ÖKGDD dişli üretim teknolojisinin geliştirilmesi

Abstract

Alaşımsız 80-55-06 (ASTM) sınıfi Küresel Grafitli Dökme Demir (KGDD) keel blok ve dişli malzemelerinden hazırlanan numuneler önce ferritleme ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Ferritleme işlemi östemperlenmiş malzemenin sertliğini düşürmeden darbe direncini arttırmıştır. Ferritlenmiş 60-40-18 sınıfi malzeme 850 °C ve 900 °C'de 120 dakika östenitlendikten sonra 250 °C, 275 °C, 300 °C, 325 °C, 350 °C ve 375 °C sıcaklıklarında 15-105 dakika zaman aralığında östemperlenmiştir. Östenitleme sıcaklığının 850 °C'den 900 °C'ye çıkarılması darbe direncinde herhangi bir azalmaya neden olmadan sertlikte artışlar sağlamaktadır. Östemperleme sıcaklık ve süresi malzeme mikroyapısı ve mekanik özelliklerini doğrudan etkilemektedir. 250-300 °C sıcaklık aralığında ince iğnesel ferrit fazı ve aralarında dilim şeklinde maksimum %30 a yakın yüksek karbonlu östenitten meydana gelen alt beynit oluşmaktadır. 300 °C'nin üzerinde ise tüylü görünümde kaba ferrit plakaları ve maksimum %42,5 civarında yüksek karbonlu östenit içeren üst beynit yapısı elde edilmektedir. İşlem süresinin uzamasıyla daha fazla beynit oluşmakta, yapı kabalaşmakta ve dönüşmemiş östenit miktarı azalmaktadır. Artan östemperleme sıcaklık ve süresiyle darbe direnci artarken sertlik azalmaktadır. Böyle bir davranışın yapıda bulunan yüksek karbonlu östenitten kaynaklandığı sanılmaktadır. Çünkü artan östemperleme sıcaklığı ile yüksek karbonlu östenit miktarının da arttığı tesbit edilmiştir. Çekme ve %0,2 akma mukavemeti belli bir sıcaklığa kadar arttıkdan sonra azalarak sabit bir değere ulaşmaktadır. Buna karşılık % uzama artan östemperleme sıcaklığı ile sürekli bir artış göstermektedir. îşlem süresinin düşük sıcaklıklarda çekme ve akma mukavemetini önemli oranda etkilediği ve artan süreyle her iki mukavemetin de arttığı gözlenmiştir. Östemperleme ısıl işemi KGDD malzemenin yorulma mukavemetini yaklaşık 80-135 MPa arasında arttırmıştır. Aynı şekilde aşınma direncini de çok önemli oranda yükseltmiştir. Yine östemperleme ile KGDD malzemenin statik diş-dibi eğme mukavemeti 810 MPa dan 2738 MPa mertebelerine çıkmıştır. Dişli üretimi için 250-300 °C sıcaklık aralığı optimum östemperleme şartları olarak belirlenmiştir. Bu sıcaklığın üzerinde yeterli yüzey sertliği elde edilememektedir. Performans testine tabi tutulan 250 °C'de 60 dakika östemperlenen dişlide 2600 saat çalışma sonunda herhangi bir çatlama veya kırılma görülmemiştir. Ancak yanak kısmında az miktarda bir aşınma gözlenmiştir. Dişlinin çalışma yüzeylerinin sertliğinde ise herhangi bir artış tesbit edilememiştir.

The term austempered ductile iron (ADI) describes a range of ductile irons that have been subjected to an austempering heat treatment to produce an essentially bainitic structure in the materials. The production of bainitic structures was first demonstrated in the early days of the commercial development of nodular graphite irons. Further development work continued during the 1960s by companies such as International Harvester and General Motors, but it was not until the mid-1970s that any significant commercial production started in America, Finland and China. Forward looking foundries in these countries showed that ductile irons could be commercially austempered and thereby develop combinations of mechanical properties that allowed them to substitute for surface hardened steel forgings for highly stressed gears and other components. Not surprisingly, these announcements were received with great interest by the world's iron foundry industry and today most industrialized countries have at least some involvement in the further development and commercial exploitation of ADI. Austempered ductile irons can be twice as strong as the standard ductile iron at the same level of ductility. Tensile strengths ranging from 800 MPa with more than 10% elongation to over 1400 MPa with 2-3% elongation can be achieved depending on heat treatment parameters and chemical composition. They have also been shown to exhibit greater impact toughness, fatigue strength and wear resistance. These good properties are directly related to the unique microstructure consisting of acicular, carbide-free ferrite with large amounts of retained austenite. Austempering is an isothermal heat treatment process involving two main stages. The first stage (austenitising) involves heating castings in the range 850-950 °C, followed by rapid quenching to a lower temperature in the range 250-450 °C and austempering at this temperature for between 0,5 and 4 hours. Quenching to the austempering temperature must be fast enough to avoid pearlitic or ferritic transformation if the maximum attainable toughness/ ductility is to be realized with ductile irons, austempering is usually performed above the matensite start (Ms) temperatures. The austemperin reaction for ductile iron can be described in two distinct stages; Stage I: Austenite decomposing to carbide-free ferrite and carbon-enriched austenite (y - > a + yhc). Stage II: The carbon-enriched austenite in Stage I further decomposing to ferrite and carbide (yhc -> a + carbide).