ABLATION CASTING. Ege DEMİRTAŞ, Altan TÜRKELİ Marmara Üniversitesi. Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye

Transkript

1 ABLATION CASTING Ege DEMİRTAŞ, Altan TÜRKELİ Marmara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye ÖZET Geçtiğimiz on yılın sonlarında geliştirilen Ablation casting, ilk çağlarda icat edilen en eski üretim metodu olan dökümün en yeni yöntemidir. Ablation casting, içi sıvı metal dolu çözünebilir kumdan kalıba su püskürterek, malzemede oldukça hızlı yapısal aşırı soğuma oluşturma prensibine dayanır. Su püskürtme esnasında kum kalıp dağılır, aynı anda kalıp içindeki sıvı metal katılaşır. Yapılan ilk deneylerde diğer döküm yöntemlerine göre daha hızlı soğuma eğrileri elde edilmiş ve daha iyi yüzey kalitesine ve mekanik özelliklere sahip malzemeler üretilmiştir. Ayrıca ablation casting oldukça ucuz bir yöntemdir çünkü kum kalıp kullanılır. ABSTRACT Ablation casting, is the latest method of casting developed in the end of the last decade, which is the oldest production method since the early ages. The principles of this method depends on generating a very rapid undercooling on the molten metal in a soluble sand mold by a water jet. During water jet application, molten metal solidifies as the sand mold disperses. Sharper cooling curves, better surface quality and mechanichal properties achieved at the first experiments compared to other methods. Plus, ablation casting is cheaper because of sand mold utilization. 1.ABLATION DÖKÜM YÖNTEMİ Ablation döküm yöntemi son yıllarda geliştirilmiş döküm yöntemlerinden biridir. Bu döküm yöntemini anlatmadan önce kısaca, ablation kelimesini açıklamak gerekir. Bu kelime, ısıyı bertaraf etmek, ortamdan taşıyarak uzaklaştırmak anlamına gelmektedir. İlk defa uzay çalışmaları sırasında, uzaydan kapsüllerin atmosfere girmesi sırasında seramik ön uçta oluşan ısıyı bertaraf etmek ve böylece kapsülü ısınmadan korumak amacıyla kullanılmıştır. Döküm yöntemi olarak da, dökümde oluşan ısıyı metalden hızla uzaklaştırmak anlamında kullanılmıştır. Bu döküm yöntemini, Kumun Erozyonuyla Döküm veya Erozyonlu Kum Döküm yöntemi olarak da Türkçeye çevrilmesini önerebiliriz. Temel olarak bu döküm yönteminde, sıvı alaşım, kum kalıba dökülür. Sıvı metalin kalıbı doldurması biter bitmez, bir sıvı soğutucuyla soğutulması sağlanır. Soğutucu olarak en ucuz ve bol bulunan su kullanılır. Burada ilginç olan nokta, kullanılan bağlayıcı suda çözünür olmasından dolayı, kum kalıp

2 hızla dağılır ve kum ortamdan uzaklaşır. Su direk metalle kontak kurar. Böylece yüksek hızlarda soğutma yapılarak dökülecek şekilli parça elde edilir. Şekil 1 de su soğutma sırasında kum kalıbın dağılması ve şekil 2 de ise döküm sonrası elde edilen parça görülmektedir. Şekil 3 ise bu döküm yöntemiyle üretilmiş bazı alüminyum parçalarına örnekler verilmiştir.[1-7] 2.AVANTAJLARI ve DEZAVANTAJLARI Bu döküm yönteminin avantajlarını örnekler vererek şöyle sıralayabiliriz. a) Hızlı soğuma sağlar. Bilindiği gibi kum dökümde soğuma hızları çok düşüktür. Bunun nedeni dökümle metal arasında oluşan gaz tabakası ve kumun ısı iletkenliğinin düşük olmasıdır. Buna karşın, ablation dökümde kum hızlı bir jet su akımıyla ortamdan uzaklaştırılır. Çünkü suda çözünebilen bir bağlayıcı kullanılmıştır. Ve su direk metalle kontak kurar. Bunun sonucu olarak hızlı bir soğuma sağlanmış olur. b) Küçük ikincil dendrit boyları elde edilir. Hızlı soğumanın sonucu olarak metal hızla katılaşır. Bunun sonucu olarak katılaşan alaşımın dendrit boyları da o kadar küçük olur. Ancak, dendrit boylarındaki küçülme çok ciddi miktarlarda olamamaktadır. Çünkü ikincil dendrit boyları katılaşma zamanının küp köküyle orantılıdır. Çok küçük dendrit boyalarına ulaşabilmek için kum kalıba döküm yöntemine göre bin kez daha hızlı soğutmak gerekir ki ikincil dendrit kolları arasındaki mesafe on kez daha küçük olabilsin. c) Daha küçük ötektik yapı elde edilir. Bu döküm yöntemi özellikle alüminyum alaşımları için geliştirilmiştir. Örneğin Al-Si alaşımlarını dikkate aldığımızda, kum kalıba döküm yönteminde yavaş soğumadan dolayı oluşacak silis kristalleri iridir. Lamaller arası mesafe kabadır. Bu kaba silis yapısını küçültebilmek için, dökümhaneler genelde Na veya Sr ile modifikasyon yöntemini kullanırlar. Buna karşın, ablation döküm yönteminde hızla soğuma sağlandığından, ötektik yapıda çok ufak aralıklı oluşur. Ve modifikasyona gerek duyulmaz veya çok az bir modifikasyon gerekir. Bu da dökümün daha ucuz olmasını sağlar. d) Çok hızla katılaşmadan dolayı porozite miktarı da daha düşük seviyelerde oluşur. e) Gerek dendrit boylarının ve ötektik yapının küçük olması ve gerekse porozitenin az olmasına bağlı olarak, mekanik özellikler daha iyidir. Tablo 1 den de görüleceği gibi, normal klasik kum kalıba göre, akma mukavemeti, 179 MPa dan 261 MPa kadar çıkmaktadır. Elde edilen değerler, kokil kalıba ve sıkıştırmalı kalıba döküm yöntemlerinden bile daha iyi seviyelere gelebilmektedir. Benzer şekilde yüzde uzama, kumda 3.5 iken ablation dökümde 12.5 seviyelerine kadar çıkabilmektedir. Bu da yüzde 350 bir artış demektir. f) Sıvı metalin dökümünden sonra, hemen su ile soğutma yapılmasından dolayı, kum kalıp hızla parçalanır ve toz oluşmaz. Ayrıca silika bazlı suda çözünebilen bağlayıcılar kullanılmasından dolayı kötü kokularda açığa çıkmaz. Bu da daha çevreci olduğunu belirtir. g) Parça döküm sonrası çıplak halde bir sonraki kademeye hazır olarak elde edilir. h) Günümüzde daha çok Al ve Mg alaşımları için kullanımı söz konusu olabilir. Ancak, demir bazlı alaşımlar içinde suda çözünebilen bağlayıcıların geliştirilmesiyle sorun çözülebilir. i)sıcak yırtılma sorununu giderir. Bilindiği gibi katılaşma aralığı çok geniş olan, örneğin Al- %5 Cu alaşımı gibi, alaşımların sıcak yırtılma olasılığı yüksektir. Ablation dökümde kum hızla dağıldığından, parça da ekstra bir gerilim oluşmayacak ve bunun sonucu olarak sıcak yırtılma olasılığı da düşecektir. k)hızla soğutma için kullanılan eküpmanlar oldukça basittir. Kolaylıkla dizayn edilebilir. l) Daha ekonomiktir. İlk yatırım masrafları azdır. Buna karşın bazı dezavantajları da vardır. Örneğin her alaşıma uygulanamaz. Örneğin gri dökme demiri hızla soğutursak gri yerine beyaz dökme demir elde edilir. Soğutma sırasında besleyeciye doğru bir yönlenme sağlanmalıdır. Buna göre su soğutma sistemi dizayn edilmelidir. Bu sıvı metalin akmasını engellememelidir.

3 3.SONUÇ Ablation casting metodu kısaca tanımlanmış ve avantajları sıralanmıştır. Bu makalenin amacı, bu yeni döküm yöntemini, ablation casting, Türk Dökümcülerine tanıtmaktır. Bu amaçla birkaç kaynaktan toplanan veriler kısaca özetlenmiştir ve tartışılmıştır. 4.KAYNAKÇA 1) John Campbell, Concise Casting, AFS, Schaumburg, IL, USA, 2010, pp ) John Campbell, Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Techniques and Design, Elsevier, Amsterdam, 2011, pp ) John Campbell, Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Techniques and Design, Elsevier, Amsterdam, 2011, pp ) J. R. Grassi, G.A. Kennesaw, J. Campbell, M. West, G.W. Kuhlman, United States Patent, US B2, )J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US B2, ) J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US , ) J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US , ) J.R. Grassi, J. Campbell, M. Harlieb, F. Major The ablation casting, Materials Science Forum, Vols , 209, pp Şekil-1: Ablation casting sırasında su akışı ve döküm düzeneği

4 Şekil-3 Ablation casting sonrası elde edilen parça Şekil-4 Ablation casting ile üretilmiş bazı alüminyum parçalar

5 Tablo-1 Ablation casting ve diğer döküm yöntemleriyle dökülmüş A 356 alaşımının mekanik özellikleri