MEM-220 METALURJİ LABORATUARI (1+2) 2 Döküm Kumu Deneyleri: Kum tane boyutu ve dağılımının elek analizi ile belirlenmesi. Mikroskop ile kum tane

MEM-220 METALURJİ LABORATUARI (1+2) 2 Döküm Kumu Deneyleri:

Kum tane boyutu ve dağılımının elek analizi ile belirlenmesi.

Mikroskop ile kum tane şeklinin belirlenmesi.

Standart kum numunesinin hazırlanması.

Döküm kumlarının yaş ve kuru durumda basma, çekme ve kesme mukavemetlerinin, sertliklerinin, gaz geçirgenliğinin ve akıcılığının belirlenmesi.

Döküm kumunda nem tayini.

Kumdaki kireçtaşının tayini.

Farklı metal ve alaşımları için döküm ve maça kumlarının hazırlanması.

Döküm kumundaki kil oranın ve aktif kil oranının tayini.

Döküm kumuna ilave edilen kilin süspansiyon ve benzidin deneyi ile kalitesinin belirlemesi.

Döküm deneyleri:

Döküm metallerinin akıcılık ve basamaklı döküm testleri.

Çil testi.

Metallerin soğuma eğrilerinin belirlenmesi ve yorumlanması.

Dökümcülüğün tanımlanması

• Endüstrinin temeli olan dökümcülük, özet olarak metal ve alaşımlarını şekillendirme yöntemidir. Şekillendirme yöntemi, seçilen metal veya alaşımın ergitilmesi ve bahis

konusu şeklin negatifi olan kalıp boşluğuna dökülmesinden ibarettir

Diğer üretim yöntemleri ile üretilmesi mümkün olmayan veya ekonomik olmayan karmaşık parçalar döküm yöntemi ile elde edilebilir. Metallerin dökülerek şekillendirilmesi üretim sektöründe önemli bir yer

tutmaktadır

Metallerin şekillendirme yöntemleri:

Plastik şekil verme

– Dövme – Haddeleme – Ekstrüzyon – Tel çekme

• Birleştirme teknikleri

– Kaynak – Lehim

• Talaşlı imalat

– Tornalama – Frezeleme – Delik açma – Taşlama

• Toz metalürjisi

• Hızlı prototipleme

• gibi çok farklı yöntemler ile şekillendirilir.

• Döküm

– Tek kullanımlık kalıba döküm

• Kum kalıba döküm

– Kuru kum kalıba döküm – Yaş kum kalıba döküm

• Hassas döküm

• Kabuk kalıba döküm

• Seramik kalıba döküm

• Alçı kalıba döküm

• Dolu kalıba döküm

– Çok kullanımlık kalıba döküm

• Sürekli döküm

• Santrifüj döküm

• Basınçlı döküm

• Metal(kokil) kalıba döküm

1. Kum, metal veya seramik gibi ısıya dayanıklı bir malzeme içinde

şekillendirilmek istenen parçanın negatif boşluğu oluşturulur. Bu boşluğa kalıp boşluğu adı verilir.

2. Ergitme ocaklarında tekniğine uygun (bileşim, sıcaklık, atmosfer vb..

faktörlerin kontrolü) ergitilen metal veya alaşımları kalıp boşluğuna dökülür ve katılaşmaya bırakılır.

3. Katılaşan parça kalıptan çıkarılır.

4. Çapak, yolluk, çıkıcı, besleyici gibi fazla kısımları parçadan ayrılır.

Döküm parçanın üretim aşamaları

Döküm yoluyla şekil vermenin avantajları

1. Karmaşık şekle sahip olan parçalar döküm yöntemi ile kolaylıkla elde edilebilir.

2. Talaş kaldırma ve kaynak gibi işlemlere çok az veya hiç ihtiyaç olmayabilir.

3. Yapıya basitlik kazandırılarak istenilen şekiller tek parça halinde elde edilebilir.

4. Seri üretime uygun olup, aynı parçadan çok sayıda kısa zamanda dökülebilir.

5. Bazı alaşımların döküm halindeki mühendislik özelliklerine ihtiyaç duyulur.

6. Büyük hacimli; pompa muhafazaları, makine gövdeleri, dişli ve yataklar ve valf gibi parçaların üretimi diğer üretim yöntemleriyle mümkün olmaz veya ekonomik değildir.

7. Döküm yöntemiyle şekillendirme, diğer üretim yöntemlerine göre daha ekonomiktir.

Döküm ürünlerinde “yöntem-yapı-özellik” ilişkisi döküm teknolojisinin ana konusunu oluşturur. Döküm parçanın yapı ve mekanik özellikleri

parçanın üretilmesinde kullanılan yöntem tarafından belirlenir

Döküm yöntemleri

• Döküm Tek kullanımlık kalıba döküm

– Kum kalıba döküm

• Kuru kum kalıba döküm

• Yaş kum kalıba döküm

– Hassas döküm

– Kabuk kalıba döküm – Seramik kalıba döküm – Alçı kalıba döküm

– Dolu kalıba döküm

• Çok kullanımlık kalıba döküm

– Sürekli döküm – Santrifüj döküm – Basınçlı döküm

– Metal(kokil) kalıba döküm

Döküm kumu

nedir?

Kalıp kumları

KALIP KUMU VE BİLEŞENLERİ

• Kum kalıplarının yapımında kullanılan dökümhane kumu genellikle sıcağa dayanıklı bir mineral olan kuvars ve bağlayıcıdan oluşur. Bu karışıma bazı özelliklerin kazandırılması için diğer katkılar ilave edilir.

• Tabiatta mevcut olan bazı kumlar bağlayıcı minerale bentonit , kil beraberlerinde bulunurlar. Bu şekilde kalıplama malzemesi olarak kullanılırlar. Bunlara TABİİ (DOĞAL) KUM adı verilir.Çoğunlukla kuvars kumuna bu mineraller hazırlama işlemi sırasında ilave edilir. Bunlara da SENTETİK (YAPAY) KUM denir.

• Kalıplama kumları plastiki (şekillendirilebilir) ve preslenemeyenler olarak ikiye ayrılır. Plastiki olan kumlar bentonit ihtiva ederler ve kalıplama esnasında şekillendirilebilirler. Preslenemeyen kumlar ise sentetik reçineli , cam sulu , çimento bağlayıcılı ve havada dehidrasyon ve kimyasal dönüşüm ile soğuk sertleşen bağlayıcılı kumlardır.

• Kalıplama için en uygun su miktarına sahip plastiki kumlara Hazır Kum veya Yaş Kum denir. Kum kalıpları bir kurutma işlemine tabii tutulmaksızın kullanılacaklar ise Yaş Döküm Kalıpları , hazırlanan kuma da Yaş Döküm Kumu denir. Bu kumlar genel olarak sentetiktir. Özellikle doğal kumdan yapılan kalıplar ile çelik dökümde büyük parça dökümünde kullanılan kalıplar kurutulur. Bunlara da Kuru Döküm adı verilir.

Kalıplar İhtiva Ettikleri Rutubet , Su Miktarına Bağlı Olarak Şu Şekilde Kullanılırlar ;

1- Yaş Kalıplar

2- Yüzeyi Kurutulmuş Kalıplar 3- Kuru Kalıplar

4- Kuru Kum Maça Kalıpları 5- Diğerleri

Furan (No-Bake)

Yağ-Oksijen Yöntemleri CO₂-Sodyum Slikatlı Çimento Kalıp Yöntemi

DÖKÜM KUMLARININ SU MİKTARINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Kalıplama kumunun hazırlanması ile kumda en uygun sıkıştırma özelliğinin var olması amaçlanır. Bu özelliğin devamlı aynı kalmasına çalışılır. Dolayısı ile ilave edilen su miktarı değişmez. Değişik oluşum şartlarına sahip kumların su

iktarları da birbirinden farklıdır.

Kumun su miktarını belirleyen en önemli faktörler şunlardır ;

 Kumun Morfolojisi

Monokristalin taneli kumlar , poröz yapılı kumlara nazaran daha az su gereksinimi gösterirler.

 Bentonit

Kumdaki bentonit miktarı arttıkça belirli bir sıkıştırılma değerine ulaşmak için kumun su miktarının fazlalaştırılması gerekir. Suyun bentonite oranı sabit kalır.

 Kömür Tozu

Poröz taneler şeklinde koklaştığından su ihtiyacı artar.

 Ölü (Yanmış) Bentonit

Bentonit fonksiyonunu yitirdikçe yani yandıkça su miktarı değişkenlik gösterir.

Kum nedir?

KALIP KUMLARI ve ÖZELLİKLERİ

• Kalıp yapımında kullanılan kalıp malzemesi

kumlardır. Kalıp kumu, silis + kil + rutubet ten oluşur. Kalıp malzemesi olan kumun esas

görevi sıvı metal dökülüp de katılaşıncaya kadar boşluğu bozulmadan muhafaza

etmektir. Bu nedenle kalıp kumu aşağıdaki isteklerimizi yerine getirmek zorundadır.

1. MUKAVEMET

• : Kalıbın dökümü esnasında sıvı metalin basıncı ile bozulup bozulmadığını temsil eder. 3 çeşit mukavemet vardır.

• Yaş Mukavemet : Kalıbın içine sıvı metal dökülür dökülmez kalıp kumunda henüz nem varken kalıbın şeklini muhafaza edebilmesine kumun yaş mukavemeti diyoruz.

• Kuru Mukavemet : Erimiş metal kalıba dökülünce kumun rutubeti buharlaşır gider işte kum kalıbın kil ve silisle

birlikte bu haldeyken sıvı metalin basıncına dayanmasına kuru mukavemet diyoruz.

• Sıcak Mukavemet : Erimiş metal kalıp içersinde epey uzun bir vakit kaldıktan sonra kumun sıcaklığı, erimiş metal

sıcaklığına eşit olduğu anda sıvı metalin basıncına dayanmasına sıcak mukavemet diyoruz.

2. ATEŞE DAYANIKLILIK

• : Kalıp kumları ateşe dayanıklı değillerse taneler birbirine yapışır ve topak bir hale dönüşürler. Böyle bir durumda sıcak metal kalıbı parçalar ve dışarı çıkar. İşte döküm sıcaklığında kalıbın bozulmasına kumların topaklanmasına ateşe dayanıklılık diyoruz.

Dökme demir için bu sıcaklık 1300 °C civarındadır.

3. GAZ GEÇİRGENLİĞİ

• : Sıvı metal kalıbın içine döküldüğünde kalıp içinde var olan veya tam döküm esnasında

reaksiyonla yeni oluşan gazların geçebilmesine izin verebilecek kabiliyette olmasına kumun

gaz geçirgenliği adını veriyoruz. Gaz geçirgenliği yetersiz ise ürünün yüzeyi kabarcıklı ve gözenekli olur.

4. AKICILIK

• : Kumun kalıbın şeklini alabilmesi için kil ve rutubetle takviyeli şekilde belirli bir akıcılığa sahip olması gerekir. Aksi taktirde kalıbın şekli olan negatif boşluk temin edilemez.

5. DÜZGÜN YÜZEY

• : Döküm parçalarının yüzeylerinin düzgün olması, ancak ince taneli kumların modelin kalıplanması esnasında yüzeye dökülmesiyle gerçekleşir.

6. YENİDEN KULLANMA

• : Eritilmiş metal kalıbın içine döküldüğünde ilk temas eden kum taneleri aşırı bir şekilde

çatlayıp parçalanmadan ve topaklanma

olmadan kalabilmelidir. Çünkü ileride yeni kalıp hazırlanırken bu kumların yeniden kullanılması gerekecektir.

7. SÜNEKLİLİK

• : Bu terim kalıp kumlarının yüksek sıcaklıklarda fazla sertleşmeden kalabilmeyi ifade eder.

8. PLASTİKLİK :

• Kalıp kumlarının kalıbın şeklini alabilmesi için plastik yapıda olması gerekir bu da ancak kil ve rutubetin desteğiyle sağlanabilir.

• MİKRON NEDİR?

Mikron : 1 Mikron = 10-3 mm `dir.

• AFS

American Foundry Society’nin kısaltılmış halidir.

• 1 İnç: 25.4 mm

• 1 mesh : 1 inç2

Mohs sertlik skalası (Mohs sertlik cetveli),

• Minerallerin sertliği Avusturyalı mineralog Friedrich Mohs

tarafından 1812 de ortaya konulan ve Mohs sertlik dizisi adı verilen bir ölçek yardımıyla nisbi olarak ölçülür

• . Mohs sertlik skalasına göre bir mineralin sertliğini bulmak için, sertliği bilinen mineral veya minerallerle, sertliği saptanacak olan mineral birbirine sürtülür ve sertliği bilinmeyen mineralin hangi minerali çizdiği ve hangisiyle çizildiği belirlenir. Sonuçta bu işleme göre mineralin sertliği bulunmuş olur.

• Örneğin, Apatit'i çizip kuvars ile çizilen bir mineralin Mohs skalasına göre sertliği 6 dır. Diğer bir yöntem Mohs skalasında bilinen

değerleri olan bir seri madde ile çizme deneyi şekilindedir.

• Örneğin bir madde flüoriti ile çizilmez apatit'le çizilirse ama , Mohs sertlik derecesi 4 ile 5 arasındadır.

SİLİS KUMU NEDİR ?

•

Silis Kumu minimum %98 SIO2 içermektedir.

Silikon ve O2 dünyada en çok bulunan elementlerdendir ve birlikte Silika`yı, dünyada kaya formunda bulunan üç mineralden birini

oluşturur.

Silika 3 ana kristal formunda bulunur. En çok mineral Quartz formunda bulunur. Fakat bu cevher aynı zamanda kristobolit ve tridimit halinde bulunur. Bu cevherler sıcaklığa ve kimyasal etkilere karşı çok dayanıklıdır. Bu özelliğinden dolayı endüstrilerin farklı kollarında her zaman mühendislerin ilgisini çekmiştir.

Günümüz Teknolojisinde Bilgisayarların silikon chiplerin imalinde hammadde olarak Silika

kullanılır.

Endüstriyel kullanımlarda özellikle içersinde minimum %95 oranında silis içeren kumlar

istenmektedir.

Mohs skalasında sertliği 7, özgül ağırlığı 2.65 gr/cm3, ergime sıcaklığı 1785 C olan

ve yer kabuğunda oldukça sık görülen minerallerden biridir.

renksiz, açık beyaz renkli, ince taneli yapı

•

İRİ TANELİ ÜRÜNLER 3-5 mm (Raspa) 1-3 mm (Raspa) 15-20 AFS

20-30 AFS 25-35 AFS 30-35 AFS 40-45 AFS 45-50 AFS

İNCE TANELİ ÜRÜNLER

50-55 AFS 60-65 AFS 60-70 AFS 70-80 AFS 80-100 AFS 90-110 AFS

Silis Kumu nasıl elde edilir

• Silis kumu, maden ocaklarından

çıkarılınca, yıkama tesislerinde kil ve topraktan tamamen arındırılır, Kurutma tesislerinde

kurutulma işleminden sonra eleklerde gradasyonlarına ayrılır.

Silis kumu nerelerde kullanılır ?

• Düzgün ve temiz olanları optik ve elektronik sanayilerinde kullanılmaktadır.

• Ayrıca süs taşı olarak da kullanımı yaygındır.

• Kuvars kristalleri elektronik sanayinde frekans kontrol asilatörerinde ve frekans filtrelerinde kullanılmaktadır.

• Silis camsı kuvars ise öğütülerek ve hazırlama işlemlerinden geçirilerek cam, seramik, deterjan, boya, zımpara, dolgu ve metal sanayilerinde kullanılmaktadır.

• Cam sanayinde kristal eşya ve züccaciye imalatında, seramik sanayiinde ise sır frit yapımında,

yer ve duvar karosunda, izolatör, elektro-porselen, glazur, mutfak eşyası ile vitrifiye yapımında oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.

Silis kumu neler ihtiva

eder?

• Silis döküm kumlarının % 99.8’i kuartz şeklinde silikadan (SiO2) oluşmaktadır. Geri kalanı ise ilmenite (FeO-TiO2), magnezit (Fe3O4) , alüminyum oksit (Al2O3) veya olivin gibi kirlilikler, magnezyum ve demir ortasilikatları

[(Mg,Fe) SiO4] ve kalsiyum oksit (CaO) ihtiva eder.

• Ancak bu oksit ve kirliliklerin kumun refrakterlik özelliğini önemli ölçüde azalttığı için düşük olması istenir.

• Kuartz ısıtıldığında kristalografik dönüşümlere uğrar.

• İlk olarak 573 °C (1064

°F)’de genleşir ve “α”

kuartz’ dan “β” kuart’za dönüşür. Bu durum kalıp çarpılmasına (spalling) sebep olabilir.

• 870 °C (1598 °F)’nin

üzerinde kuartz tridimite dönüşür ve kum bu

sıcaklığın üzerinde büzülür (boyutsal olarak küçülür).

• Daha yüksek sıcaklıklarda (1470 °C veya 2678 °F

üzerinde) tridimit kristabolite dönüşür.

• İlave olarak silika sıvı demir ile reaksiyona girerek cüruf

şeklinde bileşikler oluşturur.

• Sonuç olarak döküm parça yüzeyinde kum yapışmasına neden olur.

• Yine de kum karışımlarına

uygun ilavelerle bu problemler çözümlenebildiği için silika en yaygın döküm kalıp kum

malzemesi olmaya devam etmektedir.

• Silikanın bulunduğu faz

yapısına göre sıcaklık ile termal genleşmesi Şekil 8.2’ de

verilmiştir.

Zirkon

• Simgesi :ZrSiO4 zirkonyum silikat

• sertlik 7. 8,

• özgül ağırlık 4.6- 4.71,

• erime noktası 2550 ° C

• Termal stabilite:

1700 ° C

• renk: renksiz şeffaf kristal

Zirkon

• Zirkon kumu zirkonyum silikat (ZrSiO4)’tır. Doğadan çıkarıldığı gibi kullanılabilir. Oldukça yüksek refrakterlik özellik ve mükemmel döküm karakteristikleri sergiler. Düşük termal genleşme, yüksek termal iletkenlik ve kütle yoğunluğu (kuartza göre dört kez daha hızlı soğuma) ve sıvı metalle çok düşük reaksiyona girme özelliklerine sahiptir.

• Zirkon yuvarlak olduğu için diğer kumlardan daha az bağlayıcı gerektirir. Zirkon kumu çok yüksek boyutsal ve termal kararlılık özelliğinden dolayı çelik döküm ve hassas döküm endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Zirkon birçok metalle ıslatılmadığı için kalıp ve maça yüzeylerinin boyanmasında da kullanılır.

Mükemmel döküm yüzey kalitesi verir. Zirkon aynı zamanda kimyasal olarak kararlıdır ve organik ve inorganik dahil olmak üzere bütün bağlayıcı sistemleri ile kullanılabilir.

Zirkon

Dökümcülükte kullanılan bir diğer kum çeşidi de zirkon

kumudur.

Zirkon kumunun başlıca özellikleri ise:

• yüksek refrakter özellik,

• yüksek termal iletkenlik,

• yüksek yoğunluk

• ve düşük termal genleşmedir.

• Zirkon’un yüksek iletkenliği, sıvı metalin daha hızlı katılaşmasına sebep olur.

• Zirkon’un ısı iletkenliği ve yoğunluğu silisin iki mislidir, bu da zirkon’un silise nazaran 2 misli daha fazla ısıyı iki misli hızlı absorbe edebileceği anlamına gelir.

• Bu özellik dökümcüye, katılaşmayı kontrol için çok iyi bir imkan verir.

• Dolayısıyla Zirkon kumu çil yerine kullanılarak ekonomik bir yarar da sağlayabilmekredir.

Olivin

• Olivin zeytin yeşili rengindedir. Renginden dolayı İngilizcede zeytin anlamına gelen “OLIVINE”

olarak adlandırılmıştır.

• Olivin mineralleri forsterite (Mg2SiO4) ve fayalite (Fe2SiO4)’in bir katı çözeltisidir.

• Fiziksel özellikleri kimyasal kompozisyonlara göre değişim gösterir. Dolayısı ile olivinin kompozisyonunun çok iyi belirlenmesi zorunludur.

Olivin mineralinin içerdiği bileşim suyu döküm kumu olarak kullanılmadan önce mineral bileşiminden uzaklaştırılmalıdır.

• Olivinin spesifik ısı özelliği silikaya benzer fakat silikadan çok daha az (silikanın 1/3’i) termal

genleşmeye sahiptir.

• Olivinin termal iletkenliği silikadan çok daha yüksektir. Dolayısıyla olivin çelik dökümlerinde kalıp boyutlarını kontrol etmek için kullanılır.

Olivin

Olivin silikadan çok daha fazla dayanıklıdır ve köşeli bir kumdur. Köşeli olmasının sebebi mineral kayalarının kırılıp öğütülmesinden kaynaklanır

. Kırılan ve öğütülen olivin kumu yıkanır, kurutulur ve eleklerden elenerek uygun tane boyut dağılımı elde edilir.

Olivin

• Silikadan farklı olarak, olivin kimyasal baziktir. Kil ve diğer organik ve inorganik bağlayıcılarla bağlanabilmesine rağmen asidik reaksiyon veren bağlayıcılar ile kullanılamaz.

• Eğer olivinin kum sisteminin içinde silis kumu bulunursa olivinin refrakter özellikleri kötüleşir.

• Silisin olivin kum sistemi içinde bulunması sinterleme ( yumuşama) noktasını düşürür ve döküm parça yüzey kalitesini bozar.

Olivin

Kromit

• Siyah renginde köşeli kum olan kromit (FeCr2O4) yüksek refrakterlik, kimysal reaksiyona girmeme, iyi termal kararlılık ve mükemmel soğutucu özeliğine sahiptir.

• Fakat zirkondan iki kat daha fazla termal genleşmeye sahiptir ve su içermesinden dolayı sık sık saçma (pinholing) ve gaz hatalarına sebep olur.

•

• Renk: siyahımsı gri

• Sertlik: mohs sertlik 7.5

• Yoğunluk: 1.5-1.8

Kromit

• Kromit kumunda kalsiyum oksit (CaO) ve silisyum oksit (SiO2) miktarının kesinlikle belirtilmesi gerekir.

• Çünkü bu iki oksit yanmaya neden olan yumuşama ve sıvı metal ile reaksiyona girme eğilimindedir.

Kromit

Alüminyum Silikatlar

• Alüminyum silikatlar (Al2SiO5), kyanite, sillimanite, and

andalusite olarak isimlendirilen üç genel şekilde bulunurlar.

Bu minerallerin hepside yüksek sıcaklıklarda mullit ve silikaya dönüşürler.

• Bu özelliğinden dolayı alümina silikatlar dökümde kullanmak için yüksek sıcaklıklarda kalsine edilirler.

• Sinterleme sürecine bağlı olarak silika kristabolit veya amorf silika yapılarında bulunabilir.

• Taneleri tam köselidir. Bu malzemeler yüksek refrakterlik, düşük termal genleşme ve çok yüksek termal şok

dayanımına sahiptirler. Çoğunlukla hassas döküm

endüstrisinde kullanılırlar. Sıklıkla da zirkon ile karıştırılarak kullanılırlar.

Elek analizi grafiği