Küresel Grafitli Dökme Demirde SiC ve FeSi Katkılarının Mikroyapı, Sertlik ve Üretim Maliyeti Üzerindeki Etkileri

Abstract

Bu araştırma, küresel grafitli dökme demir (KGDD) üretim sürecinde kullanılan silisyum karbür (SiC) ve ferro silisyum (FeSi) katkı malzemelerinin mikroyapısal karakteristikleri, mekanik performansları ve üretim maliyetleri üzerindeki etkilerini karşılaştırmalı olarak değerlendirmektedir. GGG40 sınıfı numuneler endüstriyel ergitme ve döküm süreçleriyle hazırlanmış, ardından çekme testi, sertlik ölçümü ve mikroyapı analizleri gerçekleştirilmiştir. SiC katkısı, daha homojen grafit dağılımı, yüksek sertlik ve düşük üretim maliyeti ile öne çıkarken; FeSi katkısı daha yüksek uzama ve ferritik-perlitik denge sunmuştur. Her iki katkı benzer çekme mukavemeti sağlasa da SiC teknik ve ekonomik açıdan daha avantajlı bir alternatif olarak değerlendirilmiştir.

Keywords

• Küresel grafitli dökme demir
• Silisyum karbür
• Ferro silisyum
• Mikroyapı
• Çekme mukavemeti

Ethical Statement

Bu çalışmanın hazırlanma sürecinde bilimsel ve etik ilkelere uyulduğu ve yararlanılan tüm çalışmaların kaynakçada belirtildiği beyan olunur.

Thanks

Deneyler İstikamet Döküm A.Ş de gerçekleştirilmiştir katkılarından dolayı teşekkür ederiz

Effects of Silicon Carbide and Ferro Silicon Additions on the Microstructure, Hardness, and Production Cost of Spheroidal Graphite Cast Iron

Abstract

This research conducts a comparative analysis of how silicon carbide (SiC) and ferro silicon (FeSi) additives influence the microstructural characteristics, mechanical behavior, and manufacturing cost of spheroidal graphite cast iron. GGG40 grade samples were prepared through industrial melting and casting processes, followed by tensile testing, hardness measurements, and microstructural analysis. SiC addition resulted in more homogeneous graphite distribution, higher hardness, and lower production cost, whereas FeSi provided better elongation and a balanced ferritic-pearlitic structure. Although both additives yielded similar tensile strength, SiC was found to be a more advantageous alternative in terms of technical performance and economic efficiency.

Keywords

• Spheroidal graphite cast iron
• Silicon carbide
• Ferro silicon
• Microstructure
• Tensile strength

Ethical Statement

It is declared that scientific and ethical principles were followed during the preparation of this study and all studies utilized were mentioned in the references.

Thanks

The experiments were carried out at İstikamet Döküm A.Ş. We thank them for their contributions.

References

1. Callister Jr, W. D., & Rethwisch, D. G. (2020). Callister's materials science and engineering. John Wiley & Sons.
2. Doğan Mete B. (2024). Mikro alaşımlı Özstemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Vanadyum ve Niyobyumun Mekanik Özelliklere Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ), Fen Bilimleri Estitüsü, İstanbul.
3. Kahraman, S. (2011). Küresel Grafitli Dökme Demirlerin (GGG40, GGG50, GGG70) Üretim Süresinin ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Edirne.
4. Demirlek, M. (2013). Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Yüksek Çevrimli Yorulma Davranışlarına Silisyum Oranının Ekisi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ), İstanbul.
5. Sevgi, E. and Çulha, O. (2021). Isıl İşlem Şartlarının Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Özelliklerine Etkisi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 23(69), 1033–1048.
6. Murakami, Y. (2012). Material defects as the basis of fatigue design. Int J Fatigue, 41, 2–10.
7. Costa, N., Machado, N. and Silva, F.S. (2010). A new method for prediction of nodular cast iron fatigue limit. Int J Fatigue, 32(7),. 988–995.
8. Gümüş, H., S. Başbuğ, S. S. Tekelioğlu, S. ve Dilmeç, M. (2024). Yeni Nesil Küresel Grafitli Dökme Demir Üretimi ve Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi. Ordu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 14(1), 1–8.

9. Venkateswaran, S., Schubert, W.D., Lux, B., and Benecke, T. (1992). Influence of SiC and FeSi additions on the microstructure, cooling curve and shrinkage of ductile iron. Final report; Untersuchung des Einflusses von Siliciumcarbid (SiC) auf die Bildung von Gusseisen mit Kugelgraphit. Abschlussbericht. Germany.
10. Schubert, W. D., Ta, A. T., Kahr, G., Benecke, T., & Lux, B. (1984). Influence of SiC additions on the microstructure of gray cast iron. MRS Online Proceedings Library (OPL), 34, 119.
11. Vaško, A. (2008). Influence of SiC additive on microstructure and mechanical properties of nodular cast iron. Materials Science (Medžiagotyra), 14(4), 311-314.
12. Pekşen, M.C. (2021). Effects of Metallurgical Silicon Carbide and Ferro Silica Additives on Materials in Gray Cast Iron Production. Open Journal of Nano, 6, 6–7.
13. Şen, N.B. (2018). Lamel Grafitli Dökme Demirlerin Üretiminde Metalurjik Silisyum Karbür ve Ferro Silisyum Katkılarının Malzeme Üzerindeki Mekanik, Metalurjik ve Ekonomik Etkisinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi, Konya.
14. Ç. Önal, Ç. (2022). Pik ve Sfero Dökme Demirlerde SiC Takviyesinin Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Manisa.
15. Zhu, R., Yong, S. U., & Qin, X. (2017). Study on the influence of nano-SiC on the structure and properties of nodular cast iron. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 250(1), 012051.
16. Subramanian, S. V., Kay, D. A. R., & Purdy, G. R. (1984). Graphite morphology control in cast iron. MRS Online Proceedings Library (OPL), 34, 47.
17. Vaško, A. (2008). Influence of SiC additive on microstructure and mechanical properties of nodular cast iron. Materials Science (Medžiagotyra), 14(4), 311-314.
18. Dasgupta, R. K., Mondal, D. K., Chakrabarti, A. K., & Ganguli, A. C. (2012). Microstructure and mechanical properties of as-cast ductile irons alloyed with manganese and copper. Journal of materials engineering and performance, 21(8), 1728-1736.
19. Omole, S. O., Oyetunji, A., Alaneme, K. K., & Olubambi, P. A. (2020). Structural characterization and mechanical properties of pearlite–Enhanced micro-alloyed ductile irons. Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 32(3), 205-210.
20. Boulifa, I., & Hadji, A. (2021). Study of the influence of alloying elements on the mechanical characteristics and wear behavior of a ductile cast iron. Fracture and Structural Integrity, 15(56), 74-83
21. Karaca, İ. (2022). Küresel grafitli dökme demirlerin üretiminde metalurjik silisyum karbür ve ferro silis katkılarının malzeme üzerindeki etkilerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Bilecik.