki bölgenin enine ve

boyuna kesitine SEM mikroskobu ile bakılarak aşınma sonrası mikroyapıda oluşan

değişiklikler daha net görülebilir.



87

9. KAYNAKLAR

Hasırcı, H., 2000, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Alaşım

Elementlerinin (Cu ve Ni) ve Östemperleme Süresinin Mikroyapıya ve Mekanik

Özellikler Üzerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, Ankara

Shimizu, K., Noguchi, T., Doi, S., 1993, Basic Study on the Erosive Wear of

Austempered Dıctile Iron, ASF Transactions, C:78, s:225-229

Mullins, J., 1990, Ductile Iron Data for Desing Engineers, Montreal, Quebec, Canada

İzgiz, S., 1986, Küresel Grafitli Dökme Demir, Segem Yayınları, Ankara

Karsay , S.I., 1985, Ductile Iron Production Practices, American Foundrymen’s

Society. Inc

Era, H., Kishitake, K., Nagai, K. and Zang, Z.Z., 1998, Elastic Modulus and

Continuous Yielding Behaviour of Ferritic Spheroidal Grahhite Cast Iron, Materials

Science and Techology, C:14, s: 452-460

Bahmani, M., Elliott, R., Varahram, N., 1997, The Austempering Kinetics and

Mechanical Proporties of an Austempered Cu-Ni-Mo-Mn Alloyed Ductile Iron,

Materials Science, C:32, s:4783-4791



88

İpek, R., Selcuk, B., Karamış M.B., Kuzucu, V., Yücel, A., 1999, An Evaluation of

the possibilities of using Borided GG 25 Cast Iron instead of Chilled GG 25 Cast

Iron, Materials Processing Technology, C:105, s:73-79

Şahin, Y., Erdoğan, M., Kılıçlı, V., 2006, Wear Behaviour of Austempered Ductile

Iron with Dual Matrix Structure, Materials Science and Engineering, C:25, s:254-261

Zhou, R., Jiang, Y., Lu, D., 2001, Development and Characterization of a Wear

Resistant Bainite/Martesite Ductile Iron by Combination of Alloying and a

Controlled Cooling Heat Treatment, C:250, s:529-534

ŞahinY., Durak, O., 2006, Abrasive Wear Behaviour of Austempered Ductile Iron,

Materials and Desing, C:254, s.598-605

Hung, F.Y., Chen, L.H.,Lui, T.S., 2006, A Study on Erosion of Upper Bainitic ADI

and PDI, Materials and Desing, C:260, s:1003-1012

Nili Ahmadabadi, M., Ghasemi, H. M., 1999, Effects of Successive Austempering on

the Tribological behaviour of Ductile Cast Iro, Materials and Desing, C: 231, s:293-

300

Ghaderi, A.R., Nili Ahmadabadi, M., Ghasemi, H.M., 2003, Effect of Graphite

Morphologies of Cu-Ni Austempered Ductile Iron, Materials Science and

Technology, C:6, s:245-256

Çetin, M., 2005, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirin Aaşınma

Davranışının Geliştirilmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,

Ankara



89

Şen, Ö., 2003, Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Üretimi ve İşlem Yöntemlerinin

Karşılaştırılması, Metal Dünyası C: 35, s: 35-38

Topuz, P., 2003, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Tarama

Elektron Mikroskopu ile İncelenmesi, Metal Dünyası C: 38, s:25-27

Yalcın, Y., Özel, A., 1999, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demir,

Metalürji Dergisi, C:23, Sayı:119, s:15-19

Shieh, C.S., Din, T.A., Lui, T.S.,Chen, L.H., 1993, Effect of Nodule Size and Silicon

Content on Tensile Deformation Behaviour of Austemperd Spheroidal Graphite Cast

Iron at Elevated Temperatures, AFS Transactions, C:133, s: 365-371

Shih, T.S. Lin, C.K., Twan, H.Z. 1997., Mechanical proporties of Various-Section

ADIs, AFS Transactions, C:26, s:367-376

Shih T.S., Chau, S.Y., Chang, C.H., 1996, Optimization of Austenitizing Treatment

of Austempered Ductile Irons, AFS Transactions, C: 72, s: 557-564

Sidjanin, L., Smallman, R.E., 1992, Metallography of Bainitic Transformation in

Austempered Ductile Iron, Materials Science and Tecnology, C: 8, s: 1095-1103

Shea, M.M., Ryntz, E.F., 1986, Austempered Nodular Iron for Optimum Toughness,

AFS Transactions, C:125, s:683-688



90

Dubensky, W. J., Rundman, K.B., 1985, An electron Microscope Study of Carbide

Formation Austempered Ductile Iron, AFS Transactions, C:64, s: 389-394

Bahmani, M., Elliott, R., 1994, Effects of Pearlite Formation on Mechanical

Proporties of Austempered Ductile Iron, Materials Science and Tecnology, C:10,

s:1068-1072

Zimba, J., Simbi, D.J., Navara, E., 2003, Austempered Ductile Iron: An Alternative

Material for Moving Components, Cement and Concrete Composites, C:25, s:643-

649

Haseeb, A.S.M.A., Aminual, Islam, Md., Mohar Ali bepari, Md., 2000, Tribolgical

Behaviour of Quenched and Tempered, and Austempered Ductile Iron at the Same

Hardness Level, C:244, s: 15-19

Bosnjak, B., Verlinden, B., Radulovic, B., 2002, Dry Sliding Wear of Low Alloyed

Austempered Ductile Iron, Journual of Materials Processing Technology, C: 116,

s:176-183

Aslan, A., 2002, Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Aşınma

Davranışının İnçelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, Ankara

Putatunda, S.K., Prasad Rao, P., 2003, Investigations on the Fracture Toughness of

Austempered Ductile Irons Austenitized at Different Temperatures, Materials

Science and Engineering, C:349, s:136-149



91

Sohi, M.H., Ahmadabadi, M.N., Vahdat, A.B., 2004, The Role of Austempering

Paremeteres on The Structure and Mechanical Properties of Heavy Section ADI,

Jurnal of Materials Processing Technology, 153-154, s: 203-208

Mallia, J., Grech, M., Smallman, R.E., 1998, Effect of Silicon Content on

Transformation Kinetics of Austempered Ductile Iron, Materials Science and

Technology, C: 14, s: 452-460

Labrecque, C., Gange, M., 1998, Review Ductile Iron: Fifty Years of Continuous

Devolopment, Canadian Metallurgical Quaterly, C: 37, No:5, s: 343-378

Kobayashi, T., Yamada, S., 1996, Effect of Holding Time in the (α+γ) Temperature

Range on Tougheness of Specially Austempered Ductile Iron, Metallurgical and

Materials Transactions, C: 27, s:1961-1971

Hayrynen, K.L., Moore, D.J., Rundman, K.B., 1990, Tensile Properties and

Microstructure of a Clean Austempered Ductile Iron, AFS Transactions, C: 127, s:

471-476

Documents

The-wear-behaviour-of-austempered-ductile-iron.pdf