Dökme demir%2'den fazla karbon içeriğine sahip bir grup demir-karbon alaşımıdır.Kullanışlılığı nispeten düşük erime sıcaklığından kaynaklanmaktadır.Alaşım bileşenleri kırıldığında rengini etkiler: beyaz dökme demir, çatlakların doğrudan geçmesine izin veren karbür safsızlıklarına sahiptir, gri dökme demir, geçen çatlağı saptıran ve malzeme kırıldığında sayısız yeni çatlak başlatan grafit pullarına sahiptir ve küresel grafitli dökme demir, küresel Çatlağın daha fazla ilerlemesini engelleyen grafit "nodüller".

Ağırlıkça %1,8 ila %4 arasında değişen karbon (C) ve ağırlıkça %1 ila %3 silikon (Si) dökme demirin ana alaşım elementleridir.Daha düşük karbon içeriğine sahip demir alaşımları çelik olarak bilinir.

Dövülebilir dökme demirler dışında, dökme demir kırılgan olma eğilimindedir.Nispeten düşük erime noktası, iyi akışkanlığı, dökülebilirliği, mükemmel işlenebilirliği, deformasyona karşı direnci ve aşınma direnci ile dökme demirler geniş uygulama alanına sahip bir mühendislik malzemesi haline gelmiş olup borularda, makinelerde ve silindir gibi otomotiv sanayi parçalarında kullanılmaktadır. kafalar, silindir blokları ve dişli kutusu kasaları.Oksidasyondan kaynaklanan hasarlara karşı dayanıklıdır.

En eski dökme demir eserler M.Ö. 5. yüzyıla tarihleniyor ve arkeologlar tarafından Çin'in Jiangsu bölgesinde keşfedildi.Dökme demir, eski Çin'de savaş, tarım ve mimaride kullanıldı.15. yüzyılda Burgonya, Fransa ve Reformasyon sırasında İngiltere'de top yapımında dökme demir kullanılmaya başlandı.Top için kullanılan dökme demir miktarı büyük ölçekli üretim gerektiriyordu. İlk dökme demir köprü 1770'lerde Abraham Darby III tarafından inşa edildi ve İngiltere'nin Shropshire kentindeki Demir Köprü olarak biliniyor.Binaların yapımında da dökme demir kullanıldı.

Alaşım elementleri

Dökme demirin özellikleri, çeşitli alaşım elementleri veya alaşımlar eklenerek değiştirilir.Karbonun yanı sıra silikon da en önemli alaşımdır çünkü karbonu çözeltiden dışarı çıkmaya zorlar.Düşük bir silikon yüzdesi, karbonun çözelti içinde kalmasına ve demir karbür oluşturmasına ve beyaz dökme demir üretimine izin verir.Yüksek oranda silikon, karbonu çözeltiden dışarı atarak grafit oluşturur ve gri dökme demir üretir.Manganez, krom, molibden, titanyum ve vanadyum gibi diğer alaşım maddeleri silikonun etkisini azaltır, karbonun tutulmasını ve bu karbürlerin oluşumunu destekler.Nikel ve bakır, mukavemeti ve işlenebilirliği artırır ancak oluşan grafit miktarını değiştirmez.Grafit formundaki karbon, demirin daha yumuşak olmasını sağlar, büzülmeyi azaltır, mukavemeti düşürür ve yoğunluğu azaltır.Mevcut olduğunda büyük ölçüde kirletici olan kükürt, grafit oluşumunu önleyen ve sertliği artıran demir sülfit oluşturur.Kükürtün sorunu, erimiş dökme demiri viskoz hale getirmesi ve bu da kusurlara neden olmasıdır.Sülfürün etkilerine karşı koymak için manganez eklenir çünkü ikisi demir sülfür yerine manganez sülfüre dönüşür.Manganez sülfit eriyikten daha hafif olduğundan eriyikten cürufa doğru yüzmeye eğilimlidir.Kükürdü nötralize etmek için gereken manganez miktarı 1,7 × kükürt içeriği + %0,3'tür.Bu miktardan daha fazla manganez eklenirse, %1'e kadar manganezin mukavemeti ve yoğunluğu arttırdığı gri demir hariç, sertliği ve soğumayı artıran manganez karbür oluşur.

Nikel en yaygın alaşım elementlerinden biridir çünkü perlit ve grafit yapısını inceltir, tokluğu artırır ve kesit kalınlıkları arasındaki sertlik farklarını eşitler.Serbest grafiti azaltmak, soğuk üretmek ve güçlü bir karbür stabilizatörü olması nedeniyle krom küçük miktarlarda eklenir;nikel sıklıkla birlikte eklenir.%0,5 krom yerine az miktarda kalay eklenebilir.Soğumayı azaltmak, grafiti rafine etmek ve akışkanlığı arttırmak için potaya veya fırında %0,5-2,5 oranında bakır eklenir.Soğuğu arttırmak ve grafit ve perlit yapısını iyileştirmek için %0,3-1 oranında molibden eklenir;yüksek mukavemetli demirler oluşturmak için genellikle nikel, bakır ve kromla birlikte eklenir.Titanyum gaz giderici ve oksit giderici olarak eklenir, ancak aynı zamanda akışkanlığı da arttırır.Sementiti stabilize etmek, sertliği arttırmak ve aşınma ve ısıya karşı direnci arttırmak için dökme demire %0,15-0,5 vanadyum eklenir.%0,1-0,3 zirkonyum, grafit oluşturmaya, oksit gidermeye ve akışkanlığı artırmaya yardımcı olur.

Dövülebilir demir eriyiklerinde, eklenebilecek silikon miktarını artırmak için %0,002-0,01 oranında bizmut eklenir.Beyaz demire, dövülebilir demir üretimine yardımcı olmak için bor eklenir;aynı zamanda bizmutun kabalaştırıcı etkisini de azaltır.

Gri dökme demir

Gri dökme demir, malzemedeki kırıkların gri bir görünüme sahip olmasına neden olan grafit mikro yapısıyla karakterize edilir.En çok kullanılan dökme demir ve ağırlık bazında en yaygın kullanılan dökme malzemedir.Çoğu dökme demirin kimyasal bileşimi %2,5-4,0 karbon, %1-3 silikon ve geri kalanı demirdir.Gri dökme demirin çekme mukavemeti ve şok direnci çeliğe göre daha azdır, ancak basınç mukavemeti düşük ve orta karbonlu çelikle karşılaştırılabilir.Bu mekanik özellikler, mikro yapıda bulunan grafit pullarının boyutu ve şekli ile kontrol edilir ve ASTM tarafından verilen yönergelere göre karakterize edilebilir.

Beyaz dökme demir

Beyaz dökme demir, sementit adı verilen bir demir karbür çökeltisinin varlığı nedeniyle beyaz kırık yüzeyler gösterir.Daha düşük bir silikon içeriği (grafitleştirme maddesi) ve daha hızlı soğutma hızıyla, beyaz dökme demirdeki karbon, yarı kararlı faz sementit Fe olarak eriyikten çöker.₃Grafit yerine C.Eriyikten çöken sementit nispeten büyük parçacıklar halinde oluşur.Demir karbür çökeldikçe, orijinal eriyikten karbonu çekerek karışımı ötektiğe daha yakın olana doğru hareket ettirir ve geri kalan faz, düşük demir-karbon ostenittir (soğutulduğunda martensite dönüşebilir).Bu ötektik karbürler, çökelme sertleşmesi olarak adlandırılan şeyin faydasını sağlamak için çok büyüktür (bazı çeliklerde olduğu gibi, burada çok daha küçük sementit çökeltileri, dislokasyonların saf demir ferrit matrisi boyunca hareketini engelleyerek [plastik deformasyonu] engelleyebilir).Daha ziyade, dökme demirin kütle sertliğini, kendi çok yüksek sertlikleri ve önemli hacim oranları sayesinde arttırırlar, böylece kütle sertliği bir karışımlar kuralı ile yaklaşık olarak tahmin edilebilir.Her durumda, sağlamlığın pahasına sertlik sunarlar.Karbür malzemenin büyük bir kısmını oluşturduğundan, beyaz dökme demir makul bir şekilde sermet olarak sınıflandırılabilir.Beyaz demir birçok yapısal bileşende kullanılamayacak kadar kırılgandır, ancak iyi sertliği ve aşınma direnci ve nispeten düşük maliyeti ile bulamaç pompalarının aşınma yüzeyleri (pervane ve salyangoz), kabuk astarları ve bilyalı kaldırma çubukları gibi uygulamalarda kullanım alanı bulur. değirmenler ve otojen öğütme değirmenleri, kömür pülverizatörlerindeki bilyalar ve halkalar ve bir kazıcının kazma kepçesinin dişleri (her ne kadar dökme orta karbonlu martensitik çelik bu uygulama için daha yaygın olsa da).

Kalın dökümleri, eriyiği beyaz dökme demir olarak katılaştıracak kadar hızlı soğutmak zordur.Bununla birlikte, beyaz dökme demirden oluşan bir kabuğun katılaştırılması için hızlı soğutma kullanılabilir; bundan sonra geri kalan kısım, gri dökme demirden bir çekirdek oluşturmak üzere daha yavaş soğur.Ortaya çıkan döküme,soğutulmuş döküm, biraz daha sert bir iç kısım ile sert bir yüzeyin avantajlarına sahiptir.

Yüksek kromlu beyaz demir alaşımları, kromun daha kalın malzeme boyunca karbür üretmek için gereken soğutma hızını azaltması nedeniyle büyük dökümlerin (örneğin 10 tonluk bir pervane) kuma dökülmesine olanak tanır.Krom ayrıca etkileyici aşınma direncine sahip karbürler de üretir.Bu yüksek kromlu alaşımlar, üstün sertliklerini krom karbürlerin varlığına bağlar.Bu karbürlerin ana formu ötektik veya birincil M'dir.₇C₃"M"nin demir veya kromu temsil ettiği ve alaşımın bileşimine bağlı olarak değişebildiği karbürler.Ötektik karbürler içi boş altıgen çubuk demetleri halinde oluşur ve altıgen taban düzlemine dik olarak büyür.Bu karbürlerin sertliği 1500-1800HV aralığındadır.

Dövülebilir dökme demir

Dövülebilir demir, beyaz demir dökümü olarak başlar ve daha sonra bir veya iki gün boyunca yaklaşık 950 °C'de (1.740 °F) ısıl işleme tabi tutulur ve ardından bir veya iki gün boyunca soğutulur.Sonuç olarak, demir karbürdeki karbon, grafit ve ferrit artı karbona (östenit) dönüşür.Yavaş süreç, yüzey geriliminin grafiti pullar yerine küresel parçacıklar halinde oluşturmasına olanak tanır.Düşük en-boy oranları nedeniyle, küreseller nispeten kısadır ve birbirlerinden uzaktır ve yayılan bir çatlak veya fonon karşısında daha düşük bir kesite sahiptir.Ayrıca pulların aksine küt sınırları vardır, bu da gri dökme demirde bulunan gerilim yoğunlaşması sorunlarını hafifletir.Genel olarak dövülebilir dökme demirin özellikleri yumuşak çeliğin özelliklerine benzer.Beyaz dökme demirden yapıldığı için dövülebilir demirden ne kadar büyük bir parçanın dökülebileceğinin bir sınırı vardır.

Sünek dökme demir