Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Ç NDEK LER

1 G R

1.1. DÖKÜM TEKN 1.2 TAR HÇE

1.3 TÜRK YE’DE DÖKÜM SANAY

2. ER TME, DÖKME ve KATILA MANIN ESASLARI

2.1 ER TME

2.2 GAZ ÇÖZÜNÜRLÜ Ü VE GAZ G DERME 2.3 KALIBIN DOLDURULMASI VE YOLLUK S STEM 2.4 AKICILIK

2.5 KATILA MA

2.5.1 Saf Metallerde Kat,la-ma 2.5.2 Ala-,mlarda Kat,la-ma

2.5.3 Kat,la-ma S,ras,nda Olu-an Hac,m Azalmalar, 2.5.4 Kal,p çinde Kat,la-man,n Yönlendirilmesi

3. KUM KALIBA DÖKÜM 3.1 G R 3.2 MODELLER

3.2.1 Model Türleri 3.2.2 Model Tasar,m, 3.2.3 Model Malzemeleri 3.3 MAÇALAR

3.4 KUM ESASLI KALIP TÜRLER 3.4.1 Ya- Kum Kal,plar 3.4.2 Kuru Kum Kal,plar 3.4.3 Toprak (Balç,k) Kal,plar 3.4.4 Çukur Kal,plar

3.4.5 Karbondioksit Yöntemi 3.4.6 Kabuk Kal,plar

3.4.7 Havada Sertle-en Kal,plar 3.4.8 Çimento BaBlay,c,l, Kal,plar

3.4.9 Vakumlu Kal,plama Yöntemi 3.4.10 Dolu Kal,ba Döküm

3.5 KUM ESASLI KALIP MALZEMELER 3.5.1 Kum Özellikleri

3.5.2 BaBlay,c, ve DiBer Katk,lar

3.5.3 Kum Esasl, Kal,p Malzemelerinin Özellikleri

4. D ER DÖKÜM YÖNTEMLER

4.1 HARCANAN KALIP KULLANILAN YÖNTEMLER 4.1.1 Hassas Döküm

4.1.2 Alç, Kal,ba Döküm 4.1.3 Seramik Kal,ba Döküm

4.2 KALICI KALIP KULLANILAN YÖNTEMLER 4.2.1 Kal,c, Kal,ba Döküm

4.2.2 Bas,nçl, Döküm 4.2.3 Savurma Döküm 3.4.4 Çukur Kal,plar

3.4.5 Karbondioksit Yöntemi 3.4.6 Kabuk Kal,plar

3.4.7 Havada Sertle-en Kal,plar 5. ER TME OCAKLARI

5.1 POTALI OCAKLAR 5.2 KUPOL OCA I 5.3 ALEVL OCAKLAR 5.4 ELEKTR KL OCAKLAR

5.4.1 Ark Ocaklar,

5.4.2 Endüksiyon Ocaklar,:

5.4.3 Direnç Ocaklar,

6. B T RME LEMLER 6.1 KALIP BOZMA

6.2. YOLLUK VE ÇIKICILARIN AYRILMASI 6.3. YÜZEY TEM ZLEME

6.4. ÇAPAK KESME 6.5. ISIL LEM

6.6. SON YÜZEY LEMLER 6.7. ONARIM

7. DÖKÜM KUSURLARI VE KAL TE KONTROL 7.1. DÖKÜM PARÇA KONTROLU 7.2 DÖKÜM PARÇA KUSURLARI 8. DÖKÜM PARÇA TASARIMI

9. DÖKÜM MALZEMELER

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

1 G R

Günümüz insan,n,n ya-am standart,nda son 50 y,lda saBlanan olaBanüstü iyile-me, büyük ölçüde mühendislik tasar,mlar,n,n seri ve ucuz olarak imalat,n, saBlayan yöntemlerin geli-tirilmesi sayesindedir. mal usullerini tan,mak bütün mühendislik disiplinleri için kaç,n,lmaz bir zorunluluktur. Mühendisler her bir imal usulünün imkanlar,n,, üstünlüklerini ve s,n,rlar,n, tan,yarak amaçlad,klar, tasar,ma en ucuz ve doBru olarak ula-mak için gerekli bilgileri edinmek zorundad,rlar.

Üretim, doBada bulunan maddeleri istenilen özellik ve biçimdeki ürünlere dönü-türmek olarak tan,mlanabilir. Üretim yöntemlerini iç ve d,- dönü-ümler olarak ikiye ay,rmak mümkündür. ç dönü-ümler genellikle cevherlerin indirgenmesi, kimyasal ar,tma, ,s,l i-lemler gibi maddelerin kimyasal dönü-üme uBrad,klar, tekniklerdir. D,- dönü-ümler ise malzemelerin istenilen biçim ve boyutlara getirilmesi anlam,nda olup, Türkçe teknik terminolojide bu yöntemler için genellikle “imal usulleri” ad, kullan,lmaktad,r. mal usulleri çok say,da deBi-ik yöntemi içerir; bunlar aras,nda ba-l,calar, döküm, kaynak, plastik -ekil verme ve tala- kald,rma yöntemleridir, ekil 1.1.

Bu kitap kapsam,nda ele al,nan döküm tekniBi, s,v, halde ak,c, olan metallerin, üretilmek istenen parçan,n biçiminde bir bo-luk içeren kal,plara (yerçekimi yard,m,yla veya uygulanan bas,nçla) doldurularak kat,la-t,r,ld,B, bir imalat yöntemidir. S,v, metalin içine döküldüBü kal,p olarak, her dökülen parçadan sonra bozulan (örneBin kum) kal,plar kullan,ld,B, gibi, birden fazla parçan,n üretimine imkan veren kal,c, (örneBin metal) kal,plar da kullan,labilir. Metalin kat,la-mas,ndan sonra kum kal,plarda kal,p bozularak, kal,c, kal,plarda ise kal,p aç,larak dökülen parça ç,kar,l,r. Döküm yöntemiyle doBrudan parça üretildiBi gibi, ingotlar da dökülebilir. ngotlar, metal endüstrisinde ala-,mland,r,lmas, tamamlan-m,- eriyik halindeki malzemenin, haddeleme veya dövme ile -ekil verilmek üzere basit ve büyük kal,plara dökülmesi ile elde edilen parçalard,r.

ÜRET M YÖNTEMLER

Ç DÖNÜ ÜMLER DI DÖNÜ ÜMLER

Dönü ümler

DÖKÜM KAYNAK

Ak c l ktan Yararlan l r Birle tirme Sa lan r

Kum Kal ba Oksi-Asetilen Hassas Elektrik Ark

Metal Kal ba Tozalt Bas nçl Plazma

TALA KALDIRMA PLAST K EK L VERME

Uzakla t r l r Kabiliyetinden Yararlan l r Tornalama Dövme

Frezeleme Haddeleme Planyalama Ekstrüzyon Ta#lama Çekme

ekil 1.1. Üretim Yöntemleri

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Döküm yönteminin diBer imal usullerinden üstünlükleri -öyle s,ralanabilir:

• Yöntemin s,n,rlar, çok geni- olup, hem çok küçük parçalar,n, hem de tonlarca aB,rl,ktaki büyük parçalar,n üretimine uygun deBi-ik teknikler bulunmaktad,r.

• Çok karma-,k biçimli ve içi bo- parçalar,n üretimi mümkündür.

• Hemen hemen tüm metal ala-,mlar,n,n dökümü mümkündür. Baz, malzemeler ise (örneBin dökme demir) sadece döküm yoluyla elde edilebilir.

• Seri üretime uygun döküm yöntemleri geli-tirilmi-tir.

Döküm yönteminin s n rlar ise -unlard,r

• Çok ince kesitlerin elde edilmesi güçtür.

• Az say,da parça üretimi için genellikle ekonomik deBildir.

• Ayn, malzemenin plastik -ekil verme yöntemleri (örneBin dövme) ile elde edilmi- olan,, dayan,m bak,m,ndan genellikle daha üstündür.

• Genellikle hassas boyut toleranslar,n,n ve iyi yüzey kalitelerinin saBlanmas, güçtür.

• Çevre dostu bir imalat yöntemi deBildir.

ekil 1.2: Döküme haz,r bir kapal, kum kal,b, kesiti

1.1. DÖKÜM TEKN

Döküm i-lemi, içinde üretilmek istenen parçan,n biçimine sahip bir bo-luk bulunan kal,plara s,v, metalin doldurulmas, ile yap,l,r. Kal,p bo-luBunun boyutlar, elde edilmek parçanan biraz daha büyüktür; bu -ekilde kat,la-ma ve soBuma s,ras,ndaki boyut azalmalar, dengelenir. S,v, metalin doldurulduBu kal,p aç,k veya kapal, olabilir. Döküm teknolojisinde daha yayg,n olarak kullan,lan kapal, kal,plarda, s,v, metalin kal,ba doldurulmas, için bir yolluk sistemi bulunur, ekil 1.2. Kal,plar deBi-ik refrakter malzemelerden yap,labilir, bunlar aras,nda kum, alç,, seramik ve metal say,labilir.

Kat,la-ma sonras,nda baz, döküm yöntemlerinde parçan,n ç,kar,lmas, için kal,b,n bozulmas, gerekir, yani kal,plar sadece bir kez kullan,l,rlar (kum kal,p). Baz, yöntemlerde ise kal,plar kal,c,d,r ve birden çok parça üretimi için kullan,l,rlar (metal/kokil kal,p).

Döküm öncesinde metal eritilir ve döküm s,cakl,B,na ç,kar,l,r. Kal,ba dolan metal soBumaya ba-lar, s,cakl,k belirli bir deBere dü-tüBü zaman kat,la-ma ba-lar ve kat,la-ma tamamland,B,nda hala s,cak olan parça oda s,cakl,B,na kadar soBur. Bu s,rada önemli miktarda ,s, uzakla-t,r,l,r ve faz dönü-ümleri olabilir. Bütün bu süreç boyunca parçan,n boyut ve biçimi yan,nda malzemenin içyap,s, ve dolay,s,yla özellikleri belirlenir. Döküm sonras,nda parça kal,ptan ç,kar,l,r, parçaya ait olmayan k,s,mlar uzakla-t,r,l,r, yüzey temizlenir, varsa ,s,l i-lem yap,l,r ve gerekli kontrollerden sonra imalat tamamlanm,- olur.

DeBi-ik ülkelerden bilim adamlar,, mühendis ve ustalar,n katk,lar,yla kal,p malzemeleri, kal,plama yöntemleri, eritme ocaklar,, döküm malzemeleri gibi alanlarda sürekli geli-tirilen döküm teknolojisi, günümüzde yayg,n olarak kullan,lan bir imalat yöntemi haline gelmi-tir. Döküm yoluyla biçimlendirilen metallerin en önemlileri: dökme demirler, çelik, bak,r ve alüminyum ala-,mlar,d,r. Günümüzün dökümhaneleri mekanizasyon ve otomasyon yöntemlerinin yayg,n olarak uyguland,B, modern tesislerdir.

Döküm tekniBinde kaliteyi, büyük ölçüde erimi- metalin içine döküldüBü kal,plar,n türü ve haz,rlan,-,nda gösterilen özen belirler. Uygulanacak kal,plama yönteminin seçiminde: üretilecek parça say,s,, amaçlanan üretim h,z,, boyut hassasiyeti, yüzey kalitesi, metalurjik kriterler ve yönteme özgü diBer özellikler dikkate al,n,r. Metal döküm teknikleri kullan,lan kal,plar,n türüne göre iki gruba ayr,l,r:

• Harcanan kal p kullan lan yöntemler: Bu yöntemlerde kat,la-ma sonras,nda parça ç,kar,l,rken kal,p bozulur. Yani her yeni parça için yeni bir kal,p gereklidir.

• Kal c kal p kullan lan yöntemler: Bu yöntemlerde kal,p defalarca kullan,labileceBinden, seri üretim için daha ekonomik çözümdür.

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Bu kitapta döküm yöntemleri bu iki grupta toplanarak teker teker ele al,nacakt,r.

Ancak bunlar aras,nda kum kal,ba döküm uygulamalar, diBer tekniklere göre çok daha yayg,n olarak kullan,ld,B,ndan, ayr,nt,l, bilgi verebilmek amac,yla ayr, bir bölüm olarak ele al,nm,-t,r.

1.2 TAR HÇE

Arkeolojik bulgular, döküm yönteminin M.Ö.4000 y,llar,ndan ba-layan bir geçmi-i olduBunu göstermektedir. Eski çaBlarda kullan,lan eritme ocaklar,nda genellikle bak,r cevheri ile odun, tabakalar halinde doldurulur ve ayakla çal,-an keçi derisi körükler yard,m,yla eritilen metal, ta- veya pi-irilmi- kilin i-lenmesiyle elde edilen kal,plara dökülürdü. Önceleri tek parça aç,k kal,plarla balta ve benzeri yass, parçalar,n üretimi için kullan,lan döküm tekniBi, yuvarlak biçimli parçalar,n üretilmesi için iki veya daha çok parçal, kal,plar,n kullan,m,yla geli-tirildi. M.Ö. 2000 y,llar,ndan itibaren iç bo-luklar,n elde edilmesi için pi-irilmi- kilden maçalar kullan,lmaya ba-land,. Bunun yan,nda kal,plamada mum modellerin kullan,ld,B, ve ,s,t,larak eritilen mumun kal,b, terketmesiyle kal,p bo-luBunun olu-turulduBu hassas döküm yöntemi de ayn, as,rlarda geli-tirilmi-tir.

M.Ö.1500 y,l,ndan ba-l,yarak döküm tekniBinin özellikle Mezapotamya ve Çin'de çok geli-tirildiBi ve Çinlilerin çok parçal, kal,plarla karma-,k parçalar,n üretiminde ustala-t,B, görülmektedir.

Geli-tirilen bu teknikler sava-lar ve göçebe insanlarla birlikte Akdeniz havzas,na ve daha sonra Avrupa' ya ula-t,. M,s,rl, ustalar,n da metal döküm tekniBine çok önemli katk,lar, olmu-tur. Avrupa’da döküm uygulamalar,, ba-lang,çta kiliselerin himaye ve kontrolünde gerçekle-mi- ve dökümcüler 13.yüzy,la kadar genellikle kiliselere çan dökmek ile uBra-m,-lard,r. Nitekim ilk bronz top, döküm ustas, bir rahip taraf,ndan 1313 y,l,nda dökülmü-tür. Bunun yan,nda özellikle talya'da çok say,da sanat dökümü üretilmi-, papal,k dökümhanesinin ba-,nda bulunan ustalar döküm teknolojisi hakk,nda ilk kitaplar, haz,rlam,-lard,r. Rönesans'tan sonra canlanan sanat uygulamalar, ve ticaret, baB,ms,z bir döküm sanayinin geli-mesinin ba-lang,c, olmu-tur.

1.3 TÜRK YE’DE DÖKÜM SANAY

Ülkemizde döküm yönteminin ilk önemli uygulamalar, askeri amaçl, olup, Fatih Sultan Mehmet taraf,ndan Tophane'de kurulan top dökümhanesi, diBer padi-ahlar taraf,ndan da (özellikle Kanuni zaman,nda) geli-tirilmi-tir. Cumhuriyet döneminde de devlet yat,r,mlar, olarak büyük döküm tesisleri kurulmu-tur. 1960' lardan sonra otomotiv ve in-aat sektörünün geli-melerine paralel olarak ülkemizdeki döküm sanayi de h,zl, bir geli-me göstermi-tir. Halen ülkemizde sanayinin yoBun olduBu bölgelerde deBi-ik kapasitelerde çok say,da dökümhane bulunmakta ve bu kitap kapsam,nda ele al,nan yöntemlerin büyük çoBunluBu ba-ar, ile uygulanmaktad,r. Türk döküm sanayi halen Avrupada 6., dünyada ise 13. s,radad,r. Yakla-,k 1.000.000 ton/y,l olan toplam üretimin

%71'i lamel grafitli dökme demir, %14'ü küresel grafitli (sfero) dökme demir, %1'i temper dökme demir, %10'u dökme çelik ve %4'ü de demird,-, metallerin üretimi olarak gerçekle-tirilmektedir. Bu üretimin %25'i in-aat, %35'i makina-imalat, %20'si otomotiv,

%8'i bas,nçl, boru ve %12'si demir-çelik ve diBer alanlarda kullan,lmaktad,r. Türk Döküm Sanayicileri DerneBi taraf,ndan haz,rlanan a-aB,daki tablolarda, bu sektörün son 40 y,l içindeki h,zl, geli-mesi aç,kça görülmektedir. Tablo 1.1’de verilen y,ll,k üretim rakamlar, son 40 y,ldaki büyük geli-meyi, Tablo 1.2’de verilen ihracat rakamlar, da 1980 y,l,ndan itibaren ihracatta saBlanan büyük art,-lar, yans,tmaktad,r. Türk Döküm Sanayinde ya-anan deBi-imi vurgulamak için, Tablo 1.3’de, 1977 ile 1998 y,llar,na ait rakamlar kar-,la-t,r,lmaktad,r. GörüldüBü gibi bu 20 içinde sektörde büyük i-letmelerin üretimdeki pay, h,zla artm,-, gerçekle-tirilen modern yat,r,mlar ve verimlilik art,-lar, sonucu çal,-an say,s, hemen hemen ayn, kalmas,na raBmen üretimde iki kat art,- saBlanm,-t,r.

Tablo 1.1: Türk Döküm Sanayinin son 40 y,l içindeki üretim rakamlar, (ton)

YIL KIR DD SFERO TEMPER ÇEL K DEM R

DI I. TOPLAM

1960 150,000 1,000 10,000 161,000

1970 200,000 2,000 15,000 217,000

1985 385,000 18,000 9,000 58,000 470,000

1990 415,000 60,200 10,500 58,000 543,000

1995 606,000 79,700 12,960 65,690 20,000 764,350 2000 690,000 130,000 7,000 98,000 40,000 965,000

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Tablo 1.2: Türk Döküm Sanayinin son 20 y,l içindeki ihracat rakamlar,

Y,l KIR DD SFERO TEMPER ÇEL K DEM R

DI I TOPLAM

1980 3.770 --- --- 880 4.650

1990 15.178 2.500 722 2.800 21.200

1997 98.000 39.000 1.840 21.000 159.840

2000 198.000 61.500 3.700 47.000 18.700 328.900

Tablo 1.3: Türk Döküm Sektöründe 1977–1998 aras,ndaki geli-meler

1977 1998 Büyük

Tesisler

Küçük

Tesisler TOPLAM Büyük Tesisler

Küçük

Tesisler TOPLAM

K,r DD Ton

%

141500 38

230000 62

371500 100

605000 87

90000 13

695000 100

Sfero Ton

%

2500 100

- -

2500 100

11760 98

240 2

12000 100

Temper Ton

%

2500 100

- -

2500 100

115940 98

7060 2

123000 100

Çelik Ton

%

65000 100

- -

65000 100

100000 100

1000 -

101000 100

Çal,-an Ki-i

8146 11850 19996 19860 6502 22362

2. ER TME, DÖKME ve KATILA MANIN ESASLARI

2.1 ER TME

Metali eriterek, döküm s,cakl,B,na ula-t,rmak için eritme ocaklar,ndan yararlan,l,r.

Bu ocaklarda ayr,ca ala-,mlama, bile-imin ayarlanmas,, kat,-k,lar,n giderilmesi, gaz giderme ve a-,lama gibi baz, ek i-lemler de, dökümden hemen önce gerçekle-tirilir.

Eritme ve döküm uygulamalar,nda büyük özenle çal,-,lmal,d,r, çünkü yap,lacak en küçük hatalar dahi, kaliteyi büyük ölçüde etkileyen ve daha sonra giderilmesi mümkün olmayacak sonuçlara neden olabilir.

Bir saf metali döküm s,cakl,B,na ula-t,rmak için harcanan enerji a. Metali ba-lang,ç s,cakl,B,ndan erime s,cakl,B,na ç,kar,lmas, b. Metali sabit s,cakl,kta eritilmesi ve

c. Erimi- metalin döküm s,cakl,B,na ç,kar,lmas, için harcan,r ve birim aB,rl,k ba-,na toplam ,s,

Q = UV {c

(T

- T

) + r + c

(T

– T

)}

-eklinde yaz,labilir. Burada Q toplam ,s,, U yoBunluk, c_kkat, durumda özgül ,s,, T_eerime s,cakl,B,, To ba-lang,ç s,cakl,B,, r erime ,s,s,, cs s,v, durumda özgül ,s,,Td döküm s,cakl,B,d,r.

Bu hesaplama ile ancak yakla-,k deBerler elde edilebilir. Çünkü bu baB,nt,da bulunan bir çok katsay,n,n tam deBerinin bulunmas, kolay deBildir, ayr,ca bu deBerler gerçekte sabit olmay,p, s,cakl,B,n bir fonksiyonu olarak deBi-irler. Ayr,ca faz dönü-ümleri olabilir; ala-,mlarda için erime sabit bir s,cakl,kta deBil belirli bir kat,la-ma aral,B,nda gerçekle-ir ve yukar,da hesaba dahil edilmeyen önemli birçok ,s, kay,b, mevcuttur.

Döküm s,cakl,B,, kat,la-ma s,cakl,B,ndan yüksek seçilmelidir, ancak s,cakl,B,n fazla yüksek olmas,, tane irile-mesi, oksitlenme, gaz çözünmesinin artmas,, penetrasyon gibi olumsuz etkilere yol açabilir. Bu nedenle döküm s,cakl,B,, yeterli olan en dü-ük s,cakl,k olarak seçilmelidir. Baz, döküm ala-,mlar,n,n erime ve döküm s,cakl,klar, Çizelge 2.1’de görülmektedir.

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Çizelge – 2.1. DeBi-ik malzemelerin döküm ve erime s,cakl,klar,

MALZEME KATILA MA

SICAKLI I (^OC)

DÖKÜM SICAKLI I

(^OC)

K,r Dökme Demir (%3,5 C) 1175 1250 – 1350

Temper Dökme Demir (%2,8 C) 1250 1325 – 1400

Beyaz Dökme Demir (%3 C) 1240 1280 – 1320

Dökme Çelik (%0,6C) 1475 1550 – 1600

Aluminyum - Silisyum Ala-,m, 570 700 – 750

Aluminyum - Bak,r Ala-,m, 600 700 – 720

Aluminyum Bronzu 1025 1050 – 1150

Pirinç 60/40 890 990 – 1010

Magnezyum Ala-,mlar, 630 720 – 770

2.2 GAZ ÇÖZÜNÜRLÜ Ü VE GAZ G DERME

ekil – 2.1. Metal içinde çözünen gaz miktar,n,n s,cakl,k ile deBi-imi

En uygun eritme ko-ullar,nda dahi gazlar,n (özellikle hidrojenin) s,v, metal içinde çözünmesine engel olunamaz. ÖrneBin hidrojen, havadaki veya ortamdaki nemin, s,v,

olan bu atom, eriyik içinde kolayl,kla çözünür. Gazlar,n s,v, metal içinde çözünürlüBü bas,nç ve s,cakl,Ba çok baBl,d,r. Çözünürlük, eriyiBin soBumas, ve özellikle kat,la-mas, s,ras,nda büyük oranda dü-er ( eki1 2.1), yani çözünmü- gazlar,n soBuma ve kat,la-ma s,ras,nda metal eriBini terk etmesi gerekir. Kat,la-ma s,ras,nda aç,Ba ç,kan bu gazlar, eriyik d,-,na kaçamaz ise parça içinde gözeneklerin ve gaz bo luklar n n olu-mas,na ve malzeme özelliklerinin olumsuz etkilenmesine neden olurlar. ekil 2.1 den de görüldüBü gibi gaz,n en büyük k,sm, kat,la-ma s,ras,nda aç,Ba ç,kar. ÖrneBin bak,r, içinde aB,rl,k yüzdesi olarak sadece % 0,01 H2 bulunmas, durumunda, 1 m³'lük bir bak,r eriyiBinin içinden 0,3...0,4 m³ hidrojenin ç,kmas, söz konusudur (kaynama!).

Gazlar,n aç,Ba ç,kmas,n, önleyen bir diBer etken de bas,nçt,r. Yüksek bas,nç alt,nda s,v, metal içindeki gaz çözünürlüBü yüksek olacaB,ndan, örneBin bas,nçl, döküm yönteminde gazlar,n d,-ar, kaçmas, söz konusu deBildir. Bu gazlar kat,la-ma ve soBuma bittikten sonra malzeme içinde hapis kal,rlar. Ancak bu tür parçalara sonradan eritme, elektroliz veya ,s,tma bir i-lem uygulan,rsa, malzeme içinde a-,r, doymu- olarak kalan bu gazlar kaçmaya çal,-acaB,ndan kusurlara neden olabilir. ÖrneBin eritme kaynaB, yap,lan bas,nçl, döküm parçalarda diki-ler gözenekli olur!

S,v, metallerde gaz çözünmesini önlemek için dikkat edilmesi gereken hususlar her metal için farkl,d,r, ancak baz, genel kurallar a-aB,da verilmi-tir:

• Döküm s,cakl,B, mümkün olduBu kadar dü-ük seçilmelidir.

• S,v, metal ile temas edecek tüm parçalar kurutulmal,d,r.

• Eriyik fazla bekletilmemeli, döküm en k,sa sürede yap,lmal,d,r.

• Eriyik gerekmedikçe kar,-t,r,lmamal, ve üzerindeki koruyucu örtü dökümden hemen önce s,yr,lmal,d,r.

Bütün bu önlemlere raBmen eriyik içindeki gazlar,n çözünmesine tümüyle engel olunamayacaB,ndan, gerektiBinde gaz giderme i-lemleri uygulanabilir. Bu i-lemlerde s,v, metal, klor, azot, argon gibi nötr bir gazla süpürülür veya eriyik içine bu tür gazlar aç,Ba ç,karan bir kat, maddeler dald,r,l,r. S,v, metal içinde yükselen gaz habbecikleri, eriyikten çözünmü- gazlar, ve yüzen oksit ve diBer metal olmayan kal,nt,lar, süpürerek d,-ar, ç,kar,r. Gaz gidermede çok etkin, fakat pahal, bir yöntem de metali vakum alt,nda eritmek veya erimi- metali, dökümden önce vakum alt,na alarak, gazdan ar,nd,rmakt,r.

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

2.3 KALIBIN DOLDURULMASI VE YOLLUK S STEM

S,v, metalin kal,p bo-luBuna doldurulmas,nda yolluk sistemlerinden yararlan,l,r. Bir yolluk sisteminin ba-l,ca bölümleri döküm aBz,, dü-ey yolluk, yatay yolluk ve ara yolluklard,r ( ekil 2.2).

ekil – 2.2. Yolluk sistemi

ekil – 2.3 DeBi-ik döküm aB,zlar,

deal bir yolluk sisteminin i-levleri -öyle s,ralanabilir:

• Kal,b,n s,v, metal ile dolmas,n, saBlar.

• Kal,ba dolan metalde türbülans olu-mas,n, önleyerek, metalin oksitlenmesine, gaz almas,na, cürufun ve erozyonla kopar,lan kal,p parçalar,n,n s,v, metale kar,-mas,na engel olur.

• Metalin kal,ba dolu-unu düzenleyerek, yönlenmi- kat,la-may, kolayla-t,ran, çarp,lmaya neden olmayan bir s,cakl,k gradyeni olu-turur.

• Kal,p bo-luBunu gereken h,zda doldurmaya yetecek kadar büyük, ancak malzeme kayb,na neden olmayacak kadar küçük boyutland,r,l,r.

Kal,p bo-luBuna doldurulacak s,v, metal, dü-ey yolluBun üstünde bulunan döküm a z n n içine dökülür. Basit bir huni olarak biçimlendirilen döküm aB,zlar, olduBu gibi, metalin döküldüBü ve kal,ba girdiBi k,s,mlar,n tümsek ve perdelerle ayr,larak cüruf, köpük ve havan,n dü-ey yolluBa girmesinin önlendiBi biçimler de vard,r ( ekil 2.3) . Dü ey yolluk, a-aB,ya doBru daral,r ve metali yatay yollu a iletir. Dü-ey yolluk kesiti a-aB,ya doBru daralt,larak, metalin serbest akmas,na, yani h,z,n,n giderek artmas,na tekabül edecek -ekilde biçimlendirilir ve bu -ekilde dü-ey yolluBa hava kaçmas, önlenir. Topuk boyutlar, ve biçimi, yön deBi-tirerek yatay yolluBa geçen metalin erozyonla kal,b, bozmas,na ve türbülansla gaz almas,na engel olacak -ekilde düzenlenmelidir. Yatay yolluk, uygun konum ve boyutlardaki ara yolluklarla kal,p bo-1uBuna baBlan,r. Yatay yolluBun ucunda pislik tutucu bulunur. Ara yolluklar, kal,p bo-luBunun bir kenar, boyunca s,ralanabilir veya tüm çevre boyunca düzenlenebilir ( ekil 2.4).

Ara yolluklar,n konum ve doBrultular,, kal,p bo-luBuna giren s,v, metalin maça erozyonuna neden olmas,n, engelleyecek -ekilde düzenlenmelidir. S,v, metalin kal,ba doldurulmas, i-lemi, yer çekimi yard,m,yla veya bas,nç uygulanarak yap,l,r. En yayg,n olarak kullan,lan, metalin kendi aB,rl,B, ile bir yolluk sisteminden geçerek kal,b, doldurmas,d,r. Döküm, sürekli ve üniform bir h,zla yap,lmal,; döküm h,z,, döküm süresinin bitiminden sonra kat,la-ma ba-layacak -ekilde ayarlanmal,d,r. GerektiBinde birden fazla yolluktan döküm yap,labilir. Döküm h,z, eriyiBin kal,ba doldurulma h,z,d,r.

Doldurma yava- olursa kal,p tam dolmadan kat,la-ma ba-lar, h,zl, olursa türbülans problemleri ortaya ç,kabilir. Türbülans önlenmelidir, çünkü metalin atmosferle daha fazla temas ederek oksitlenmesine ve ayr,ca kal,p erozyonuna neden olur.

ekil – 2.4. Ara yolluklar,n düzenleni-i

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

S,v, metalin yolluk sistemi içindeki ak,-, Bernoulli denklemi yard,m,yla hesapsal olarak ele al,nabilir. Bu baB,nt,, sürtünmenin ihmal edilmesi durumunda akan bir s,v,da bas,nç, h,z ve yükselti deBi-kenleri ile hesaplanan a-aB,daki ifadenin her noktada ayn, olduBunu söyler:

p + ½ Uv

+ Ugh = sabit

½ Uv

+ Ugh

= ½ Uv

+ Ugh

yaz,labilir. Bu baB,nt, yard,m,yla yolluk siteminin ç,k,- noktas,ndaki h,z hesaplanabilir. 1 noktas, yolluk sistemi giri-i, 2 noktas, yolluk sisteminin ç,k,- noktas,, dü-ey yolluk yüksekliBi h ise ve ba-lang,ç h,z, 0 kabul edilirse

v

= [2gh

DiBer bir baB,nt, da süreklilik baB,nt,s,d,r. Tüm yolluk sistemi boyunca kesit deBi-ebilir, ancak süreklilik bak,m,ndan debinin sabit kalmas, gerekir.

Q = v

A

= v

A

GörüldüBü gibi dökülen s,v,, ç,k,- noktas,na yakla-t,kça h,z, artar, yani süreklilik baB,nt,s,na göre yolluk kesitlerinin daralt,lmas, gerekmektedir. Kesit sabit b,rak,l,rsa tüm kesiti s,v, metal dolduramayacaB,ndan, yolluk içine hava girer ve s,v, metalle birlikte kal,ba dolar. Bunu önlemek için yolluk sisteminin kesitleri v.A çarp,m, sabit kalacak -ekilde daralt,l,r.

Döküm s,ras,nda kal,p dolma süresi (KDS) ise a-aB,daki baB,nt, ile hesaplanabilir.

Doldurulmas, gereken kal,p bo-luBunun hacmi V ise

KDS = V/Q = V/(A

[2gh )

Yolluk sistemleri aras,nda en yayg,n olarak kullan,lan, bölüm yüzeyi yolluklar d r ( ekil 1.2). Bunun yan,nda ekil 2.5 'te baz, örnekleri verilen taban ve üst yolluk sistemleri de vard,r. Üst yolluk sistemlerinde (aç,k sistemler) cüruf ve pisliklerin

ekil – 2.5. Taban ve üst yolluk sistemleri

2.4 AKICILIK

Metal ve ala-,mlar,n yolluk sisteminden akarak, kal,b, kusursuz olarak doldurma özelliBi ak,c,l,k olarak adland,r,l,r. Kal,p içine doldurulan s,v, metalin ak,c,l,B,, malzeme, parça, kal,p ve döküm uygulamas, ile ilgili çok say,da birçok parametreden etkilenir:

• Döküm s,cakl,B,,

• Malzemenin ,s,l özellikleri,

• Kal,p malzemesi ve kal,b,n ,s,l özellikleri,

• Yolluk sistemi,

• Malzemenin kal,p malzemesini ,slatma özelliBi

• Parçan,n ve kesitlerinin büyükleri,

• EriyiBin ,s, içeriBi

• Kat,la-ma türü ve aral,B, v.d.

ekil –2.6: Döküm spirali

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

Kat,la-ma sabit s,cakl,kta ise ak,c,l,k en iyidir (saf ve ötektik ala-,mlar). DiBer ala-,mlarda ise belirli bir s,cakl,k aral,B,nda ayn, anda s,v, ve kat, fazlarbulunur ve ak,c,l,k olumsuz etkilenir. Döküm s,cakl,B,n,n art,r,lmas, ak,c,l,B, iyile-tirmek için kolay bir çözümdür, ancak yüksek s,cakl,klara ç,k,lmas, durumunda, oksit olu-umu, gaz çözünürlüBün artmas,, penetrasyon gibi birçok olumsuzluBun ortaya ç,kacaB, unutulmamal,d,r.

Malzemelerin ak,c,l,k özelliBinin saptanmas, için kullan,lan en yayg,n pratik deney

"döküm spirali" dir, ekil 2.6. Döküm spiraline belirli ko-ullar alt,nda dökülen s,v, metalin spiral içinde ilerlediBi uzunluk, eriyiBin döküm kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullan,l,r.

2.5 KATILA MA

Metal malzemelerin özellikleri büyük ölçüde kat,la-ma s,ras,nda olu-an içyap, ile belirlenir. Dolay,s,yla özellikle döküm malzemelerin özelliklerinin kontrol edilebilmesi için kat,la-ma olay,n,n (kristalle-me) iyi bilinmesi gerekir. Bir s,v, metalin kat,la-mas, birincil kristalle4me (kat la4ma) ve bu s,rada olu-an kat,la-ma içyap,s, (döküm içyap,s,) birincil içyap olarak adland,r,l,r. Döküm parçalarda birincil içyap,, parça ömrü boyunca hiç deBi-meyeceBinden kat,la-ma olay,n,n çok iyi kontrol edilmesi zorunludur.

Haddeleme, dövme gibi plastik -ekil verme yöntemleri sonras,nda bu içyap, ,s,l veya termomekanik i-lemler (örneBin normalizasyon, s,cak -ekil verme gibi) ile yeniden olu-turulabilir (yeniden kristalle-me) ve bu -ekilde ortaya ç,kan içyap, ikincil içyap olarak adland,r,l,r. Döküm parçalarda bu imkan genellikle olmad,B,ndan kat,la-man,n iyi kontrolu ile uygun bir birincil içyap,n,n elde edilmesi çok önemlidir.

2.5.1 Saf Metallerde Kat la4ma

S,v, metal içindeki atomlar düzensiz (amorf) halde olup, sürekli olarak hareket ederler. SoBuma s,ras,nda ,s,n,n uzakla-t,r,lmas, ile eriyiBin enerjisi giderek azal,r. Saf metallerde kat,la-ma sabit s,cakl,kta olur. Bu s,cakl,Ba inildiBinde, eriyik içinde kristalle-me merkezi veya çekirdek denilen bir tak,m düzenli atom gruplar, olu-maya ba-lar ve eriyiBin diBer atomlar, zamanla bunlara eklenerek taneler ortaya ç,kar.

Dolay,s,yla kat,la-ma olay,, yani içyap,daki tanelerin ortaya ç,k,-,, çekirdeklenme ve

ekil 2.7: Saf bir metalin soBuma eBrisi

Çekirdeklenme

Çekirdekler çok küçük kat, parçac,klar olup kararl,l,klar,, yani tekrar erimeden büyümeye devam etmeleri, ancak yeterli bir büyüklüBe sahip olmalar,na baBl,d,r. Bu durum, serbest enerji yard,m,yla aç,klanabilir. Herhangi bir olay,n kendiliBinden devam edebilmesi için, bu olayla ilgili serbest enerji toplam,n,n azalmas, gerekir. Kat, durum, s,v,ya göre daha dü-ük enerjili olduBundan, eriyikte kat, parçac,klar,n olu-mas, s,ras,nda kristalle-me ,s,s, aç,Ba ç,kar. Öte yandan yeni yarat,lan s,v,/kat, ara yüzeylerinin olu-umu için enerjiye ihtiyaç vard,r ve aç,Ba ç,kan enerji burada kullan,l,r. Dolay,s,yla çekirdeklenme s,ras,nda sistemin serbest enerjisi kristalle-me nedeniyle azal,rken, yarat,lan yeni yüzeyler dolay,s,yla artma eBilimindedir. Çekirdekler çok küçük iken yüzeyleri hacimlerine oranla büyüktür ve kristalle-me s,ras,nda aç,Ba ç,kan enerji, bu yüzeylerin yarat,lmas, için yeterli olmaz. Çekirdek yar,çap, kritik bir r0 deBerine ula-t,B,nda, art, ve eksi i-aretli enerji deBi-imleri birbirine e-it olur ve bu r0 deBerinden daha büyük yar,çapl, çekirdeklerde aç,Ba ç,kan enerji yüzeylerin yarat,lmas, için gereken enerjiden büyük olacaB,ndan ve dolay,s,yla toplam serbest enerji kat,la-ma ile azalacaB,ndan kat,la-ma olay, kendiliBinden devam eder. Özetle çekirdek tekrar erimeden, kristalin büyümeye devam edebilmesi için, en az r₀ yar,çap,na ula-m,- bulunmas,, veya diBer bir deyi-le söz konusu yar,çapa ula-ana kadar gerekli aktivasyonun d,-ardan saBlanm,- olmas, zorunludur.

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

ekil – 2.8 Kat,la-ma s,ras,nda (a) çekirdeklenme, (b,c) dendritik büyüme, (d) kat,la-ma cephelerinin birle-mesi ile olu-an taneler ve tane s,n,rlar,.

ekil – 2.9 a) A-,r, soBuman,n ( T), birim zamanda olu-an çekirdek say,s, (K) ve büyüme h,z,na (W)etkisi

b) Saf metallerde artan soBuma h,z,n,n a-,r, soBuma miktar,na etkisi

Homojen çekirdeklenme

çinde çekirdek görevi yapabilecek parçac,klar (karbür, nitrür, oksit ve diBer kat, bile-ikler gibi) bulunmayan ideal ve homojen bir eriyikte kararl, çekirdeklenmeye ili-kin

gereklidir. Yani eriyik kat,la-maya T_e erime s,cakl,B,nda deBil, daha dü-ük bir T = T_e- T s,cakl,B,nda ba-lar.

A-,r, soBuman,n ( T) art,r,lmas, ile, birim zamanda olu-an çekirdek say,s, (K) yükselir ( ekil 2.9a). Ancak s,cakl,B,n çok dü-mesi halinde bu kez atomlar,n hareketleri çok yava-layacaB,ndan, bunlar,n yan yana gelip çekirdek olu-turmas, güçle-ir ve a-,r, soBuma çok artarsa K deBerinde tekrar dü-me görülür.

Birincil içyap,n,n tane büyüklüBü, hem birim zamanda olu-an çekirdek say,s,na (K) ve hem de kristallerin büyüme h,z,na (W) baBl,d,r. K ne kadar büyük ise, o kadar ince taneli bir içyap, olu-ur. Kristal büyüme h,z,n,n (W) çok büyük olmas, halinde ise ilk olu-an çekirdekler büyüyerek tüm içyap,y, kaplayacaB,ndan yeni çekirdek olu-umuna zaman kalmaz ve içyap, daha kaba taneli olur. ekil 2.9a'da W2 olarak gösterilen büyüme h,z,na sahip malzemenin içyap,s, W₁'inkine oranla daha küçük tanelidir.

Teknikte kullan,lan döküm ala-,mlar,nda soBuma h,z, kontrol edilerek içyap,daki tane büyüklüBü büyük ölçüde ayarlanabilir. SoBuma h,zl, ise (örneBin kokil kal,ba döküm) a-,r, soBuma miktar, ve dolay,s,yla çekirdek say,s, artar. Daha yava- soBuyan kum kal,ba dökümde ise durum bunun tam tersidir. Ayr,ca bir parçan,n farkl, bölgelerinde farkl, soBuma ko-ullar,n,n bulunmas,, ayn, parça içinde farkl, özelliklere sahip içyap,lar,n ortaya ç,kmas,na neden olacakt,r.

ekil 2.9b'de saf metallerde soBuma h,z,n,n a-,r, soBumaya ( T) olan etkisini özetlenmektir. EBrinin (a) noktas, çekirdek olu-umunun, yani kristalle-menin ba-lang,c,n, temsil etmektedir. Aç,Ba ç,kan kristalle-me ,s,s, nedeniyle s,cakl,k, erime s,cakl,B,na kadar artar. Daha sonra T_e s,cakl,B, sabit kalarak kat,la-ma devam eder ve (b) noktas,nda sona erer.

Heterojen Çekirdeklenme

Teknik safl,ktaki s,v, metallerin içinde hemen her zaman kristalle-menin ba-layabileceBi yeterli say,da “yabanc, yüzey” bulunduBundan, çekirdeklenme yukar,da anlat,lan öz çekirdeklenme (homojen) ile deBil, heterojen çekirdeklenme yoluyla gerçekle-ir. Çekirdek olarak görev yapabilecek bu "yüzeyler" -unlar olabilir:

• EriyiBin içinde bulunduBu kab,n duvarlar, (örneBin dökümde kal,p yüzeyleri),

• Erime s,cakl,B, yüksek olan ve eriyik içinde kat, halde bulunan bile-ikler (karbürler, nitrürler, oksitler),

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

• Baz, durumlarda eriyiBe döküm s,ras,nda katk,lar yap,larak çekirdek görevi yapacak parçalar,n varl,B, saBlan,r ve bu -ekilde ince taneli bir içyap, garanti edilir.

Bu i-leme a4 lama ad, verilir.

Kristal Büyümesi

Çekirdek olu-umundan sonra bu çekirdeklere diBer atomlar,n düzenli olarak eklenmesi ile kat,la-ma olay, devam eder. Kübik kristale sahip olan metallerde büyüme, baz, tercihli yönlerde (küp yüzeyine dik doBrultularda) çok h,zl,, diBer yönlerde ise daha yava- olur ve bu -ekilde büyüyerek ortaya ç,kan kristallerin hac,msal düzeni dendrit olarak adland,r,l,r.

Yap,lan ara-t,rmalar, kristalle-me biçimlerinin büyük oranda soBuma ko-ullar,na baBl, olduBunu ortaya koymu-tur. Eriyik ,s,n,n her taraftan uzakla-t,r,lmas, ile soBursa e-eksenli, yani toparlak taneler, düzgün olmayan (yönlenmi-) ,s, iletiminde ise uzun (çubuksu) taneler meydana gelir ( ekil 2.10). Çekirdeklenme ve dendritik büyüme ile kristalle-me cephelerinin birbiriyle birle-mesi sonucu içyap,n,n ortaya ç,k,-, ekil 2.8'de -ematik olarak gösterilmi-tir.

Döküm parçalar,n içyap,s, da, kat,la-madaki soBuma ko-ullar, ile belirlenir. Burada üç ayr, bölge söz konusu olabilir. Kal,p cidarlar,nda ani soBuma (chill) etkisi ile küçük ve e-eksenli tanelerden olu-an bir kabuk, bunu izleyen bölgede s,cakl,k gradyeninin etkisiyle uzun çubuksu taneler, orta k,s,mda ise soBuma her taraftan olduBundan, tekrar e-eksenli taneler görülür ( ekil 2.11).

ekil – 2.11

Kal,p içinde kat,la-mada farkl, bölgelerin tane biçimleri

(a)H,zl, soBuma etkisiyle olu-an küçük ve e-eksenli tanelerin bulunduBu kabuk (b)S,cakl,k gradyeni etkisiyle olu-an uzun çubuk taneler

(c)So$uman'n her taraftan olmas' ile ortaya ç'kan e,eksenli taneler

2.5.2 Ala4 mlarda Kat la4ma

ekil 2.12: Cu-Ni sisteminin faz diyagram, ve %50’l,k ala-,m,n soBuma eBrisi

En az iki tür atomun birlikte bulunduBu ala-,mlar,n kat,la-mas, saf metallerden daha farkl, olup, kat,la-ma olay, belli bir s,cakl,k aral,B,nda (S,v, + Kat, bölgesi) gerçekle-ir. Ala-,mlar aras,nda sadece ötektik bile-ime sahip ala-,mlar sabit s,cakl,kta kat,la-,rlar ve bu bölümde aç,klanan bir çok olumsuzluk bu bile-imlerde görülmez. Döküm malzemesi olarak ötektik bile-imlerin tercih edilmesinin temel nedeni budur.

Ala-,mlar,n kendilerine özgü kat,la-malar,nda s,v,/kat, ara yüzeyinde bile-im farkl,l,klar, ortaya ç,kar. ekil 2.13’deki faz diyagram,ndan da görüldüBü gibi eriyik T0 s,cakl,B,na

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

soButulduBunda, kat,la-an ilk kat, çözelti kristallerinin ( ekil 2.13a) B-atomu yüzdesi (c_,), eriyiBin ortalama deBerinden (co) çok daha dü-üktür. Yani ilk kristalle-en kat,da B atomlar, yüzdesi dü-ük olmaktad,r. Bu ilk kristalle-meden arta kalan B-atomlar, eriyiBe geçeceklerinden, kat,la-man,n devam edeceBi ara yüzey civar,ndaki eriyik, B-atomu bak,m,ndan zenginle-ir ( ekil 2.13b). Ala-,m,n ortalama bile-imine göre daha fazla B- atomu içeren (c>c₀) bu eriyik tabakas,nda kat,la-man,n ba-layacaB, likidüs s,cakl,B, (T_Li) ise B yüzdesi yüksek olduBu için eriyikten daha dü-ük (T_Li<T_g) hale gelir. ekil 2.13c'de bu deBi-imi gösteren eBri ile eriyik içindeki gerçek s,cakl,k daB,l,m, (gradyeni) Tger birlikte görülmektedir. Eriyik içinde kat,la-ma cephesine yak,n bölgelerde de gerçek s,cakl,k T_ger, soBuma nedeniyle To’dan daha dü-ük olup bir s,cakl,k gradyeni sözkonusudur. Bu gradyeni belirleyen parametrelerin ba-l,calar,: döküm s,cakl,B,, kal,p s,cakl,B,, eriyiBin ,s, içeriBi ve kal,b,n ,s, uzakla-t,rma özellikleridir. Sonuçta bu iki eBrinin kesi-me noktas,ndan s,v, /kat, arayüzeyine kadar ( x) kal,nl,B,ndaki bölgede ala-,m,n gerçek s,cakl,B, (Tger), kat,la-man,n baBlayacaB, likidüs s,cakl,B,ndan (T_Li) daha dü-ük olduBu, yani bir a-,r, soBuman,n varl,B, görülmektedir ( ekil 2.13c). Bu bölgede malzemenin kat,la-mas, için ko-ullar haz,rd,r ve kat,la-ma cephesi h,zla ilerleyebilir. Kat,la-madaki deri-iklik farklar, nedeniyle olu-an bu olay, yap sal a4 r soAuma ad,n, al,r ve ala-,mlarda ,s,l a-,r, soBumaya göre çok daha büyük önem ta-,r.

Bir eriyiBin soBuma h,z,, yani eriyik içindeki gerçek s,cakl,k daB,l,m, (gradyeni), yap,sal a-,r, soBuma bölgesinin büyüklüBünü belirler ve farkl, soBuma ko-ullar,nda birbirinden çok farkl, özelliklerde içyap,lar ortaya ç,kar. EBer ,s, iletimi, yap,sal a-,r, soBuma bölgesi yaratmayacak -ekilde yava- olursa, düzlemsel kat la4ma meydana gelir (Sekil 2.14a). Burada çabuk büyüme eBilimindeki herhangi bir kristal, önündeki yüksek s,cakl,k bölgesi taraf,ndan engelleneceBinden, kristalle-me h,z, dü-ük ve cephenin her noktas,nda ayn, olur. Teknik uygulamalarda genellikle yap,sal a-,r, soBuma hemen her zaman vard,r. Eriyik geni- bir x bölgesinde a-,r, soBuduBundan, bu bölge içine kat,la-arak uzam,- her kristal, ,s,n,n çekildiBi yönde daha h,zl, olarak büyümesine devam eder ve sonuçta dendritik bir içyap, olu-ur.

ekil – 2.14 Kat,la-ma cephesi ve içyap,n,n yap,sal a-,r, soBumayla olarak deBi-imi a) SoBuma yava-, T_ger gradyeni dik >> düzlemsel kat,la-ma

b) SoBuma h,zl,, Tger gradyeni yat,k >> dendritik kat,la-ma

Mikrosegregasyon:

Ala-,mlar,n kat,la-mas, s,ras,nda bile-im farkl,l,klar,n,n ortaya ç,k,-,n,n bir diBer sonucu da, kat,la-an taneler içinde çekirdekten d,-ar, doBru deri-ikliBin deBi-mesidir. Bu olaya mikrosegregasyon (kristal segregasyonu), ortaya ç,kan içyap,ya da tabakal kat çözelti denir. ekil 2.15'teki L ala-,m,, s,v, durumdan soButulurken T, s,cakl,B,nda olu-an ilk kat, çözeltinin bile-imi 1 olur. T2 s,cakl,B,nda inildiBinde ise, faz diyagram,na göre o anda kat,la-anlar ve daha önce ayr,-m,- kat, çözeltilerin tümünün ortalama bile-imi ₂ olmal,d,r. Bunun gerçekle-mesi için bir miktar B-atomunun yay,nma yolu ile önceden ayr,-m,- ₁'e ula-arak içinde çözünmesi zorunludur. Ancak soBuma h,zl, olduBundan ve yay,nma için gerekli zaman bulunmad,B,ndan, bu kütle transferi genellikle gerçekle-emez.

Yani ilk ayr,-an ₁-kat, çözeltileri, ₂ bile-imine ula-amazlar. T₂ s,cakl,B,nda olu-an ₂ kat,

Ahmet ARAN – Döküm Teknolojisi ___________________________________________________________________________

çözeltisi kristalleri, 1 çekirdeklerinin çevresine tabakalar halinde yerle-irler. Böylece tüm kat, çözeltinin ortalama bile-imi yakla-,k ₁' civar,nda olur. Kat,la-ma olay,n,n bitmesi gereken T3 s,cakl,B,nda da ortalama bile-im 3 deBil, 3' deBerindedir, yani kald,raç kural,na göre geriye bir miktar S₃eriyiBinin kalmas,

ekil – 2.15 ki bile-enli ala-,mlarda mikrosegregasyon olu-umu

sözkonusudur. Bu nedenle eriyik kat,la-mas,n, solidüs s,cakl,B,n,n alt,ndaki s,cakl,klarda tamamlayabilir (solidüs sürüklenmesi). Son olarak tanelere T4s,cakl,B,nda 4 kat, çözeltisi tabakalar, eklenir, bu tabakan,n B-atomu deri-ikliBi ba-lang,çta s,v,n,n bile-iminden daha yüksektir. Ancak bu -ekilde tanelerin ortalama bile-imi ilk eriyiBin deri-ikliBine ula-,r ( 4'=

c0)

Kat,la-ma aral,B, olan her ala-,m,n döküm yap,s,nda görülebilen mikrosegregasyon veya tabakal, kat,la-ma olarak adland,r,lan bu olay, istenmeyen özellik deBi-imlerine neden olur. Bu olumsuzluk,

• Kat,la-ma aral,B, ne kadar büyük,

• SoBuma ne kadar h,zl,,

• Olaya kat,lan elemanlar,n yay,nma katsay,lar, ne kadar dü-ük ise, o kadar belirgin olarak ortaya ç,kar.

Kat, çözeltilerin tabakal, olarak kat,la-mas, sonras,nda, mikrosegregasyonun malzeme özelliklerindeki olumsuz etkilerini gidermek için solidüs s,cakl,B,n,n hemen alt,nda bir homojenle-tirme tav, uygulanabilir. Ancak tutma süresi çok uzun olan bu ,s,l i-lem, ekonomik nedenlerle çok zorunlu durumlarda uygulan,r.

2.5.3 Kat la4ma S ras nda Olu4an Hac m Azalmalar

ekil – 2.16 a) Kat,la-ma s,ras,nda hacim deBi-imleri (çelik) b) Çekme ve büzülme olaylar,n,n -ematik gösterili-i

Kat,la-ma ve soBuma s,ras,nda baz, özel durumlar,n d,-,nda metallerde daima hacim azalmalar, söz konusudur. Bu hacim azalmalar, üç a-amada olu-urlar ( ekil 2.16):

a)S v n n Kendini Çekmesi (T_o - T₁): Döküm s,cakl,B,ndan itibaren kat,la-man,n ba-layacaB, s,cakl,Ba kadar olan soBuma s,ras,ndaki hacim azalmas,d,r.

b)Kat la4ma Çekmesi (T₁ - T₂) : S,v,/kat, dönü-ümü s,ras,nda atomlar,n yeniden düzenlenmesi ile ortaya ç,kan hacim azalmas,d,r.

c)Kat n n Büzülmesi (T₂ – Oda S c.): Kat,la-mas,n, tamamlam,- parçan,n oda s,cakl,B,na kadar soBumas, s,ras,ndaki hacim azalmas,d,r.

S,v,n,n kendini çekmesi ve kat,la-ma çekmesi nedeniyle döküm bo4luklar , gözenekler, s cak y rt lmalar ve iç gerilmeler gibi sorunlar ortaya ç,kabilir. Kat,n,n büzülmesi ise parçan,n küçülmesine, yani boyut deAi4imlerine neden olur, fakat bu durum kal,p bo-luBunu olu-turmak için kullan,lan modellerin boyutland,r,lmas, s,ras,nda dikkate al,narak istenilen so boyutlar,n elde edilmesi kolayl,kla saBlan,r. Ancak kat,la-m,- parçan,n kal,p içinde büzülmesi serbestçe gerçekle-emez ise çarp lmalar, çatlaklar ve iç gerilmeler ortaya ç,kacakt,r.

Çizelge 2.1 : Baz, malzemeler için kat,la-ma s,ras,nda olu-an hac,m azalmalar,

MALZEME Kat,la-ma Çekmesi (%)

Kat,n,n Büzülmesi (%)

K,r dökme demir 1,8 3,0

Basit karbonlu çelik 3,0 7,2

Aluminyum ala-,mlar, 7,0 5,0

Bak,r ala-,mlar, 5,0 6,0

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

Kal,p içine dökülmü- metalin kat,la-mas,, önce ,s,n,n h,zla uzakla-t,r,ld,B, cidarlarda kat, bir kabuBun olu-umu ile ba-lar ve bu kabuBun kal,nla-mas, ile devam eder ( ekil 2.17). En son kat,la-an bölgede ise hacim azalmalar, nedeniyle bir çekme bo4luAu olu-ur. Hacim azalmas, çok az ve son kat,la-ma bölgesi iç k,s,mda ise, bo-luk yerine s cak y rt lma veya iç gerilmeler meydana gelebilir.

Ala-,mlarda s,v,/kat, dönü-ümü T_Li ile T_So aras,ndaki s,cakl,k aral,B,nda gerçekle-tiBinden, kat,la-ma cephesinde s,v, ve kat, fazlar,n birlikte görüldüBü bir kat,la-ma bölgesi ( x) söz konusudur ( ekil 2.18). Kristal büyümesi dendritik ise kat,la-an dendrit kollar, aras,nda küçük s,v, metal havuzcuklar, hapsolacak ve bu havuzcuklardaki kat,la-ma sonras,ndaki çekme bo-luklar, mikrogözenekler olarak ortaya ç,kacakt,r.

Mikrogözeneklerin miktar,, kat,la-ma cephesinin geni-lemesiyle artar. S,v, ile kat,n,n birlikte bulunduBu bu bölgenin dar olmas, için:

a) Kat,lasma aral,B, dar olmal,d,r. Dolay,s,yla döküm malzemesi olarak örneBin ötektik bile-imdeki ala-,mlar tercih edilmelidir.

b) Is, uzakla-t,r,lmas, yava-, yani s,cakl,k gradyeni dik ise yap,sal a-,r, soBuman,n sözkonusu olduBu kat,la-ma cephesi ortadan kalkar veya geni-liBi azal,r ve mikrosegresasyon önlenir. Sözkonusu s,cakl,k gradyenini kontrol eden parametrelerin ba-l,calar,: döküm s,cakl,B,, kal,p s,cakl,B,, eriyiBin ,s, içeriBi ve kal,b,n ,s, uzakla-t,rma özellikleridir.

ekil – 2.17 Kat,la-ma s,ras,nda çekme bo-luBu olu-umu

ekil – 2.18 Ala-,mlarda kat,la-ma cephesi

2.5.4 Kal p çinde Kat la4man n Yönlendirilmesi

Kal,p içine doldurulan s,v, metalin tümü ayn, anda kat,la-maz. Kat,la-man,n hangi bölge veya bölgelerde ba-lay,p, nas,l ilerleyeceBi ve nerede son bulacaB, çekme bo4luklar n n olu-acaB, yerleri belirler. Kal,b,n ,s, uzakla-t,rma özellikleri her yerde ayn, ise, kat,la-ma öncelikle soBuman,n h,zl, olduBu ince kesitlerde ba-lar ve bu s,rada olu-an hacim azalmalar, nedeniyle o ana kadar kat,la-mam,- olan kal,n kesitlerdeki s,v, metal bu bölgeleri besler. yi tasarlanm,- bir kal,pta, kat,la-ma kal,n kesitlerin ince kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemeli ve en son kat,la-an bölgelerin d,-a aç,k olan yolluk ve ç,k,c,larda kalmas, saBlanmal,d,r. Böylece çekme bo-luBu veya diBer kusurlar,n parça içinde olu-mas, önlenir. Döküm kal,plar için çok önemli olan bu tasar,m prensibi, kat la4man n yönlendirilmesi olarak adland,r,l,r ( ekil 2.19). Döküm yöntemiyle üretilecek parçalar,n tasar,m,nda da boyutland,rma ve biçimlendirmelerde bu durum dikkate al,nmal,d,r.

Kat,la-mada en sorunlu bölgelerden biri de kö-elerdir. Birle-me noktas,ndaki kesit, genellikle birle-en kesitlerden büyük olduBundan, bu bölgeler en son olarak kat,la-,r ve iç k,s,mlar,nda çekme bo-luklar, olu-abilir ( ekil 2.20). Dolay,s,yla bu bölgelerde ya kesit inceltilmeli, ya da soButma plakalar, yard,m,yla buralarda soBuma h,zland,r,larak kat,la-man,n kö-elerden baBlamas, ve kollara doBru devam etmesi saBlanmal,d,r.

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

ekil – 2.19 Yönlenmi- kat,la-ma

ekil – 2.20 Kö-elerde kat,la-ma

Parça geometrisi nedeniyle kal,p içindeki kat,la-man,n istenildiBi gibi yönlendirilmesinin mümkün olmad,B, durumlarda, kat,la-man,n istenen bölgelerde ba-lay,p istenilen yerlerde sonlanmas, için soButma plakalar,ndan, veya çekme olu-abilecek yerlerin s,v, metal ile beslenebilmesi için ç,k,c, ve besleyicilerden yararlan,l,r.

Ç k c ve Besleyiciler

Ç,k,c, ve besleyicilerin görevi, kal,p içinde kat,la-an parçan,n iç ve d,- çekme bo-luklar, olu-abilecek bölgelerini s,v, metal ile beslemektir. Yani ç k c ve besleyiciler, s v metal depolar olup en son kat la4acak bölgeler olarak tasarlanm 4lard r. Ç,k,c,lar atmosfere aç,k, huni biçiminde; besleyiciler ise d,-ar,ya kapal, ve genellikle küresel kal,p elemanlar,d,r ( ekil 2.21). Besleyiciler biçimleri gereBi daha yava- soBuduklar,ndan, döküm sonras,nda parçadan ayr,lmalar, daha kolay olduBundan ve

ekil – 2.21 Ç,k,c, ve besleyiciler

Ç,k,c, ve besleyicilerin hacmi ve -eklini, s,v, metal ile besleyecekleri bölgenin büyüklük ve biçimi belirler. Ç,k,c, veya besleyiciler her zaman en son kat,la-an bölgeler olmal,, yani bunlar,n kat,la-ma süresi besledikleri bölgenin kat,la-ma süresinden daha uzun olmal,d,r. Kal,p içinde soBuyan bir parçan,n tümünün veya belirli bir bölgesinin kat,la-mas,n,n tamamlanmas, için gereken süre Chvorinov kural, olarak tan,nan baB,nt, ile hesaplanabilir:

KS = C

(V/A)

Burada KS kat,la-ma süresi, C_kkal,p katsay,s,, V kat,la-an parçan,n hacmi, A ise kat,la-an parçan,n yüzey alan,d,r. GörüldüBü gibi parça geometrisi bak,m,ndan kat,la-ma süresini parçan,n V/A (hacim/soBuma yüzeyi) oran, belirlemektedir, dolay,s,yla bu oran

M = V / A

kat la4ma modülü olarak adland,r,labilir. DiBer ko-ullar,n ayn, kalmas, durumunda M deBeri büyüdükçe kat,la-ma süresi artar. Çizelge 2.2'de bu modülün deBi-ik geometriler için hesaplanm,- deBerleri verilmektedir. Ç,k,c, ve besleyicilerin besledikleri bölgelerden daha geç kat,la-malar, gerektiBinden, kat,la-ma modülleri daha büyük olmal,, yani

M

> M

Çizelge-2.2: DeBi-ik geometrilere sahip parçalar,n kat,la-ma modülleri

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

Besleyici ve ç,k,c,lar,n, kat,la-,rken hacmi azalan parçay, s,v, metal ile besleyebilmeleri için atmosfer bas,nc, ile sürekli temasta olmalar, gereklidir. Bu nedenle ç,k,c,n,n üstünde bir kabuk olu-mamas, için yal,tkan veya egzotermik örtülerden yararlan,l,r ( ekil 2.22). Besleyicilerde d,- k,s,mda daima bir kabuk olu-ur, bu nedenle besleyicinin atmosfer bas,nc, ile temas,n, saBlamak için de kalem maçalardan yararlan,l,r, ekil 2.23. Gözenekli olan kum kal,p ve kalem maça gaz geçirgenliBini saBlad,B,ndan, besleyici içinde atmosfer bas,nc, hakim olur.

ekil – 2.22 Ç,k,c,larda yal,tkan ve egzotermik örtülerin kullan,lmas,

ekil – 2.23 Besleyicilerde kalem maçalar,n kullan,lmas,

SoAutucular

Kat,la-may, yönlendirmek ve çekme bo-luklar,n,n olu-mas,n, önlemek için, baz, durumlarda ç,k,c, ve besleyiciler yerine soAutucu plakalar veya iç soAutuculardan yararlan,l,r. Bunlar çelik, dökme demir, bak,r v.b. malzemelerden yap,lm,- kal,p elemanlar, olup, kal,plamada kal,p bo-luBunun duvar,na yerle-tirilirler. Bu sayede en son kat,la-mas, beklenen ve normal soBumada çekme bo-luBu olu-acak bölgeler daha h,zl, soButularak kat,la-man,n buralardan ba-lat,lmas, ve istenilen -ekilde yönlendirilmesi mümkün olur, ekil 2.24.

SoButma plakalar,n,n yerle-tirilmesinin güç olduBu bölgelerde iç soButuculardan yararlan,labilir. Bir diBer çözüm de kal,b,n baz, bölgelerinin yal,t,lmas, yoluyla kat,la-may, yönlendirmektir. ekil 2.25’te bu seçeneklerin tümü toplu olarak gösterilmektedir.

ekil – 2.24 Çekme bo-luklar,n,n soButma plakalar, yard,m,yla önlenmesi

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

ekil – 2.25 Çekme bo-luklar,n,n önlenmesi için soButucu ve yal,tkanlardan yararlan,lmas,

3 KUM KALIBA DÖKÜM

3.1 G R

Demir esasl, ve demir d,-, metallerin dökümünde, ucuz ve refrakter özelliBe sahip kum esasl, kal,p malzemeleri yayg,n olarak kullan,l,r. Kum kal,ba döküm bir harcanan kal,p yöntemidir, yani kat,la-ma sonras,nda kal,p bozularak parça ç,kar,l,r ve her dökülecek parça için ayr, bir kal,p haz,rlamak gerekir. Kal,plama kum esasl, malzemenin bir model etraf,na s,k,-t,r,lmas, ve daha sonra modelin kal,ptan ç,kart,lmas, ile yap,l,r.

Genellikle iki parça olan kal,pta, yolluk sistemi ve besleme amaçl, ç,k,c,lar gibi diBer kal,plama elemanlar, da bulunur. ç bo-luklar,n elde edilmesi için gerektiBinde maçalardan yararlan,l,r. ekil 3.1’de döküme haz,r bir kum kal,b,n kesidi görülmektedir.

ekil – 3.1. Döküme haz,r bir kum kal,b,n kesiti

Yöntemde en çok emek harcanan i-lem, kal,b,n haz,rlanmas, a-amas,d,r.

Günümüzde kal,plama çoBunlukla makinalarla ve seri olarak yap,l,r; ancak ekil 3.2'de temel kal,plama bilgisi verebilmek amac,yla elle kal,plaman,n a-amalar, özetlenmi-tir.

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

ekil – 3.2a. Serbest model kullanarak kum kal,plar,n elle haz,rlanmas,ndaki a-amalar (devam, var)

ekil - 3.2b. Serbest model kullanarak kum kal,plar,n elle haz,rlanmas,ndaki a-amalar (devam)

Kum esasl, kal,p kullanan bir dökümhane: modelhane, kal,plama, maça üretimi, eritme, bitirme ve kalite kontrol gibi deBi-ik bölümlerden olu-ur. ekil 3.3’te karakteristik bir ak,m -emas, görülen bu tür bir tesiste her bölümün görevi -öyle özetlenebilir:

• Modelhane: Modeller, kal,p içinde daha sonra metalin dolacaB, bo-luklar,n olu-turulmas, için, kal,plama i-lemi s,ras,nda kullan,l,r. Model üretiminde ah-ap, metal, plastik gibi malzemelerden yararlan,l,r.

AhmetARAN - Döküm Teknolojisi

• Maça bölümü: Maçalar, parça içindeki bo-luklar,n elde edilmesi için kullan,l,r. Kum esasl, kal,plara yerle-tirilen maçalar da genellikle kum esasl,d,r.

• Kal plama: Kum esasl, kal,plar, modeller yard,m,yla haz,rlan,r ve maçalar, yerle-tirilerek döküme haz,r hale getirilir. Kal,plama, elle veya makinalar yard,m,yla yap,labilir.

• Eritme ve döküm: Kupol, elektrik ocaklar,, potal, ocaklar, v.b. ocaklardan yararlan,larak eritilen metal, potalar yard,m,yla kal,plara dökülür.

• Kal p bozma: Kat,la-ma sonras,nda kum kal,p bozularak parça ç,kar,l,r.

• Bitirme: Kal,ptan ç,kar,lan parçadan yolluk, ç,k,c, gibi k,s,mlar ayr,l,r. Yüzey temizleme, ,s,l i-lem, boyama, i-leme gibi deBi-ik i-lemler bu bölümde yap,l,r.

• Kalite kontrol: Malzemelerin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin belirli standartlar, saBlad,B, ve parça boyutlar,n,n verilen toleranslar içinde kald,B, kontrol edilir. Boyut, yüzey, bo-luk v.b. kontroller ile kimyasal ve fiziksel deneylerin yap,lmas, ve/veya yapt,r,lmas, bu bölümün görev alan,d,r. Kusursuz dökümlerin elde edilebilmesi için dökümhane girdi malzemelerinin istenilen kalitede olmas, da kontrol edilmesidir.

ekil 3.3. Kum esasl, kal,p kullanan dökümhaneler için karakteristik bir ak,- -emas,

3.2 MODELLER

Model, üretilecek parçan,n yakla-,k bire bir kopyas, olup, kal,p içinde dökülecek s,v, metalin dolduracaB, bo-luBu elde etmek için kullan,l,r. Modellerin biçim ve boyutlar,n,n belirlenmesinde, kat,la-ma sonras,nda parçan,n soBuyarak büzülmesi, i-leme paylar,, modelin kal,ptan s,yr,lmas,n, kolayla-t,racak eBimler ve maça yuvalar,n,n da dü-ünülmesi gerekir. Döküm teknolojisinde modelin doBru tasar,m, ve kaliteli olarak üretimi çok önemlidir. Kötü bir model kullanarak kaliteli bir kal,p haz,rlamak ve iyi bir döküm gerçekle-tirmek mümkün deBildir.

3.2.1 Model Türleri

Metal dökümünde kullan,lan modeller:

• Serbest modeller,

• Levhal, modeler,

• Özel model ve model tertibatlar,

olmak üzere s,n,fland,r,l,rlar. Üretilecek parça say,s,, biçim karma-,kl,B,, dökümhanede uygulanan kal,plama yöntemi ve parça tasar,m,n,n düzeltilmesinin söz konusu olup olmad,B, gibi kriterlere göre hangi tür modelin uygun olacaB, belirlenir.

Serbest Model

Serbest model, üretilecek döküm parçan,n yakla-,k bire bir kopyas, olup, ucuz, basit ve yayg,n olarak kullan,lan bir model türüdür. Serbest modellerin boyutland,r,lmas,nda çekme ve i-leme paylar, dikkate al,n,r. Kal,plama s,ras,nda yerle-tirilecek maçalar,n yuvalar,n, olu-turan maça ba-lar, da model üzerinde bulunur,

ekil 3.4. Genellikle ah-aptan yap,l,rlar, ancak metal, plastik, alç,, mum veya diBer uygun malzemeler de kullan,labilir. Serbest modellerde kal,plama çoBunlukla elle yap,l,r, dolay,s,yla yöntem yava- ve pahal,d,r. Kal,plama s,ras,nda modelin kumdan s,yr,lmas, için model iki parçaya ayr,larak alt ve üst dereceye ait k,s,mlar geçmeli olarak yap,l,r. Pimlerle birbirine göre konumlar, belirlenen bu iki k,sm,n birle-me yüzeyi, ayn, zamanda kal,b,n bölüm yüzeyidir. Kum kal,plarda genellikle elle aç,lan yolluk, ç,k,c, ve diBer bo-luklar da istenirse modelle birlikte veya ayr, model parçalar, olarak dü-ünülebilir.