The Effect of Heat Treatment Conditions on the Properties of Spheroidal Graphite Cast Irons

Abstract

In this study, the effect of heat treatment conditions applied to ductile cast irons on mechanical and metallurgical properties were investigated. The chemical composition of GGG-40 ductile cast iron samples was transferred to JMatPro simulation software and TTT and CCT diagrams were obtained. Ductile cast iron samples were austenitized in a heat treatment furnace at 940°C for 38 min. Water, oil, fan, air and oven are used respectively as cooling medium. After the heat treatment, metallographic and mechanical examinations were conducted to investigate the changes in microstructure and hardness of materials depending on the cooling rate. When the data obtained as a result of the study were compared; while it was observed that the ferrite ratio decreased and the pearlite ratio increased as a result of the increase in the cooling rate, at the same time increase in the hardness was determined.

Keywords

• Spheroidal Graphite Cast Iron
• Heat Treatment
• Cooling Conditions
• Material Properties

Isıl İşlem Şartlarının Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Özelliklerine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, küresel grafitli dökme demirlere uygulanan ısıl işlem şartlarının mekanik ve metalurjik özelliklere etkisi araştırılmıştır. GGG-40 küresel grafitli dökme demir numunelerin içerdiği alaşım elementleri JMatPro simülasyon yazılımına işlenmiş ve TTT ile CCT diyagramları elde edilmiştir. Küresel grafitli dökme demir numuneler ısıl işlem fırınında 940°C sıcaklıkta 38 dk östenitlenmiştir. Isıl işlem şartlarının malzeme özelliklerine etkisinin incelenmesi amacı ile numuneler östenitleme işlem sonrasında farklı soğuma ortamlarında soğutulmuştur. Soğutma ortamı olarak sırası ile su, yağ, fan, hava ve fırın kullanılmıştır. Isıl işlemin sonrasında, soğuma hızına bağlı olarak malzemenin mikroyapı ve sertlik değişimlerinin incelenmesi amacı ile metalografik ve mekanik testler yapılmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen veriler kıyaslandığında, soğuma hızının artması sonucunda ferrit oranının azaldığı ve perlit oranının arttığı gözlemlenirken, aynı zamanda sertlikte artış olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Küresel Grafitli Dökme Demir
• Isıl Işlem
• Soğuma Şartları
• Malzeme Özellikleri

References

1. [1] Stefanescu, D.M., 1990. Classification and Basic Metallurgy of Cast Iron, ASM Handbook, Cilt. 1. DOI: 10.1361/asmhba0001001
2. [2] Aran, A., 1991. Lamel ve Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Isıl Işlemleri. https :// web.itu.edu.tr/ ~arana/dd.pdf (Erişim Tarihi: 10.06.2020)
3. [3] Karsay, I.S. 1990. Ductile iron-production practies. American Foundrymen's Society Inc., USA, 188s.
4. [4] Sen, U. 1997. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Bor Kaplanması ve Kaplama Özellikleri. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 177s, İstanbul
5. [5] ASM Metals Handbook, 1990. Properties and selection: irons, steels and high performance alloys, Vol.1. Tenth Edition, ASM International.
6. [6] Budinski, K.G, Budinski, M.K. 2010. Engineering Materials: Properties and Selection. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.490
7. [7] Çelik, Ö. 2001. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Aşınma Davranışları. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 115s, İstanbul.
8. [8] Akman, C. 2006. GG 22 Lamel Grafitli Dökme Demirden Üretilen Motor Silindir Gömleklerinin CNC Torna Tezgahında İşlenebilirliğinin İncelenmesi. Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 119s, Balıkesir.

9. [9] Söğüt, A. 1998. Küresel Grafitli Dökme Demirde Küreleşme Oranının Mekanik Etkisinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 111s, Ankara.
10. [10] Larker, R. 2009. Solution Strengthened Ferritic Ductile Iron ISO 1083/JS/500-10 Provides Superior Consistent Properties In Hydraulic Rotators, China Foundry, Cilt. 6, s. 343-351.
11. [11] Toptaş, M. 2009. Farklı Isıl İşlemlerin Küresel Grafitli Dökme Demirin Yorulma Davranışına Etkisi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 85s, Afyonkarahisar.
12. [12] Döngel, A. 2008. Bortemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirin Yüksek Sıcaklık Aşınma Davranışının İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 96s, Afyonkarahisar.
13. [13] Çelik, O. N. 1996. Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Cu, Ni ve Mo Alaşım Elementlerinin Östemperleme Sonucu Beynit Oluşumuna Etkisinin İncelenmesi ve Sinirsel Ağ Modeli İle Değerlendirilmesi. Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 129s, Eskişehir.
14. [14] Ayday, A. 2013. Elektrolitik Plazma Teknolojisi İle Küresel Grafitli Dökme Demir Malzemesinin Yüzey Özelliklerinin Geliştirilmesi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 218s, Sakarya.
15. [15] Çavuşoğlu, E. 1992. Döküm Teknolojisi I. Döküm Yöntemleri-Dökme Demirler. Ofset Atölyesi, İstanbul, 289-299s.
16. [16] Yılmaz, F. 2003. İçme-Atık Su Ve Gaz Dağıtım Şebekelerinde Dökme Demirler ve Düktil Demir Uygulamaları. İstanbul Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanalizasyon İdaresi Yayınları, İstanbul, 240s.
17. [17] Elliot, R.1988. Cast iron Technology. Butterworths & Co Ltd., London, 247 s.
18. [18] Koç, Ş. 2008. Küresel Grafitli Dökme Demirlerde GGG50 Mekanik Özelliklerinin Isıl Işlem Ile Sağlanması, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası Metalurji Dergisi, Cilt. 151, s. 20-27.
19. [19] Karaman S. 2011. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin (GGG40, GGG50, GGG60, GGG70) Üretim Sürecinin Ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 116s, Edirne.
20. [20] Topbaş, M. A. 1993. Isıl işlemler. Prestij Basın, İstanbul, 199s.
21. [21] Callister, D. W. 2007. Materials Science and Engineering; an introduction. John Wiley & Sons, Inc. USA, 975s.
22. [22] Hasırcı, H. 2000. Östemperlenmiş Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Alaşım Elementlerinin (Cu Ve Ni) Ve Östemperleme Süresinin Mikroyapı Ve Mekanik Özellikler Üzerine Etkisi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 92s, Ankara.
23. [23] Güzel, E. 2012. Rüzgar Türbini Dökümlerinde Hassas Metalürjik Değişkenlerin Optimizasyonu. Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 164s, İstanbul.
24. [24] Yeşiltepe S., Şeşen M.K. 2017. Heat treatment effect on spheroidal graphite, microstructure and mechanical properties of Ni-resist ductile cast iron. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, Cilt 5, s. 479 - 482.
25. [25] Yun-Cheng, P., Hui-Jin, J., Jin-Hai, L., Guo-Lu, L. 2012. Influence of cooling rate on the microstructure and properties of a new wear resistant carbidic austempered ductile iron (CADI), Materials Characterization, Cilt 72, s. 53-58.
26. [26] M.Tartaglia, J., B.Gundlach, R., M.Goodrich., G. 2015. Optimizing Structure-Property Relationships in Ductile Iron, International Journal of Metalcasting. Cilt 8, s. 7-38.
27. [27] Kabnure, B.B., Shinde V.D., Kolhapure R.R. 2017. Property Optimization of Impeller Casting Using GRA. International Conference on Advances in Thermal Systems, Materials and Design Engineering (ATSMDE 2017), 21-22 Aralık, Hindistan, 1-7.