INVESTIGATION OF METAL-METAL COMPOSITE PRODUCIBILITY USING LIQUID SPHERICAL AND LAMELLAR GRAPHITE CAST IRON BY CASTING METHOD

Abstract

In this study; The feasibility of producing metal-metal composites from two different materials in liquid state while preserving their own structures was investigated. Production was made using the sand mold casting method using Spherical Graphite Cast Iron and Lamellar Graphite Cast Iron, both of which are in liquid form. Casting samples with 9 different parameters were produced, evaluated in terms of mechanical properties by metal microscopy, microstructural and tensile tests, and compared among themselves. It has been observed that material quality and casting parameters play a major role in a good liquid-liquid mixture, and this directly affects the structural and mechanical properties of the resulting composite. The structural effect of Lamellar Graphite Cast Iron on Spherical Graphite Cast Iron was clearly observed and it was observed that it caused the deterioration of the spherical graphite form in the microstructures. In addition, considering the temperature effect, the effects of the composite on microstructural and mechanical properties were examined by changing the casting temperature values with remote-connected runner designs and the results were compared with the intermediate form Vermicular Graphite Cast Iron material. The results also showed that the results may be lower than expected due to the high affinity or impact of the materials used on each other.

Keywords

• Cast Iron with Spherical Graphite
• Lamellar Graphite Cast Iron
• Single Guide
• Double Guide
• Liquid-liquid Mixture
• Composite Material

DÖKÜM YÖNTEMİ İLE SIVI HALDEKİ KÜRESEL VE LAMEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİR KULLANARAK METAL-METAL KOMPOZİT ÜRETİLEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

Öz

Bu çalışmada; her ikisinin de kendi yapılarını koruyarak sıvı haldeki iki farklı malzemeden metal-metal kompozit üretiminin yapılabilirliği araştırılmıştır. Çalışmada her ikisi de sıvı halde olan Küresel Grafitli Dökme Demir (KGDD) ve Lamel Grafitli Dökme Demir (LGDD) kullanılarak kum kalıba döküm yöntemiyle üretimler yapılmıştır. Çalışmada 9 farklı parametrede döküm numuneleri üretilmiş, metal mikroskobu ile mikro yapısal ve çekme deneyleri ile mekanik özellikler açısında değerlendirilerek kendi aralarında kıyaslanmıştır. İyi bir sıvı-sıvı karışımında malzeme kalitesinin ve döküm parametrelerinin büyük bir rol oynadığı, bu durumun doğrudan ortaya çıkan kompozitin yapısal ve mekanik özelliklerini etkilediği gözlenmiştir. LGDD’ in KGDD’ e yapısal etkisi net bir şekilde gözlenmiş olup mikro yapılarda küresel grafit formunum bozulmasına neden olduğu görülmüştür. Ayrıca sıcaklık etkisi düşünülerek uzak bağlantılı yolluk tasarımları ile döküm sıcaklık değerlerinin değiştirilerek kompozitin mikro yapısal ve mekanik özelliklere etkileri incelenmiş ve sonuçlar ara form olan VGDD (Vermiküler Grafitli Dökme Demir) malzeme ile kıyaslanmıştır. Ayrıca sonuçlar, kullanılan malzemelerin birbirlerine ilgileri veya etkilerinin yüksek olması neticesinde sonuçların beklendiğinden daha düşük olabileceğini de göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Küresel Grafitli Dökme Demir
• Lamel Grafitli Dökme Demir
• Tek Yolluk
• Çift Yolluk
• Sıvı-sıvı Karışım
• Kompozit Malzeme

References

1. [1] https://www.tudoksad.org.tr/genel-bakis-ve-onemi.html, Döküm Sektörü Genel Bakış ve Önemi, Tarih: 20:31, 17 Ocak 2022.
2. [2] Çelik, Ö., Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Aşınma Davranışları, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2001.
3. [3] Hasırcı, H., & Karatay, B. (2018) Üretim Koşullarının Vermiküler Grafitli Dökme Demirin Mikro ve Makro Yapısal Özelliklerine Etkileri, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (4), 887-897.
4. [4] Değirmenci, S., Şirin, B., Metan, İ. (2006). Ülkemizde ve Dünyada Döküm Sektöründe Genel Bir Bakış, Yeni Teknolojiler – CGI Teknolojisinin Dökümhanelerde Yönetimi ve Geleceği, 3. Ankiros Uluslararası Döküm Kongresi. İstanbul.
5. [5] Guesser, W., Duran, P., & Krause, W. (2004). Compacted Graphite Iron for Diesel Engine Blocks.
6. [6] Kanetake, N., (1900). "Hot-Extruded and Cold-Rolled Textures of the Matrix Aluminum in Deformation Processed Two-Phase Nb/Al Metal-Metal Composites", Texture, Stress, and Microstructure, 35: 273–282.
7. [7] Tikhonov, G. F. ve Sivov, A. V., (1969). "Densification of Bi-metal Composites During Pressing", Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 8: 875–877.
8. [8] Greenfield, I. G. ve Purohit, A., (1980). "The Effect of Discrete and Diffused Surface Layers on the Mechanical Properties of Crystals", Materials Science and Engineering, 46: 89–101.

9. [9] Zhang, C. ve Lai, Z., (1990). "Interfacial Energy and Strength of Ag-Cu Bi-metal Composite", Rare Metals (China), 9: 292–295.
10. [10] Ephstein, L. E., (1992). "Strength of Bi-metal Composite Under Conditions of Variable Temperatures", Strength of Materials, 23: 1230–1235.
11. [11] Abbasi, M., Karimi Taheri, A. ve Salehi, M. T., (2001). "Growth Rate of Intermetallic Compounds in Al/Cu Bi-metal Produced by Cold Roll Welding Process", Journal of Alloys and Compounds, 319: 233–241.
12. [12] Güler, K. A., Kısasöz, A. ve Karaaslan, A., (2014). "Investigation of Al/Steel Bi-metal Composite Fabrication by Vacuum-Assisted Solid Mould Investment Casting", Acta Physica Polonica A, 126: 1327–1330.
13. [13] Karaaslan, A., Kısasöz, A., Atapek, S. H. ve Güler, K. A., (2016). "Dry Sliding Wear Behavior of Cast A7075 and A7075/SAF 2205 Composite Material", High Temperature Materials and Processes, 35: 487–492.
14. [14] Calıkoglu, E., Cetin, (2011). "Examination of the Production and Service Properties of Bi-metal Material", 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey, 235–238.
15. [15] Baron, R., Wert, J., Gerard, D. ve Wawner, F., (1997). "The Processing and Characterization of Sintered Metal-Reinforced Aluminium Matrix Composites", Journal of materials science, 32: 6435–6445.
16. [16] Ozaki, H. ve Kutsuna, M., (2009). "Laser-Roll Welding of a Dissimilar Metal Joint of Low Carbon Steel to Aluminium Alloy Using 2 kW Fibre Laser", Welding International, 23: 345–352.
17. [17] Shoufan R., Haitao Z., Yongchang Z., Junfa W., Jia Y., Chunhong Li ‘’Study on liquid-liquid bi-metal composite casting hammers’’ China Foundry Research&Development Vol:11 No:5, 2014, China, 412-417.
18. [18] https://nasiluretilir.wordpress.com/2010/01/13/dokumde-kalip-turleri/ Erişim Tarihi: 12.10.2023.
19. [19] Jiang, Z., Fan, Z., Jiang, W., Li, G., Wu, Y., Guan, F., & Jiang, H. (2018). Interfacial microstructures and mechanical properties of Mg/Al bi-metal produced by a novel liquid-liquid compound casting process. Journal of Materials Processing Technology, 261, 149–158.
20. [20] Fu, Y., Zhang, Yb., Jie, Jc. (2017). Interfacial phase formation of Al-Cu bi-metal by solid-liquid casting method. China Foundry 14, 194–198.
21. [21] HU, Y., CHEN, Y. qing, LI, L., HU, H. dong, & ZHU, Z. ang. (2016). Microstructure and properties of Al/Cu bi-metal in liquid–solid compound casting process. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 26(6), 1555–1563.