Effect of chill formation on the mechanical properties and microstructure of grey and nodular cast irons used in automotive industry

Abstract

Cam shafts used in automobiles are produced by cast iron (grey cast iron, nodular cast iron) or steel. In this study, effect of chill formation on the surface of grey and nodular cast irons is investigated on the wear behavior, hardness, impact toughness and microstructure of grey and nodular cast irons. For this purpose, four types cam shaft made of grey cast iron with and without chill on the surfaces and nodular cast iron with and without chill on the surfaces, were casted. Mechanical tests were conducted after the camshafts have been produced by casting method. Surface hardness and wear resistance of grey and nodular cast irons have been improved by chill formation on the surfaces and it is concluded that the amount of wear on the surfaces of grey cast iron with chill and nodular cast iron with chill is almost the same. Maximum hardness value was obtained on the surface of grey cast iron with chill. The impact toughness has been found to decrease by chill formation. Maximum impact toughness value was obtained on nodular cast iron. Microstructures of grey cast iron with and without chill and nodular cast iron with and without chill were examined under optical microscope and worn surfaces of cast irons were examined by scanning electron microscopy (SEM). Wear mechanisms of the four types of cast iron were evaluated by SEM examination.

Keywords: Cam shafts, Cast irons, Chill formation, Mechanical properties, Microstructure

Keywords

• -

Kam mili üretiminde kullanılan gri dökme demir ve sfero dökme demirlerde çil oluşumunun mekanik özelliklere etkisi

Öz

Otomobillerde kullanılan kam milleri dökme demirden (gri dökme demir, küresel dökme demir) veya çelikten üretilmektedir. Bu çalışmada gri ve küresel grafitli dökme demirin yüzeylerinde çil oluşumunun sertlik, aşınma, darbe tokluğu ve mikro yapı üzerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, gri ve küresel dökme demirlerden çilli ve çilsiz olmak üzere dört farklı kam mili hazırlanmıştır. Kam milleri döküm yöntemiyle üretildikten sonra mekanik testler yapılmıştır. Yüzeyde oluşan çilin dökme demirin sertliğini ve aşınma direncini artırdığı, gri çil ve küresel çil dökme demirin aşınma miktarının hemen hemen aynı olduğu tespit edilmiştir. Maksimum sertlik gri çil dökme demirde elde edilmiştir. Gerçekleştirilen darbe tokluğu testi sonucunda darbe tokluğunun çil oluşumu ile azaldığı tespit edilmiştir. Maksimum darbe tokluğu Küresel dökme demirde elde edilmiştir. Dökme demirlere ait mikro yapı optik mikroskopta incelendi ve aşınma yüzeyleri ise taramalı elektron mikroskobu ile incelenerek aşınma mekanizmaları değerlendirildi.

Anahtar Kelimeler: Kam mili, Dökme demir, Çil oluşumu, Mekanik özellik, Mikro yapı

Anahtar Kelimeler

• Kam mili, Dökme demir, Çil oluşumu, Mekanik özellik, Mikro yapı

Kaynakça

1. Çavuşoğlu N. Döküm Teknolojisi-1. İstanbul, Türkiye, İstanbul Teknik Üniversitesi Matbaası, 1981.
2. Stefanescu DM. ASM Handbook, Vulume 15, Casting. 9th ed. Ohio, USA, ASM International, 1988.
3. Başpınar MS. “Grafitleştirme Tavlamasının Santrifüjle Dökülmüş Gri Dökme Demirin Mikro Yapı ve Sertlik Dağılımına Etkisi”. TMMOB Makine Mühendisleri Odası Denizli Bilim Günleri, Denizli, Türkiye, 5-7 Mayıs 1999.
4. İzgiz S. “Laplancge Garfitleşme Yatkınlığı ve Silindir Gömleklerinin Savurma Dökümünde Karbon ve Silisyum Miktarları”. TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, 153, 41-55, 2010.
5. Erdoğan M, Güneş İ, Başpınar MS. “Küresel Grafitli Dökme Demir Yüzeylerinin MoSi2 ile Yüzey Modifikasyonu”. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 7, 43-52, 2010.
6. Özdemir Ö. Otomotiv Sektöründe Kullanılan Küresel Grafitli Dökme Demir Üretimine Etki Eden Parametrelerin Teorik İncelenmesi Ultrasonik Ses Hızı Yöntemiyle Tahribatsız Kontrolü ve Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, Türkiye, 2007.
7. Nayak N, Lakshminarayanan PA, Gajendra Babu MK, Dani AD. “Predictions of Cam Follower Wear in Diesel Engines”. Wear, 260(1-2), 181-192, 2006.
8. Hemanth J. “Fracture Toughness and Wear Resistance of Aluminium-Boron Particulate Composites Cast Using Metallic and Non-Metallic”. Materials & Design, 23(1), 41-50, 2002.

9. Ovalı İ, Erdoğan M. “Küresel Grafitli Dökme Demirlerde Yüzeyde Çil Oluşumu ve Çil Derinliğinin Araştırılması”. Politeknik Dergisi, 15(1), 43-47, 2012.
10. Yavuz K. GGG-70 Sınıfı Küresel Grafitli Dökme Demir Kam Millerinin İşlenebilirliğinin Deneysel Olarak Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2006.
11. Fraś E, Gȯrny M, Lopez HF. “Mechanism of the Silicon Influence on Absolute Chilling Tendency and Chill of Cast Iron”. Archives of Metallurgy and Materials, 54(1), 103-110, 2009.
12. Jinghui THZ, Peiyue Z. “The Relationship between the Eutectic Cell Number and Chill Tendency in Grey Cast Iron”. Foundry, 6, 1986.
13. Zhongbao W. “The Process of Chilled Cast Iron Camshaft”. Motorcyle Technology, 8, 2000.
14. Gül F, Şenel L. “Ferritik ve Perlitik Küresel Grafitli Dökme Demirin Üç Gövdeli Abrasiv Aşınma Davranışı Üzerine Aşındırıcı Parçacık Boyutunun Etkisi”. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 1(1), 57-64, 2012.
15. Yılmaz İÖ. Otomotiv Sac Şekillendirme Kalıplarında Kullanılan Malzemelerin Tribolojik Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Balıkesir, Türkiye, 2012.