KATILAŞMA ZAMANI VE BESLEME

Transkript

1 BÖLÜM 4 KATILAŞMA ZAMANI E BESLEME DÖKÜMLERİN KATILAŞMASI ve KATILAŞMA ZAMANI Kalıba doldurulan sıvı metalin tamamı hemen katılaşmaz. Katılaşma, öncelikle soğumanın hızlı olduğu ince kesitlerde başlar ve bu sırada oluşan kendini çekme, hacim azalması nedeni ile, o ana kadar katılaşmamış olan kalın kesitlerdeki sıvı bu bölgeleri besler. İyi tasarlanmış bir kalıpta katılaşma: kalın kesitlerin ince kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemeli ve en son katılaşan bölgelerin yolluk ve çıkıcılarda kalması sağlanmalıdır. Döküm malzemelerin iç yapısıda katılaşmadaki soğuma şartları ile belirlenir. Burada üç ayrı bölge söz konusu olmaktadır. 1. Kalıp cidarlarındaki ani soğuma (chill) etkisi ile kalıpta önce küçük ve eş eksenli tanelerden oluşan bir kabuk. 2. Bunu izleyen bölgede sıcaklık gradyeninin etkisi ile uzun çubuksu taneler. 3. Orta kısımda ise, soğuma her taraftan olduğundan tekrar eş eksenli taneler görülür. Bir alaşımın döküm yapısında bu üç bölgenin hepsi görülebileceği gibi sadece bir tanesi de oluşabilir. Genel olarak dökümde aşırı ısıtma ne kadar yüksek ise yapıya kolonsal taneler o kadar daha fazla hakim olur. Buna karşın, aşırı ısıtma ne kadar düşükse yapıda eşeksenli taneler daha fazla görülür. Eşeksenli taneler daha homojen ve izotropik özellikler gösterdiğinden dolayı tercih edilirler 63

2 KATILAŞMA ZAMANI Bir döküm parçasının döküm süresi sayısız faktör tarafından etkilenir. Ancak önemli olan ve üzerinde sürekli tartışılan konu bu faktörlerden hangilerinin gerçekten önemli olduğudur. Pratikte döküm parçasının döküm süresinin belirlenmesinde genellikle dökülecek parçanın ağırlığından hareket edilir. Ancak iki aynı ağırlıkta biri kalın kesitli diğeri ince kesitli farklı yüzeye sahip iki parça çok farklı soğuma süreleri gösterecektir. Kalın kesitli olanı, ince kesitliye nazaran daha yavaş soğuyacaktır. Pratik uygulamalarda bir döküm parçasının döküm süresine etki eden faktörleri şu şekilde sıralamak mümkündür. a) döküm parçasının modülü b) Kalıplama kumunun kabuk yapma zamanı c) Yollukların dolma zamanı d) Kullanılan potanın saniyede akıttığı metal miktarı e) Kullanılan metal veya alaşımın katılaşma şekli Bu nedenle ince parçanın dökümü kalıbın eksiksiz dolmasını sağlayacak şekilde oldukça hızlı dökülmelidir. Döküm süresinin belirlenmesinde bu durumun göz önüne alınması amacıyla yapılan çalışmalar sonucunda CHORINO a göre Katılaşma Zamanı iş parçasının hacminin, (), ısının verildiği yüzey, (A) ya oranının karesi ile belirlenmiştir. t k 2 C A m 64

3 Burada; t : toplam katılaşma zamanı kat.zam C m : kalıp sabiti : Parçanın hacmi A : Parçanın yüzey alanıdır. Kalıbın sıvı metalle dolmasından sonra gerçekleşen Katılaşma belirli bir süre alır Toplam katılaşma süresi tk = dökümden sonra katılaşma için gerekli süredir C kalıp sabiti aşağıdakilere bağlıdır: Kalıp malzemesi Döküm metalinin ısıl özellikleri Erime sıcaklığına oranla döküm sıcaklığı. DÖKÜMLERDE BESLEME Dökümde besleme; hatasız ve kaliteli bir döküm ürünü elde edilmesi ve ekonomik bir üretim sürecinin sağlanabilmesi için gereklidir. Metaller ve alaşımları, soğuma ve katılaşma esnasında bir büzülmeye yani hacimsel olarak küçülmeye uğrarlar. Bu doğal olay hacimsel çekme olarak adlandırılır. Döküm yapılırken, katılaşan metalin hacimsel çekmesi ile meydana gelecek boşlukları doldurabilecek kadar sıvı metalin sistemde var olması gerekir. Söz konusu çekme ile oluşacak boşlukların, adeta bir kaynaktan sıvı metalle beslenmesine dökümün beslenmesi, bu sıvı metal kaynağına da besleyici adı verilir. Besleyici, ana döküm parçası katılaşana kadar sıvı halde olmalı, yani döküm parçasından daha sonra katılaşmalıdır. 65

4 Katılaşan metaldeki çekilme veya büzülme başlıca üç kademede meydana gelmektedir: 1. Sıvı fazda çekilme. Bu kademe, döküm sıcaklığı ile katılaşmanın başladığı sıcaklıklar arasındadır. 2. Katılaşma sırasındaki çekilme. Bu kademe sıvı fazdan katı faza geçiş anıdır. 3. Katı fazda çekilme. Katılaşmanın tamamlandığı sıcaklıktan oda sıcaklığına kadar geçen zamanda meydana gelir. 1. ve 2. durumun çaresi; besleyici kullanmaktır, 3. durumun çözümü ise, modeli biraz büyük yapmaktır. 1. ve 2. durumun çaresi; besleyici kullanmaktır, 3. durumun çözümü ise, modeli biraz büyük yapmaktır. Aşağıdaki Tabloda yalnızca 2. kademede oluşan çekilmeler verilmektedir. Dökümlerde çekilme boşlukları bu kademede oluşmaktadır. 3. kademede metal tamamen katı duruma geçtiği için çekilme boşluğu oluşmaz. Ancak, bu kademedeki çekilmeler iç gerilim, çatlama gibi olaylara sebebiyet verebilmektedir. Metal veya Alaşım Katılaşma sırasındaki hacimsel çekilme Karbon Çeliği % 1 C lu çelik 4.0 Beyaz Dökme Demir Gri Dökme Demir % 2.5 e kadar genişleme Bakır 4.9 % 70 Cu-% 30 Zn 4.5 % 90 Cu-% 10 Al 4.0 Aluminyum 6.6 Al - % 4.5 Cu 6.3 Al - % 12 Si 3.8 Magnezyum 4.2 Çinko 6.5 Metal veya alaşımlar sıvı halden katı hale geçerken hacimce büzülürler. Ancak Bizmut ve alaşımları ile ötektik ve ötektik üstü Gri Dökme Demir katılaşırken hacimce bir genleşme gösterdikleri için bu kuralın dışında kalırlar. 66

5 Dökümde meydana gelen bu boşlukların kontrolu ve önlenmesi veya döküm parçasının dışında oluşmasını sağlamak için, çıkıcı veya besleyici adı verilen ilave bir parça da döküm ile dökülür. Önemli olan katılaşmanın döküm parçasından çıkıcıya doğru ilerleyen şekilde gerçekleşmesidir. Bu şekilde son katılaşan kısım çıkıcının içinde olacak ve bu sayede de döküm boşluğu çıkıcının içinde kalacaktır. Döküm yapılırken, katılaşan metalin hacimsel çekmesi ile meydana gelecek boşlukları doldurabilecek kadar sıvı metalin sistemde var olması gerekir. Sözkonusu çekme ile oluşacak boşlukların, adeta bir kaynaktan sıvı metalle beslenmesine dökümün beslenmesi, bu sıvı metal kaynağına da besleyici adı verilir. Besleyici, ana döküm parçası katılaşana kadar sıvı halde olmalı, yani döküm parçasından daha sonra katılaşmalıdır. Besleyici ve çıkıcılar Atmosfere kapalı olanları besleyici açık olanlarına çıkıcı denir Besleyicinin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için, esas parçadan sonra katılaşacak, şekilde tasarlanmalıdır BESLEYİCİ ÇIKICI Böylece, en son katılaşan bölgelerin, dışa açık olan yolluk ve çıkıcılarda kalması sağlanır Sağlam bir döküm elde edebilmek için, besleyici tasarımı çok önemlidir. Bu nedenle, günümüzde bile, hala, birçok dökümcü, besleyici tasarımlarını ve boyutlarını kendi deneyimlerinin ışığında gerçekleştirir. Bir döküm parçası üretiminde, besleyiciler şu temel koşulları yerine getirmelidir. 1. Besleyiciler, mutlaka esas döküm parçasından sonra katılaşmalıdır. 2. Besleyiciler, döküm parçasının çekilmesini karşılayacak kadar sıvı metal kapasitesine sahip olmalıdır. 3. Besleyici tasarımında, besleyici sayısı, besleyici boyutu ve kesilme maliyeti minimum olmalıdır. 4. Besleyiciler, besleme mesafesi kurallarına uygun ve yönlenmiş katılaşmayı temin edecek şekilde tasarlanmalıdır. 67

6 En son katılaşması gereken bir besleyici için en verimli şekil, en az ısı kaybına yol açacak şekildir. Bu suretle besleyici sıcaklığını koruyacak ve içindeki metal de uzun süre sıvı halde kalacaktır. /A oranı arttıkça katılaşma zamanı da artacaktır. Besleyici ve dökümün kalıp sabitleri birbirine eşit olacağından, ana dökümün önce katılaşması için, besleyicinin daha büyük hacim/yüzey oranına sahip olacak şekilde tasarlanması gerekir. Çekme boşluklarının beslenmesi için kullanılan besleyicideki sıvı en son katılaşmalıdır. Dolayısı ile Chvorinov kuralı, en son katılaşacak besleyicinin büyüklüğünü tasarlamak için kullanılabilir. Bir besleyiciı için en verimli şekil, en az ısı kaybına yol açacak şekildir. Bu suretle besleyici sıcak kalacak ve içindeki metal de uzun süre sıvı halde kalacaktır. Isı akışı prensipleri, bu şartı sağlayan en iyi şeklin küre olduğunu söyler. Çünkü kürenin en küçük yüzey alanı vardır. İkinci olarak da silindir gelmektedir. Aynı malzemeden ve aynı ağırlıkta küre, silindir ve kare kesitli bir dikdörtgen prizması mukayese edildiğinde; kürenin yüzey alanına göre silindirinki 1.2 misli, prizmanın ise 1.35 misli olduğu görülür. Katılaşma zamanına göre ise, küre silindire nazaran 1.5, prizmaya nazaran ise 2 misli daha geç zamanda katılaşmaktadır. 68

7 Şekil Alan, A Hacim, /A (/A) 2 Küp Silindir Küre Küre şeklinin kalıplanmasının zor oluşu nedeni ile, genel olarak besleyici için en iyi şekil silindir olmaktadır. Silindirin yüksekliği ile çapı arasındaki oran için değişik fikirler vardır. Genel olarak H=d yan besleyici, h=0.5 d üst besleyicilerde kullanılmaktadır. Ancak bu konuda göz önüne alınması gereken ilk kriter, çıkıcının içinde meydana gelen boşluğu döküm parçasına geçmeyecek kadar yüksek olmalıdır. Dökümü uygun şekilde besleyecek minimum çıkıcı boyutlarının tesbitinde birçok araştırmacının değişik metodları ile karşılaşılır. Bu konuda yeni sayılabilecek metodların büyük bir kısmı Chvorinov kuralına dayanmaktadır. Çıkıcı hesabında en basit yol, Çıkıcının daha geç katılaşması gerekliliği göz önünde tutulduğunda, çıkıcının katılaşma zamanı, dökümünkinden % 20 daha büyük olacak şekilde seçilmelidir. t besley ici 2 C m A 2 A besleyici t döküm 1.2 x A Çıkıcıya doğru devamlı bir katılaşmaya yönlenmiş katılaşma adı verilir. Bu şekilde bir katılaşma, kalıp kenarından merkeze doğru olan enlemesine katılaşmanın yavaş olmasını gerektirecektir. Bu sebeple dendritler arasına sıvı adacıkları hapsolamıyacaktır. Buradan da görüldüğü gibi, bir dökümün sağlamlığı büyük ölçüde bu iki tip katılaşmanın oranlarına bağlı olacaktır. Yönlenmiş bir katılaşmayı temin etmek, metal alaşımı ve katılaşma şekline, kalıp şartlarına ve döküm tasarımına bağlıdır. Sıvı metalin kalıp boşluğuna dolması ile katılaşma, kalıp duvarlarından başlamakta ve içe doğru ilerlemekte, katı bir metal kabuk oluşmaktadır. Isı, kalıp duvarlarından uzaklaştıkça, kabuk içeriye doğru kalınlaşmaktadır. Döküm kenarında kalıba daha hızlı xc m A 2 döküm 69

8 ısı transferi olurken, katılaşma hızıda yüksek olmaktadır. Kenar veya uç etkisi ve besleyici etkisinin kombinasyonu yönlenmiş katılaşmayı temin etmektedir. Herhangi bir dökümde bu katılaşma oranları; kalıp şekline, kalıbın ve dökülen metalin ısı özelliklerine, yolluklandırma, besleme ve kalıba dökme metodlarına bağlı olarak değişir. Dolayısı ile bu değişkenlerin uygun şekilde seçimi ile katılaşan döküm içinde yönlenmiş katılaşmayı sağlayacak bir termal gradyan ve dolayısı ile boşluksuz bir döküm elde edilebilir. Bu amaçla dökümlerde yönlenmiş katılaşmayı sağlamak amacı ile uygulanan değişik metodlardan bazıları şunlardır. 1- Kalıba döküm sırasında ve katılaşma aşamasında uygun termal gradyanı sağlayacak yolluk ve besleyici sistemin seçilmesi. 2- Çıkıcıları kullanılması 3- Çil kullanılması. Katılaşmanın belli bölgede hızlı olması için kalıbın içine çeşitli maddeler konur. Hızlı katılaşan bölgeye çil adı verilir. 4- Kalıbın değişik bölgelerinde, değişik termal özelliklere sahip kalıp malzemesinin kullanılması. BESLEYİCİ TASARIMI E SEÇİMİ Bilindiği gibi, döküm, en eski metal şekillendirme yöntemlerinden olup, M.Ö yıllarında ve takip eden yüzyıllarda el aletleri, silah ve heykel v.b. ürünleri elde etmek amacıyla, döküm yöntemi uygulanmıştır. Fakat dökümde beslemenin önemine ilişkin ilk bilgiler 1920'de FAHRGUAR tarafından belirlenmiştir. Buna göre; Aynı yüzey alanına sahip, eşit kütleler, aynı zamanda katılaşırlar. Aynı yüzeyli, eşit kütleler den, biri, başlangıçta daha sıcak ise daha geç katılaşır. Farklı yüzey alanına sahip, eşit kütlelerden, yüzey alanı daha fazla olan kütle daha çabuk katılaşır. Yüzey alanları eşit olan, hacimleri farklı olan kütlelerden, hacmi küçük olan önce katılaşır. Yüzey alanları eşit olan, farklı hacimlerin, çil soğutması yapılmış ise büyük hacimli olanı daha önce katılaşabilir. Fahrguar'dan yaklaşık 20 yıl sonra, 1930'ların sonunda CHORINO'a katılaşma ile ilgili ünlü kuralını basit bir şekilde formüle etmiştir. CHORINO'a göre; Katılaşma Zamanı iş parçasının hacminin, (), ısının verildiği yüzey, (A) ya oranının karesi ile belirlenmiştir. t k 2.Dünya savaşı, dökümde besleme tekniklerinin gelişimine neden olmuştur. Bu yıllarda, kimyasal olarak beslemeye yardımcı olan malzemelerin devreye girmesi en önemli gelişmedir. Ekzotermik karışımlar, çelik dökümlerin beslenmesinde en önemli yardımcı konumuna gelmiştir. 2 C A m 70

9 1940'ların sonunda Amerika'da NRL laboratuarlarında PELLINI ve ekibi, çelik dökümlerde, besleyicilerin, besleme mesafesi için gereken kuralları gündeme getirdiler ve NRL yöntemi olarak bilinen grafikler yardımı ile pratik bir hesap sistemi geliştirdiler. 1950'lerde WLODAWER tarafından geliştirilen, besleyici hesaplama yöntemi, günümüzde de kabul gören başarılı yöntemlerden (Modül Yöntemi) olup, grafikler ve tablolar yardımıyla, hızlı ve pratik bir hesaplama sistemidir. WLODAWER, döküm parçasının her kısmını ayrı ayrı değerlendirmektedir. WLODAWER e göre, her kısmın katılaşma süresi; tk=döküm parçasının katılaşma süresi M=Modül (Hacim/Yüzey oranı) Cm=Kalıp malzemesine, metal ve sıcaklığa bağlı sabit bağıntısı ile ifade edilmektedir. N.R.L. METODU NRL yönteminin dayandığı ana prensip A/ oranı küçük olan dökümlerde Ç/D oranının büyük olması gerekliliğidir. Metodun basitliği, yüzey alanının ölçülme zorluluğunu gideren bir şekil faktöründen kaynaklanmaktadır. Bu faktör basit şekiller için çok kolay, kompleks şekiller için ise nisbeten yaklaşık olarak tayin edilmektedir. Şekil Faktörü = U+G K t k C m M 2 Burada ; U = Uzunluk G = Genişlik K = Kalınlık olmaktadır. Karmaşık şekilli dökümlerde bu boyutlar ana gövdenin en büyük boyutlarını temsil ederler. Diğer kısımlar ise, yine metodun getirdiği bir kolaylık olarak parazit kavramı altında hesaba katılırlar. Parazit kavramı olarak alınan kısımlar şekil faktöründe yer almazlar. Şekil faktöründen Ç/D oranının tesbitine yarayan eğri şekil 4.1 de, ayrıca belirlenen Ç den silindir şekilli bir çıkıcı için (h) ve (d) değerini gösteren eğriler şekil 4.2 de verilmektedir. 71

10 sağlam boşluklu Şekil 4.1: Şekil faktörü ile Ç/D arası ilişki Şekil 4.2. a: Çıkıcı hacmi ile çıkıcı yüksekliği arası ilişki (0 500 cm 3 arası) 72

11 Şekil 4.2.b: Çıkıcı hacmi ile çıkıcı yüksekliği arası ilişki ( cm 3 arası) Şekil 4.2. c: Çıkıcı hacmi ile çıkıcı yüksekliği arası ilişki ( cm 3 arası) 73

12 Basit şekilli bir döküme NRL metodunun uygulanması aşağıdaki gibidir. a) Şekil Faktörü tesbit edilir b) Şekil 4.1 yardımı ile Ç/D oranı bulunur c) D bilindiğine göre Ç için tercih edilen çap ve yükseklik şekil 4.2 yardımı ile bulunur. h = 0.5 d Genel olarak pratikte üst çıkıcılar için h = 0.5 d, yandan çıkıcılar için ise h = d eşitlikleri tercih edilmektedir. h = d 10x20x4 cm boyutlarında bir çelik parça dökülmektedir. Gerekli çıkıcı hesabını NRL yöntemine göre yapınız. Şekil Faktörü = U+G K şekil 4.1 den Ç 0. 5 bulunur. D D = 20x10x4 = 800 cm 3 olduğuna göre Ç = 800x0.5 = 400 cm 3 hacme sahip bir çıkıcı gereklidir. Çıkıcının, döküm parçasını yandan beslediği kabul edildiğinde silindirin h = d şekli tercih edilecektir. Bunun için şekil 4.2 yardımı ile h = 8 cm, d = 8 cm bulunur. Çıkıcı üstten olsaydı, bu takdirde yine şekil 4.2 de alttaki eğri göz önüne alınıp h=5 cm, d = 10 cm boyutları tesbit edilebilirdi. 74

13 20 cm çapında, 5 cm kalınlığında bir disk için gerekli çıkıcı hesabı yapıldığında; U+G Şekil Faktörü= 8 K 5 şekil 4.1 den Ç 0. 5 bulunur. D 2 d 4 x h = 3.14x400 D x 5=1570 cm 4 3 bulunur. Ç = 1570 x 0.5 = 785 cm 3 olacaktır. Şekil 4.2c den üst çıkıcı için h = 6.25 cm d = cm yan çıkıcı için h = 10 cm d = 10 cm boyutları bulunur. Yukarıdaki örneklerden de görülebileceği üzere NRL metodu ile basit şekilli dökümlerin çıkıcı hesapları kolaylıkla yapılabilmektedir. Ancak NRL metodu daha karışık şekilli dökümlere de uygulanabilir. Bir döküm parçasında, ana kısma ilave kısımlar eklendiğinde (parazit), bu ilave kısımlar çıkıcıda belirli bir sıvı metal artışını gerektirir. Böylece çıkıcı, döküm parçası ve parazitlerinden bir süre daha sonra katılaşır. Parazit kısımların büyük oluşu ile çıkıcıya yapılan ilave de büyük olacaktır. Çok ince parazitlerin soğuma hızını arttırıcı etkileride vardır. Ancak bunun hesaplanması zor olduğundan NRL metodunda bu etki dikkate alınmamıştır. Bütün parazit kısımlar çubuk ve plaka olarak iki ana şekile benzetilerek hesaplamalarda kullanılırlar. Çubuk, plaka ayrımında kriter; parçanın genişliği (G) ve kalınlığı (K) arasındaki bir bağıntıya dayanır. G 3K olduğunda parça PLAKA G 3K olduğunda parça ÇUBUK olarak kabul edilir. 75

14 Parazit kısımların döküm hacmine ilavesi belirli bir oran dahilinde olur. Bu oran ana parçanın çubuk veya plaka şekilli oluşuna, parazitin çubuk veya plaka şekilli oluşuna ve nihayet her ikisinin kalınlıklarına bağlı olmaktadır. Ana parça çubuk, parazit plaka olduğu durumda; parazit kalınlığı ana parça kalınlığının maksimum % 60 ı kadar olabilir. Ana parça plaka, parazit çubuk ise; aynı oran % 160 a kadar olabilmektedir. Ana parça ve parazitin her ikisinin de çubuk veya plaka olduğu durumda; parazit en fazla ana parçaya eşit kalınlıkta olabilir. Kısacası oran % 100 olabilir. Bu oranı geçen değerlerde ilave parça parazit olarak alınmaz. Hesaplamalara başlı başına bir parça olarak dahil edilir. Şekil 4.3 : Parazit etkisi Aşağıda şekil ve boyutları verilen çelik döküm parçası için gerekli çıkıcı boyutlarını NRL metoduna göre hesaplayınız. (A) ana parça (B) parazit (A) G 3K = 7 6 plaka (ana parça) (B) G 3K = 2 3 çubuk daha öncede belirtildiği gibi parçanın şekil faktörü hesaplanırken parazit dahil edilmez. U+G 10 7 Şekil Faktörü= 8.5 K 2 şekil 4.1 den Ç bulunur. D 76

15 D = ana parça + parazit hacmi ana parçaya ilave edilecek parazit yüzdesi = parazit kalınlığı ana parça kalınlığı = 1 2 =0.5 olduğuna göre; şekil 4.3 den plakanın çubuğu beslemesi için, parazit hacminin % 30 unun ilave edileceği görülür. O halde D = 10x (1X2X4) = = cm 3 Ç = x 0.45 = 64 cm 3 olacaktır. üstten çıkıcı düşünüldüğünde; şekil 4.2a den dç = 5.5 cm hç = 2.75 olarak bulunur Aşağıda şekli ve boyutları verilen çelik döküm için gerekli çıkıcı boyutlarını NRL yöntemine göre hesaplayınız. (A) ana parça (B1) ve (B2) parazitler (A) G 3K = 10 9 plaka (ana parça) (B) G 3K = 4 6 çubuk (parazitler) Şekil Faktörü = U+G K ç şekil 4.1 den bulunur. D D = A+%B1+%B2 77

16 ana parçaya ilaveedilecek parazit %= parazit kal. 2 = parça kal. 3 ana =0.66 ilave edilecek parazit hacmi yüzdesi şekil 4.3 den % 40 bulunur. D = 10x20x x2(10x2x4) = 664 cm 3 Ç = 664x0.40 = 266 cm 3 şekil 4.2b yardımıyla üstten besleme için çıkıcı boyutları hç = 4.5 cm dç = 9 cm olacaktır. Döküm şekli olarak içi boş silindirik şekiller (boru) alındığında, bunlara NRL metodunun uygulanmasında ayrı bir işlem gerekmektedir. Borular teorik olarak açılır ve elde edilen plakaya göre NRL metodu uygulanır. Ancak burada bir düzeltme faktörüne ihtiyaç duyulur. Zira ortasında maça bulunan boru şekilli döküm teorik olarak elde edilen plakaya göre daha yavaş soğuyacaktır. Dolayısı ile borunun gerçek et kalınlığı (K) ise, bu bir düzeltme faktörü ile (k) çarpılarak etkili kalınlık (Ke) hesaplanır. Böylece döküm parçasının soğuma hızındaki farklılığı ortadan kaldırmak için hesaplamalarda et kalınlığı gerçek kalınlıktan daha yüksek alınmış olur. Ketkili = Kgerçek x k k düzeltme faktörünün seçimi tablo yardımı ile yapılır. Tablo :Göbek çapı ve et kalınlığına bağlı olarak k düzeltme faktörü değerleri Göbek çapı 1/2 K* 1 K* 2 K* 4 K* plaka düzeltme faktörü, k * K = et kalınlığı Tablodan görülebileceği üzere göbek çapı, et kalınlığının 4 misli veya daha fazla olduğu takdirde düzeltme faktörüne ihtiyaç duyulmamaktadır. Yani boru şekilli parça ile teorik olarak tekabül ettiği plakanın soğuma hızları herhangi bir düzeltmeyi gerektirecek derecede farklı olmamaktadır. 78

17 Aşağıda şekli ve boyutları verilen çelik döküm için gerekli çıkıcı boyutlarının NRL metoduna göre tesbit ediniz. verilen boyutlara göre et kalınlığı K = 5 cm dir. Göbek çapı = 10 cm = 2K dır. Tablo ya göre : k=1.02 olacaktır borunun açılmış şekli bir plaka olacağından Ş.F 14 olacaktır. ( 3) 5x 102. şekil 6.1 den Ç bulunur. D D = 25 ( ) = 5625 cm 3 olacaktır. Ç = 5625 x 0.3 = 1688 cm 3 olacaktır. üstten besleme düşünüldüğünde çıkıcı için hç = 0.5 dç olacaktır. O halde, d d d x 2 8 =1688 d3 = 4501 dç = 16.6 cm hç = 8.3 cm dir 79

18 Çıkıcının Yeri Değişik alaşımlarda katılaşma mekanizmasının çok farklılıklar göstermesi, çıkıcının döküme göre ne kadar sonra katılaşmasının gerektiği ve nereye konacağı hususlarını çok değiştirmektedir. Daha önce çıkıcı hesaplarında, döküm için gerekli çıkıcının döküm parçasını en uygun şekilde besleyeceği yere konulduğu düşünülmüştür. Oysa, örneğin 2 cm çaplı 25 cm boyunda bir çubuk için eğrilerden uygun bir çıkıcı hesaplanabilir. Ancak çıkıcının beslemek zorunda olduğu mesafenin uzun oluşu nedeniyle, tek kenara konulacak çıkıcı için elde edilecek döküm sağlam olmayabilir. Dolayısıyla, döküm parçaya konulan her çıkıcının uygun şekilde besleyebileceği bir maksimum mesafenin tarifi gerekir. Bu mesafeye etkili besleme mesafesi adı verilir. Etkili besleme mesafesinin hesaplanmasında takib edilen yol aşağıdaki gibidir. Daha önce de belirtildiği üzere her alaşımın ve kalıp malzemesinin kendine özgü bir merkez beslenme direnci = MBD mevcuttur. İşte bu MBD değeri ve muhtelif boyut kombinasyonları yardımı ile etkili besleme mesafesinin deneysel olarak tesbiti gerekir. Bu konuda en detaylı çalışmalar yinr NRL tarafından yapılmıştır. Besleme mesafesinin bulunmasında, işin basitleştirilmesi için döküm parçasının şekli plaka, çubuk, küp ve küre olmak üzere 4 bölüme ayrılmıştır. Küp ve küre şekillerinin beslenme yönünde bir problemi yoktur. Zira çıkıcı en son katılaşan kısma çok yakın olarak yerleştirilebilmektedir. Dolayısı ile besleme mesafesi hesapları, özellikle çubuk ve plakalar için önemli olmaktadır. Plakalarda dendiritik büyüme iki en geniş kenardan olmaktadır. Oysa çubukda dört kenar da işin içine girmektedir. Bundan dolayı hem çubuk hem plakalar için değişik kalınlıklarda döküm yapılarak beslenen mesafeyi tesbit etmek gerekmektedir. Çubuklar İçin Etkili Besleme Mesafesi Çubuklar için deneyler (10x10) cm kesitli değişik uzunluktaki çelik çubuklar için yapılmıştır. Dökülen çubuklarda merkez çizgisi boyunca sıcaklık ölçmeleri yapılmış ve çubuklar radyografi ile incelenmiştir. Neticede bütün çubuklar için, çıkıcıya yakın olan bölgeler ile diğer uca (soğuk uç) yakın bölgelerin sağlam olduğu görülmüştür. 80

19 Yapılan deneylerde (30.5 cm) boyundaki çubuk tamamen sağlam, ancak (40.6 cm) ve (61 cm) uzunluklarındaki çubukların merkez çizgisi boyunca çekilme boşluğu içerdikleri görülmüştür. İlginç olanı bu boşluğun soğuk uca nazaran çıkıcıya daha yakın oluşudur. Bu durum termal datalar ile açıklanabilmektedir. Belirli zaman aralıklarındaki sıcaklık dağılımı, termokupllar sayesinde elde edilmiştir. Bir dökümde merkez bölgesinin beslenmesinde bilhassa, katılaşmanın son anındaki termal gradyan önemli olmaktadır. Çıkıcıdan itibaren herhangibir mesafede katılaşmanın son safhasındaki termal gradyanı tesbit etmek için şekil deki solidüs-sıcaklık eğrilerine solidüs sıcaklığında bir teğet çizilir. Şekil b de bu işlem sonucu bulunan solidüs sıcaklığındaki termel gradyanın mesafe ile değişimi görülmektedir. Radyografi veya başka bir yol ile döküm parçasının boşluksuz olduğu görülen yerleri termal gradyan ile karşılaştırıldığında uygun bir besleme için hemen her zaman (1.33 C/cm) den büyük bir termal gradyana ihtiyaç duyulmaktadır. Çubuğun merkez kısmındaki daha küçük termal gradyan, bu bölgede katılaşmanın tamamlanması ve dolayısı ile beslemenin bloke oluşunun aynı anda gerçekleşmesine sebep olmaktadır. Termel gradyan dataları ayrıca, çubuğun diğer ucunda rastlanan sağlam bölgenin çıkıcı tarafındaki sağlam bölgeden daha uzun olduğunun nedenini de açıkamaktadır. Bu durum soğumanın, dökümün uç kısmında soğuk kenar etkisi ile daha hızlı olmasının sonucudur. Merkezden daha önce ketılaşan uç kısım kendisine gerekli sıvı metali merkezden almaktadır. NRL nin 5-20 cm kalınlıklardaki çelik çubuklar ile yaptığı deneyler sonucında, bu aralıktaki çubuklar için aşağıdaki genel besleme mesafesi denklemi elde edilmiştir. Burada ; Etkili BeslemeMesafesi = Dmax 30 K K = Çubuk kalınlığı, mm D = Çıkıcı kenarından itibaren hatasız beslenen mesafe, mm 81

20 Bu bağıntı ile bulunan etkili besleme mesafesi, çıkıcıdan itibaren her yön için geçerli olmaktadır. Bu bağıntının verdiği mesafeden daha uzun olan çubuklar için ilave çıkıcı kullanmak gerekecektir. Örneğin (10) cm kalınlığında bir çubuğa merkez kısmında 20 cm çaplı bir çıkıcının yerleştiği düşünüldüğünde çubuğun 80 cm uzunluğu sağlam olacaktır. Zira, çıkıcıdan itibaren etkili mesafe; 30 K = = 300 mm veya 30 cm dir. Çıkıcı ortada olduğundan, her iki tarafa 30 cm beslemektedir. Ayrıca çıkıcının kendi tabanı da haliyle sağlam olacağından, çıkıcı çapıda beslenen uzunluklara ilave edileceğinden = 80 cm elde edilir. Eğer daha uzun bir çubuk gerekli ise bu takdirde iki adet çıkıcının kullanılması gerekecektir. Ancak bu durumda çıkıcılar arasında sağlam döküm uzunluğu 60 cm (her çıkıcıdan itibaren 30 cm) olmayacaktır. Bu mesafe 1-4K arasında olup, (10) cm kesitli çubuk için 2,4 K veya 24 cm olacaktır. Zira iki çıkıcı arasında soğuk kenar etkisi mevcut değildir. Dolayısı ile böyle bir durumda toplam sağlam uzunluk, çıkıcılardan kenarlara doğru 30 ar ve iki çıkıcı arasında 24 cm olmak üzere 84 cm + 20 cm + 20 cm her iki çıkıcı çapı olacaktır. Çıkıcı ve soğuk uç (kenar) ın maksimum besleme mesafesine olan katkıları şekil 4.4 de verilmektedir. 82

21 Şekil 4.4 : çelik çubuklarda besleme mesafesinin hesabı Şekil 4.4 deki grafikten açıkça görüldüğü gibi, çıkıcı ve soğuk kenar etkileri eklenerek maksimum besleme mesafeleri hesaplanabilir. Önceki verilen örnek için (10X10) cm kesitli çubuk için bu hesap yapıldığında, Çıkıcı etkisi veya beslemeye katkısı Soğuk kenar etkisi =1,2K =1,8K Olup, Çıkıcıdan itibaren toplam uzunluk; 1,2K+1,8K =3,0K= 30 cm olmaktadır Plakalar için etkili besleme mesafesi NRL tarafından çubuklara yapılan deneylere benzeyen deneyler sonucunda ; Daha önce de belirtildiği gibi, belirli bir çıkıcı, plaka için, çubuğa nazaran daha uzun bir besleme mesafesini gerektirir. Zira plakalarda dendritik büyümenin, özellikle iki geniş kenardan oluşu, beslenmeye karşı mukavemetin daha az olmasını sağlamaktadır. Çubuklar için tespit edilen min. (1.33 C/cm) termal gradyana karşılık; plakalarda, kalınlığa eşit mesafede, (0.22 C/cm) gibi çok düşük bir gradyan kabul edilebilmektedir cm ila 10 cm kalınlıktaki plakalar için çıkıcı ve soğuk kenar etkisi dikkate alınarak, etkili besleme mesafesi 4.5 K olarak tespit edilmiştir. 83

22 Şekil 4.5 : plakalarda besleme mesafesinin hesabı 4,5 K mesafesinin 2,5 K sı soğuk kenardan, 2K sı çıkıcıdan dolayıdır. Çubuklarda olduğu gibi soğuk kenarın, toplam sağlam mesafesinin artışına etkisi, çıkıcıdan daha büyük olmaktadır. Uzun plakalarda iki çıkıcı kullanmak gerektiğinde, iki çıkıcı arasında sağlam olabilecek mesafe çubuklarda olduğu gibi (4.5 K K =9K) olmayacaktır. İki çıkıcı arasında soğuk kenar olmadığından, yalnız çıkıcının besleyebileceği mesafelerin toplamı (2K + 2K = 4K) olarak hesaplanacaktır. Kompleks Kesitlerde Beslenme Mesafesi Daha önce görüldüğü gibi çubuk-plaka bileşenleri, ana parça-parazit şeklinde geliştirilmiştir. Benzer durum, beslenme mesafesi için de geçerli olmaktadır. Kalın bir plakanın bütün genişliği boyunca daha ince bir plakaya bağlı olduğu düşünüldüğünde, (Şekil 4.6) ince plakanın beslenmesinde kalın plaka, çıkıcıya nazaran daha etkili bir rol 84

23 oynayacaktır. Zira çıkıcı parçaya dar bir kesitle bağlanacak, oysa kalın plaka, ince parçayı bütün kesit boyunca besleyebilecektir. Bu türlü çıkıcıya nazaran hem ince parçaya ısı akışı daha fazla, hem de kenarlardaki ısı kaybı daha az olacaktır. Şekil 4.6: Değişik plaka kesitleri için beslenme mesafeleri Sistematik deneyler sonucu, ince plaka boyunca sağlam olarak beslenebilecek mesafenin (3.5 KH) olduğu tespit edilmiştir. Burada KH = kalın plakanın kalınlığıdır. Örnek olarak 2.5 cm kalınlığında bir ince plakanın 10 cm kalınlığında bir plakaya bağlı olduğu düşünüldüğünde kalın plaka, ince plaka boyunca 3,5 KH veya 3.5 x 10 = 35 cm lik bir mesafeyi boşluksuz olarak besleyebilecektir. Kalın plaka yerine bir çıkıcı olsaydı, önceden bilindiği gibi bu mesafe 4.5K veya 4.5x2.5=11.25 cm olacaktı. Kalın plakaya bağlı çıkıcının, bu plakada besleyeceği maksimum sağlam uzunluk ise, Burada, DH= Kalın parçada çıkıcının max besleme mesafesi KH= Kalın parça kalınlığı KL= İnce parça kalınlığı dır. Bu arada, oldukça kalın (8 cm) bir plakaya, çok ince bir plakanın (0.31 cm) bağlı olduğu durum göz önüne alınırsa bu ince plaka, kalın plaka içinde besleme mesafesini azaltıcı bir etki göstermez. Çünkü, ince plaka uç kısmındaki soğumayı yavaşlatmaz, tersine hızlandırır 85

24 Değişik Kesit ve Şekillerin Diğer etkileri Döküm parçasının kesit veya şeklindeki değişimlerin soğuma hızını etkileyeceği aşikardır. Şekildeki değişimler, iki ana şık altında toplanabilir: a) Yön değişimleri b) Kesişmeler a) Yön değişiminin etkisi Yukarıdaki şekilde, birim kesit alanı basma kum hacmindeki değişimin etkisine bir örnek verilmektedir. Şekildeki düz plakada her iki yüzeydeki soğuma hızının eşit olmasına karşılık "" şekilli olanda, iç kısım yavaş dış kısım ise hızlı soğumaktadır. Bu durumda iç kısımda geciken soğumanın etkisi ile boşluk teşekkülü olabilecektir. Çabuk katılaşan kısım, geç katılaşan kısmın beslenme yolunu kapayacaktır. Ayraca bu durumda, artık gerilimlerin mevcudiyeti ve sıcak yırtılma olayları da işin içine girebilecektir. b) Kesişmelerin etkisi Yandaki şekildeki örneklerde de soğuma hızı farklı olan bölgeler mevcuttur. Burada da katılaşmanın gecikmesi, boşluk teşekkülüne sebep olmaktadır. Bu gibi durumlarda boşluk oluşumunu önleyecek iki çare vardır: a) Diğer kısımlara nazaran yavaş soğuyan bölgelere "ÇİL" koymak (pahalı olabilir). (Çil, kısaca tarif olarak, dökülen metal ile temas edecek şekilde kum kalıpta uygun yerlere yerleştirilen metal parçalar olup, o bölgedeki soğuma hızını arttırıcı etki gösterirler). b) Tasarım değiştirilerek keskin köşeler yuvarlaklaştırılabilir veya ilk şekil, imkanlar çerçevesinde, zararlı etkisi olmayan bir şekle dönüştürülür. 86

25 Besleme Mesafesine Çil in Etkisi Kum kalıba yapılan dökümlerde kullanılan çillerin soğuma hızını artırmaları sebebiyle sıvı metalde, katılaşmanın başlama ve bitme anları, birbirine yakınlaşmaktadır, Bu ise, daha Önceki bahislerde görüldüğü gibi (katı + sıvı) fazının mevcut olduğu süreyi, dolayısıyla merkez çizgisi besleme direncini düşürmektedir. o halde çil'lerin başlıca iki fonksiyonu vardır: Şekil 4.7 : çeşitli çil kullanımı örnekleri 1- Bilinen bir çıkıcı-döküm sisteminde çil kullanıldığı takdirde, besleme mesafesi artmaktadır zira MBD azalmaktadır. Ancak M.B.D. direncindeki azalışı kantitatif olarak gösteren datalar henüz elde yoktur. Çil kullanılmasıyla plaka ve çubuklarda besleme mesafesindeki değişimler Şekil 6.8 de verilmektedir. 2- Çil sayesinde beslenme mesafesi artar, aynı zamanda da, çıkıcının da azaltılabilmesi imkanını doğar. 87

26 Şekil 4.8 : Besleme mesafesine çil etkisi Şekil 4.9 :Çil kullanılmasıyla plakalarda besleme mesafesindeki değişimler Çil ler, daha ziyade parçanın uzunluğu boyunca, amacıyla kullanılır. daha hızlı bir termal gradyan elde etmek Çok sayıda çıkıcı kullanılması gereken, örneğin geniş plaka kesitlerinde, gerek besleme mesafesini arttırmak gerekse çıkıcı hacmini azaltmak amacıyla çil seçiminde, termal analizler sonucu plaka kalınlığına ve genişliğine eşit çillerin en uygun olduğu görülmüştür. Katılaşma periyodunda daha büyük boyutlu çil veya su soğutmalı bakır çiller ile daha hızlı bir soğuma elde edilemez. 88

27 Buraya kadar açıklanan çıkıcı ve besleme mesafesi kavramlarının bir uygulaması olarak aşağıdaki örnek verilmiştir. Aşağıda şekilde ve boyutları verilen çelik döküm parçası için gerekli çıkıcı hesabını ve besleme kontrolünü yapınız. Çözüm : Bu problemin çözümünde iki kabul yapmak gerekiyor. 1. Bu dökümün iki plakadan meydana geldiği kabul edilerek hesaplar yapılacaktır. Bunlar a)ilave kısmı, b) borunun açılmış şekli. 2. Boru ayrıca ortadan ayrılarak iki ayrı parça olarak alınacaktır. İlk olarak, aşağıdaki şekilde ayrılmış parça için çıkıcı hesapları şöyle yapılabilir cmboruçevresi, cm cmdir '. 2 A plaka, B plaka ; (G>3K kriterine göre) A ana parça, B parazit; 89 Besleme : Plaka Plaka

28 U G Ş. F. 21cm K 2 Ş. F. 21cmiçin, Şekil4.1' den Ç 0,25 bulunur. Şekil 4.2 den yararlanarak; Üstten besleme (çıkıcı) durumunda h Ç =4,8 cm d Ç =9,6 cm dir D Diğer parça için hesaplamalar; A plaka, B çubuk (G>3K) Besleme : Plaka Çubuk U G Ş. F. 21cm K 2 Ş. F. 21cmiçin, Şekil4.1' den Ç 0,25 bulunur. D 3 D (27x14x 2) (18x 14x 2) 1260cm Ç 3 0,25 Ç 315cm 1260 K K Parazit Ana parça bu sonucagöre; Şekil4.3den Parazit Hacmi (%60) bulunur. D 3 (27x14x 2) 0,60(5 x2x14) 840cm Ç 3 0,25 Ç 210cm 840 Şekil 4.2 den yararlanarak; Üstten besleme (çıkıcı) durumunda h Ç =4,1 cm d Ç =8,2 cm dir. Besleme kontrolü B için; 9 cm çıkıcıda +4,5K 9 +4,5x2=19cm>18 cm besleme oluyor. A için: A ile beraber düşünülmeli. Soğuk kenar etkisi yok. Besleme mesafesi 4K dır. (4K=8cm)+(4K=8cm)+(d Ç1 =9,6cm)+(d Ç2 =8,2cm)=33,8cm>54 cm, Dolayısı ile besleme olmuyor. 90

29 Çıkıcılar arasında çil kullanıldığında (9K+10cm=28cm)+(9K+10cm=28cm)+(dÇ1=9,6cm)+(dÇ2=8,2cm) =73,8cm>54cm Bu netice ise beslemenin 73 cm olduğu, oysa toplam uzunluğun 54 cm olduğunu gösterir. Döküm güvenlidir. Besleme olur Çıkıcının Döküm Parçasına Bağlanması Bu bağlanmanın iki yönlü önemi vardır: Çıkıcı döküm "bağlantısının, dökümün iyi "beslenmesinde önemli rolü vardır. Döküm ile çıkıcının dökümden sonra ayrılmalarındaki kolaylık yönünden, ayrıca "bir dereceye kadar, çıkıcı katılaşırken içinde meydana gelen boşluğun derinliğini kontrol eder ve dolayısıyla bu boşluğun döküm içine uzamasına mani olur. TABLO Çıkıcı boynu boyutları Çıkıcı tipi Uzunluk L N Çıkıcı boynu boyutları Genel tip, yandan Maksimum D/2 Yuvarlak DN=1.2 L N +0.1D Dikdörtgen H = D uzunluğa bağlı olarak N Plâka için yandan Maksimum D/3 W N = 2.5 L N D Üstten çıkıcı Maksimum D/2 Yuvarlak D N = L N D 91

30 ÇALIŞMA SORULARI 1. Gerçek bir dökümün katılaşmasında oluşan bölgeleri şekil çizerek anlatınız? 2. Bir dökümün katılaşma zamanı nedir? Nelerden etkilenir? Anlatınız? 3. Chvorinov un katılaşma zamanı formülünü yazınız ve etkileyen faktörleri yazınız? 4. Boyutları 3x5x17 cm ve 3x9x12 cm olan iki çelik döküm parçadan hangisi daha erken katılaşır? Hesaplayarak ispat ediniz 5. Yarım küre ve silindirden oluşan bir besleyicinin katılaşma zamanını kalıp sabiti cinsinden hesaplayınız 6. Dökümlerde besleme nedir? Niçin gerek duyulur? Anlatınız 7. Katılaşan bir metaldeki çekme ve büzülmeler nasıl ve nerede meydana gelir şekil çizerek anlatınız? 8. Besleyici ve çıkıcı nedir? Şekil çizerek gösteriniz 9. Bir döküm parçası üretiminde besleyicilerin yerine getirmesi gereken koşullar nelerdir? 10. Besleyicilerde niçin silindirik besleyiciye ihtiyaç duyulur? Anlatınız 11. Aynı hacimde küp, küre ve silindir şekillerinin katılaşma zamanlarını hesaplayarak büyükten küçüğe doğru sıralayınız? 12. Katılaşmada yönlenmiş katılaşma nedir? Ne gibi yararlar sağlar? Anlatınız 13. Dökümlerde yönlenmiş katılaşma sağlamak için uygulanan yöntemler nelerdir? 14. Şekilde cm cinsinden ölçüleri verilen parçanın ve besleyicinin katılaşma zamanlarını dikkate alarak, besleyicinin bu parçayı besleyip besleyemeyeceğini ispat ediniz 15. Şirketiniz 5 cm kalınlığında 45 cm çapında pirinç diskler üretmektedir. Prosesin kalıp sabiti Cm=3.5 dk/cm2 olduğu bilinmektedir. Sizden katılaşma zamanını %25 azaltmanızistenmektedir. Bunu sağlamak için üretimi yapılan disklerin kalınlığı ne olmalıdır? 16. Aşağıda verilen döküm parçası sağlam dökülebilir mi? ispatlayınız? 92

31 17. Şekil faktörü nedir? Nasıl hesaplanır 18. Şekil ve boyutları aşağıda verilmiş olan çelik döküm parçası için; a) gerekli çıkıcı boyutlarını bulunuz ve b) üstten ve yandan besleme kontrolünü yapınız ve çil kullanmak gerekirmi izah ediniz 19. Aşağıdaki şekilde verilen döküm parçasının sağlam çıkabilmesi için gerekli maksimum döküm boyutunu veriniz 20. Şekil ve boyutları aşağıda verilmiş olan çelik döküm parçası için; a) gerekli çıkıcı boyutlarını bulunuz ve b) üstten ve yandan besleme kontrolünü yapınız ve çil kullanmak gerekirmi izah ediniz 21. Çil nedir? Besleme mesafesine çil etkisi nasıl olur? Izah ediniz 22. TXLOU gibi şekillerde boşluk neden oluşur. Önleme çareleri nelerdir? 93