Savurma ve Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demirin Mikroyapısal ve Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırılması

Abstract

Bu çalışmada GG-25 dökme demir iki farklı üretim yöntemi ile üretilerek, mikroyapı ve mekanik özelliklerine döküm yönteminin etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Aynı döküm sıcaklığı ve kimyasal kompozisyona sahip GG-25 dökme demir savurma ve kum kalıba döküm yöntemi ile üretilmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için her iki yöntem ile üretilen numunelere çekme deneyi ve Brinell sertlik testleri uygulanmıştır. Çekme deneyi için TS EN ISO 6892-1 standartlarına uygun olarak çekme deney numuneleri üretilmiştir. Mikro yapı analizi optik mikroskop kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin çekme dayanım değeri ortalama 282 MPa olarak elde edilmiştir. Yapılan test ve analizler sonucunda savurma döküm yöntemi ile üretilen parçaların sertlik ve çekme dayanım değerlerinin kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen parçalardan daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Mekanik özelliklerin soğuma hızının daha yüksek olduğu savurma döküm yöntemi ile arttığı gözlemlenmiştir. Mikro yapı incelemesinde her iki yöntemle üretilen numunelerin baskın bir şekilde perlitik yapıda olduğu görülmüştür. İki farklı yöntem ile üretilen numunelerin mikro yapı karşılaştırmalarında benzer yapılar elde edilmesine rağmen savurma dökümde homojen yapılı grafit lamellerin sayısına ve lameller arasındaki mesafenin az olmasına bağlı olarak mekanik özelliklerin olumlu yönde değiştiği mikro yapı görüntüleri ve sertlik değerleri ile desteklenmiştir.

Full text

Araştırma Makalesi
Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
Mart, 2022 Cilt: 1 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 1-22
www.cihannumaakademi.org/cfbad
1
Savurma ve Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Üretilen
GG-25 Dökme Demirin Mikroyapısal ve Mekanik
Özelliklerinin Karşılaştırılması
Comparison of Microstructural and Mechanical Properties of GG-25
Cast Iron Produced by Spinning and Sand Casting Method
Adnan Çalık1*, Ezgi Eylem Bıçaklı2, Onur Zerentürk3
1* Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Isparta, Türkiye, ORCID: 0000-0002-4991-
9048, adnancalik@isparta.edu.tr
2 Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Isparta, Türkiye, ORCID: 0000-0001-9648-
5978, ezgieylembicakli@gmail.com
3 Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Isparta, Türkiye, ORCID: 0000-0003-4584-
0807, onurzerenturk01@gmail.com
Geliş Tarihi 17/01/2022 – Kabul Tarihi 10/03/2022
DOI: 10.55205/joctensa.11202223
ATIF: Çalık, A., Bıçaklı E.E., & Zerentürk, O. (2022). Savurma ve kum kalıba döküm
yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demirin mikroyapısal ve mekanik özelliklerinin
karşılaştırılması. Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik BilimleriDergisi, 1(1), 1-22.
Öz
Bu çalışmada GG-25 dökme demir iki farklı üretim yöntemi ile üretilerek, mikroyapı
ve mekanik özelliklerine döküm yönteminin etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Aynı
döküm sıcaklığı ve kimyasal kompozisyona sahip GG-25 dökme demir savurma ve kum
kalıba döküm yöntemi ile üretilmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için her iki
yöntem ile üretilen numunelere çekme deneyi ve Brinell sertlik testleri uygulanmıştır.
Çekme deneyi için TS EN ISO 6892-1 standartlarına uygun olarak çekme deney
numuneleri üretilmiştir. Mikro yapı analizi optik mikroskop kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin çekme dayanım
değeri ortalama 282 MPa olarak elde edilmiştir. Yapılan test ve analizler sonucunda
savurma döküm yöntemi ile üretilen parçaların sertlik ve çekme dayanım değerlerinin kum

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
2
kalıba döküm yöntemi ile üretilen parçalardan daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.
Mekanik özelliklerin soğuma hızının daha yüksek olduğu savurma döküm yöntemi ile
arttığı gözlemlenmiştir. Mikro yapı incelemesinde her iki yöntemle üretilen numunelerin
baskın bir şekilde perlitik yapıda olduğu görülmüştür. İki farklı yöntem ile üretilen
numunelerin mikro yapı karşılaştırmalarında benzer yapılar elde edilmesine rağmen
savurma dökümde homojen yapılı grafit lamellerin sayısına ve lameller arasındaki
mesafenin az olmasına bağlı olarak mekanik özelliklerin olumlu yönde değiştiği mikro yapı
görüntüleri ve sertlik değerleri ile desteklenmiştir.
Anahtar Kelimeler: GG-25 döküm, kum kalıba döküm, savurma döküm, ötektoid
reaksiyon, mekanik özellikler.
Abstract
In this study, it was aimed to determine the effect of casting method on microstructure
and mechanical properties by producing GG-25 cast iron with two different production
methods. GG-25 cast iron with the same casting temperature and chemical composition
was produced by centrifugation and sand mold casting method. Tensile test and Brinell
hardness tests were applied to the samples produced by both methods to determine the
mechanical properties. For the tensile test, tensile test specimens were produced in
accordance with TS EN ISO 6892-1 standards. Microstructure analysis was performed
using an optical microscope. The average tensile strength value of the samples produced
by centrifugal casting method was 282 MPa. As a result of the tests and analyzes, it has
been determined that the hardness and tensile strength values of the parts produced by
centrifugal casting method are higher than the parts produced by the sand mold casting
method. It has been observed that the mechanical properties increase with the centrifugal
casting method, where the cooling rate is higher. In the microstructure analysis, it was
observed that the samples produced by both methods were predominantly pearlitic.
Although similar structures were obtained in the microstructure comparisons of the
samples produced by two different methods, it was supported by the microstructure images
and hardness values that the mechanical properties changed positively due to the number
of homogeneous graphite lamellas and the small distance between the lamellas in
centrifugal casting.
Keywords: GG-25 casting, sand casting, centrifugal casting, eutectoid reaction,
mechanical properties.
GİRİŞ
Döküm, üretilmesi istenen parça şekline sahip bir kalıp boşluğuna
ergitilmiş sıvı metalin doldurularak katılaştırılması işlemidir. Döküm
işleminden önce metal ergitilerek döküm sıcaklığına çıkarılır. Sıvı metal

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
3
kalıp içine doldurulduktan sonra soğumaya başlar ve sıcaklık belli bir değerin
altına indiğinde ise metal katı forma geçmektedir. Katılaşmanın
tamamlanması ile parça oda sıcaklığına kadar soğumaya devam etmektedir.
Bu aşamalarda yüksek miktarda ısı uzaklaşmakta ve faz dönüşümleri
olabilmektedir. Dolayısıyla döküm işlemi sırasında parçanın boyut ve şekli
belirlenirken aynı zamanda içyapı ve buna bağlı olarak özellikleri de
belirlenmiş olmaktadır (Aran, 2007).
Demir ve demir dışı metallerin dökümünde, uygun maliyetli ve refrakter
özelliğe sahip kum kalıplar yaygın olarak kullanılmaktadır. Kum döküm,
kalıp malzemesi olarak kum esaslı bir malzeme kullanan metal döküm
yöntemidir. Döküm ile şekillendirme işleminde üretilen parçaların mekanik
özellikleri dökümün yapıldığı kalıba ve kalıp malzemelerine bağlıdır. Kalıp
malzemesi olarak ekonomik ve teknolojik avantaj bakımından kum kalıp
malzeme en çok kullanılan kalıp malzemesidir. Kalıplama işlemi kum esaslı
bir malzemenin bir model etrafında sıkıştırılması ve ardından modelin
kalıptan çıkarılması ile gerçekleştirilir. Metal dökümlerin yaklaşık %60’ı
kum döküm yöntemi ile gerçekleştirilmektedir (Avcı, 1996; Aran, 2007;
Sand Casting, 2021).
Savurma döküm, ergimiş metali kalıp duvarına atarak istenen şekli
oluşturmak için dönen silindirik bir kalıp tarafından oluşturulan merkezkaç
kuvvetini kullanarak gerçekleştirilen döküm yöntemidir. Dönen kalıbın
merkezkaç kuvveti, ergimiş metal katılaşana kadar sabit basınç altında sıvı
metali kalıbın iç boşluğuna (veya boşluklarına) doğru zorlamaktadır.
Savurma döküm işlemi için genellikle silindirik dökümler tercih
edilmektedir. Bu yöntem ile, belirli uygulamaların taleplerini karşılamak
için gerekli olan çok çeşitli mikro yapılı parçalar üretilebilmektedir.
Savurma döküm yöntemi ile üretilen döküm parçalar yüksek derecede
metalurjik temizliğe ve homojen mikro yapılara sahip olmaktadır (ASM
Handbook, 1998).

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
4
Dökme demirler, yalnızca döküm yoluyla şekillendirilebilen, içeriğinde
%2-4 karbon ve yapıda grafit oluşumunu sağlayarak grafitin kararlılığını
arttırmak amacıyla %0,5-3 silisyum içeren demir karbon alaşımlarıdır.
Katılaşma sırasında grafitin lamel morfolojide oluştuğu dökme demirler gri
dökme demir olarak adlandırılmaktadır (Çimenoğlu vd. 2001). Gri dökme
demir, iyi dökülebilirlik özelliği, korozyon direnci, işlenebilirliği, yüksek
sönümleme kapasitesi, düşük erime noktası, düşük maliyeti (çelikten %20-
40 daha az), kullanım esnekliği ve sahip olduğu mekanik özellikleri ile
birçok endüstriyel uygulamada tercih edilen bir malzemedir (Behnam vd.,
2010). Malzemenin sıkıştırma yüklerine maruz kaldığı disk fren
rotorlarında ve hidrolik valflerde, bazı makine bileşenlerinin imalatında ve
birçok uygulamada kullanılan önemli bir yapı malzemesi olarak gri dökme
demirler karşımıza çıkmaktadır (Akdemir vd., 2011; Taşlıçukur vd., 2012).
Gri dökme demirin mikro yapısı, döküm işleminden önceki kimyasal
bileşime, aşılayıcılara ve soğutma koşullarına bağlıdır. Mikro yapı, demirli
matris içine dağılmış grafit lameller ile karakterize edilmektedir. Döküm
uygulaması, grafit pullarının çekirdeklenmesini ve büyümesini
etkileyebilmektedir. Grafit miktarı ve boyutu, morfolojisi ve grafit
lamellerin dağılımı, gri dökme demirin mekanik davranışını belirlemede
kritik öneme sahiptir. Döküm halindeki mikro yapı, katılaşma süreci ve katı
hal dönüşümü (ötektoid reaksiyonu) tarafından belirlenmektedir. Matris
mikro yapısı ötektoid reaksiyonun meydana geldiği koşullara bağlıdır.
Ötektoid reaksiyonun mekanizmasını etkileyen değişkenler ötektoid
sıcaklık aralığında kimyasal bileşim ve soğutma hızıdır. Ötektoid
dönüşümün sonucu, dökme demirin mekanik özelliklerinin belirlenmesinde
anahtar role sahiptir (Behnam vd., 2010). Şekil 1’de ISO 945-1
standardında yer alan dökme demir malzemelerde görülen grafit
dağılımlarının görünümü verilmektedir.

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
5
Şekil 1
Dökme Demirlerde Grafit Dağılımlarının Gösterimi
Şekil 1’de lamel grafitli dökme demirlerin mikro yapısında ortaya çıkan
grafit tipleri görülmektedir. Katılaşma anında dökme demir yapısında
oluşan grafitlerin büyüklüğü, şekli ve dağılımının metalografik görünüşleri
ISO 945-1 standardına göre A, B, C, D ve E tipi olarak isimlendirilmiştir.
Matristeki grafit lamelleri, gerçek doğal çentikler ve çatlaklar olarak kabul
edilebilecekleri için bu lamellerin şekli ve boyutu önemlidir. Gri dökme
demirin statik ve dinamik gücünü önemli ölçüde etkilemektedir. Bunun
yanında döküm süreci ve teknolojisi, gri dökme demirin mikro yapısı ve
dolayısıyla mekanik özellikleri üzerinde de etkileyici rol oynamaktadır
(Collini vd., 2008).

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
6
(Taşlıçukur vd., 2012), GG-25 ve GG-20 dökme demir malzemelerin
mikro yapısını ve mekanik özelliklerine bağlı olarak kırılma davranışlarını
incelemiştir. Her iki malzemenin de mikroyapısının perlitik olduğunu
gözlemlemişlerdir. GG-20 malzemesinin daha yüksek karbon içeriği
nedeniyle GG-25 dökme demire göre daha yüksek dayanıma ve sertliğe
sahip olduğunu tespit etmişlerdir. Başka bir çalışmada (Collini vd., 2008),
EN GJL 300 (GG-30) gri dökme demir malzemenin üç farklı dökümhanede
üretilmesi sonucu mekanik özelliklerinin ve mikro yapılarının farklılıklarını
araştırmışlardır. Aynı kalitede malzemenin farklı ortamlarda yapılan döküm
işlemi sonucunda mekanik özelliklerinin değiştiğini gözlemlemişlerdir.
Döküm işlemi sürecinin mikroyapı ve dolayısı ile mekanik özellikleri
etkilediğini bildirmişlerdir. (Yörür vd., 2000), yaptıkları çalışmada ZA-8
alaşımını savurma döküm, kokil döküm ve kum döküm yöntemiyle üreterek
mekanik ve mikro yapı özelliklerini incelemiştir. Yaptıkları incelemeler
sonucunda savurma ve kokil dökümün kum kalıplara yapılan dökümlere
göre, sertlik, darbe ve çekme dayanımlarının daha yüksek olduğu, ayrıca
mikro yapı incelemelerinde de kuma dökümde daha iri taneli bir yapı
oluştuğunu gözlemlemişlerdir. Bir diğer çalışmada (Santosh vd., 2017), C
355.0 alaşımını basınçlı döküm, kum kalıba döküm ve santrifüj döküm
yöntemi ile üreterek mekanik özelliklerinin nasıl değiştiğini incelemişlerdir.
Basınçlı döküm yöntemi ile üretilen numunelerin çekme dayanımlarının ve
sertlik değerlerinin diğer yöntemlere göre daha yüksek olduğunu tespit
etmişlerdir.
Literatür incelendiğinde döküm yönteminin ve döküm sürecinin
malzemenin mekanik özelliklerine etkisini inceleyen çalışmalar mevcuttur.
Ancak endüstride yaygın olarak kullanılan, yüksek sağlamlığa ve yüksek
aşınma direncine sahip GG-25 dökme demir malzemenin mikro yapı ve
mekanik özelliklerine döküm yönteminin etkisini inceleyen bir çalışmaya
rastlanmamıştır. Bu çalışmada GG-25 dökme demir malzeme iki farklı
üretim yöntemi ile üretilerek elde edilen dökümlerin mikro yapı ve mekanik

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
7
özellikleri incelenmiştir. Çalışmada kullanılan üretim yöntemlerinden ilki,
teknolojik avantajları, ekonomik olması ve uygulaması basit bir yöntem
olması dolayısıyla kum kalıba döküm yöntemidir. Diğer yöntem olarak ise
gözeneksiz ve temiz bir içyapı elde edilmesine olanak sağlayan savurma
döküm yöntemi tercih edilmiştir. GG-25 dökme demir, kum kalıba döküm
ve savurma döküm yöntemi ile üretilerek mikroyapısal ve mekanik
özellikleri araştırılmıştır.
MATERYAL ve YÖNTEM
Malzeme
Çalışmada kullanılan (üretilen) GG-25 dökme demir malzemenin
kimyasal kompozisyonu Tablo 1’de verilmektedir.
Tablo 1
Çalışmada Kullanılan GG-25 Dökme Demir Malzemenin Kimyasal
Bileşenleri
Bileşen
Kısaltma
Miktar (%)
Karbon
C
3,3
[%]
Silikon
Si
2,4
[%]
Mangan
Mn
0,74
[%]
Kükürt
S
0,06
[%]
Fosfor
P
0,1
[%]
Demir
Fe
Kalan
GG-25 dökme demir malzemenin EN 1561 standardına göre kimyasal
bileşimi Tablo 2’de verilmiştir.

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
8
Çalışmada kullanılan GG-25 dökme demir malzemenin Dünya
standartlarında farklı karşılıkları mevcuttur. Ancak bu çalışmada GG-25
olarak anılacaktır. Tablo 3’de DIN EN 1561 standardının uluslararası
karşılıkları verilmiştir.
Tablo 2
EN 1561 Standartlarına Göre GG-25 Dökme Demir Malzeme Kimyasal
Bileşenleri (EN 1561, 2021)
Bileşen
Kısaltma
Miktar (%)
Karbon
C
2,95-3,45
[%]
Silikon
Si
2,1-2,90
[%]
Mangan
Mn
0,55-0,75
[%]
Kükürt
S
0,04-0,07
[%]
Fosfor
P
0,1-0,2
[%]
Demir
Fe
Kalan
Tablo 3
DIN EN 1561 Standardının Eşdeğer Karşılıkları (Akın, 2014)
Standart adı
Malzeme tanımı
Türkiye TS EN 1561
DDL 25
Avrupa Birliği EN 1561
GJL 250
Almanya DIN 1691
GG 25
ABD
Class 35 B
Fransa NF A32 101
FT 25 D
Japonya JIS G 5501
FC 250

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
9
Deney Numunelerinin Hazırlanması
Çalışmada kullanılacak olan silindirik şekle sahip numuneler Silindir
Motor Elemanları Anonim Şirketi’nde özel olarak üretilmiş ve temin
edilmiştir. Silindir şeklindeki numuneler üzerinden çekme deneyi için TS
EN ISO 6892-1 standardına uygun olarak çekme deney numuneleri elde
edilmiştir. Çalışmada kullanılan her iki döküm yöntemi için üçer adet deney
numunesi üretilmiştir. Şekil 2’de kum kalıba döküm ve savurma döküm
yöntemi ile üretilen deney numuneleri gösterilmektedir.
Şekil 2
Üretilen Deney Numuneleri
Çekme Deneyi
Çekme testleri için Süleyman Demirel Üniversitesi Yenilikçi
Teknolojiler Uygulama ve Araştırma Merkezi’nde bulunan MTS Bionix
marka 25 kN kapasiteli hidrolik çekme deney cihazı kullanılmıştır. Çekme
testleri oda sıcaklığında, TS EN ISO 6892-1 standartlarına uygun olarak
gerçekleştirilmiştir. Tablo 4’de DIN EN 1561 standartlarına göre GJL EN
250 olarak anılan GG-25 dökme demir malzemenin, döküm çapı 30 mm
olan numuneler için mekanik ve fiziksel özellikleri verilmiştir.
Kum kalıba
döküm
Savurma döküm

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
10
Tablo 4
DIN EN 1561 Standartlarına Göre GJL EN 250 (GG25) Dökme Demirin
Mekanik ve Fiziksel Özellikleri
Mekanik Özellikler
Malzeme Tanımı
EN GJL 250 (GG-25)
Çekme dayanımı (MPa)
250-300
% Uzama
0,8-0,3
Basma dayanımı (MPa)
3,01xRm
Eğme dayanımı (MPa)
1,66xRm
Kesme dayanımı (MPa)
290
Burulma dayanımı (MPa)
1,36xRm
Elastisite modülü (GPa)
103-118
Poisson sayısı
0,26
Fiziksel Özellikler
Malzeme Tanımı
EN GJL 250 (GG-25)
Kütle yoğunluğu (kg/m3)
7,20
Özgül ısı (J/KgK)
460-535
Isıl genleşme katsayısı (µm/mK)
10-13
Isıl iletkenlik (100-500oC)
(W/mK)
48,5-44,5
Özdirenç (Ω ⋅ mm2/m)
0,73
Sertlik Testleri
Sertlik testleri Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Teknoloji
Fakültesi laboratuvarında bulunan Officine Galileo marka Brinell Sertlik
Cihazı’nda 250 kg yükte 10mm çapında çentikli bilye 15 sn uygulanarak
yapılmıştır. Sertlik testi her iki yöntem ile üretilen numunelerden üçer adet
numuneye uygulanmıştır.

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
11
Mikro yapı analizi
Mikro yapı görüntüleri SDÜ YETEM’de bulunan Olympus BX51TRF-
6 marka optik mikroskop kullanılarak elde edilmiştir.
BULGULAR
Çekme Test Sonuçları
Savurma ve kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demir
deney numunelerinden üçer adet numuneye çekme deneyi uygulanmıştır.
Tablo 5’de kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demir
numunelere ait çekme dayanım değerleri verilmektedir.
Tablo 5
Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demir
Numunelerin Çekme Dayanım Değerleri
Numune
Çekme Dayanımı (MPa)
1
255
2
269
3
265
Kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen numunelere uygulanan çekme
deneyi ile elde edilen çekme dayanım değeri ortalama 263 MPa olarak elde
edilmiştir. Savurma döküm yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demir
numunelere ait çekme dayanım değerleri Tablo 6’da verilmektedir.
Tablo 6
Savurma Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demir Numunelere
Ait Çekme Dayanım Değerleri
Numune
Çekme dayanımı (MPa)
1
274
2
288
3
284

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
12
Savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelere ait çekme dayanım
değerleri ortalama 282 MPa civarındadır. Çekme dayanımları
karşılaştırıldığında kum döküm ile üretilen numunelerin çekme
dayanımlarının savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin çekme
dayanım değerlerine kıyasla daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Savurma
döküm yöntemi ile üretilen dökümlerde çentik etkisinin fazla olması
mekanik özellikleri olumlu yönde etkilemektedir. Savurma döküm ile kalıcı
kalıplarda üretilen silindirik şekilli dökümler, genellikle statik döküm
işlemi ile üretilen dökümlerden daha yüksek verim ve daha yüksek mekanik
özelliklere sahip olmaktadır. Savurma döküm yönteminde kalıbın
döndürülmesiyle üretilen kuvvet, metalin ince döküm bölümlerine
dolmasını sağlamaktadır. Dolayısı ile metal ile kalıp arasında iyi bir temas
sağlanmaktadır. Böylece, daha yüksek bir ısı akışı hızı ve daha hızlı bir
katılaşma hızı sağlanarak mekanik özellikler artmaktadır (ASM Handbook
15, 1998).
Sertlik Ölçümleri
Elde edilen GG-25 dökme demir numunelerin Brinell sertlik ölçümleri
gerçekleştirilmiştir. Silindir şeklindeki numunelerin her biri için iç ve dış
yüzeylerinin üç farklı noktasından alınan ölçümlerin ortalaması alınarak
nihai sertlik sonuçları belirlenmiştir. Tablo 7’de kum kalıba döküm yöntemi
ile üretilen numunelerden elde edilen sertlik değerleri verilmektedir.
Tablo 7
Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Elde Edilen Numunelerin Brinell Sertlik
Değerleri
Numune
Sertlik Değerleri (Brinell Sertlik değeri, HB)
İç yüzey
Dış yüzey
1
203
216
2
199
211
3
206
209

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
13
Kum kalıba döküm ile üretilen GG-25 dökme demir malzemenin sertlik
değerleri incelendiğinde matriste ortalama 202 HB, numune yüzeyinden
matrise doğru alınan sonuçlarda ise ortalama 212 HB olarak elde edilmiştir.
Soğuma ve katılaşma çeperlerden başladığı için matrise göre sertlik artışı
doğaldır. Bu durum soğuma ve katılaşma sistematiği ile ilişkilidir. Savurma
döküm yöntemi ile üretilen numunelerin sertlik ölçüm değerleri Tablo 8’de
verilmektedir.
Tablo 8
Savurma Döküm Yöntemi ile Elde Edilen Numunelerin Brinell Sertlik
Değerleri
Numune
Sertlik Değerleri (Brinell Sertlik değeri, HB)
İç yüzey
Dış yüzey
1
248
254
2
244
252
3
252
259
Savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin sertlik değerleri iç
yüzeyde ortalama 248 HB ve dış yüzeyde ortalama 255 HB olarak
ölçülmüştür. Kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen numunelerde olduğu
gibi savurma döküm yöntemi ile elde edilen silindir şeklindeki numunelerin
de iç yüzey ile dış yüzey arasında sertlik değerlerinde farklılıklar olduğu
tespit edilmiştir. Savurma döküm yöntemi ile üretilen silindir şekilli
parçaların kalıp içerisindeki katılaşma durumu yönlenmiş katılaşmadır.
Katılaşma cephesi dıştan iç yüzeye doğru ilerleyerek iç yüzeyde son
bulmaktadır. Soğuma hızına bağlı olarak perlit ve ferrit miktarı silindir et
kalınlığında değişmektedir (İzgiz, 2010). Silindir şeklindeki numunenin iç
ve dış düzeyindeki sertlik farklılıklarının nedeni yapıdaki ferrit ve perlit faz
yoğunluklarının soğuma hızına bağlı olarak iki yüzeyde farklı olmasından

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
14
kaynaklanabilir. Katılaşmanın ilk olarak başladığı yüzeyde sertlik değeri
daha yüksektir.
Mikro Yapı İncelemeleri
Kum döküm ve savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin mikro
yapı incelemeleri için optik mikroskop ile mikro yapı görüntüleri alınmıştır.
Şekil 3’de GG-25 dökme demir malzemeden kum kalıba döküm yöntemi
ile üretilen numunenin mikro yapı görüntüsü verilmektedir.
Şekil 3
Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demir
Malzemenin Mikro Yapı Görüntüsü
Kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen numunelerin mikro yapısı
incelendiğinde ISO 945-1 standardında verilen gri dökme demirlerde mikro
yapıda görülen temel grafit tiplerinden A tipi grafit formu olduğu
gözlemlenmiştir. Mikro yapı rastgele yönlenmiş lamel grafit yapraklardan
oluşmaktadır. GG-25 dökme demir malzemeden savurma döküm yöntemi
ile üretilen numunenin mikro yapı görüntüleri Şekil 4’de verilmektedir.

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
15
Şekil 4
Savurma Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demir Malzemenin
Mikro Yapı Görüntüsü
Lamellerin yapısı ve miktarının artmasıyla, lameller arasındaki
mesafenin azalması sonucu malzemenin mekanik özellikleri artmaktadır.
Gri dökme demirin mikro yapısı, demir matrisine dağılmış grafit lameller
şeklindedir. Savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerin mikro
yapısında grafit lamellerinin soğuma hızına bağlı olarak çok ince bir yapı
sergilediği görülmektedir (Şekil 4). Dökümhane uygulaması, grafit
pullarının çekirdeklenmesini ve büyümesini etkiler, dolayısıyla grafit
yapraklarının boyutları ve türü dökümden istenen özellikleri iyileştirebilir.
Grafit miktarı, boyutu, morfolojisi ve grafit lamellerin dağılımı, gri dökme
demirin mekanik davranışını belirlemede kritik öneme sahiptir. Lameller
arası boşluk azaldıkça matrisin mukavemeti ve sertliği artmaktadır
(Taşlıçukur vd., 2012). Şekil 4 incelendiğinde savurma döküm yöntemi ile
üretilen numunenin mikro yapısı kum dökümde olduğu gibi grafitler
yapraksı yapıda ve rastgele yönlenmiştir. Grafit şekil ve boyutlarının
savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerde daha küçük ve birbirine
yakın olduğu gözlemlenmiştir. Çekme dayanımı ve sertlik değerlerinin
savurma döküm yöntemi ile üretilen numunelerde daha yüksek çıkmasının

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
16
sebebinin lameller arasındaki mesafenin azalmasına ve lamellerin
sayısındaki artışa bağlı olduğu düşünülmektedir.
Her iki mikro yapıda da yer yer küreselleşmiş grafitlerin varlığı dikkat
çekmektedir. Bu durum savurma döküm yöntemi ile elde edilen
numunelerde daha belirgindir. Şekil 5’de kum kalıba döküm yöntemi ile
üretilen GG-25 dökme demirin matris yapısı gösterilmektedir.
Şekil 5
Kum Kalıba Döküm Yöntemi ile Üretilen GG-25 Dökme Demir
Malzemenin Matris Yapısı
GG25 dökme demir malzemelerinin matrisleri incelendiğinde yapıda
perlit ve ferrit fazlarının varlığı görülmektedir. Şekil 5’de resim üzerinde
grafit lamelleri, perlit ve ferrit fazı gösterilmektedir. Beyaz bölgeler ferrit
fazını, koyu renkli alanlar perlit ve siyah parçacıklar grafit lamellerinin
görüntüsüdür. Kum döküm numunenin matris yapısının grafit pulların
hâkim olduğu perlit yapıda olduğu gözlemlenmektedir. Üretim yöntemine
Grafit
Perlit
Ferrit

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
17
bağlı olarak kum kalıba dökümde yavaş soğumanın etkisi ile uzun katılaşma
süresine bağlı olarak grafit lamellerin daha kalın yapıda olduğu
görünmektedir.
Kum kalıba döküm yöntemi ile üretilen numunelerin mikro yapı
görüntüleri incelendiğinde bölgesel olarak nispeten ferrit yapısının da
oluştuğu bölgeler vardır. Yüksek mukavemet ve sertlik ile karakterize
edilen perlit, ötektoid dönüşümün bir ürünüdür ve grafit lameller ferrit ve
sementit düzlemlerinden oluşmaktadır. Dayanımı düşük ve sünekliği
yüksek olan ferrit, düşük karbon içeriğine sahip Fe fazıdır. Bu fazın
oluşumu, Si gibi elementlerin grafitleştirilmesi veya düşük soğuma
oranlarıdır (Collini vd., 2008). Her iki yöntem ile üretilen numunelerin
mekanik özellikleri literatür ve GG-25 dökme demir malzeme için
belirlenen standartlar ile kıyaslandığında iyi seviyededir. Ancak kum
döküm numunelerin mekanik özelliklerinin savurma döküm yöntemi ile
üretilen numunelere göre daha düşük olmasının sebebi soğuma hızının
yavaş olmasına bağlı olarak grafit boyutlarının artması ile grafit lamellerin
daha kaba şekilde olmasına bağlanabilir. Dolayısıyla kum döküm yöntemi
ile üretilen numunelerin mekanik özelliklerinin savurma döküme göre daha
düşük olması soğuma hızından kaynaklı içyapı farklılıklarıdır. Şekil 6’da
savurma döküm yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demirin matris yapısı
verilmektedir.

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
18
Şekil 6
Savurma döküm yöntemi ile üretilen GG-25 dökme demirin matris yapısı
Perlitin özellikleri büyük ölçüde ferrit-sementit düzlemleri arasındaki
boşluğa bağlıdır. Perlitin mekanik mukavemeti, tabakalar arası boşluk
azaldığında, örneğin hızlı soğutma ile artmaktadır. Döküm uygulaması,
grafit pullarının çekirdeklenmesini ve büyümesini etkileyebilmektedir.
Grafit miktarı ve boyutu, morfolojisi ve grafit lamellerin dağılımı, dökme
demirin mekanik davranışını belirlemede kritik öneme sahiptir (Collini vd.,
2008). Şekil 6 incelendiğinde, savurma döküm ile üretilen numunenin
matrisinde perlit yapısının diğer yöntem ile üretilen numuneye kıyasla daha
baskın olduğu görülmektedir. Grafit lamellerin arasındaki mesafenin
azaldığı matris yapı görüntüsünde de belirgindir.
SONUÇ
Bu çalışmada, aynı kalitede olan ancak iki farklı döküm yöntemi ile özel
olarak üretilen GG-25 gri dökme demirin mekanik ve mikroyapısal
Perlit
Grafit
Ferrit

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
19
özellikleri açısından bir karşılaştırması yapılmıştır. Deneysel çalışmada
kullanılan numuneler dökümhanelerde özel olarak işlenmiştir. Deneysel
çalışmanın sonucunda mikro yapı ve mekanik özelliklerin üretim yöntemine
bağlı olarak nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Dökme demir malzemenin
mekanik özellikleri oldukça değişkenlik göstermektedir. Kullanılan döküm
yöntemi ve soğuma şartları mikroyapı özelliklerini etkilemektedir. Dolayısı
ile mekanik özellikler sadece mikroyapının heterojenliğine değil, aynı
zamanda kullanılan döküm yöntemine ve soğuma şartlarına bağlıdır.
Çekme dayanımı ve sertlik değerleri savurma döküm yöntemi ile üretilen
numunelerde daha yüksek elde edilmiştir. Bu durum savurma dökümde
soğuma hızının kum kalıba döküme göre daha hızlı olmasına
bağlanmaktadır.
Her iki yöntemle üretilen numunelerin mikro yapı görüntülerinde baskın
bir şekilde perlitik yapı gözlemlenmiştir. Perlit yapıdaki grafit lamellerin
sayısı ve miktarına bağlı olarak mekanik özelliklerin savurma döküm
yöntemi ile üretilen numunelerde daha iyi olduğu mikro yapı görüntüleri ile
desteklenmiştir. Günümüz endüstriyel uygulamalarında çok farklı döküm
yöntemleri ile malzeme üretimi gerçekleştirilmesine rağmen, savurma
döküm yöntemi ile yüksek mekanik özelliklere sahip malzemeler
üretilebileceği belirlenmiştir.
KAYNAKLAR
Akdemir, A., Kuş, R., & Şimşir, M., (2011). Investigation of the tensile
properties of continuous steel wire-reinforced gray cast iron
composite. Materials Science and Engineering, 528, 3897–3904.
https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.01.107
Akın, U., (2014). Kobiler ve mikro işletmelerde demir döküm sanayi sektör
analizi, [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi]. İTÜ
Akademik açık arşiv. https://polen.itu.edu.tr/handle/11527/15697

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
20
Aran, A. (2007), Döküm Teknolojisi, İTÜ Makine Fakültesi [Ders Notu].
http://www2.isikun.edu.tr/personel/ahmet.aran/dokum.pdf
ASM International. (1998). ASM Handbook.
Avcı, U. A & Sönmez, H., (1996, Mayıs 22-24). Dökümde sıcak kumdan
kaynaklanan sorunlar ve kalıp kumlarının soğutulması [Bildiri], 2.
Döküm Sempozyumu, Maslak, İstanbul.
Behnam, M. M. J., Davami, P., & N. Varahram., (2010). Effect of cooling
rate on microstructure and mechanical properties of gray cast iron.
Materials Science and Engineering, 528, 583–588.
https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.09.087
Collini, L., Nicoletto, G., & Konecna, R., (2008). Microstructure and
mechanical properties of pearlitic gray cast iron. Materials Science
and Engineering, 488, 529–539.
https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.11.070
Çimenoğlu, H., Geçkinli, A., E., Baydoğan, M., & Yıldırım, S. (2001). Çelik
Dökme Demirlerin Metalografisi ve Mekanik Muayenesi. Metalurji
Mühendisleri Odası.
Standards Germany. (2012). Grey cast irons (DIN EN 1561:2012-01).
https://asremavad.com/wp-content/uploads/2019/01/DIN-EN-1561-
2012.pdf
EN (-1561)-GJL-250 (GG25): Gebefe. http://www.gebefe.ch/pdf/EN-GJL-
250.pdf adresinden 21 Aralık 2021 tarihinde alınmıştır.
International Organization for Standardization. (2019). Microstructure of
Cast Irons – Graphite Classification by Visual Analysis. (ISO
Standart No: 945-1:2019).
https://www.sis.se/api/document/preview/80012648/
İzgiz, Ş., (2010). Laplanche grafitlesme yatkınlığı ve silindir gömleklerinin
savurma dökümünde karbon ve silisyum miktarları. Metalurji, 41-55.
https://www.metalurji.org.tr/dergi/dergi153/d153_4155.pdf
Sand casting (2021, Aralık 27). In Wikipedia.
https://en.wikipedia.org/wiki/Sand_casting

Journal of Cihannuma Technology Engineering and Natural Sciences Academy
21
Santosh, M. V., Suresh, K. R., & Kiran Aithal, S., (2017). Mechanical
characterization and microstructure analysis of Al C355.0 by sand
casting, die casting and centrifugal casting techniques. Materials
Today: Proceedings, 4 (10), 10987–10993.
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.08.056
Taşlıçukur, Z., Altug, G. S., Polat, Ş., Atapek, Ş. H., & Türedi, E. (2012,
May 23-25). Characterization of microstructure and fracture
behavior of GG20 and GG25 cast iron materials used in valves [Paper
presentation]. Proceedings of the 21st International Conference on
Metallurgy and Materials, Czech Republic.
Yörür, C., Özyürek, D., Ünal, M., (2000). ZA-8 alaşımının savurma, kokil
ve kum kalıplara dökümlerinin mekanik özelliklere etkisinin
incelenmesi. Teknoloji, 3(4), 115-120.
https://jestech.karabuk.edu.tr/arsiv/1302-
0056/2000/Cilt%283%29/Say%C4%B1%284%29/115-120.pdf

Cihannüma Teknoloji Fen ve Mühendislik Bilimleri Akademi Dergisi
22
Yazar Katkıları
Çalışmanın her aşamasında tüm yazarlar ortak katkı sağlamıştır.
Çıkar Çatışması
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Finansman
Bu çalışma için herhangi bir finansman desteği alınmamıştır.
Etik Bildirim
Bu makalenin yazarları çalışmalarında kullandıkları materyal ve
yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel bir izin gerektirmediğini
beyan ederler