Demir döküm yönteminin ilk kez Çin’de MÖ 300’lü yıllarda Khan Hanedanı döneminde, 1.400°C üzerindeki sıcaklıklarda ergitilmiş demirin kalıplara dökülerek biçimlendirilmesi ile başladığı tahmin edilir. Demir devrinin Avrupa’ya ticaret kanalı ile Balkanlar üzerinden, demir fırınları ve işçiliği ile beraber Anadolu’dan ulaştığı anlaşılmaktadır. Yani Anadolu tüm kültürlerin beşiği vazifesini gördüğü gibi dökümcülükte de en eski olma özelliğini korumuştur. Konya Çumra yakınındaki Çatalhöyük kazısında MÖ 6000 yıllarında Anadolu’da madencilik yapıldığı tespit edilmiştir.  

Döküm endüstrisinin en yüksek tonajlı ürünü dökme demirlerdir. Dökme demirlerin iyi bir malzeme oluşu ve üretim maliyetinin düşük olması kullanım alanını genişletmektedir. Dökme demirler çok geniş bir aralıkta değişen mukavemet, sertlik, işlenebilirlik, aşınma direnci, korozyon direnci ve diğer özelliklere sahiptirler. 

Dökme demir, yüksek fırından elde edilen ham demirin kupol ocaklarında karbonunu yakarak %1,7 ila %3’e kadar düşürmek suretiyle elde edilen, düşük sıcaklıklarda ergiyen akıcı bir malzemedir. Ergime sıcaklığı yaklaşık 1250°C’dir. Kendini çekme özelliği %k=1~2, yoğunluğu 7,2–7,4 g/cm3’dür.  İçerisinde Karbon (C), Silisyum (Si), Manganez (Mn), Kükürt (S) ve Fosfor (P) bulunur. Dökme demirde karbonun yanı sıra silisyum da bulunduğundan ve soğuma hızının yavaş olmasından katılaşma sırasında karbon grafit halinde katılaşır. Dökme demirler, birçok farklı özellik içeren bir demir alaşım ailesidir ve isimlerinden de anlaşılacağı gibi, katı halde çalışılmayıp istenilen şekle dökülerek getirilirler. Belirli özellikleri kontrol etmek ve çeşitlendirmek için başka metalik ve ametalik alaşımlar ilave edilir. 

Döküm ürünleri çoğu sanayi dalında bir girdi olarak kullanılmaktadır. Öyle ki, sanayi mamullerinin %90’ında en az bir adet döküm ürünü bulunmaktadır. Yani Türk döküm sektörü; Türk imalat sanayiinin temel taşlarından biridir. Aynı zamanda tasarımdan prototipe, testlere ve nihai ürünlere kadar başta makine, ulaşım araçları ve savunma sanayii olmak üzere tüm üretim taleplerini karşılayabilecek durumdadır. 

Yeni malzemelerin yarattığı rekabete rağmen dökme demirler ekonomik ve binlerce mühendislik uygulamasına uygun malzemeler olduklarını kanıtlamışlardır. Dökme demirler düşük maliyeti, döküme elverişliliği ve yüksek basma dayanımları sebebiyle geniş kullanım alanına sahiptirler. Eğer başka katkı elemanı yoksa dökme demirde en az %1,7 karbon bulunur. Dokuda %1,7’den az karbon varsa bu malzeme dökme demir değildir. Dökme demirdeki yabancı maddeler ve katkı elemanları bulunduğu zaman karbon miktarı daha düşük olabilir. 

Teknolojik gelişmelerle büyük parçalar yerine küçük parçalar daha işlevsel ve montaj edilebilir hale geldi. Örneğin malzemelerdeki elementlere varana kadar saydığımızda bir CNC tezgâhında 10-15 bin, bir traktörde 15-20 bin, bir otomobilde 20-25 bin, bir tankta 40 bin, bir uçakta 100 bin ve bir denizaltıda 120 bin adet malzeme bulunmaktadır. Çok sayıda malzemenin bir araya getirildiği bu karmaşık sistemlerin her biri önemli görevleri yerine getirmektedir. Dolayısıyla bu malzemelerin doğru ve bulundukları yerdeki şartlara uygun seçilmesi çok önemlidir. Aksi takdirde çalışma sırasında sistemin söz konusu parçası kırılıp can ve mal kaybına sebep olabilir. 

Makine parçalarının görevlerini yapabilmeleri de özellikleri ile ilişkilidir. Bir teknik elemanın doğru malzemeyi seçebilmesi için malzemelerin içyapısını ve imalat yöntemleri konusunda bilgi sahibi olması gerekir. 

Malzeme seçilirken; malzemenin yapısı,  özgül ağırlığı,  ergime ısısı,  elektrik ve ısı iletkenliği, düşük veya yüksek sıcaklık ortamında mı kullanılacağı, malzeme üzerine gelecek kuvvetler, malzemenin bulunabilirliği, işçiliğe elverişliliği, fiziki, mekanik ve teknolojik özellikleri, ekonomikliği, iç ve dış etkilere dayanımı, üretimde hangi yöntemlerin kullanılacağı gibi etmenler göz önüne alınmalıdır.

Malzemelerin kullanıldığı yere uygunluğu da son derece önemlidir. Uygun seçilen malzemeler sayesinde makinelerin, tezgâhların, makine parçalarının daha uzun ömürlü ve daha emniyetli olmaları sağlanacaktır. 

Ünsal Makina imalatının nihai ürünleri olan her çeşit kasnak, fan bağlantı elemanları, kaplinler, burçlar ve rulman yatakları imalatlarını özel olarak düşündüğümüzde ise,

1. Mukavemet 
2. Süneklik 
3. Kararlılık 
4. İmal edilebilirlik 
5. Elde edilebilirlik 
6. Korozyon direnci 
7. Isı transfer özelliği gibi ana maddelerin mutlaka gözden geçirilmesi gereklidir. 

Ürünlerimiz genel olarak “pik döküm” olarak üretilmekle birlikte, kullanım yerine ve teknik ihtiyaca göre “sfero” dökümü de gerçekleştirmekteyiz.

İster pik ister sfero ya da çelik olsun, aslında hepsinin ana malzemesi ham demirdir. Ham demir, içerisine “karbon” katılmak suretiyle alaşım haline getirilerek güçlendirilir. Tercih edilen karbon oranına ya da karbon atomlarının dağılım şekillerine göre de farklı malzeme yapısı kazanırlar ve farklı isimler alırlar.

Elde edilen bu ürünlerin uluslararası standart gösterimleri bulunmaktadır. Bu kodlara bakarak kasnak dökümünde ne kullanıldığını ve ne kadarlık çekme kuvvetine dayandığını anlayabiliriz. Örneğin bir kasnak için GG20 veya GJL 200 ifadesini görürüz. Bu bize kasnağın pik döküm olduğunu ve 200 N/mm²’lik çekme mukavemetinde üretildiğini gösterir. Bunun dışında sfero dökümler GGG veya GJS ile ifade edilir. Standart olarak GJL 200 döküm (GG20) kalitesi uygulanmakla birlikte kullanılan makine ve elemanlarının işlevlerine göre GGG40 GGG50 üretime ihtiyaç ve rağbet hızla artmaktadır. Peki neden?

Sfero döküm, çeliğinkine benzer bir matris içinde dağılmış küre şekilli grafitlerden oluşan bir yapıya sahiptir. Mikro yapı açısından pik dökümden ayrıcalığı grafitlerin şeklidir.

Sfero döküm, pik döküme göre başlıca avantajları düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık, iyi dökülebilme mükemmel işlenebilme ve iyi kesme mukavemetidir. Sfero döküm ürün mekanik özellikleri bakımından çelik döküme benzerken üretim yöntemi açısından dökme demir karakteri taşıyan özel bir malzemedir.

Pik döküm ve sfero döküm kimyasal bileşimleri (kükürt ve magnezyum haricinde) esas olarak birbirinin aynı olmasına rağmen bu iki dökme demir oldukça farklı katılaşırlar. Bu farklılık malzemenin mekanik özelliklerini de değiştirmektedir. Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere sfero ürünlerin çekme dayanımı, elastik modülü, darbe söndürme gibi mekanik özellikler bakımından GG25 e daha üstün özellikleri vardır.

Tablo 1- Sfero ve Pik Dökümün Kimyasal ve Mekanik Özelliklerinin Kıyası

Sfero dökümün üstün özellikleri de göz önünde bulundurulduğunda, aşağıdaki 2 tabloda da görüldüğü üzere sfero döküm eğrisinin yıllara göre gerek üretim ve buna bağlı olarak ihracatının da kat be kat arttığı sayısal olarak da görülmektedir. Sfero döküm çeliğinkine benzer bir matris içinde dağılmış küre şekilli grafitlerden oluşan bir yapıya sahiptir. Mikro yapı açısından pik dökümden ayrıcalığı grafitlerin şeklidir.

Sfero dökümün, pik döküme göre başlıca avantajları düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık, iyi dökülebilme mükemmel işlenebilme ve iyi kesme mukavemetidir. Sfero döküm ürün mekanik özellikleri bakımından çelik döküme benzerken üretim yöntemi açısından dökme demir karakteri taşıyan özel bir malzemedir.

Pik döküm ve sfero döküm kimyasal bileşimleri (kükürt ve magnezyum haricinde) esas olarak birbirinin aynı olmasına rağmen bu iki dökme demir oldukça farklı katılaşırlar. Bu farklılık malzemenin mekanik özelliklerini de değiştirmektedir. Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere Sfero ürünlerin çekme dayanımı, elastik modülü, darbe söndürme gibi mekanik özellikler bakımından GG25’e daha üstün özellikleri vardır.

Tablo 2 ve 3- Türk Döküm Sanayiinin Üretim Rakamları (Ton)

Türk döküm sanayiinin üretim rakamlarında sfero döküm yüzdeliği Tablo 4’te de görüldüğü üzere 1982 yılında %2’lik bir dilim kaplayan sfero ihracat yüzdeliği %36’lık bir dilime yükselmiştir.

Tablo 4- Türk Döküm Sektörü İhracatının Yıllara Göre Değişimi (Ton)

Ünsal Makina Ailesi olarak malzeme seçiminin güç aktarım organları üzerindeki etkisinin idrakinde olduğumuzu, bu konuda müşterilerimize gerekli mühendislik desteğini ücretsiz olarak verdiğimizi belirtmek isteriz. Bu destek bünyemizde çalışan, alanında uzman 15 mühendis kadrosu ve otomatik kalıplama / döküm hattı ile sağlanabilmektedir. Ki bu durum son yıllarda %200 seviyelerinde artış gösterdiğimiz GGG40, GGG50 imalatlarımızdan da rahatlıkla görülebilir durumdadır. 

Yazarlar

• Sümeyye Çavdarcı, Endüstri Yüksek Mühendisi, Ünsal Makina
• Belma Karatürk, Endüstri Mühendisi, Ünsal Makina