Piston - Abdullah Demir
Transkript
Piston - Abdullah Demir
MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENSİLİĞİ BÖLÜMÜ SIKIŞTIRMA İLE ATEŞLEMELİ MOTORLAR Hazırlayan: Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR Piston Piston Piston pimi Piston kolu Krank mili Volan dişlisi Piston Piston başı/kafası Piston Piston Piston Tanımı ve görevi: Pistonlar, silindir içerisinde yaptıkları hareketlerle zamanları meydana getirir. İş zamanında yanmış gazların basıncını krank miline iletir, diğer üç zamanda krank milinden aldığı hareketle zamanları meydana getirir. Beklenenler: Uygun emme, sıkıştırma, yanma ve egzoz zamanları için silindir ile piston arasında iyi bir sızdırmazlık olması gerekir. Ayrıca yüksek sıcaklık ve basınç altında pistonların ısıl genleşmeye dirençli ve mukavim bir yapıya sahip olmaları çok önemlidir. Dahası pistonlar hafif olmalı ve yüksek hızlarda aşağıyukarı hareket ederken ortaya çıkan atalet yüklerini azaltacak şekilde uygun bir konstrüksiyona sahip olmalıdır. Pistonun boyutlandırılması: Piston uzunluğu: Piston uzunluğu artarsa, yağın yanma odasına kadar olan yolu uzar ve daha az yağ yanma odasına gelebilir. Yağ filmini yırtacak basınç 100 MPa alınabilir. Piston yüzünün/tepesinin şekli: Benzinli motorlarda: Düz, yarı küresel ve çatı formu Dizel motorlar: Hafif oyuklu, küresel oyuklu, çift oyuklu Piston yüzü et kalınlığı: Piston yüzü ısıl ve mekanik zorlanmaların etkisi altındadır. Et kalınlığı buna göre belirlenir. Benzin mot.: h =(0,07-0,08)Dp Dizel mot.: h =(0,13-0,14)Dp Perno/Pim Mesafesi: Pim yeri iyi seçilmemişse ÜÖN’da piston devrilme yapabilir ve böylece yağ tüketimi artar ve gürültülü çalışma olur. Piston eteği: Pistonun yağ segmanı ile pistonun alt ucu arasındaki kısma piston eteği denir. Piston Piston aşağıdaki işlevlere sahiptir: • Yanma basıncını piston pimi ve biyel kolu vasıtasıyla krank miline aktarmak (Yanma sonucu gaz kuvvetleri ile doğrusal hareket oluşturmak) • İki ölü nokta arasında hareket ederek zamanları oluşturmak • Isıyı silindir duvarına aktarmak • Yanma odasının hareketli cidarını oluşturmak • Dolguyu sıkıştırmak • Yanmış gazları dışarı atmak 2 Piston başı/kafası Piston Piston eteği, aşağıdaki işlevlere sahiptir: Pistonu yönlendirmek Yanal kuvveti aktarmak Yağ tabakasını silindir duvarına dağıtmak Isıyı silindir duvarına ve motor yağına dağıtmak 2 Piston başı/kafası Pistonlar Soğukken pistonun şekli 1. Piston tepesinde çap 2. Piston eteğinin alt ucunda çap 1 <2'den 3. Piston pimi yönünde çap 4. Piston pimine dik açıda çap 3 <4'ten Pistonları Etkileyen Kuvvetler • Yanma esnasında 90 bara kadar bir yanma basıncı oluşur. • Yanma esnasında pistonun büyük yaslanma yüzeyi tarafı, daha büyük basınca maruz kalır, bu durum aşınmayı artırır. • Bu etkiyi dengelemek için piston pim ekseni piston çapından %1-2 dereceyle büyük yaslanma yüzeyine doğru kaçıktır. 1 Piston pimi ekseni 2 Piston pimi kaçıklığı 3 Piston ekseni 4 Pistonun basınç altındaki tarafı Montaj boşluğu: Piston soğuk (Oda sıcaklığında) iken, piston ile silindir arasında bir miktar boşluk vardır buna montaj boşluğu denir. Hareket boşluğu: Piston ısınınca çok az genişler ve sonuçta çapı artar. Bu sebepten dolayı, bütün motorlarda, piston ısınıp genleştikten sonra silindir ile arasında bir yağ filmi oluşumuna izin verecek bir boşluk vardır. Bu aralığa piston hareket boşluğu (Yağ boşluğu) adı verilir. Pistonlar çok az koniktirler, pistonun üst kısmının (Piston kafası) çapı, alt kısmının (piston eteği) çapından az miktar küçüktür. Dolayısıyla piston boşluğu piston kafasında en geniş, piston eteğinde en küçük değerindedir. Küçük dayanma yüzeyi: Pistonun sıkıştırma zamanında yaslandığı yüzeyine küçük dayanma yüzeyi denir. Büyük dayanma yüzeyi: Pistonun iş zamanında yaslandığı yüzeyine büyük dayanma yüzeyi adı verilir. Piston malzemelerinin özellikleri: • Düşük ağırlık • Yüksek mukavemet • Düşük ısıl genleşme • Yüksek ısı iletim katsayısı • İyi kayma özelliği • Yüksek aşınma direnci • Düşük maliyet Piston Malzemesi Malzemesi ve yapım şekli: Pistonların konstrüksiyonunda malzeme olarak daha çok alüminyum alaşımı kullanılmaktadır. Ancak ısındığı zaman genleştiğinden, motor rejim sıcaklığına ulaştığında tam silindirik forma kavuşacak şekle ve yapıya sahip olmalıdır. Piston kafası yüksek yanma sıcaklıklarına maruz kaldığından piston eteğinden daha küçük imal edilmiştir. Pimin monte edildiği delik kısmının et kalınlığı fazladır ve piston çapı bu eksende dik olan çaptan bir miktar daha küçük imal edilmiştir. Yaygın kullanılan alaşımları piston Pistonların imalat yöntemleri: • Normal döküm • Pres döküm malzemesi: Al-Si Piston Malzemesi Alüminyum alaşımlı pistonların avantajları Yüksek korozyon dayanımı Yüksek ısıl iletkenlik Kolay işlenebilirdik Düşük özgül ağırlık (hafiflik) Alüminyum alaşımlı pistonların dezavantajları Düşük aşınma dayanımı Düşük yüksek sıcaklık dayanımı Düşük maksimum basınç dayanımı Font (Döküm) pistonların avantajları Yüksek aşınma dayanımı Yüksek maksimum basınç dayanımı Yüksek sıcaklık dayanımı Font (Döküm) pistonların dezavantajları Düşük korozyon dayanımı Düşük ısıl iletkenlik Yüksek özgül ağırlık Kaynak: Yrd. Doç. Dr. Alp Tekin ERGENÇ, “MOTOR KONSTRÜKSİYONU-3.HAFTA”, Yıldız Teknik Üniversitesi Piston Toyota Piston Toyota Yağ püskürtme memesi ya da yağ jeti Soğutma Kanallı Piston Soğutma kanalı Piston Daralma Yağ püskürtme enjektörü Pistonların soğutulması Toyota Pistonların soğutulması Toyota Pistonun Soğutulması 2.5 lt R5 TDI Pompa Enjektörlü Motor Piston vuruntusu: Üst ölü nokta bölgesinde, piston tarafındaki kuvvet yönünü değiştirir. Orada, piston karşı taraftaki silindir duvarına doğru eğilir ve bu nedenle gürültü oluşmasına neden olur. Bu olaya piston vuruntusu adı verilir. Bunu azaltmak için, piston pimi ekseni tam ortalanmadan düzenlenmiştir. Piston pimi ekseninin eksenden bir miktar kaydırılmasıyla piston, üst ölü noktadan ve bununla basınç artışından önce taraf değiştirir ve karşı taraftaki silindir duvarından kendini destekler. Toyota Piston Pimi Ekseni Çapraz Aralıklı Ototermik Piston Pistonlarda hafif metal alaşımlar da kullanılır. Pistonlar dökme veya pres olarak imal edilirler. Diğer pistonlarda, ısıl genleşmeyi denetlemek için çelik destek yada gergileri bulunur. Isıl genleşme pistondaki aralıklarla yapılmış tasarımlarla önlenebilir. Özellikle yüksek basınç altındaki piston bölgeleri, özel dökme demirlerden yapılmış parçalarla da güçlendirilebilir. Yağ püskürtme memeleriyle piston tepesinin soğutulmasını sağlayan kanalları bulunan pistonlar da vardır. 1-Dahili dökme çelik gergi 2-Çapraz aralık Piston Pimi/Pernosu Görevi: Piston pimi, piston ile piston kolunu birbirine mafsallı olarak bağlar. Pistonun üzerine etkiyen yanma sonu basıncını biyele aktarır. Piston pimlerinin içi hafif olmaları için genellikle boş yapılır. Yanma sonucu meydana gelen kuvvetler; Pernoyu eğmeye, Oval deformasyona ve Aynı zamanda önemli kesitlerde makaslamaya zorlar. Önemli not: Pim yeri iyi seçilmemişse ÜÖN’da piston devrilme yapabilir ve böylece yağ tüketimi artar ve gürültülü çalışma olur. Özet: • Piston ile biyel arasındaki bağlantı elemanıdır. • Pistondan gelen gaz kuvvetlerini biyel koluna iletir. Piston Pimi Bağlantı şekilleri: Piston ve piston kolu özel yöntemlerle birbirine bağlanır. Tam yüzer tipte piston pimi, piston pim yuvalarına veya piston koluna sabitlenmemiştir. Dolayısıyla pim serbestçe hareket etme imkanına sahiptir. Piston pimi her iki uçtan birer segmanla tutturulmuştur. Yarı yüzer tipte piston pimi kaymasın diye piston koluna sıkı geçmedir veya piston kolunun pim yuvası iki kısma bölünmüştür ve piston pimi bu iki parçanın arasında cıvata ile tutturulmuştur. Bu yöntemde sıkı geçmeye yönelik olarak biyel 240 derece kadar ısıtılır. Sabit tipte ise piston piminin bir ucu pistona cıvata ile bağlanmıştır. Pistonda sıkı biyelde serbest Her ikisinde de serbest Biyelde sıkı pistonda serbest Piston Pimi A. B. C. D. E. Semi-floating Pinch-bolt Small-endclamped Gudgeon-pin Semi-floating Force-fit Small-endclamped Gudgeon-pin Semi-floating Piston-boss-clamped Gudgeon-pin Fully Floating Gudgeon-pin End-pads Fully Floating Gudgeon-pin with Circlip Location Boyutlandırılması: Silindir çapına bağlı olarak, pistonun iç ve dış çapı belirlenir. Pimin uzunluğu benzin motorlarında lp=0,8D, dizel motorlarda lp=0,85D civarındadır. Mukavemeti: Yüzey basıncı: Pim ile biyel arasındaki yağ filminin yırtılmaması için buradaki basınç 50 MPa’dan küçük olmalıdır. Eğilme zorlaması: Pim, 700-900 MPa emniyet gerilmesini sağlamalıdır. Yüksek dönme sayılı motorlarda emniyet faktörü olarak emniyet gerilmesi iki katı alınabilir. Malzemesi: Piston pimlerinin yüzey sertliği semantasyon veya nitrürleme yolu ile sağlanır. Sertleştirilmiş yüzeyin kalınlığı pim çapının %30’unu aşmamalıdır. Pimin çok zor koşullar altında çalışması istendiği (Piston pimleri, yanma sonucunda oluşan yüksek basınç ve darbelere dayanabilmesi) için krom-nikel alaşım semantasyon çelikleri ve nitrür çelikleri kullanılır. Piston Pimi Malzemesi ve imali : • Yüksek kalite çelikten imal edilir. • Yüzey serleştirme işlemi yapılır. Perno malzemesinden beklenen özellikler: • Yüksek korozyon dayanımı • Yüksek aşınma dayanımı • Yüksek yüzey sertliği • Yüksek kesme dayanımı • Yüksek eğilme momenti Perno bağlantı şekilleri: • Biyel sıkı geçme-piston serbest = YARI serbest bağlantı • Biyel ve pistonda serbest = TAM serbest bağlantı Piston Pimi Segmanlar 1.No’lu Kompresyon segmanı 2 No’lu Kompresyon segmanı Yağ segmanı (üst) Yağ segmanı Yağ segmanı gergi halkası Yağ segmanı (alt) Not: Büyük silindir çaplı motorlarda kayıcı segmanlar da kullanılır. Piston segmanlarının görevleri Sıkıştırma ve yanma stroku sırasında piston ile silindir arasından karter yağ haznesine hava-yakıt karışımı ve yanmış gazın kaçmasına engel olurlar. Piston kenarlarını ve silindir cidarlarını yağlayan yağın yanma odasına girmesini engellerler. Piston ısısını silindir duvarına aktararak pistonun soğumasına yardımcı olurlar. Motorun çalışması esnasında ısıl genleşmeye izin verecek şekilde piston ile silindir duvarı arasında küçük bir piston boşluğu vardır. Bu piston boşluğu nedeniyle, yüksek basınçlı hava-yakıt karışımının ve yüksek basınçlı yanmış gazların yanma odasından silindir bloğunun alt tarafına kaçmasını engellemek için piston ile silindirler arasında kompresyon segmanı vardır. Segmanlar Piston ring nomenclature M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Segmanlar Yağ segmanlarının görevleri Aynı zamanda silindir duvarı üzerinde meydana gelen yağı kontrol ederek (uygun yağ filmi kalınlığını sağlayacak şekilde) yağ sızdırmazlığını sağlayan ve silindir cidarındaki fazla yağı kartere sıyıran yağ kontrol segmanları da vardır. Bu segmanlar, aynı zamanda piston üzerindeki ısıyı silindire aktararak pistonun soğumasında önemli rol oynarlar. Dolayısıyla, piston segmanlarının silindir duvarına çok yakın konumlandırılmaları gerekir. Bu yüzden segmanlar dışarı doğru genişleyecek şekilde tasarlanmışlardır. Segmanlar Kompresyon segmanları: Kompresyon segmanları, sıkıştırma ve yanma stroku esnasında, piston ile silindir arasından karter yağ haznesine hava-yakıt karışımı ve yanmış gazın kaçmasını engeller. Kompresyon segmanlarının sayısı motora göre değişir. Genellikle her bir piston üzerinde 2 adet kompresyon segmanı yerleştirilmiştir. Üstteki kompresyon segmanı direkt yüksek basınç ve sıcaklık ile temas halinde olduğu için buna ateş segmanı denir. Yağ segmanı: Yağ segmanı, piston ile silindir arasında bulunması gereken yağ filmini oluşturur. Yağ segmanı aşırı yağı sıyırarak alır ve fazla yağın yanma odasına sızmasını önler. Birleşik tip ve üç parçalı tip olmak üzere iki çeşidi vardır. Birleşik tip: Birleşik tip yağ segmanı, eşit aralıklı bir çok yağ geri dönüş delikleri ile donatılmıştır. Ayrıca pistonun segman kanalları boyunca da yağ delikleri vardır. Fazla yağ, yağ segmanı tarafından sıyırılarak bu deliklere alınır ve pistonun içinden geri döndürür. Üç parçalı tip: Üç parçalı tip yağ segmanı, fazla yağı sıyıran alt ve üst yaylardan ve bu yayları silindir ve segman kanalına doğru iten bir genişleticiden meydana gelmiştir. Segmanlar Sekman ağız çeşitleri 1. Kare segman 2. İçten pahlı segman 3. Konik yüzlü segman 4. Trapezodial sekman 5. “L” Biçimli segman 6. Basamaklı segman 7. Çentikli yağ denetim segmanı 8. Genleştiricili yağ segmanı 9. Spiral genleştiricili yağ segmanı Segmanlar Segmanların Gezinmesi (Titremesi): Eğer piston segmanları yuvaları içinde aşağıyukarı veya sağa-sola doğru gezinir veya titrer ise segmanların etkinliği azalır. Bu olay segman genleşme kuvveti azaldıkça ve piston hızı arttıkça daha kolay meydana gelir. Segman gezintisi, segmanların ve segman kanallarının aşırı aşınması ile de oluşabilir. Bu durumda yanmış gaz kaçağı miktarı artar, yağ filmi yırtılır ve piston ile segmanlarının sıkışması kolaylaşır. Bu gibi nedenlerden dolayı segman yuva yan boşluğunun ve segman ağız aralığının kontrol edilmesi gerekmektedir. Segmanların montajı: Piston, silindir içerisindeki yerine takılırken özellikle kompresyon segmanlarının ağız aralıklarının büyük ve küçük dayanma yüzeylerine gelmemesine dikkat edilmelidir. Dikkat edilmesi gereken başka bir durum, kompresyon segmanlarının ağız aralıklarının aynı yere gelmemesidir. Eğer üst üste gelecek olursa kompresyon kaçaklarına neden olabilir. Bunun için iki adet kompresyon segmanı varsa ağızları 180 0, üç kompresyon segmanı varsa 120 0 aralıklarla yerleştirilmelidir. Segmanlar Toyota Segmanlar Segman ağız aralığı: Eğer segman ağız aralığı normalden fazla olursa, piston üzerindeki kompresyon basıncı bu aralıktan aşağı kaçabilir. Segman ağız aralığının normalden az olmasının da zararları vardır. Aralık az olursa, segmanlardaki doğal genleşme nedeniyle segmanın iki ucu birbirine değerek segmanın kırılması veya segman dış çapında meydana gelecek büyüme ile silindir içinde çizilme ve sıkışmalar meydana gelebilecektir. Bu nedenle, segman ağız aralığının oda sıcaklığında 0,2-0,5 mm olması gerekir. Segmanlar Segmanların Pompalama Etkisi: Piston segmanları, motor çalışırken segman kanalı içerisinde aşağıyukarı hareket ederler. Segmanların aşağı-yukarı hareketleri esnasında yağı yukarı doğru pompalarlar ki böylece piston ve silindir arasında daha iyi bir yağlanma sağlanmış olur. Eğer segman ve segman kanalı arasındaki yan boşluk normalden fazla olursa, pompalama etkisi artacak ve yanma odasına daha fazla yağ basılacaktır ki bu durum yağ tüketimini arttıracaktır. Deneysel çalışma sonuçlarına göre; Sürtünme işinin: %60’ı 1. segmanda %30’ı 2. segmanda %10’ı 3. segmanda Buna göre mekanik kayıpların %50-60’ı segmanlarda oluşmaktadır. Segmanlar pistondaki ısının %50-60’ını silindir çeperine iletir. M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Segmanlar Segmanlarda basınç dağılımı Radyal temas, iş zamanında segman arkasındaki yanma gaz basıncı ve segman esneme özelliği ile olur. Segman yuvasındaki basınç, segmanı radyal yönde silindire doğru bastırır ve sürtünme işi artar. Radyal basınç 50-250 kPa’dır. Segmanların boyutları radyal basıncın büyüklüğüne ve dağılımına bağlıdır. Ortalama radyal basınç; Kompresyon segmanlarında: 0,11-0,25 MPa Yağ segmanlarında: 0,20-0,40 MPa Ortalama radyal basınç: • Motorun dönme sayısına, • Silindir çapına, • Yağlama koşullarına, ve • Malzemeye bağlıdır. http://www.riken.co.jp/e/piston/c/c_1.html Segmanlarda basınç dağılımı Çalışma esnasında silindir duvarına uygulanan radyal basınç dağılımı http://www.riken.co.jp/e/piston/c/c_1.html Segmanlarda basınç dağılımı Reading Text: In the installed condition (when the gap is closed), the piston ring must form a circle such that its periphery (running face) contacts the cylinder wall all the way around. This is a critical requirement. If the ring doesn't seal against the cylinder wall, combustion gases will leak to the outside. It's interesting to note that the ring does not press with uniform force all the way around its circumference, from one gap-end to the other. In fact, this contact pressure can be controlled during ring manufacture to guarantee that the desired contact pressure distribution is achieved in the assembled engine. The figures below show how the ring's contact pressure can be different, depending on the particular engine's specific requirements. The free gap and shape of the ring in its uninstalled condition will determine how much tension is present in the installed ring and which type of pressure distribution is achieved. The ring gap area must be designed to have minimum up and down movement since excessive dynamic movement would result in poor gas sealing characteristics even when the ring has good roundness. The ring designer must consider the specific engine application and then design the ring's free shape and free gap in order to achieve proper ring tension and the desired contact pressure distribution in the installed condition. http://www.riken.co.jp/e/piston/c/c_1.html Segmanlar Segmanların malzemesi: • Menevişlenmiş dökme demir • Sfero dökme demir • Alaşımlı çelik • Özel kır dökme demir Kompresyon segmanları özel dökme demirden imal edilirler. Üstteki kompresyon segmanı (ateş) ve bazı motorların yağ segmanları sert kromla kaplıdır. Krom tabakası segmanla silindir yüzeyi arasındaki kaymayı zorlaştırır. Bu sebeple kromlanmış yüzeylere fosfor katılarak bu olumsuzluk giderilmeye çalışılır. Piston Kolları (Biyel Kolu) 1 Segman 2 Piston pimi 3 Biyel kolu 4 Büyük uç 5 Çıkıntı (Motorun önüne bakmalı) 6 Yatak kepi 7 Tespit cıvataları 8 Boy tanım işareti 9 Yatak kabuğu/zarfı ya da yatak kepi Piston Kolları (Biyel Kolu) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Piston pimi deliği Piston pim burcu Yağ deliği Esnek saplama (plastik sıkma yöntemli) T profilli piston kolu Yataklar (yatak kabuğu) Yatak kepi Piston kolu kep oturma yüzeyi Connecting rod Types of angled big end Connecting rod assembly M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Piston Kolları (Biyel Kolu) Görevi: Piston kolu, pistonu krank miline bağlar. Biyel, iş zamanında pistondan aldığı doğrusal hareketi krank mili ile beraber dairesel harekete çevirerek krank miline iletir. Diğer üç zamanda krankın dairesel hareketini doğrusal harekete çevirerek pistonun zamanları oluşturmasını sağlar. Piston kolları pistonu krank miline bağlar. Bu nedenle çok şiddetli ve değişken çekme, bükme ve basma kuvvetlerine maruz kalırlar. Piston kolunun çiftli T kesiti, piston koluna gereken katılığı sağlar. Piston kolları genellikle ısıl işlemden geçmiş çelikten yapılırlar. Piston kolu temel olarak bükülmeye karşı dirençli bir profilden oluşur. Dizel motorlarda piston kollarına gelen fazla yükler, piston kol yataklarının daha geniş yapılmasıyla karşılanabilmektedir. Piston Kolları (Biyel Kolu) Trapez biyel: Yakıt-hava karışımının yanması esnasında yanma odasında yüksek basınçlar oluşur. Yüksek yanma basıncı nedeniyle krank düzenindeki elemanlar aşırı zorlanır. Yüksek yanma basıncından dolayı piston ve biyel kolunun zorlanmasını azaltmak için piston göbeği ve biyel bağlantısı trapez biçimde tasarlanmıştır. Piston ve biyel arasındaki standart bağlantıya kıyasla piston göbeğinin ve biyel bağlantısının piston piminde oluşturduğu trapez şeklindeki temas yüzeyi genişletilmiştir. Böylece yanma kuvvetleri daha geniş bir yüzeye dağılır. Piston pimi ve biyel kolu daha az zorlanır. Piston Kolları (Biyel Kolu) Şekil: Normal biyelde pim bağlantısı Şekil: Trapez biyelde pim bağlantısı Piston Kolları (Biyel Kolu) Boyutlandırılması: Biyel boyu: büyük başın dönmesine, Krank mili karşı ağırlığına, Silindirin boyuna dolayısıyla strok/çap oranına bağlıdır. Biyelin boyu kısaldıkça yan kuvvetin değeri artar ve motorun ömrü genel olarak azalır. Biyelin küçük başı: Pim boyutlarına ve bunun tespit şekline bağlıdır. Motorlarda genellikle serbest pimler kullanılır. Serbest pimli birleştirmelerde biyel küçük başına bronz burç ya da iki metalli burç 20-90 MPa’lık bir basınç altında presle geçirilir. Biyel kolu Biyel büyük başı Biyel cıvatası Not: Yatakların ömrü yağın sevk yerine de bağlıdır. Bazı durumlarda yağın erozyonu yatağı aşındırabilir. Piston Kolları (Biyel Kolu) Malzemesi: Piston kolu hafif ve motorun çalışması esnasında ortaya çıkan basınç ve gerilmelere karşı dayanıklı olması gerekir. Biyel malzemesi olarak; Karbonlu çelik: (C=0,32`Mn=0,8; Si=0,55) Çekme mukavemeti 600-700 MPa Alaşımlı çelik, Dökme çelik Biyel dövme suretiyle imal edilir. Uçak motorlarında ve yarış otomobillerinde krom-nikel veya krom-molibden çelikten yapılırlar. Çekme gerilmesi 600-700 MPa Hafif metalli biyel kolu AlCuMg alaşımı olup çekme gerilmesi 250 MPa ve uzaması %8’dir. Biyel malzemesi olarak sfero dökümde kullanılır. Connecting rod Basma zorlaması Çekme zorlaması Burkulma zorlaması Eğilme zorlaması Forces acting on the connecting rod: (a) compression (b) tension (c) bending (d) concentration of bending load M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Ara Özet Görevi: • Pistonu krank miline bağlar. • Piston kuvvetini krank miline iletir. • Krank miline döndürme momenti uygular. • Pistonun doğrusal hareketini krank milinin dairesel hareketine dönüştürür. Pim Biyel kolu Biyel civatası Malzemesi ve imali : Döküm yada dövme yolu ile çelikten I profil olarak imal edilir Biyel kolu malzemesinden beklenen özellikler: • Yüksek bükülme dayanımı • Flambaja karşı dayanım • Yüksek çekme dayanımı • Yüksek basma dayanımı Biyel küçük başı Biyel yatakları Biyel kepi The materials from which connecting rods are forged generally comprise a carbonmanganese steel for passenger car petrol engines and a low-alloy 1 per cent chromium steel for commercial vehicle diesel engines, the latter material being the harder after their heat treatment. Krank Mili Krank Mili Görevi: • Piston kolunun doğrusal hareketini dönme hareketine çevirir ve bu şekilde bir tork (döndürme kuvveti) oluşturur. • Sıçratma yöntemiyle yağlama sağlamak • Motor bloğundan biyel yataklarına yağ taşımak • Krank mili; kam miline, yağ pompasına, yakıt püskürtme pompasına, su pompasına ve yardımcı donanımlara (örneğin alternatör, hidrolik direksiyon pompası vb. gibi) hareket verir. Krank Mili Krank mili genellikle eğilme ve burulma ile zorlanır. İş zamanı: Gaz kuvvetleri Diğer zamanlarda atalet kuvvetleri Krank Mili Maruz kaldığı zorlamalar: Pistonlar üzerinden krank miline aktarılan yanma basıncının etkisi altında krank mili sürekli olarak eğilme ve burulma gerilmelerine maruz kalmakta ve bu parçalardaki hareket esnasında ortaya çıkan dalgalanmalar/salınımlar motor bloğunda titreşimlere neden olmaktadır. Silindirlerdeki yanma sırasının düzenlenmesi, kepler, dengeleme ağırlıkları vb sayesinde bu titreşimler en aza indirilebilmektedir. Krank mili hem eğilme hem de burulma zorlamasına maruzdur. Not I: Krank milinin eğilme zorlanması genellikle maksimum gaz kuvvetinin basıncına göre yapılır. Önemli not II: Eğilme ve burulma gerilmesinin maksimumu aynı anda olmaz. Hesaplarda emniyet bakımından her ikisinin de maksimum değeri krank miline aynı anda etki ediyormuş gibi düşünülür. Krank Mili Nominal burulma gerilmesi yaklaşık olarak 40 MPa alınabilmektedir. Krank millerindeki toplam gerilme değeri 50-150 mm arasında olanlarda 300 MPa kabul edilir. Modern çalik krank millerinde nominal gerilmeler; Malzemenin akma sınırını eğilmede %20’sini ve burulmada %15’ini aşmamalıdır. Genellikle eğilme yorulması kırılması, kolun muylu ile birleştiği yerden başlar. Krank Mili Boyutlandırma: Ana ve muylu yataklarının sayısı ve boyutları, motor bloğunun yapısı Silindir kapağının yapısı (müşterek ya da ayrı) V motorlarda biyelin tertibi Krank mili malzemesi ve imal şekli (dövme çelik veya çelik döküm) 123456- Krank mili kol muylusu Krank muylu mesnedi (dayama) Ana muylu Denge ağırlığı Denge deliği Yağ deliği Krank milinin tertibi motorun şekline bağlıdır. Benzin motorlarında krank mili, iki silindir için bir ana yatak olmak üzere tertip edilir. Büyük güçlü benzin ve dizel motorlarda ve dizel motorlarında krank mili her silindir için bir ana yatak olmak üzere tertip edilir. Krank milinin istatistiki değerlere göre boyutlandırılması: 1. Silindirler arası uzaklık: 2. Krank muylusu: Geçiş yerlerinde sertleştirme soğuk haddeleme veya dövme yapılmak suretiyle ön gerilim verilmesiyle mukavemeti %90’a kadar artar. 3. Ana yatak: 4. Krank kolları: Bu kolların ağırlık merkezinin dönme eksenine mümkün olduğu kadar yakın olması gerekir. Krank Mili Krank mili dengeleme ağırlıkları: Piston ve biyelin aşağı-yukarı hareketinden ve krank milinin dönüş hareketinden dolayı titreşimler meydana getiren kuvvetler oluşur. Bu titreşimler, motor kulakları üzerinden araç gövdesine aktarılır. Titreşimleri azaltmak için pistonların bağlandığı biyel muylularına 1800 açılı olarak yerleştirilmiş dengeleme ağırlıkları pistonun, biyelin ve krank milinin oluşturduğu kuvvetlere karşı koyar. Ayrıca bu ağırlıklar pistonda oluşan büyük kuvvetleri dengeleyerek krankın balansını sağlarlar ve ataletten kaynaklanacak olumsuzlukları ortadan kaldırırlar. Bu ağırlıklar, • piston-biyel mekanizmasının ağırlıkları, • pozisyonu ve • üzerine gelen yükler hesaplanarak belirlenir. Onun için krank mili döküldükten sonra balans işlemine tabi tutulur ve bir balanssızlık görülürse ağırlıkların uygun olan bölgesinden matkap ile delikler açılarak bu bölgedeki ağırlık azaltılır. Böylece balans sağlanmış olur. Önemli Not: Karşı ağırlığın toplam ağırlığı, krank milinin ağırlığının %70-80’ine ulaşabilmektedir. Ancak bu durumda krank milinin kritik dönme sayısının değeri azalır. Krank Mili Yağ kanalları: Krank milinin iç kısımlarında her ana ve kol yatak muylularına giden yağ delikleri vardır. Yağ pompasının bastığı basınçlı yağ bu deliklerden muyluların yağlanmasını sağlamaktadır. Montajdan sonra, muylu ile yatak arasında bir miktar boşluk vardır. Bu boşluğa yağ boşluğu denir. Yağ pompasının bastığı yağ, krank içerisindeki kanallardan bu boşluğa dolarak bir yağ filmi oluşmasını sağlar. Krank mili, yatak ile muylu arasındaki bu yağ filmi üzerinde döner. Biyel kol yatağı Krank ana yatak Balans ağırlıkları Krank mili Yağ kanalı Eğer yağlama sisteminde bir problem olur ve bu sebepten muylu ile yatak arasına yağ gelmez ise, yağ filmi oluşmaz. Bundan dolayı muylular yataklara kuru sürtünme yapacağından kısa sürede aşırı ısınır ve yumuşak olan yatak malzemesi eriyerek muylu üzerine yapışarak krank milini kilitler. Bu olaya motorun yatak sarması denir. Krank Mili Yatak Yağ Boşluğu: Sabit yataklar ile birlikte dönen krank mili (ana yatak muylusu ve krank kol muylusu) arasında metalin metale direkt temasını engellemek için yeterli miktarda yağlama yağı mutlaka tedarik edilmelidir. Gerekli yağ filminin oluşabilmesi için yataklar ile muylular arasında boşluk olmalıdır. Bu boşluğa yağ boşluğu adı verilir. Motor tipine göre bu boşluk miktarı değişir. Ancak genellikle 0,02 – 0,06 mm arasındadır. Krank Mili Malzemesi: Krank milleri karbonlu veya alaşımlı dövme çelikten imal edilir. Son yıllarda demir dökümden (perlitik, temper döküm veya sfero döküm) imal edilirler. Krank mili malzemeleri: Yüzeyi nitrasyonla sertleştirilmiş nitral çeliği (Brinel sertliği 500), Yüzeyi alev endüksiyonla sertleştirilen karbonlu çelik veya alaşımlı çelik Isıl işleme tabi tutulan yüksek karbonlu çelik veya alaşım çeliği Dökme demir. Ek Bilgi: Sfero grafit yada krom vanadyum ile molibden alaşımlı ısıl işleminden geçirilmiş çelikle dökme demirden imal edilirler.. Krank Mili Okuma parçası: Beyaz DD: Katılaşma (Sıvı fazdan katıya dönüşme) sırasında soğuma hızı yüksek tutulursa Beyaz DD elde edilir. Bu yapıda sementit baskındır dolayısıyla sert ve gevrektir. Kır/Gri/Esmer DD: Sıvı fazdan çok yavaş soğuma ile karbon difüzyonla bir araya toplanarak lamelli bir yapı oluşturur. Perlit oranı arttıkça dayanım artar. Tüm durumlarda süneklik çok kötüdür. Lamelli yapıda keskin uçların oluşturduğu çentik etkisi nedeniyle mekanik özellikleri kötüdür. • Ferritik kır dökme demir : Çok yavaş soğuma hızı. • Ferritik-perlitik kır dökme demir : Biraz daha hızlı olması durumunda. • Perlitik kır dökme demir: Daha hızlı olması durumunda oluşur. Krank Mili Okuma parçası: Not: Lamellerin mekanik özelliklere olumsuz etkisini ortadan kaldırmak amacıyla grafitlerdeki keskin kenarları ortadan kaldırmak amacıyla bazı işlemlere tabi tutulur. Temper DD: Hızlı soğuma ile elde edilen beyaz dökme demir yaklaşık 950 oC’de uzun süre (48 saat) tavlanır ve sementit yapı içerisindeki kararsız karbon bir araya toplanarak temper grafiti denilen topak halinde yapılar meydana getirir. Bu yapıda süneklik %10’a kadar artabilir. Soğuma hızına göre Ferritik TDD, Ferritik-perlitik TDD ve Perlitik TDD şeklinde 3 farklı TDD elde edilebilir. Krank Mili Mukavemeti: Krank milinde yorulma mukavemeti önemlidir. DIN 17200’e göre krank mili malzemesinin çekme mukavemeti 800950 MPa olmalı. Krank Mili Malzemesi Reading: The materials and manufacture of petrol engine crankshafts for motor cars, it was mentioned that although the majority of their crankshafts are produced from iron castings of the spheroidal graphite type with a tensile strength of about 63 kg/mm2 (40 tons/in2), crankshafts forged from higher-strength low-alloy steels are still used for heavy-duty applications. Included in this category are, of course, commercial vehicle diesel engines. Although there is no hard and fast rule regarding the material preferences of different engine manufacturers, a few examples can be given. The material used for the crankshaft of one medium-capacity, naturally aspirated diesel engine is a 1 per cent chromium steel with a tensile strength of 71 kg/mm2 (45 tons/in2), while that for a turbocharged version of the same engine is a 1 per cent chromium-molybdenum steel with an increased tensile strength of 79 kg/mm2 (50 tons/in2). The effect of a small addition of molybdenum as an alloying element is to impart a relatively uniform hardness and strength to the material. At the other end of the scale, the material specified for the crankshaft of a large-capacity turbocharged diesel engine can be typically a 3 per cent chromium-molybdenum nitriding steel with a tensile strength of up to 94 kg/mm2 (60 tons/in2). Nitriding or nitrogen hardening is a process performed by heating the material to a temperature of 500°C and passing ammonia gas over it. On contact with the hot steel the ammonia gas breaks down into hydrogen and nitrogen, so that the latter diffuses into the steel to form nitrides at the surface. The benefits conferred by this treatment are an extreme surface hardness coupled with a high fatigue resistance. M.J. Nunney, “Light and Heavy Vehicle Technology”, Fourth edition, 2007 Krank Mili Okuma Parçası: Caddy 2004 Yataklar Krank Mili Yatakları Yapısı: Ana yatakların üst yarım parçaları, krank mili ana muylularının yağlanması için yağ delikleri ve yine kol yataklarının üst yarım parçaları da krank mili kol muylularının yağlanması için birer deliğe sahiptirler. Krank mili, piston tarafından üzerine gelen basınç etkisi altındadır. Bu nedenle alt yarım yataklarda yağ deliği yoktur. Montajında dikkat edilecek hususlar: Alt ve üst yarım yataklar dönmemeleri için birer kilitleme tırnağına sahiptirler. Krank mili yan gezinti yatakları sadece krank mili ile temasta bulunan yüzeylerinde yağlama yağ kanalları vardır ve dönmemeleri için de altta küçük bir çıkıntı vardır. 12345678- Montaj tırnağı Yağ kanalı Yatak malzemesini destekleyen çelik Destekleyici kaplama Nikel kaplama Yüzey kaplama Yağ deliği Flanş Yataklar Malzemesi: Dökme demirli krank milinin aşınma direnci yüksek olduğu için ana ve muylu yataklarında, kurşun bronzlu ve bakır kurşunlu yatak kullanılır. Bunlarda yaklaşık 300 Brinell sertliği gerekmektedir. Isıl işleme tabi tutulan yüksek karbonlu çelik veya alaşım çeliğinden yapılan krank millerinde kalay-kurşun esaslı nispeten yumuşak yataklar kullanılır. Yataklar Çoğunlukla gömme tip yataklar kullanılır. Gömme tip yataklar şekilde görüldüğü gibi yuvarlaktır. Yatağın iç tarafının yüzeyi çelik kabuktur. Malzeme kaynama sıcaklığında iken yatağa kaplanmış ve sertleştirilmiştir. Yatağın iç tarafının ortası boyunca bir yağ kanalı vardır. Yağ bu kanal boyunca yatağın tüm yüzeyine yayılır. Kanalın ortasındaki yağ deliğinden sürekli olarak basınçlı yağ gelmektedir. Yatağın sırt kısmının ucunda bir kilitleme tırnağı vardır. Bu kilitleme tırnağı sayesinde yatağın krank mili ile birlikte dönmesine engel olur. Gömme tip yatak Not: Kilitleme tırnağı = Tespit tırnağı Flanşlı tip (Dayanma yüzeyli tip) yatak kusuneti Ana Yatak/lar/ Krank mili yataklarla desteklenir. Krank mili olabildiğince az sürtünmeyle dönmelidir. Krank mili için kullanılan yataklar çoklu kaplamaları olan yataklardır. Bu yataklardan birisi krank milinin eksenel hareketini önler. Bu yatağa eksenel gezinti denetim yatağı denir. 12345678- Montaj tırnağı Yağ kanalı Yatak malzemesini destekleyen çelik Destekleyici kaplama Nikel kaplama Yüzey kaplama Yağ deliği Flanş Yataklar Yataklar yağ pompasının basıncıyla taşınan yağla yağlanırlar. Dönen muylular bir yağ tabakası üzerinde hareket eder. Bu tabaka metal parçalar arasındaki sürtünmeyi ve teması önler. Benzer bir durum araç lastikleri ile ıslak yol yüzeylerinde de yaşanabilir.. Lastik üzerinde su boşaltma kanalları suyu bir nedenle boşaltamaz ise lastik ile yol arasında bir su tabakası oluşur ve lastiğin yere teması ve sürtünmesi yok olur. Tabi bu istenmeyen bir durumdur. Çünkü doğrudan doğruya kaza nedenidir. 1. 2. 3. 4. 5. Yatak Yük Mil Yağ filmi Yağ girişi Yataklardaki yağ filmi Yatak Malzemesi Malzemesine Göre Yataklar Beyaz metal: Beyaz metal, kalay, kurşun, antimon, çinko ve diğer metaller ile kaplanmış bir çelik kabuktur. Yerine iyi oturur ancak düşük bir mukavemete sahiptir. Nispeten küçük yüklü motorlarda kullanılır. Kelmet metal: Kelmet metal, bakır ve kurşun alaşımı kaplı bir çelik kabuktur. Daha mukavimdir ve beyaz metale göre daha fazla yorulma direncine sahiptir. Ancak beyaz metal gibi yerine iyi oturmaz. Kelmet metal, daha çok yüksek hızlı ve yüksek yüklü motorlarda kullanılır. Alüminyum yatak: Alüminyum ve üzerine eritilerek kalay kaplanmış bir çelik kabuktur. Kelmet ve beyaz metale nazaran aşınmaya daha fazla dirençlidir ve ısı transferini iyi yapar. Çoğunlukla benzinli motorlarda kullanılır. Okuma Parçası Analojik yaklaşım: Benzer bir durum araç lastikleri ile ıslak yol yüzeylerinde de yaşanabilir.. Lastik üzerinde su boşaltma kanalları suyu bir nedenle boşaltamaz ise lastik ile yol arasında bir su tabakası oluşur ve lastiğin yere teması ve sürtünmesi yok olur. Kam Mili Kam Mili Görevi: Kam mili, supapları dört zaman çevrimine göre açan, piston kursu boyunca açık tutan ve yaylar yardımıyla kapatan setli bir mildir. Kam mili bu esas görevinden başka, üzerinde bulunan bir helis dişli yardımıyla distribütör ve yağ pompasına, ayrıca özel bir kam vasıtasıyla da benzin otomatiğine hareket verir. Kam Mili Malzemesi: Kam milleri genellikle yüksek kaliteli çelik alaşımlarından dövülerek veya dökülerek tek parça halinde yapılır. Kam ve muylu yüzeyleri ısıl işlemlerle sertleştirilir. Kam milleri ya çelikten ya siyah dökme demirden ve ya sfero grafit dökme demirden imal edilirler. Yapısı: Genellikle kam millerinde her silindir için bir emme bir de egzoz olmak üzere iki adet kam bulunur. Bazı motorlarda örnek yatık boksör tipi 4 silindirli bir motorda bir emme ve bir egzoz kamı karşılıklı iki silindirin supaplarını açmaktadır. Ayrıca günümüzde kullanılan DOHC motorlarda emme supapları için bir kam mili ve egzoz supapları için de ayrı bir kam mili bulunmaktadır. Kam mili malzemesinden beklenen özellikler: • Yüksek yıpranma direnci • İyi form katılığı • Titreşim sönümleme özelliği • İyi işlenebilirlik Kam Mili Sivri kamlar: Supabı yavaşça açıp kaparlar supap yalnızca kısa bir süre için tam olarak açık kalır. Dik profili olan kamlar: Supabı daha hızlı açıp kaparlar ve daha uzun süre tam açık pozisyonda kalırlar aynı zamanda daha fazla zorlamaya maruz kalırlar. 1. Sivri kam 3. Arka yüz 2. Dik profili olan kam 4. Ön yüz Kam Profili Motor Zamanlama Düzeni Motor Zamanlama Düzeni Supap düzeni ve püskürtme pompası için hareket iletim çeşitleri: 1. Zamanlama zinciri ile hareket iletimi 2. Zamanlama dişlileri ile hareket iletimi 3. Zamanlama kayışı ile hareket iletimi Motor Zamanlama Düzeni Zaman ayar dişlileri ile hareket iletimi: Zaman ayar dişlileri ile hareket iletiminde; krank mili dişlisi, çelik alaşımından yapılmış olup krank miline presle geçirilmiştir. Kam mili dişlisi, krank mili dişlisine göre daha yumuşak olan dokulu fiber veya alüminyum alaşımından yapılmıştır. Kam mili dişlisinde, krank mili dişlisinin iki katı diş vardır. Motor toplanırken, kam ve krank mili dişlilerindeki işaretlerin karşılaşmalarına dikkat edilir. Günümüzde kullanılan motorlarda hareket iletimi dişli vasıtasıyla yapılıyorsa; hareket direk krank dişlisinden kam mili dişlisine geçmemekte, diğer hareket alan parçaların dişlileri de bu sistem içerisinde yer almaktadır. Bu dişliler, karbon çeliği veya başka tip özel çeliklerden imal edildikten sonra yüzeyleri sertleştirilmiştir. Helisel dişli olup düzenli ve sessiz çalışırlar. 1- Krank mili 4- Kam mili 2- Emiş pompası 5- Yağ pompası 3- Dağıtıcı tür yakıt püskürtme pompası Motor Zamanlama Düzeni Zamanlama kayışı (Triger) ile hareket iletim mekanizması: Son zamanlarda kovan zincirin yerine sentetik fiber kord bezleri ile takviye edilmiş lastik malzemeden yapılan ve üzerinde dişler bulunan triger kayışı kullanımı yaygınlaşmıştır. Lif dokusu güçlendirilmiş plastikten yapılmış. Dişli bir triger kayışı ile kam milini hareket ettirmek sessiz bir çalışma sağlar ve düşük ağırlık sayesinde özellikle yüksek motor devirleri için uygundur. Triger kayışının malzemesi yağ ve soğutma suyu temasına uygun değildir. Motor üzerinde çalışma yapılırken bu malzemelerin kayışa temas etmesini önleyecek şekilde çalışılmalıdır. Triger kayışı belli servis aralıklarında değiştirilmelidir. Kontrol esnasında kayışın arkasında çatlaklar yada aşınmış dişler görülürse planlanan süre gelmemiş olsa bile mutlaka değiştirilmelidir. Motor Zamanlama Düzeni DOHC (Üstten çift eksantrikli) Kompakt DOHC Triger kayışı Eksantrik kasnağı Krank mili kasnağı Motor Zamanlama Düzeni Krank milinin hareketini alternatöre, direksiyon pompasına ve klima kompresörüne iletirler. Sayıları birden fazla olabilir. Krank kasnağı Direksiyon pompa kasnağı Alternatör Kasnağı Su pompa kasnağı A/C kompresör kasnağı V-Kayışı V Yivli Kayış Motor Zamanlama Düzeni Tek kayış kullanmanın avantajları • Toplam motor uzunluğunu kısaltır. • Parça sayısını azaltır • Ağırlığı azaltır. “V” yivli kayış Krank kasnağı Avare kasnak (otomatik gerdirici) Hidrolik direksiyon pompa kasnağı Alternatör kasnağı Su pompası kasnağı A/C kompresör kasnağı Motor Zamanlama Düzeni Motor Zamanlama Düzeni Motor Zamanlama Düzeni Zamanlama zinciri Eksantrik dişlileri Krank mili dişlisi Zamanlama Zinciri İle Hareket İletimi Bu tür hareket iletim düzeninde tekli veya çoklu zincir kullanılır. Zincir, bir hidrolik zincir gerginleştiricisi tarafından gerilir. Bu gerginleştiricide motorun yağ basıncıyla denetimi yapılır. Buna ilave olarak zincir, zincir titreşimini ve gürültüsünü azaltmak için zincir kılavuzları üzerinde hareket ettirilir. Zamanlama zinciri çalışması esnasında merkezkaç kuvvetten dolayı dışarı doğru açılma eğilimi gösterdiğinden, kovan zincirde zincir gaydları ve zincir gerdiricileri kullanılır. Sistemin revizyonunu yaparken kam milini supap zamanlamasını bozmayacak şekilde takmak gerekir. 1- Kam mili dişlisi 2- Zamanlama zinciri 3- Krank mili dişlisi 4- Zincir gerdiricisi 5- Zincir kılavuzu Kayış Kontrolü Zaman Ayarı Okuma parçası: Küresel Grafitli Dökme Demir birbirinden bağımsız olarak British Cast Iron Research Association (BCIRA) ve International Nikel Company (INCO) tarafından geliştirilmiş ve ilk defa Amerikan Dökümcüler Cemiyetinin 1948’deki yıllık toplantısında döküm endüstrisi için yeni bir malzeme olarak tanıtılmıştır.Bu tip dökme demir için sphero, nodüler ve küresel grafitli adları kullanılmıştır. Yurdumuzda en çok küresel grafitli adı kullanılmaktadır. Küresel grafitli dökme demir, çeliğinkine benzer bir matris içinde dağılmış küre şekilli grafitlerden oluşan bir yapıya sahiptir. Yapı açısından gri dökme demirden tek ayrıcalığı grafitlerin şeklidir. Küresel grafitli dökme demirin mekanik özellikleri grafit şekli ve büyük ölçüde matris yapısı tarafından etkilenmektedir. Küresel grafitli dökme demirler, gri dökme demirin başlıca avantajları (düşük ergime derecesi, iyi akışkanlık ve dökülebilme, mükemmel işlenebilme ve iyi kesme mukavemeti) ile çeliğin mühendislik yönünden avantajlarına (yüksek mukavemet, tokluk, süneklik, sıcak işlenebilme ve sertleşebilme) birleştiren yeni bir malzeme veya dökme demirler ailesi içinde yeni bir grubu oluşturmaktadır. Genel olarak küresel grafitli dökme demirin bileşimi ile esmer dökme demirin bileşimleri arasında bir fark yoktur. Fakat; özellikleri, kullanım amaçları ve alanları bakımından büyük farklar vardır. Esmer dökme demirin yapısında grafitler, lamel (yaprakçıklar) halindedir. Bu grafitler yapı içinde boş hacim meydana getirerek malzemenin dayanımını düşürürler. Esmer dökme demirin sayısız fayda ve kullanma alanlarına rağmen daha iyi özelliklere sahip olması için çalışma ve araştırmalar devam etmiştir. 1948 yıllarında esmer dökme demir içerisine bazı katkı maddeleri konularak, küresel grafitli dökme demirin yapımı gerçekleştirilmiştir. Küresel grafitli dökme demirin yapısındaki grafitler küreler halindedir. Grafitlerin, küreler haline geçebilmesini sağlamak için sıvı dökme demire magnezyum (Mg) veya seryum (Ce) madenleri saf veya alaşım olarak çok az katılır. Küresel grafitli dökme demirin mekaniksel özellikleri oldukça iyidir. Makina işçiliği kolaydır. Korozyona karşı dayanıklıdır. http://www.gesadokum.com/sferodokum.html Tokluk (Toughness) nedir? Malzemenin kopana dek absorbe ettiği toplam enerjiyi ifade eder. Gerilme-şekil değiştirme eğrisinin altında kalan alana eşittir. Sünek malzemelerin tokluğu gevrek malzemelere göre daha yüksektir. Süneklik (Ductility): Süneklik önemli bir mekanik özelliktir. Malzemenin kırılmasına kadar olan plastik deformasyonun bir ölçüsüdür. Gevrek malzemeler kırılmadan önce ya çok az plastik deformasyona uğrarlar ya da hiç plastik deformasyona uğramazlar.