DÖKÜM ORTAMINDA KALIP KUMU TOPLAM ISI TRANSFER KATSAYISININ DENEYSEL VE MATEMATİKSEL ANALİZİ. Sadettin ŞAHİN DOKTORA TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ

Transkript

1 DÖKÜM ORTAMINDA KALIP KUMU TOPLAM ISI TRANSFER KATSAYISININ DENEYSEL VE MATEMATİKSEL ANALİZİ Sadettin ŞAHİN DOKTORA TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 8 ANKARA

2 ii Sadettin ŞAHİN tarafından hazırlanan DÖKÜM ORTAMINDA KALIP KUMU TOPLAM ISI TRANSFER KATSAYISININ DENEYSEL VE MATEMATİKSEL ANALİZİ adlı bu tezin Dotora tezi olara uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Kürşad DÜNDAR Tez Danışmanı, Maina Eğitimi Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Maina Eğitimi Anabilim Dalında Dotora tezi olara abul edilmiştir. Prof. Dr. Veli ÇELİK Maina Mühendisliği, Kırıale Ü. Prof. Dr. Kürşad DÜNDAR Maina Eğitimi, Gazi Ü. Prof. Dr. Orhan ŞAHİN Malzeme ve Metalurji Mühendisliği Gebze Yüse Tenoloji Ens. Prof. Dr. Mehmet TÜRKER Metal Eğitimi, Gazi Ü. Prof. Dr. Adem KURT Metal Eğitimi, Gazi Ü. Tarih : 19 / 1 / 8 Bu tez ile Gazi Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Dotora derecesini onamıştır. Prof. Dr. Nermin ERTAN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

3 iii TEZ BİLDİRİMİ Tez içindei bütün bilgilerin eti davranış ve aademi urallar çerçevesinde elde edilere sunulduğunu, ayrıca tez yazım urallarına uygun olara hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü aynağa esisiz atıf yapıldığını bildiririm. Sadettin ŞAHİN

4 iv DÖKÜM ORTAMINDA KALIP KUMU TOPLAM ISI TRANSFER KATSAYISININ DENEYSEL VE MATEMATİKSEL ANALİZİ (Dotora Tezi) Sadettin ŞAHİN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Oca 8 ÖZET Döüm endüstrisinde yüse alite ve minimum maliyette parça üretebilme için optimum besleyici ve yollu tasarımları, soğutucu yer ve büyülüleri döüm modelleme programları ullanılara yapılmatadır. Döüm hatalarının büyü çoğunluğu döümden hemen sonrai il atılaşma ve büzülmede ortaya çımatadır. Katılaşma ve soğuma meanizmaları da alıp malzemesinin ısı transfer özellilerine bağlıdır. Kuma ait olara ararlı hal ortamında tespit edilen ısı transfer atsayısı, döüm ortamındai aşırı dinami şartlardai atsayıdan ço farlıdır. Bu sebeple bu çalışmada, döüm ortamındai dinami şartlarda alıp umunun ısı transfer atsayısı belirlenmeye çalışılmıştır. Hazırlanan matemati modelleme ve deneyle elde edilen değerler arşılaştırılara toplam ısı transfer atsayısı elde edilmiştir. Yapılan tüm deneylerde en etili fatörün su olduğu görülere ayrıca nem oranına bağlı bir ısı transfer atsayısı daha yüse orelasyon atsayısı ile elde edilmiştir. Dinami şartlarda elde edilen atsayının gerçe

5 v döüm ortamına uygunluğu sebebiyle döüm modellemelerinde nem oranına bağlı olara elde edilen atsayılar daha hatasız döüm elde edilmesine yardımcı olacatır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Isı transfer atsayısı, dinami ısı transfer atsayısı, döüm umu, döüm modelleme Sayfa Adedi : 38 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Kürşad DÜNDAR

6 vi EXPERIMENTAL AND MATHEMATICAL ANALYSIS OF TOTAL HEAT TRANSFER COEFFICIENT OF MOULD SAND IN CASTING CONDITIONS (Ph. D. Thesis) Sadettin ŞAHİN GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY January 8 ABSTRACT In casting industry chilling places and sizes, optimum feeder and gating designs are made by using imaginary modelling programs in order to produce parts with high quality and least cost. Most of the casting defects occur just after the first solidification and shrinage. Solidification and cooling mechanisms depend on the heat transfer properties of the moulding materials. The heat transfer coefficient of wet mould sand determined in steady state is very different from that of highly dynamic conditions of realistic casting. For this reason, in this thesis it is studied to determine dynamic heat transfer coefficient of moulding sand in casting conditions. Total heat transfer coefficient has been gained by comparing the values obtained by mathematical modelling and experimental results. In all experiments it's seen that the most effective factor is the ratio of water and the heat transfer coefficient with higher degree of correlation number with respect to water ratio is obtained. The coefficients obtained depending on

7 vii humidity ratio used in casting modellings, will be helpful to produce faultless parts due to the coherence of the coefficient obtained in dynamic circumstances to the casting media. Science Code : Key Words : heat transfer coefficient, dynamic heat transfer coefficient, molding sand, casting modelling Page Number : 38 Adviser : Prof. Dr. Kürşad Dündar

8 viii TEŞEKKÜR Bu tezin hazırlanmasında yardımcı olan Prof. Dr. Kürşad DÜNDAR a, deney setinin dizaynı, temini ve yazılımında büyü deste veren Lima Endüstriyel Bilgisayar firmasının değerli mühendislerine, deneylerin yapılmasında atölyelerinin tüm imanlarını bana sunan Dr. Recep Çalım ve Doç. Dr. Ferhat Gül e, Doç. Dr. Ersan Aslan a ve geç yaşıma rağmen dotora yapmam onusunda beni süreli teşvi eden sevgili eşime en albi teşeürlerimi borç bilirim.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET iv ABTRACT vi TEŞEKKÜR viii İÇİNDEKİLER. ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ xiv ŞEKİLLERİN LİSTESİ.. xvi RESİMLERİN LİSTESİ. xx SİMGELER VE KISALTMALAR. xxi 1. GİRİŞ 1. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI DÖKÜM TEKNİĞİ Döüm Hataları Büzülme hataları İç gerilmeler Homojen olmayan ompozisyon dağılımına bağlı hatalar Farlı notalarda farlı sertli değerleri Kalıplama ve Kalıp Malzemeleri Silion Osijen Silia Kalıplama Çeşitleri Kum alıp Diğer um alıp metotları... 9

10 x Sayfa 3.4. Kum Testleri Kum numune Kalıp umunun tane şeli Kalıp umunun iriliği ve ele analizi Kil Kil ve su Kalıp Kumu Deneyleri Kesme muavemeti Yapışanlı limiti Genel Katılaşma Meanizmaları Çeirdelenme Büyüme ISI TRANSFERİ VE ISI TRANSFER KATSAYISI Isı Transferinin Özel Kanunları Isı iletimi Isı taşınımı Işıma Isı Kapasitesi Isı Transfer Katsayısı Isı Transfer Katsayısı Ölçüm Metotları Kararlı hal metodu Geçici rejim metodu Kalorimetri metotlar. 7

11 xi Sayfa 4.5. Kum Kalıba Döüm DENEY METODU VE DENEY DÜZENEĞİ Düzeneğin Parçaları Isıl çiftler Yüseltici Ara yüz elemanı Eletroni devre artı Yazılım Baır blo Model Metal Yalıtan malzeme Döüm umu numunesi Döüm umu Kil Su Standart numune Seçilen um, il ve nem oranları Deneylerin Yapılışı Grup deneyler Grup deneyler Grup deneyler Grup deneyler... 93

12 xii Sayfa Grup deneyler Grup deneyler Deneylere Ait Sıcalı-Zaman Grafileri ISI TRANSFER KATSAYISININ BULUNMASI Baır Blolu Deneylerde Doğrudan Bulunması Baır Blo Kullanılmayan Deneylerde Doğrudan Bulunması Eğrisel Sıcalı Dağılımı Yalaşımı Isı Transfer Katsayısı İçin Hazırlanan Bilgisayar Programı Deney verileri üzerinde yapılan işlemler Bilgisayar programları Program çıtılarıyla deneylerin incelenmesi Baır blolu deneyler için doğrudan bulunması MATEMATİK MODELLEME Bir Boyutlu Analiz Baır bölgesi Kum bölgesi Alüminyum bölgesi Deneyle Isı Transfer Katsayısının Bulunması Bilgisayar programı aış diyagramı Bilgisayar Programı Form Görüntüleri En az hata areleri toplamı-isı transfer atsayısı grafileri Ölçülen ve hesapla bulunan Sıcalı-Zaman grafileri GRAFiKLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ. 147

13 xiii Sayfa 8.1. Baır Blolu Deneyler Baır blolu deneylerde doğrudan bulunması Matemati modelleme ile yapılan Isı transfer atsayısı grafileri Baır Blosuz Deneyler Baır blosuz deneylerde doğrudan bulunması Matemati modelleme grafileri Sabit Kil Oranlarında Suyun Etisinin İncelenmesi grup: Baır blolu deneyler grup: Baır blosuz deneyler Kil Oranı Diate Alınmadan Suyun Etisinin İncelenmesi SONUÇ VE ÖNERİLER 166 KAYNAKLAR. 166 EKLER EK-1 Deneylere ait Sıcalı-Zaman grafileri 176 EK- Liner dağılım Isı transfer atsayısı-zaman grafileri 184 EK-3 En Az Hata Kareleri Metodu 197 EK-4 Lineer Regresyon EK-5 Altın oran metodu. 1 EK-6 Programa ait code sayfaları... 5 EK-7 İi boyutlu matemati modelleme.. 9 EK-8 Matemati modellemeyle elde edilen δ - grafileri. 16 EK-9 Matemati modelleme T-t ve Tab-t grafileri... 4 ÖZGEÇMİŞ.. 38

14 xiv ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. Bazı metallere ait büzülme değerleri. 1 Çizelge 3.. Bazı metallere ait ısıl genleşme atsayıları Çizelge 3.4. Douz çeşit silia ompozisyonu... 3 Çizelge 3.5. Tipi bir alıp umu analiz raporu 5 Çizelge 3.6. Şile döüm umunun özellileri... 6 Çizelge 3.7. ASM um test prosedürleri ve numaraları. 7 Çizelge 3.8. Tipi alıp umlarına ait ele analizi.. 35 Çizelge 3.9. Sodyum ve alsiyum bentonite ait imyasal analiz.. 38 Çizelge 3.1. Kalıp umuna uygulanan meani testler 41 Çizelge 4.1. Bazı metal ve malzemelerin ısı iletim atsayıları Çizelge 5.1. Deneylerde ullanılan uma ait ele analizi... 8 Çizelge grup deneyler ve değişenleri Çizelge grup deneyler ve değişenleri.. 91 Çizelge grup deneyler ve değişenleri.. 9 Çizelge grup deneyler ve değişenleri.. 93 Çizelge grup deneyler ve değişenleri.. 95 Çizelge grup deney değişenleri 95 Çizelge 5.8. Tüm deney değişenleri Çizelge 6.1. Veri çizelgesi.. 18 Çizelge 6.. Deneyden text dosyası olara alınmış 1 veri Çizelge 6.3. Düzenlenmiş veriler. 11 Çizelge 6.4. Zaman sütünu ilave edilmiş veriler 11

15 xv Çizelge Sayfa Çizelge deneye ait Isı transfer atsayısı-zaman değerleri.. 1 Çizelge deneye ait Zaman-Isı transfer atsayısı değerleri. 148 Çizelge deneye ait Zaman-Isı transfer atsayısı değerleri Çizelge deneye ait Zaman-Isı transfer atsayısı değerleri. 153 Çizelge deneye ait Zaman-Isı transfedr atsayısı değerleri. 156 Çizelge deneye ait Zaman-Isı transfer atsayısı-regresyon değerleri Çizelge 8.6. % 5 il içeren deneyler ve bulunan değerler 159 Çizelge 8.7. % 7 il içeren deneyler ve bulunan değerler 16 Çizelge 8.8. % 9 il içeren deneyler ve bulunan değerler 16 Çizelge 8.9. % 5 il içeren deneyler ve bulunan değerler 161 Çizelge 8.1. % 5 il içeren deneyler ve bulunan değerler. 16 Çizelge % 5 il içeren baır blosuz deneyler ve bulunan değerler. 16 Çizelge 8.1. %5 il içeren 15, 16, 17. deneylere ait değerler 163 Çizelge %5 il içeren, 1,, 6, 7. deneylere ait değerler Çizelge Nem oranına göre ısı transfer atsayısı değerleri 164

16 xvi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şeil Sayfa Şeil.1. Farlı alıplara yapılan döümde zamana arşı ısı aışı... 6 Şeil.. Alüminyumun sıcalığa bağlı ısı transfer atsayısı grafiği. 8 Şeil 3.1. Büzülme hataları. 11 Şeil 3.. SiO nin sıcalı-basınç faz diyagramı... Şeil 3.3. Silia ristali. 1 Şeil 3.4. Si-O faz diyagramı.. Şeil 3.5. Kilin su emere genleşmesi.. 39 Şeil 3.6. Yaş basma muavemetinin il ve su % si İle ilişisi.. 4 Şeil 3.7. Altlı üzerinde heterojen çeirdelenme. 44 Şeil 3.8. Kalıp duvarından atılaşmanın ilerleme safhaları. 47 Şeil 3.9. Klasi dallanma modeli.. 47 Şeil 3.1. Katılaşma safhaları 48 Şeil 4.1. Isı transfer atsayısı ölçme metodu düzeneği 51 Şeil 4.. Diferansiyel eleman 5 Şeil 4.3. Düz plaa deneyi 58 Şeil 4.4. Bazı malzemelerin sıcalığa bağlı ısıl iletenlileri... 6 Şeil 4.5. Levhada te boyutlu ısı iletimi.. 61 Şeil 4.6. Isı İletim Katsayısının Değişi Maddeler İçin Değişim Aralığı. 63 Şeil 4.7. Sıca plaa metodu 64 Şeil 4.8. Doğrudan ısıtma metodu Şeil 4.9. Boru ve sıca tel metodu Şeil 4.1. Sıca tel metodu... 7

17 xvii Şeil Sayfa Şeil Lazer flaş metodu Şeil 4.1. Kum alıpta ısı aışı ve sıcalı dağılımı sınır şartları...73 Şeil Grup deneylerin düzeneği. 91 Şeil Grup deneylerin düzeneği. 93 Şeil 5.3. Kum numune üzerinde ısıl çiftlerin onumu 94 Şeil grup deney düzeneği. 95 Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği.. 1 Şeil 6.1. Doğrudan bulunması için ullanılan baır blolu model 1 Şeil 6.. Doğrudan bulunması için ullanılan baır blosuz model. 16 Şeil 6.3. Bilgisayar programı aış şeması Şeil 6.4. Lineer yalaşım bilgisayar programına ait form görüntüsü 116 Şeil 6.5. Eğrisel yalaşım bilgisayar programına ait form görüntüsü Şeil 6.6. Lineer dağılımlı programın çalışır haldei sayfa görüntüsü Şeil 6.7. Eğrisel dağılımlı programın çalışır haldei sayfa görüntüsü Şeil deney Isı transfer atsayısı-zaman grafiği Şeil deney lineer dağılım Isı transfer atsayısı-zaman grafiği. 11 Şeil deney eğrisel dağılım Isı transfer atsayısı-zaman grafiği 1 Şeil boyutlu matemati modelleme ünitesi ve alınan hücre Şeil 7.. Bilgisayar programı aış diyagramı 135 Şeil 7.3. Sabit değeri bulan bilgisayar programı form görüntüsü. 138 Şeil 7.4. Nem oranına bağlı değeri bulan bilgisayar programı form görüntüsü

18 xviii Şeil Sayfa Şeil 7.5. Sabit değeri bulan programın çalışır haldei eran görüntüsü Şeil 7.6. Nem oranına bağlı değeri bulan programın çalışır haldei eran görüntüsü 141 Şeil deney En az hata areleri toplamı-isı transfer atsayısı grafiği Şeil deney En az hata areleri toplamı-isı transfer atsayısı grafiği Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği. 144 Şeil deney nem oranına göre Sıcalı-Zaman grafiği Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği 145 Şeil deney nem oranına göre Sıcalı-Zaman grafiği 145 Şeil 8.1..deneye ait doğrudan Isı transfer atsayısı-zaman grafiği. 147 Şeil 8... deneye ait δ - grafiği Şeil deneye ait neme bağlı δ -ab grafiği. 149 Şeil deney Isı transfer atsayısı-zaman grafiği. 149 Şeil deney Tab-t grafiği Şeil deney: Lineer hesapla bulunan -t grafiği.. 15 Şeil deney: Eğrisel sıcalı dağılımıyla bulunan -t grafiği. 15 Şeil deney: Matemati modelleme grafiği 153 Şeil deney: Matemati modelleme ab grafiği Şeil deney: Matemati modelleme T-t grafiği Şeil deney: matemati modelleme Tab-t grafiği. 155 Şeil deney: Lineer sıcalı dağılımıyla bulunan -t grafiği 155 Şeil deney: Eğrisel sıcalı dağılımıyla bulunan -t grafiği

19 xix Şeil Sayfa Şeil deney: Matemati modelleme doğrudan grafiği 157 Şeil deney: Matemati modelleme ab grafiği 157 Şeil deney: Matemati modelleme T-t grafiği Şeil deney: Matemeti modelleme Tab-t grafiği. 158 Şeil X1X4 Al döüm üzerindei numune (% 7 il) Şeil X1X4 Al döüm üzerindei numune (% 9 il) Şeil 8.. Ø5X5 silindir Al döüm üzerindei numune Şeil X1X4 Al döüm üzerindei numune Şeil 8.. Pota içinde ısıtılan demir blo üzerinde tutulan numune. 163 Şeil 8.3. Tuz banyosunda demir blo üzerinde tutulan numuneler 164 Şeil 8.4. İl 8 deneyde % su- grafiği. 165

20 xx RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Kum test numunesi hazırlama düzeneği.. 33 Resim 5.1. Deneydei ısıl çift uygulaması 76 Resim 5.. Yüselticiler ve ara yüz elemanı 78 Resim 5.3. Baır blo Resim 5.4. Alınmış döüm örneği.. 8 Resim 5.5. Silia battaniye.. 81 Resim 5.6. Yaş basma muavemeti ölçme cihazı.. 85 Resim 5.7. Kum numuneler ve baır blo. 85 Resim 5.8. Deney düzeneğinin genel görünüşü.. 87 Resim 5.9. Rezistanslı ergitme fırını ve ontrol ünitesi.. 88 Resim 5.1. Numune, blo ve ısıl çiftlerin dereceye yerleştirilmesi.. 88 Resim Döüme hazır alıp düzeneği 89 Resim 5.1. Döümü gerçeleştirilen alıp Resim Kum alıp içerisindei um ve baır numunenin döüm parça üzerine onumlanmış durumu.. 9 Resim grup deneyde alınmış döüm örneği.. 9 Resim Ergimiş tuz banyosu içinde demir blo Resim Demir blo üzerinde um numunenin onumu.. 96 Resim İzole edilmiş um numune deney yapılıren.. 97

21 xxi SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada ullanılmış bazı simge ve ısaltmalar açılamaları ile birlite aşağıda sunulmuştur. Simge a Açılama Isıl yayınım atsayısı (/ρc) A Birim hacimdei atom sayısı (~1 35 Pa m -3 ) B Çeirdeleyicinin atom sayısı (~1 5 Pa m - ) c Isı apasitesi (J/g. C) c c p c v C Işı hızı (3X1 1 cm/s) Sabit basınç altında ısı apasitesi Sabit hacim altında ısı apasitesi Alaşım doyma mitarı D Difüzyon sabitesi (W/m. C) D E E E b h B Difüzyon sabitesi İç enerji (Joule) Enerji (Joule) Işınım enerjisi Plan sabitesi (6,65X1-34 J.sn) Isı transfer atsayısı (W/m.K) Boltzman sabiti (1.81X1-3 J/K) Q, q Isı (Joule) q& R U Üretilen ısı (Joule) Gaz sabiti (8.314 J/K.mol) İç enerji (joule)

22 xxii Simge U v α η θ σ Ф Açılama Volt Freans Yüzey ısı transfer atsayısı (W/m.K) Visosite (pascal saniye [Pa s]) Katı-sıvı temas açısı Ara yüzey enerjisi Radyal ısı aışı (W/m.s) σ Stefan-Boltzman sabitesi (5.67X1-8 W/m K 4 ) G V S V Katılaşma sırasında serbest enerji değişimi (J) Birim hacim eriyiğin entropisi (J/K) Kısaltma A.B.D. A.F.S. ASM ASTM DIN MB MSS TSE TÜBİTAK Açılama Ameria Birleşi Devletleri American Foundry Society American Society for Metals American Society for Testing and Materials Deutsches Institut für Normung Mega Byte The Michigan Solidification Simulator Tür Standartları Enstitüsü Türiye Bilimsel ve Tenoloji Araştırma Kurumu

23 1 1. GİRİŞ Sıvı halden soğumaya bıraılan metaller, atılaşma sıcalığına ulaştılarında önce çeirdelenme, daha sonra da bu çeirde atının büyümesi ile atı hale geçerler. Katılaşma sırasında metalin atılaşma aralığı, alıp malzemesinin ısıl iletenliği, şeli ve alınlığı, parçanın ebatları gibi ço fazla sayıda fatör atılaşmayı etiler [1, ]. Döümcülüğü zor ve pahalı bir iş haline getiren durum ise başa üretim metotlarıyla ıyaslandığında olduça yüse sayılabilece oranda olan hatalı çıan ve hurdaya ayrılma zorunda alınan parçalardır. Son zamanlarda geliştirilen bilgisayar modellemeleriyle alıp içine metalin doluş biçiminden [3], metalden alıbın her notasına ısının çıış hızı, atılaşmanın başlangıcı ve ilerleme seyrine adar pe ço olay sanal olara izlenebilir hale gelmiştir [4]. Bu sayede oluşabilece hatalar önceden izlenere hatalı çıaca ısımlar tespit edilebilmete ve gereli olan düzenlemeler gere model üzerinde gerese alıp ve maça üzerinde yapılara hatasız döüm alınabilmetedir 1. Döüm hatalarının önemli bir ısmı atılaşma meanizmalarıyla ilgilidir. Katılaşma hızı ve farlı esitlerin farlı soğuma ve atılaşma hızlarıyla soğuması ve atılaşması ise doğrudan alıp malzemesinin, sıvı metaldei sıcalığı metalden dışarı iletme hızına yani ısı transfer atsayısına bağlıdır. Döüm işlemlerinde döüm parçadan ısının transferi, um gibi ısı iletim özelliğinin düşü olduğu durumda alıp malzemesi tarafından ontrol edilir. Kalıp malzemesi büyü oranda döüm parçanın soğuma hızını ontrol ettiği için ısı transferi modellemesinde önemli bir parametredir. Kum alıpta ısı transfer hızı alıp tarafından ontrol edilir. Isı transferi umun tipi, tane boyutu, dağılımı, bağlayıcının cinsi, oranı ve nem mitarına bağlıdır [5]. En fazla etiye sahip olan parametrenin nem mitarı olduğu bu tezde görülecetir. Ayrıca deneylerin süreli rejim ortamı yerine dinami döüm 1) Magmasoft ticari döüm modelleme programı tanıtım ataloğu

24 şartlarında yapılmış olması bu farı daha da açı bir şeilde ortaya oyacatır. Endüstride en fazla ullanılan döüm malzemesi şüphesiz demir alaşımlarıdır. Demir döümcülüte alıp malzemesi olara um, il ve su bazlı arışım ullanılmatadır. Metal ve serami türü alıp malzemelerinde ısı transfer atsayıları bilinmete ve düzenlidir [6]. Bu alıplara yapılan düşü ergime sıcalılı metallere ait bilgisayar modellemeleri gerçeğe olduça yaın neticeler vermetedir []. Kum alıpta ullanılan malzemelerin farlılı arz etmesi, gözeneli yapısı ve içerdiği nem sebebiyle net bir ısı transfer atsayısından bahsetme mümün değildir. En gelişmiş programlarda bile nem ve il oranı diate alınmasızın sadece uru veya nemli alıp umu seçeneleri bulunmatadır. Kaynalarda uru umun ısı transfer atsayısı olara alınan,3-,6 değeri, nemli umda 1 misline adar çımata, bu da buharlaşma ve yoğuşma ile birlite ısı transferini olduça etilemetedir. Çalıştırılan modellemelerde hatasız görülen bazı döümlerin gerçe döümlerde hatalı çıtığı ço defa görülmüştür []. Bilgisayar modellemelerine olan talep arttıça ve yeni programlar hazırlandıça bu programların ullanacağı daha hassas bilgi ve atsayılara ihtiyaç hasıl olmuştur [7]. Döüm modellemeleri için bu atsayılardan en önemlisi şüphesiz ısı transfer atsayısıdır. Metali ve rijit uru malzemelere ait detaylı çalışmalar olmasına rağmen su içeren ve um gibi gözeneli yapıya sahip malzemelerdei gibi ço değişenli yapılara ait çalışma sayısı ço azdır. Maalelerdei nemli um veya uru uma ait olduğu ifade edilen bilgilerde de umun sııştırma oranı ve nem mitarının ne olduğuna ait bilgiye rastlanamamıştır. Bu çalışmada hem farlı su oranlarında hem de test standartlarında sııştırılara hazırlanan nemli döüm umlarının, alüminyum döümler yapılara veya sıca demir blo üzerinde beletilere ısı transfer atsayıları bulunmaya çalışılmış, nem oranlarındai değişiliğin bu atsayıyı nasıl etilediği deneysel olara araştırılmıştır. Elde edilen neticelerin daha sonra yapılaca modellemelerde ullanılmasıyla daha gerçeçi ve daha hatasız döümlere ulaşılması hedeflenmetedir.

25 3. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI Döüm hatalarının önlenmesine yöneli olara bulunması düşünülen döüm umunun ısı transfer atsayısının il ve nem mitarına bağlı olara nasıl değiştiğini gösterir ço az sayıda çalışma tespit edilmiştir. Kum gibi gözeneli ve nem içeren malzemelerin ısı transfer atsayısını ölçece deney düzeneğine sahip olabilece üniversite ve uruluşlarla yapılan görüşmelerde de böyle bir deney düzeneğine rastlanmamıştır. Anadolu Üniversitesi Malzeme ve Metalurji Mühendisliği bölümünde rijit cisimlerin ısı transfer atsayısını ölçebilen gelişmiş bir cihaz mevcuttur, faat gözeneli malzemeleri numune olara abul etmeyen bu cihaz amacımıza uygun olmadığı için ullanılamamıştır. Ayrıca döümün, dinami ortamda yapılıyor olması da süreli rejimde yapılan deneylerden farlılı arz etmetedir. Benzer şeilde Afet İşleri Genel Müdürlüğü nde yapı malzemelerinin ısıl geçirgenli atsayısı ile çalışan laboratuarda da gelen malzemeler önce öğütülüp alıplanma suretiyle gözenesiz hale getirilip sonra ölçüm yapılabilmetedir. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merezinde olduça gelişmiş bir cihaz olmasına rağmen o cihaz da gözeneli ve nemli numune abul etmemetedir. Esasen numune içinde nem bulunmasıyla problem hem ondüsiyon hem de buharlaşmayla ısı aybı yani onvesiyonun beraberliğinden armaşı hale geldiği için bir standart deney prosedürü geliştirme ve değişenlerin çoluğu sebebiyle standart bir netice elde etme mümün olmadığından döüm umunun nem oranına göre ısı transfer atsayısındai değişimin ne olacağı onusunda bir çalışma yapılmamıştır. ASM Handboo ta bulunan ve Berry tarafından yazılan ısımda MSS simülatör programında bulunan simülasyon modelleri sıralamasında um olara sadece uru um alıp malzemesine yapılan döüm simülasyonundan bahsedilmete ve uma ait verilen ısı transfer atsayısı grafiğinde sadece

26 4 %4, %6,5 ve %1 bentonitli uma ait ısı transfer atsayıları veriliren bile sııştırma oranı ve nem mitarından bahsedilmemetedir. Bu grafiğe göre %4 bentonitli umun ısıl iletenli atsayısı,8 W/m.K ien %1 bentonitli umuni 1,1 W/m.K den daha düşütür []. Bu da il mitarının ısıl iletenli üzerinde fazla bir etisinin olmadığını göstermetedir. Yaptığımız çalışmanın il başlarında yaptığımız deneylerde farlı il oranlarıyla da deneyler yapılmış faat ilin ısıl iletenli üzerinde ço fazla bir etisi olmadığı anlaşıldığından çoğu deneyde il oranı %5 olara alınmıştır. Isıl iletenli üzerinde en fazla etiye sahip olan atı maddesinin su olduğu yapılan tüm deneylerde ço açı olara ortaya çımıştır. Wiles ve aradaşlarının maalesinde atılaşma ve simulasyon programlarına ço farlı bir yalaşım getirilmetedir. Döüm alıbının dolayısıyla alıp malzemesinin, döülen parçadan ço daha fazla hacim ve ağırlı aplıyor olmasına rağmen yapılan çalışmaların çoğu döüm parça üzerine yoğunlaşmatadır hâlbui asıl üzerinde önemle durulması gereen onu alıp malzemesinin endisidir [8]. Bu yalaşım, ticari döümcülüte en fazla hacme sahip olan nemli umun ısıl iletenli özelliğinin ço iyi bilinmesi gereğini ortaya oyara çalışmamızı desteler mahiyettedir. Ticari olara satışı yapılan ve her türlü malzemenin ısı transfer atsayısını bulmata ullanılan taşınabilir büyülüte cihazlar vardır faat bu cihazlar da nemli numune ile işlem yapamamatadır. Kocaaslan, yüse lisans tezinde um alıp, metal alıp ve sııştırma döüm yöntemlerinde miroyapı ve meani özellilerin incelenmesiyle ilgili araştırmasında um döümde ortaya çıan olumsuzluları anlatıren Al-Zn- Mg-Cu alaşımında um döüme yapılan parçalarda tane yapısının daha iri olduğunu göstermiştir i bu olumsuzlu umun ısı transfer atsayısının düşülüğü sebebiyle metalin daha yavaş atılaşmasından aynalanmatadır [9].

27 5 Yalçın, yaptığı yüse lisans tezinde atılaşma sırasında ısı transferini alüminyum üzerinde analiti ve nümeri olara incelemiştir faat atılaşma cidarı olara metali malzeme ullanması ve sıvı alüminyumu aniden soğutara ısı dağılımı ve atılaşma meanizmalarıyla çalışması yönüyle tezimize benzerliği bulunmamatadır [1]. Aar, dotora tezinde atılaşma sırasında döüm-alıp ara yüzeyinde ısı transfer atsayısını incelemiştir. Isı transfer atsayısının döüm modelleme programları için önemi ve döüm özelli ve alitesi üzerindei etilerini anlatması notaları tezimizle örtüşmele beraber alıp olara eletroliti saflıtai baır ve H13 sıca iş taım çeliği ullanması sebebiyle çalışmalarımız farlılı arz etmetedir. Aar ın çalışmasında.6 ıncı ısımda 5 adet referans verere bahsettiği ısı transfer atsayısının il biraç saniyede en yüse değere ulaştığı ve sonra hızlı bir şeilde düştüğü ve bu düşüşü taiben de daha yavaş bir düşüş ve düz bir ilerleme şelindei ifadeleri deneylerimizde de benzer şeilde görülmüş faat başlangıçtai süre um alıp olduğu için biraz daha uzun olara gözlemlenmiştir [5]. Ülemizde ısı transfer atsayısı ile ilgili olara yapılan çalışmaların büyü çoğunluğu inşaat setöründe ullanılan malzemelere aittir [11-18]. Bir ısım çalışmalar ise imya dalında aışanlara veya özel rijit malzemeler için yapılmış çalışmalardır [19-1]. Döüm umu gibi gözeneli ve rutubetli bir malzemenin ısı transferi ile ilgili olara yapılan çalışma bulunamamıştır. Tezimize benzerli açısından en yaın çalışma Rajan ve aradaşlarının maalesidir []. Tezimizin il başlarında belirtildiği gibi döüm malzemelerin pe ço özelliği atılaşma meanizmaları tarafından, onlar da metalin ve alıp malzemesinin termofizisel özellileri tarafından özellile alıp malzemesinin ısı aışına arşı gösterdiği dirençle belirlenir. Rajan ve aradaşları bu onuya vurgu yaptıtan sonra bu direncin belirlenmesinde alıbın gösterdiği ısıl direnci bulma için deneyle ölçülen değerleri ullanan bir matemati modelleme yapılması geretiğini anlatmatadırlar. Analiti

28 6 metotlarla bulunaca bir ısı transfer atsayısı ile metal-alıp ara yüzeyindei ısı aışı bulunabilecetir. Maaledei ara yüzde ısı transfer şartları ço değişendir ve yüse derecede dinamitir. Katılaşan metalin büzülmesiyle metal-alıp temasının esilmesi ısı transfer atsayısının hızla düşmesine sebep olmatadır ve süreli değişendir. Bu sebeple nümeri metotlar ullanara sabit bir ısı transfer atsayısı bulunması daha uygundur ifadesi tezimizle bire bir örtüşmetedir. Maalede nem ve il mitarı dahil hiçbir özelliği belirtilmeden um alıbın ısı transfer atsayısı,5 W/m K olara a) Grafit alıp b) Kum alıp Şeil.1. Farlı alıplara yapılan döümde zamana arşı ısı aışı verilmetedir. Şeil.1 de farlı alıba yapılan döümlerde ısı aış grafileri verilmetedir. Birinci grafite grafit alıba yapılan döümde grafitin ısı aış çizgileri olduça düzgün göründüğü halde iinci grafite um alıbtai ısı aışının ço titreşimli olması umun ısı iletim özelliğinin de süreli değişen olduğunun ifadesidir. Deneylerimizde de aynı titreşimli çizgi ve grafi yapısını elde etmiş bulunuyoruz.

29 7 Tezimize benzer çalışmalardan biri de Meneghini ve Tomesani nin maalesidir [3]. Maalenin giriş ısmında döüm parçalarda atılaşma hızının ve ısı transfer atsayısının önemi vurgulandıtan sonra ısı transfer atsayısı olara literatürde verilen değerlerin ço aba olduğu, modellemeler ile gerçeğin bu sebeple birbirinden uza olduğunu belirtmetedir. Metal-alıp ara yüz şartlarının süreli değiştiğini ifade ettiten sonra döümün il safhasında ondüsiyonla olan ısı aışının meydana gelen hava boşluğuyla onvesiyona hatta yüse erime sıcalılı metallerde radyasyonun da buna dahil olara armaşı bir hale geldiğini anlatmatadır. Bu armaşılı sebebiyle ısı transfer atsayısı deneyleriyle döümhane üretim şartları birbiriyle uyumsuz olmatadır. Zamana bağlı bir atsayı yerine sıcalığa bağlı bir atsayının nümeri metotla bulunmasının önemli olduğunu savunması tezimizde savunulan dinami atsayı gereliliğini desteler mahiyettedir. Malzeme itaplarında metali ve rijit malzemelere ait ısı transfer atsayıları genellile te raam olara ifade edilmetedir. Dar sıcalı aralılarında yapılaca çalışma ve hesaplamalar için işlemleri basitleştirme ve hızlandırma için bu değerler abul edilebilir (Bz Şeil 4.5 ve Çizelge 4.1). Geniş aralılı sıcalıta yapılaca veya hassas işlemler için bu değerler, yapılaca hesaplar için ciddi sapmalara ulaşacatır. Bu yanlışlığı önleme için sıcalığa bağlı bir fonsiyon olara malzemelerin ısı transfer atsayıları ve ısı apasiteleri gibi tüm ısıl özellileri elde edilmiştir [4]. Şeil. de örne olara Alüminyuma ait ısı transfer atsayısının sıcalığa bağlı değişim grafiği verilmetedir [6]. Döüm işlemlerinde metaller için erimiş metalin yüse sıcalı değerinden atılaşma ve büzülmenin biteceği olduça geniş bir sıcalı aralığında meydana gelen ısı transfer meanizmalarının izahı için te bir ısı transfer atsayısı ullanılmadığı gibi ısı transferinin en önemli ögesi olan alıp malzemesi (burada nemli umdur) için ısı transfer atsayısının da başta sıcalı olma üzere fonsiyonel bir ifade ile hesaplamalarda ullanılması gereği açıtır.

30 8 Şeil.. Alüminyumun sıcalığa bağlı ısı transfer atsayısı grafiği

31 9 3. DÖKÜM TEKNİĞİ Üretim şartlarında diğer metalurji işlemlerde olduğu gibi döümcülüte de aliteyi etileyen hatalar oluşabilir. Hatalı çıan ürün için giderilebilece durumda ise hatanın giderilmesi veya parçanın hurdaya ayrılması gerelidir. Bunun ararını vermetei ölçü sadece hatanın endisi değil aynı zamanda parçanın hizmet şartları ve parçaya uygulanaca alite ve muayene standartlarıyla da alaadar olan olduça omples bir onudur. Döüm hatalarının ortaya çıması 3 ana başlı altında değerlendirilebilir: i) Döüm tasarımı ii) Üretim teniği iii) İşçili Bir döüm hatası bunlardan birisi sebebiyle veya biraçının ombinasyonuyla da ortaya çıabilir. Bir hatanın nereden aynalandığının bulunması ço fazla döüm değişeni olması sebebiyle olduça armaşı olabilir. Kullanılan bir üretim teniğindei standartların tüm yönleriyle yaından taibi hataların oluşmaması için en iyi yoldur. Döüm hatalarının giderilme metodu aynı zamanda eonomi olma zorundadır. Üretim ontrol prosedürleri ve hatadan saınma metotları ve bunların getireceği e masraflar da belli sınırlar dahilinde olmalıdır. Ço iyi döümhane şartlarında dahi yalaşı olara % 7 civarında döüm hatasıyla arşılaşılmatadır. Talaşlı üretim ve diğer üretim metotlarıyla arşılaştırıldığında bu oran olduça yüse almatadır Döüm Hataları Tezin ana hedefi, döüm endüstrisinde en fazla ullanım hacmine sahip olan nemli um alıba döülen parçaların hücrelerinde doğru atılaşma zamanının

32 1 bulunabilmesi için en önemli soğutma fatörü olan nemli umun ısıl davranışını çözümleyere daha rasyonel modellemeler vasıtasıyla döüm hatalarının azaltılmasına atıda bulunmatır. Döümcülüte en sı rastlanan hatalar maddeler halinde şu şeilde sıralanabilir [5]; 1) Kalıbın doldurulması sırasında ortaya çıan şeil hataları ) Kalıntı (inclusion) ve umdan aynalanan hatalar 3) Gaz apma 4) Gaz boşlıları [6, 7] 5) Büzülme hataları 6) Yetersiz besleyiciden aynalanan çeme hataları 7) Yeterince sıca olmayan metalin ince esitli ısımlarda atılaşması 8) Katılaşma ve soğuma sürecinde ortaya çıan iç gerilmeler 9) Boyutsal hatalar 1) Homojen olmayan ompozisyon dağılımına bağlı hatalar 11) Farlı notalarda farlı sertli değerleri Bunlardan alıp malzemesinin ısıl özellileri, dolayısıyla atılaşma zamanı ve meanizmalarıyla doğrudan ilgili olanlar 5, 8, 1 ve 11. maddelerdei hatalardır Büzülme hataları Sıvı haldei metalin soğuma ve atılaşma büzülmesinin yeterince arşılanamamasından, alıp malzemesinin ısıl iletenliğiyle doğrudan alaalı olara ortaya çıan döüm hatalarıdır. Genellile uygun olmayan yollu ve besleyici sistemlerinden aynalanırlar. Hatanın ortaya çımasının temelindei 3 önemli unsurdan iisi ısıl sebeplerdir bunlar; i) Dizayn hatası ii) Soğuma şartları iii) Alaşımın atılaşma meanizmaları

33 11 olara sayılabilir. Farlı tiplerdei iç çeme boşluları ve yüzey çömeleri Şeil 3.1 de şemati olara gösterilmiştir [5]. Metallerdei yüse büzülme atsayısı sebebiyle oluşan iç çeme boşluları genellileri yüzeyin ve besleyicilerin hızlı atılaşmasından sonra ısıl büzülmenin devam etmesi sebebiyle ortaya çıar. İri parçalarda daha fazla rastlanır. Metallerin çoğu atılaşıren büzülürler. Büzülme oranı % 3 den % 8 e adar değişebilir. Çizelge 3.1 de bazı metallere ait büzülme oranları verilmetedir [8]. Bu mitarlardai atılaşma ve atılaşma sonrası ortaya çıan yüse büzülme oranı iç boşluların oluşmasına sebep olmatadır. Yollu ve besleyicilerin ana metalden daha sonra atılaşara beslenme görevini sürdürebilmesi için bu ısımların izolasyonu veya farlı metotlarla ısıtılması ile bu hatadan büyü ölçüde urtulma mümün olmatadır. Şeil 3.1. Büzülme hataları a) Dolum ağzı çömesi, b) İç boşlular c) Küçü bağlantısız boşlular, d) Yüzey çömesi e) Yarılar

34 1 Çizelge 3.1. Bazı metallere ait büzülme değerleri (% V/V) Demir Baır Alüminyum 3,55 5, 7,59 Katılaşmadan sonra ise tüm metali malzemelerde olan ısıl genleşme ve büzülme atsayısına bağlı olara atılaşma sonrasındai soğumayla devam eden büzülmeyle ortaya çıan hatalardır i genellile ılcal veya derin çatlalar olara yüzey ve yüzey altında görülürler. Yine yüzeydei büzülmeden aynalanan pullanma şelinde avlamalar şelinde de arşılaşılabilir. Pullanma meanizması ısaca şu şeilde çalışır; dış abu alıba ısısını verere hızla atılaşan il bölgedir. Meydana gelen ısıl büzülme, iç ısımlar henüz sıvı veya ço yumuşa olduları için engellenemez. Bir müddet sonra atılaşan ve büzülmeye çalışan yüzey altı bölgeler, daha önce atılaşmış ve sertleşmiş olan yüzeyin direnci ile arşılaşırlar. Bunun neticesinde yüzeyle yüzeyin hemen altındai bölgede ayma gerilmeleri ortaya çıar. Soğuma yeterince şiddetli olursa pullanma ile tabir edilen döüm hataları ortaya çıar. Kalıp açıldığında yüzeyden rahatlıla avlayabilen parçalar olabilir. Çizelge 3. de bazı metallere ait ısıl genleşme atsayıları verilmiştir [8]. Isıl büzülmenin ortaya çıardığı diğer bir hata da esin öşelerde çatlamalar olara arşımıza çımatadır. Ana gövdeden esin öşelerle çıan parçalar, ana gövdenin büzülmesi ve um alıbın da ona muavemet etmesi ile bağlantı yerlerinden ayrılabilir. Kum alıbın belli bir muavemetten fazla olaca şeilde aşırı sıı dövülmesi bu hatayı artıran fatörlerden birisidir.

35 13 Çizelge 3.. Bazı metallere ait ısıl genleşme atsayıları ( x1-6 / C ) Metal Isıl Genleşme Katsayısı Alüminyum 3 Demir 13, Baır 16,8 Çino 6,3 Erzi, hazırladığı yüse lisans tezinde atılaşma sonrası meydana gelen gerilme ve yer değiştirmelerin belirlenmesiyle ilgili olara ANSYS 6.1 yazılımını ullanara metal alıba döülen alüminyum alaşımlı bir uça parçası üzerinde meydana gelen deformasyonları gösterir bir çalışma yapmıştır [9] İç gerilmeler Katılaşma sırasında ince esitli ısımlar, içlerinde tutuları ısı enerjisini daha ısa sürede dışarı verere atılaşırlar. Henüz sıvı olan ısımlardan ve besleyicilerden endilerine doğru rahatlıla beslenirler. Bir müddet sonra atılaşan iri esitler, endilerine bağlı bulunan ince esitli ısımları endilerine çemeye çalıştılarında atılaşmış ve sertleşmiş olan ince esitli ısımların direnciyle arşılaşırlar. Parça üzerinde oluşan bu iç çeme uvvetleri gerilim olara isimlendirilir. Çalışma sırasında adeta ön yülemeye tabi tutulmuş gibi olan parça, az bir uvvetle opar ya da çatlar. İç gerilmeler ister atılaşma sırasında ister atılaşmadan sonra yapılan ayna, sertleştirme veya meani şeillendirmeden aynalansın mutlaa giderilmelidir. Bilinen en etili çözüm yolu da ısıl işlemdir. Gerilimin aynağı farlı esit alınlılarına sahip ısımların farlı soğuma hızlarından aynalandığı için çözümü de tüm parçadai her notanın aynı hızla ısınıp aynı hızla soğumasının sağlanmasıdır.

36 Homojen olmayan ompozisyon dağılımına bağlı hatalar Katılaşma meanizmalarıyla ilgili olara ortaya çıan diğer bir hata şeli de miro ve maro alıntılardır. Bilindiği gibi atılaşan ısımlarım imyasal ompozisyonları alan sıvıdan farlıdır. Alaşım elemanlarından veya safsızlılardan aynalanan iincil elementlerden dolayı alınan herhangi bir notadai faz çevresine göre alaşım gradyantı gösterebildiği gibi farlı bir faz yoğunlaşması da olabilir [3]. Miro ve maro düzeydei tüm ompozisyon farlılıları atılaşma sırasında dışarı atılan iincil elementlerin ısa mesafede almaları veya nisbeten uza notalara taşınara yığılmalarından aynalanmatadır. Neticede bazı bölgelerde aşırı yüse olan bir element tabiatıyla diğer notalardai onsantrasyonunun aşırı düşü olmasını netice verere tüm meani özellilerde ontrolsüz bir durum ortaya çıarmatadır. Ogilvy ve Kirwood alaşımlarda dallantılar arasındai miro alıntıları matemati modellemeyle görmeye yarayan bir çalışma yapmışlardır [31]. Yüse üürt oranına sahip çeli döümlerde tane sınırlarında yerleşere sıca yarılmalara (hot tears) sebep olan FeS de tipi örnelerden biridir. Özellile döüm metallerde ana yapı ile ristaller arası ompozisyon farlılıları çeme, çarpma ve yorulma muavemetlerini ço etilemetedir [3]. İincil faz yoğunlaşması parçadan parçaya far edece adar fazla da olabilir bu durum ciddi bir alite ontrol problemini beraberinde getirir. Katılaşma sırasında taneciler arası ve dendritler arası yığılma ile tipi halalı yapı (coring) ortaya çıar [33]. Diğer bir arşılaşılan durum ise önce atılaşan bazı fazların yerçeimi etisiyle tabanda yığılmaları şelinde ortaya çımatadır. Önce atılaşan metali olmayan bazı fazlar dipte veya üst ısımlarda toplanabilmetedir. İri parçalarda üste doğru çımaya başlayan metal dışı fazlar, atılaşmayla

37 15 birlite iç ısımlarda asıda alara meani özellilerde ötüleşmeye sebep olabilmetedir. Tipi örnelerden biri de büyü ütülerde görülen merezi hatta yığılmalardır (centerline segregation). Bahsi geçen hataları gidermenin bilinen en etili yolu homojenleştirme işlemidir. İşlemin esası, parçanın tümüyle ısıtılara o sıcalıta bir süre tutulması ve onsantrasyon farlılılarının difüzyon yoluyla yavaşça giderilmesine dayanmatadır. Gereli süre, yüse değere sahip bir notadai onsantrasyonun düşmesini istediğimiz değere sahip notaya olan uzalığın aresi ile orantılıdır. Miroyapının aba veya ince olması beleme süresini tayin edici fatördür. Dendritler arası mesafesi 1 mm olan bir yapıdai beleme süresi,,1 mm olan bir yapıya göre 1 misli fazladır. Döülen parça irileştiçe ve atılaşma süresi uzadıça daha sonra yapılaca olan homojenleştirme işleminin süresi uzamatadır. Yüse tav sıcalığıyla difüzyon hızı eponansiyel olara artmala beraber malzemeye uygulanabilece masimum sıcalı derecesi de beleme süresini belirleyen önemli fatörlerden birisidir. Sıcalı ve difüzyon hızı arasındai ilişi 3.1 no lu eşitlile ifade edilmetedir [5]. D D Q RT e = (3.1) olara bilinmetedir. Burada; D : Sistemin difüzyon sabitesi T : Sıcalı (K) Farlı notalarda farlı sertli değerleri Bu durum da yine farlı esit alınlılarının farlı soğuma hızlarından aynalanmatadır. Katılaşma sırasında nispi olara daha hızlı atılaşan ısımlar daha yavaş atılaşan ısımlara göre daha sert olurlar.

38 16 Görüldüğü gibi döüm hatalarının önemli bir ısmı atılaşma meanizmalarına bağlıdır. Döüm değişenlerini inceleme ve bunların nihai ürüne etilerini belirlemenin en olay yolu bilgisayar modellemeleri ile sanal ortamda yapılan döümde oluşabilece hataların önceden görülere hatanın en aza indirilmesidir. Katılaşmanın bilgisayar modellemesi döümcülüte en popüler ve en ilgi çeen onulardan biridir. Ticari neticesinin daha hızlı azanılması sebebiyle üzerinde yapılan çalışmalar da olduça yoğun ilgi görmete ve tenoloji gelişme seyri daha ivmeli olmatadır. Bilgisayar ve yazılım setöründei hızlı gelişme, gerçeğe yaın modellemelerin yapılabilmesi için malzemelere ait özellilerin daha hassas olara bilinmesi ihtiyacını da beraberinde getirere yeni bir araştırma sahasını açmıştır. Esiden abaca bilinmesi afi olan pe ço atsayı ve değerin artı ço daha hassas olara tüm değişenleriyle bilinmesi geremetedir asi halde modelleme ve gerçe döüm arasındai uyum tam olmayacatır. Bu durumda yapmış olduğumuz çalışmanın gereliliği ve özgünlüğü daha iyi ortaya çımatadır. Döümcülüle ilgili bilgiler arttıça hatasız bir döüm için olması gereen şartlar da netli azanmatadır. Daha önceleri bilinen olmazsa olmaz sayılan 3-4 ural yerine bugün hemen tüm metaller için söylenebilece 1 ural vardır. Tenoloji ilerlemeyle beraber yeni urallar elenmesi de mümündür. Bu urallar döüm endüstrisinde üretim hızını artırmaya, hurda oranını azaltmaya ve il döümde hatasız parçayı elde etmeyi olaylaştırıcı urallar olara abul edilebilir. Kurallara uygun hareetle döüm endüstrisi maliyeti fazla yüseltmeden standart ve aliteyi yüseltmeyi başarabilecetir. Kurallar ısaca aşağıda maddeler halinde belirtilmiştir [34]. 1) Kaliteli sıvı metal ) Sıvı metalin uygun ilerleme hızı 3) Sıvı metal ilerlemesinin durmaması 4) Gaz apmanın önlenmesi 5) Maça gazlarına mani olunması

39 17 6) Büzülme hatalarının önlenmesi 7) Orta irilitei parçalarda onvesiyon hatalarına mani olunması 8) Kalıntıların önlenmesi 9) Kalıcı iç gerilimlerin en az seviyeye indirilmesi 1) Referans notaları işaretlenere ölçüm olaylığı ve hassasiyetinin sağlanması Bahsi geçen 1 ural hatasız bir döüm için gereli faat yeterli olmayan urallardır. Tenoloji ilerlemeye bağlı olara yeni uralların elenmesi söz onusu olabilecetir. 3.. Kalıplama ve Kalıp Malzemeleri İyi bir döüm anca iyi bir alıptan elde edilebilir. Kalıbın bu ehemmiyetinden dolayıdır i döüm metotları alıp metotlarına göre anılmatadır. En fazla ullanılan ve bilinen alıplama malzemesi um alıptır. Bunun sebebi endüstride en fazla tonajı demir-çeli endüstrisinin ullanması ve bu setörün de hassas döüm gibi özel bazı döüm metotları hariç tutulaca olursa neredeyse tamamen um alıp ullanmasıdır. Tezimizin onusu da özellile yaş um alıp olması sebebiyle genel adıyla um olan ve bir Si-O bileşiği olan uartz ayrıntılı olara bu ısımda bahsedilecetir Silion Atom ağırlığı 8 g/mol, yoğunluğu.33 g/cm 3, erime sıcalığı 1414 C dir. Kainatta en fazla bulunan elementlerden biridir. Dünyada ise osijenden sonra en fazla bulunan elementtir. Olduça geniş sayılabilece endüstriyel uygulama alanına sahiptir. Eletronite yarı ileten ve miroçip yapımında, inşaatta silion adı altında ullanılan pe ço yalıtan, macun ve boyada, cam, çimento ve serami sanayiinde, esteti cerrahide ullanıldığı gibi bitilerin metabolizmalarında da önemli fonsiyonlara sahiptir. Kimya endüstrisinde ullanılan silisi asit de bir cins siliadır. Eletroni

40 18 endüstrisinde ullanılması sebebiyle üzerinde en fazla araştırma yapılan elementlerden birisidir. İl olara Antoine Lavaisier tarafından tanımlanmış ve 1811 senesinde Gay Lussac ve Thenard tarafından SiF 4 ün metali potasyumla indirgenmesiyle safa yaın olara elde edilmiştir. 183 de Berzelius ve 1856 da Wöhler Alüminatermal metodla K SiF 6 dan silionu izole edere daha iyi neticeler elde etmişlerdir. Teni olara günümüzde saf silion, silia umundan demirin de bulunduğu bir ortamda arbonla indirgenmesiyle eletri fırınlarında elde edilmetedir. Demir burada % 3-5 oranında safsızlığa sebep olmatadır. Daha saf silion ise silia umunun mağnezyumla indirgenmesiyle elde edilir. Gittiçe artan silion talebine rağmen hala az sayıda üle tarafından saf silion üretilebilmetedir [35] Osijen Periyodi tablonun. satır, 6A grubunda yer almatadır. Atom numarası 8 olup O harfi ile sembolize edilmetedir. Latince de asit manasına gelen Oxy elimesinden türetilmiştir. Normal şartlarda atomlu moleül halinde bulunur. Dünyadai elementlerin pe çoğunun ositler halinde olması, pe ço moleülde yer alması ve atmosferin de yalaşı % 1 inin osijen olamsı sebebiyle dünyada en fazla bulunan elementtir. İl olara 1777 de Antoine Lavaisier tarafından tanımlanmıştır. Yoğunluğu 1.49 g/l, erime sıcalığı C ve atom ağırlığı 16 g/mol dür. Son yörüngesinde olması gereen 8 yerine 6 eletronu olduğu için diğer elementlerle ovalent veye iyoni bağ yapara moleüller oluşturur. Su, silia ve demir osit en yaygın ositlerdir.

41 Silia Silion-Osijen bağlanmasıyla ortaya çıan moleülün genel adı siliadır. Silion ve osijen ihtiva eden moleül sayısı ço fazladır. Genel formülü R 3 SiOX olan ve siloxan olara isimlendirilen moleülde X yerine hidrojen, osijen, üürt, lor, nitrojen, fosfor, arseni, boron, alüminyum, arbon, silion, titanyum, vanadyum, rom veye osijenle birleşebilece herhangi bir element olabilir [35]. İlgi alanımıza girmediği için sadece döüm umu olara ullanılan saf uartz (silia) üzerinde durulacatır. Kuartzın genel formülü ise SiO dir. Saf silia umu, ayaların yapısında bulunan ana mineral olan uartz ristalidir ve döümcülüte ullanılan um da bu saf SiO umudur. Rüzgar ve suyun etisiyle belli yerlerde toplanırlar. Nehir yataları, oyanus dipleri veya vadi diplerinde urumuş nehir yatalarında toprala örtülü olara bulunabilirler. Kompozisyonları, yoğunluları, tane iriliği dağılımları bulunduları bölgelerin ve öğütüldüleri ayaların yapısı ve öğütülme şeli ile alaalı olara değişir [36]. Saf silia tabii olara oluşan 5 farlı faza sahiptir. Bunlar uartz, tridimit, ristobalit, oezit ve nisbeten en az bulunan stishovit. Şeil 3. de bulunan siliaya ait Sıcalı basınç faz diyagramında silianın farlı polimorfları görülmetedir [37]. Çeşitli silia yapıları arasındai far, Si-O bağlarının geometri dizilişinden aynalanır. Bu fazlar içinde tabiatta en fazla rastlananı ve döümcülüte de ullanılanı uartz tır. Dünyanın hacim olara % 1 sini aplamatadır. Saf haldeyen şeffaftır.çindei safsızlıların cins ve mitarına göre farlı renlerde olabilir. Kuartz, saf SiO dir. Eletron yüü olara tam dengededir. Dışarıdan (+) veya ( ) yülü iyona ihtiyacı yotur. Her bir tetrahedrondai osijen çevredei diğer tetrahedronlar tarafından da paylaşıldığı için ço

42 uvvetli bir 3 boyutlu silion-osijen bağı oluşmatadır. Feldspar da tetrahedron yapı orunmala beraber her bir ristaldei 4 siliondan bir veya iisi Al +3 iyonu ile yer değiştirmetedir. Meydana gelen eletron dengesizliği K +, Na + ve Ca + iyonlarının varlığı ile giderilmetedir [38]. Şeil 3.. SiO nin sıcalı-basınç faz diyagramı Koezit ve stishovit meteor çarpması gibi ço yüse basınçlarda ortaya çımata, tridimit ve ristobalite ise bazı volani ayalarda rastlanmatadır. Diyagramda görüldüğü üzere uartz formda bulunur bunlar α uartz ve β uartz tır. Stishovit hariç diğer tüm SiO ristalleri tetrahedral yapıya sahiptirler. Her bir Si atomu 4 osijen tarafından bağlanmıştır. Şeil 3.3 de silia ristali görülmetedir. Oda sıcalığında silianın ısı apasitesi 44,61 J/K.mol dür. Çizelge 3.3 de silia polimorflarının dönüşüm enerjileri verilmiştir [37].

43 1 Şeil 3.3. Silia ristali Çizelge 3.3. Kararlı silia polimorflarının dönüşüm enerjileri Dönüşüm T (K) H (J/mol) α Kuartz β Kuartz 847,65±, α Kristobalit β Kristobalit 55 1,3±,3 β Kuartz Sıvı 17 9,39±1 β Kristobalit Sıvı ,9±1 β Kuartz β Kristobalit 118,15±1 α Kuartz Koezit,93±,9 Koezit Stishovit 48,95±1,67 Şeil 3.4 de Si-O faz diyagramı görülmetedir [39]. Kimyasal formüllerinin birbirine ço benzemesine rağmen fizisel özellileri ço farlılı gösterir. Bilinen silionun büyü ısmı atom ağırlığı 8 olan siliondan oluşmala beraber 9 Si ve 3 Si sembolleriyle gösterilen daha ağır silion atomları vardır. Aynı zamanda atom numarası 16 olan osijenin de 17 O ve 18 O sembolleriyle gösterilen daha ağır formları mevcuttur.

44 Şeil 3.4. Si-O faz diyagramı Bu atomların ombinasyonuyla 9 farlı silia moleülü ortaya çımatadır. Bunların ombinasyon ve Si-O oranları Çizelge 3.4 dedir [39]. Bu izotoplarından başa tetrahedron yapıdai 4 silion atomunda 1, veya üçü başa iyonlarla yer değiştirere ço farlı fizisel özellilere sahip silialar ortaya çıarırlar. Kuartz (SiO ) ve Olivin (FeMg SiO 4 ) benzer formül ve ristal yapıda olmalarına rağmen fizisel özellileri ço farlılı gösterir. Bu farlılıların temelinde Si atomunun osijenle yaptığı bağın ço ararlı ve aynı ço esneli de gösteren bir yapıda olmasından aynalanmatadır. Silion ve osijenin yaptıları bağ ısmen ovalent, ısmen de iyonitir ve ço sağlamdır. Yüzlerce farlı silia olmasına rağmen en yaygın olara 5 civarında silia bilinmetedir. Dünyanın % 95 i farlı siliatlardan oluşmatadır.

45 3 Çizelge 3.4. Douz çeşit silia ompozisyonu Formülü % Si % O 8 Si 16 O 46,667 53,333 9 Si 16 O 47,541 5,459 3 Si 16 O 48,387 51,613 8 Si 17 O 45,16 54,838 9 Si 17 O 46,3 53,968 3 Si 17 O 46,875 53,15 8 Si 18 O 43,75 56,5 9 Si 18 O 44,616 55,384 3 Si 18 O 45,455 54, Kalıplama Çeşitleri Kalıplama, uma döüm ve diğerleri olma üzere ana başlı altında toplanır Kum alıp Uygun bağlayıcılarla arıştırıldıtan sonra bir model etrafına sııca doldurulan um, model çıarıldıtan sonra içine döülen sıvı metali muhafaza eder ve atılaşma sonunda modelin bir opyesi elde edilir. Katılaşmış metal yüzeyinden uzalaştırıldığında istediğimiz şele sahip metali elde etmiş oluruz [4]. TSE 546 No lu standardına göre bağlayıcı; um tanelerini bir arada tutara, döüm alıbının şeillenmesini sağlayan il, reçine ve benzeri organi veya inorgani maddelerdir [41]. Kum alıplarda ullanılan bağlayıcılar da temel olara ısımdır. Birincisi ve en yaygın olanı il diğeri ise imyasal bağlayıcılardır. Bu tezde sadece il bağlayıcı ullanılara testler yapılmıştır ve imyasal bağlayıcılardan bahsedilmeyecetir.

46 4 Kum Ana maddesi Kuartz minerali olan ve ayaların tabii veya suni olara parçalanması sonucu elde edilen taneli malzemenin genel adıdır. Kalıp umu olara ullanılan umlar ısımdır; Doğal alıp umları Doğal alıp umları tabiatta ille arışı bulunan ve bulunduğu şeilde alıp umu olara ullanılabilen, tabii bağlayıcı ihtiva eden umlardır [41]. İçlerinde % ye adar varan oranlarda il bulunabilir. Doğal alıp umları sular tarafından taşınıp belli yerlerde ümelenmiş umlardır. Deniz tabanında yer abuğunun hareetleri ile büyü basınç altında ezilere ufalanan daha sonra da denizin çeilmesi veya deniz tabanının yüselmesi ile büyü atmanlar halinde depolanmış um yatalarıdır. Bir ısım umlar da ilim oşulları ile aşınan ayalardan opan tanecilerin rüzgarla sürülenere geniş düzlülerde toplanmasıyla ortaya çıarlar. genellile açı maden işletmesiyle ticari olara çıarılan umlar eleme işlemlerinden geçirilere piyasaya sunulur. Bu umların doğrudan ullanılabilirllileri büyü ölçüde içerdileri silia harici maddelerin cins ve mitarları ve döülece metale göre değerlendirilir. % 5 ten fazla il ihtiva eden umla reçineli bağlayıcı ullanara maça yapılması uygun olmadığı gibi içinde düşü erime sıcalığına sahip olan felspar ve mia bulunduran umla demir ve çeli döümü yapılması da uygun değildir. Doğal alıp umları genellile düşü erime sıcalığına sahip metallerin döümünde ullanılır. Çizelge 3.5 de tipi bir um analizi görülmetedir [5]. Türiye genelinde büyü ısmı İstanbul Şile de olma üzere 1.3 milyar ton uartz umu rezervi olduğu tahmin edilmetedir. İstanbul ili, Şile yöresindei döüm umu rezervleri görünür 55.., muhtemel 3.. olma üzere toplam 78.. ton dur [4].

47 5 Çizelge 3.5. Tipi bir alıp umu analiz raporu Madde Mitar SiO 97,91 Al O 3 1,13 Fe O 3,5 MgO, K O,65 Na O,7 TiO,4 Türiye'nin Döüm Kumu Tüetimi 3-3. ton/yıl dır. Bu tüetimin setörlere göre dağılımı ise şöyledir; a) Demir ve Çeli Döüm Sanayi : 3. Ton/yıl b) Diğer Sanayi Kuruluşları :. Ton/yıl (Raspa Kumu, Filitre Kumu vs.) Şile dei entegre Döüm Kumu Hazırlama Tesislerinden elde edilen döüm umlarının fizisel, imyasal ve tenoloji özellileri Çizelge 3.6 da verilmiştir. İstanbul ili, Şile yöresinde büyü bir yatalanma gösteren döüm umlarının gere jeoloji yapıları ve gerese işletme tesislerinde uygulanan ileri tenoloji nedeniyle Demir ve Çeli Döüm Sanayii Kuruluşlarının taleblerine uygun ürün niteliğinde üretimi sağlanmatadır [4]. Senteti alıp umları Senteti alıp umları doğal bağlayıcı ihtiva etmezler. Kumların yıanıp illerden arıtılması veya graniti ayaların öğütülmesiyle elde edilirler. Kalıp umu olara ullanılabilmeleri için bağlayıcı ve diğer maddelerin ilavesi ile özellilerinin ayarlanması gerelidir [43]. Ağırlıça içinde % 97 SiO bulunmalıdır[41]. Sinterleşme sıcalığı 15 C, rengi beyaza yaındır ve olayca aar. Yüse erime sıcalığına sahip demir ve çeli alaşımlarında ve bazı özel alaşımların döümünde senteti alıp umları ullanılır. Ziron,

48 6 Çizelge 3.6. Şile döüm umunun özellileri Madde % Mitar SiO Al O 3,5-1, Fe O 3,18-,4 MgO,15-,3 K O,3-,8 Na O,-,9 TiO,1-,4 olivin veya romit ihtiva eden alıp umları özel alaşımlarda ullanılar. Örneğin, osteniti manganlı çeli döümünde mangan osit curufu ile reasiyona girmeyen olivinli um ullanılır [5]. Döümcülüte ullanılaca umların farlı iste ve ihtiyaçlar için doğru seçimlerinin yapılabilmesi amacıyla bu onuda dünyada öncü uruluş olan American Foundrymen s Society (ASM) tarafından 115 den fazla standart prosedür geliştirilmiştir. Kalıp umuyla ilgili bazı prosedür numaraları ve isimleri Çizelge 3.7 de listelenmiştir [36]. Kum alıba yapılan 5 farlı döüm metodu vardır [38] i) Yaş Kum Kalıp ii) Yüzeyi Kurutulmuş Kalıp iii) Kuru Kum Kalıp iv) Kuru Kum Maça Kalıp v) Diğer Kum Kalıp Metodları Yaş um alıp En yaygın olara ullanılan um alıplama metodudur. Temel olara uartz umu, bağlayıcı olara il, ili ative etme için sudan oluşmala beraber yüzey alitesini artırma, esneli veya muavemet azandırma gibi sebeplerle farlı ilave maddeler de arıştırılabilir. % 75-9 um, % 3-15 il, il

49 7 Çizelge 3.7. ASM um test prosedürleri ve numaraları Prosedür No Konu Başlığı S Yığından Numune Alma S Tam Ele Analizi S AFS Tane İriliği Hesabı S Taneci Şeli Sınıflanması S Yüzey Alanı Hesaplanması S AFS Kil Tayini İşlemi S 5 Miron Kil Yıama Testi S Bağlayıcısız Kumun Yoğunlu Tayini S Kumda Kutubet Tayini Kum Kalıp Çeşitleri ve diğer bağlayıcıların mitarına bağlı olara yeterli mitarda su ilavesiyle elde edilir. Döülece metal ağırlığı 1 g dan 1- tona adar değişebilir. Yaş um alıp ullanılmasının ço uvvetli eonomi sebepleri vardır. Yaş um alıplama elle veya otomati mainalarla yapılabilir. Avantajları şu şeilde sıralanabilir; i) En ucuz alıplama metodudur. ii) Fırınlama yapılmadığı için şeil bozuluğu en azdır. iii) Dereceler terar ullanıma en ısa sürede döner. iv) Derecelerin apatma yüzeyleri boyunca boyutsal hassasiyet iyidir. v) Diğer tip alıplara nazaran sıca yırtılmalar daha azdır. vi) Kil bağlayıcıdai su aybı fazla olmadığı için umun terar azanımı olay ve hızlıdır. vii) Basma muavemeti düşütür Katılaşan metalin büzülmesine arşı fazla direnç göstermez. Bu da sıca yırtılma risini azaltır. Dezavantajları da şunlardır; i) Kuru um alıba nazaran umun ontrolü daha zordur. ii) Büyü ebatlı döümlerde aşınma fazladır. iii) Ebat büyüdüçe yüzey alitesi daha öyüleşir. iv) Döüm ağırlığı arttıça boyut hassasiyeti azalmatadır [5].

50 8 Yüzeyi urutulmuş alıp Genellile derecesiz olara zeminde yapılan büyü ebatlı döümlerde ullanılır. Kuru ilimli bölgelerde yapılan yaş alıp yüzeyinden döüme adar olan beleme süresi uzadıça önemli mitarda nem aybı olur. Kalıbı bir müddet beletere bu uruma sağlanabildiği gibi şalama ullanara da urutma sağlanabilir. Kuru yüzey alınlığı 1,5 mm den fazla olmalıdır. Daha az uru derinliler yaş alıp sınıfında sayılır. Kuru um alıp Fırında urutulmuş ve uru um tabaa alınlığı 1,5 mm den fazla olan alıplardır.kalıplar C arasında bir sıcalıta, ullanılan bağlayıcı cinsi ve döülece metalin büyülüğüne bağlı olara 8-48 saat fırınlanır. Kuru alıp metodu genellile orta ve büyü ebatlı döümlerde ullanılır. Avantajları şu şeilde sıralanabilir; i) Yaş alıba göre daha sağlamdır. Taşımalara arşı daha dayanılıdır. ii) Toplam boyut hassasiyeti daha iyidir. iii) Yüzey alitesi daha iyidir. iv) Ağır parçaların döümünde uzun süren doldurma işleminde alıp erozyonu azdır. v) Ağır parçaların meydana getirdiği metalostati basınç sebebiyle alıpta oluşabilece ezilmelere dayanılıdır. vi) Buharlaşmanın sebep olabileceği aşırı gaz çıışı problemi azdır. vii) İnce esitlerde metal ilerlemesi daha olaydır. Dezavantajları ise; i) Döüm parçanın sıca yırtılmaya arşı hassasiyeti daha fazladır. ii) Fırınlama sırasında alıpta çarpılmalar olabilir. iii) İşlem yavaş olduğu için döümhanede daha fazla derece gereir. iv) İşlem hızı yavaştır.

51 9 Kuru um maça alıp Derecenin ço büyü olup urutma fırınına sığmadığı veya urutmanın ço pahalı olduğu durumlarda alıp, parçalar halinde yapılır. Kalıp umu olara maça umu arışımı hazırlanır ve 18-3 C arasında arışım formülü ve büyülüğe bağlı olara 4-4 saat süre ile fırınlanır. Avantajları şunlardır; i) Ço iyi boyut hassasiyeti elde edilir. ii) Ço büyü alıplama ve urutma imanı olmayan döümhaneler için uygunlu sağlar. Te dezavantajı ise parçaların yapım ve yerleştirilmesinde aşırı diat geretirmesidir Diğer um alıp metotları Bu metodların tümü farlı uru um alıp çeşitleri olara sayılabilir. Bağlayıcı olara furan, bazı özel yağlar, arbondiosit-siliat, çimento vs. olabilir. Su mitarı genellile % 1 den azdır. Avantajları şunlardır; i) Kum ço aıcıdır. ii) Sıradan alıplama metodlarına gore muavemet yüsetir. Bu da daha hafif ve taşımalara arşı daha dayanılı alıp yapımına iman sağlar. iii) Derece ullanmadan da alıp yapılabilir. iv) İmalat hızı yüsetir. v) Dar tolerans aralığında çalışma imanı sağlar. En önemli dezavantajı ise hazırlanan umun hemen ullanılması gereliliğidir [4].

52 3 Kuru um Karışım aynı olmala beraber ilave edilen suyun ısıtılara uçurulmasından sonra alan daha sert ve daha muavemetli alıp malzemesidir. Ağır parçaların döümünde metalin hidrostati basıncı sebebiyle alıbı ezere parçanın bozu çımasını engelleme için ullanılır. Maça umu Parça içinde boşlu olması gereen yerlere onulan umdan yapılmış parçalardır faat metalin aldırma gücü sebebiyle bağlantı ısımlarından opmaması için özel bağlayıcılar ilavesiyle güçlendirilmiş ve urutulmuştur. CO metodu Bağlayıcı olara ullanılan sodyum siliatı atif hale getirme için alıp umu içine CO üflenere sertleştirilmiş alıp malzemesidir. Kullanılan sodyum siliat mitarı %-6 arasındadır. Hassas Döüm Özellile üçü parçaların imalatında ullanılan serami bazlı olara üretilen bir alıp malzemesidir. Özel alaşımlar için de ideal bir yöntemdir. Serami Kalıp Büyü hacimli faat özel alaşımlı ve hassas parçaların döümünde ullanılır. Plaster Kalıp Genellile Al, Cu ve alaşımlarının döümcülüğünde ullanılır. Kum, gipsum bağalayıcı ve su arışımıdır. Isıtılara suyun uçmasıyla sağlam bir alıp elde

53 31 edilmetedir [5] Kum Testleri Bir döümhanedei iş alitesinin süreliliğini sağlayabilme için alıp yapımında ullanılan malzemelerin de standart özellilerinin orunabilmesi gerelidir. Döümhane şartlarında sistemati olara alınan numune ve yapılaca testlerle belli özellilerin taibi yapılmalıdır. Özellile A.F.S. tarafından geliştirilmiş ve tüm dünyada standart testler olara abul görmüş testlerin yanısıra farlı omitelerce veya özel firmalarca geliştirilmiş test usulleri de mevcuttur. Bu testlerin bazıları umun imyasal veya fizisel özellilerini ölçmeye yöneli olmala birlite asıl testler um yığınının özellilerini ölçmeye aittir. Karıştırma ve numune hazırlamadai üçü farlılıların bile netice üzerine etisi göz önüne alınara testlerin her safhasında standartlara ço sıı riayet edilmelidir. Üretim hattından alınaca numunelerde bile oluşabilece hatayı minimize etme için sistemati numune alma ve salama tenileri ullanılmalıdır [5]. Bir um hazırlama hattında hergün en az 7 çeşit test yapılmalıdır. Bu testler; 1. Sııştırılabilirli. Nem Oranı 3. Numune Ağırlığı 4. Gaz Geçirgenliği 5. Yaş Basma Muavemeti 6. Yaş Dağılma Muavemeti 7. Toplam Kil Tayini

54 Kum numune Dövülere sıılaştırılmış bir alıp umunun meani ve diğer özellileri, yığından alınıp sıılaştırılara hazırlanmış bir numune ile tayin edilmetedir. Pe ço testte 5,8 mm çapında, 5,8 mm yüselite silindiri um numuneler ullanılmatadır. Resim 3.1 de numune hazırlamada ullanılan sııştırma düzeneği görülmetedir (Gazi Ün. Döüm Eğitim A.D. Kum Test Lab.). Bu tezde de en yaygın standart olduğu için numunelerin hazırlanmasında bu düzene ullanılmıştır. Standardın presibi; 5,8 mm çapındai tüpe tartılara onulan um numunesi üzerine, 5,8 mm yüseliten 3 defa serbest düşürülen 6,356 g ağırlığındai çeicin meydana getirdiği sııştırma sonucu elde edilen numune yüseliği 5,8 mm olmalıdır şelinde açılanabilir. Kumun içerdiği il, su ve diğer bağlayıcılarla yoğunlu değişebildiği için biraç farlı ağırlıla yapılan deneme ile bu yüseli değeri yaalanabilir [36] Kalıp umunun tane şeli Döülen metalin yüzey alitesi, gaz geçirgenliği, gereli bağlayıcı ve su mitarı, ateşe dayanılılı ve genleşme özellileri um tanecilerinin şeline, irili ve dağılımınlarına bağlıdır [5]. Sıvı metal, yaş alıp yüzeyine temas ettiğinde ortaya çıan su buharı ve atı maddelerinden aynalanan diğer gazlar meydana gelir. Eğer alıp, bu gazların olayca açışına müsade edece adar gözeneli olmazsa alıp içinde artan gaz basıncı sebebiyle sıvı metal alıp dışına itilebilir veya gaz patlaması ile alıbı bozabilir. Bu sebeple iyi bir alıptan il belenen özelli, uygun gözeneliliğe sahip olmasıdır. Aynı tane iriliğine sahip olma aydıyla bir hacimde bulunan gaz boşluğu oranı, tanelerin iri veya üçü olmasından bağımsızdır faat gaz boşlularının üçü veya iri olması tanelerin iriliğine bağlıdır. Taneler inceldiçe boşlular inceleceği için gaz geçirgenliği de azalır.

55 33 Gözenelerin büyülüğü; tanelerin iriliğine, irili dağılımına, şeillerine ve tanecilerin alıptai yönlenmelerine bağlıdır [4]. A B C Resim 3.1. Kum test numunesi hazırlama düzeneği. a) Sııştırma çeici b)silindiri sıışma haznesi c) özel terazi İri taneler, ince tanelere göre daha yüse geçirgenliğe sahiptir.taneler ne adar yuvarla olursa geçirgenli o adar yüselir. Tane iriliğiyle beraber bu tanelerin dağılımı da önemlidir. Aynı tane iriliğine sahip tanelerden meydana gelen umun gaz geçirgenliği, farlı tane irilileri içeren umun gaz geçirgenliğinden daha iyidir. En yüse geçirgenli gösteren umlar.5 mm nin üzerinde elenmiş olup tane büyülüleri de yalaşı olara aynı olan üresel şele sahip olanlardır. En az gaz geçirgenliği olanlar ise öşeli ve acicular şele sahip umlardır. Aynı ağırlıtai ince tanelerin toplam yüzey alanı, alın tanecilerin toplam yüzey alanından yani yapışma yüzeyinden fazla olacağı için ince tanelerde muavemet fazla olur. Bununla beraber bağlayıcı il ihtiyacı ve buna bağlı olara daha fazla su ihtiyacı ortaya çıar. ASM de verilen örneğe göre

56 34 numune olara alınan 1 inç üp hacmindei mesh li 1 um tanelerinin yüzey alanı, aynı hacimdei 4 mesh li um tanelerinin yüzey alanları toplamından 6 defa daha fazladır. Geniş boyut dağılımı muavemeti artırdığı gibi öşeli taneler de yuvarla tanelere göre daha yüse muavemet verirler [34]. Diğer bir onu da sıca metalle temas eden umun genleşmesinden aynalanan durumdur. Sıca metal, umun genleşmesine sebep olur C arasında alfa uartz ristalleri beta uartza dönüşüren hacimlerinde hızlı bir artış meydana gelir. Ço sıı dövülmüş bir alıpta bu durum yüzeyden döüntülere veya eğilmelere sebep olabilir. Bu hatanın oluşmaması için alıp umunun ço sıı dövülmemesi, bir mitar ısıl genleşme payının bıraılması gerelidir. Bazı durumlarda daha pahalı olmasına rağmen sıl genleşmesi ço az olan ziron, olivin veya romit ullanılabileceği gibi ısıl genleşmesi ço az olması sebebiyle ço büyü uru alıp yapımında önceden alsinasyonu yapılmış il de ullanılabilir [38] Kalıp umunun iriliği ve ele analizi Daha önce bahsedildiği gibi alıbın gaz geçirgenliği, ısıl genleşmesi, yüse sıcalılara dayanılılıları ve meani muavemetleri büyü ölçüde um tanelerinin irili ve irili dağılımlarına bağlıdır. Bu sebeple farlı amaçlar için ullanılaca umun bu özelliğine diat edilmesi gereir. Ele analizi farlı standarda göre yapılabilir. A.F.S S prosedür numarası ile verilen standarda göre mesh sistemine göre numara verilmiş 11 1) Mesh:Elelerde ullanılan bir değerdir. 5,4X5,4 mm alanda bulunan deli sayısıdır. Buna göre mesh li ele deme; 645,16 mm li ele alanında deli var demetir

57 35 adet ele ve en altta tava vardır. Bu standat ayrıca ASTM E-11 olara da bilinmetedir [44]. TSE 546 da ise DIN normlarına uygun bir ele analiz standardı talit edilmiştir [41]. Uzun yılların tecrübeleriyle ortaya çıan ele analizleri değerlendirme ıstaslarıyla hangi tür döümde nasıl bir tane iriliği ve dağılımına sahip um ullanılması geretiği artı belli olmuştur. ASM de verilen bir çizelgede 13 farlı um tipi üzerinde hangi umun ne tür döüm için uygun olacağı belirtilmiştir. Bu çizelgede inç sistemi ullanan elelerle yapılan analizler üzerinden yorum ve değerlendirmeler yapılmıştır. Çizelge 3.8 de tipi alıp umları ve altında bunlara ait yorumlar verilmiştir [4]. Çizelge 3.8. Tipi alıp umlarına ait ele analizi Karışım Tava Kil No , No lu um arışımını 1-1 g a adar çeli döümlerde, No lu um arışımını orta büyülütei çeli döümlerde, 3 No lu um arışımını üçü çeli parçaların döümünde,,3,5 ve 7 No lu um arışımını 5-1 g a adar pi döümlerde, 4 veya 8 No lu um arışımını hafif demir döümlerde,

58 36 9, 1, 11 ve 13 No lu um arışımını alüminyum döümlerde, 8,1, ve 1 No lu um arışımını ise baır bazlı alaşımlarda ullanmanın iyi bir netice alma için uygun olacağı belirtilmetedir Kil Kalıp umlarında en yaygın olara ullanılan bağlayıcı eleman ildir. Temelde alüminyum siliat olmala beraber farlı volani ayaların parçalanması ile oluştuları için ço farlı ompozisyonlarda olabilirler. Saf il beyaz renlidir ve Kaolinit olara bilinir. Genel formülü mal O 3.nSiO.pH O olan alülumina siliattır ve imyasal formülü Al O 3.SiO.H O dur. İçlerinde bulunan farlı metal ositlerden dolayı renleri gri, ırmızı veya siyah olabildiği gibi içinde organi madde bulunan bir ısım iller ise meneşe renginde olabilir. Ülemizdei döüm umu yatalarında olduğu gibi toplam il rezervinin de yarısı Şile de bulunmatadır. Dünya da genellile yüzeyde ve yüzeye ço yaın ısımlarda bulunurlar. Bir ısım iller deniz ve göl diplerinde sedimentasyonla ümelenmiş olabilir. İlim şartları ile ayaların ufalanması sonucu olabildileri gibi mağmanın denize atığı yerlerde ani soğuma ile ufalanma sonucu da oluşabilirler. Böyle durumlarda ağır metaller de içerebilirler. Serami endüstrisinin de temel hammadesidir. Ülemizde hemen hemen yarısı İstanbul Şile de olma üzere Çanaale, Bileci, Çanır, Zongulda ve Gümüşhane de bulunan il yatlarında 354 milyon ton il rezervi tesbit edilmiştir [45]. Ünlü tarafından hazırlanan yüse lisans tezinde uzey ve batı Anadolu bentonitlerinin alıp umu özellilerine etisini olduça detaylı olara incelemiştir. Ünlü, tezinde iller haında verdiği genel bilgilerden sonra yaş alıp umunda muavemeti ortaya çıaran bağ meanizmalarını 13 numaralı referansa dayanara anlattıtan sonra yaptığı deneylerle uma ilave edilen

59 37 farlı illerin meani özellilere olan etilerini incelemiş ve grafiler halinde göstermiştir [46]. Kilin teni olara tanımında, çapı. mm yani mirondan daha üçü olan üresel ristalize alümina siliatlardır denilmetedir [47]. Uluslararası abul gören sınıflandırmaya göre ;.-. mm arası partiüller ince um,. - mm arası partiüller iri um.-. mm arası partiüller alüvyon,. mm den üçü partiüller ise il olara isimlendirilmetedir. Killer 3 ana özelliğe sahiptirler; i) Uygun mitarda su ile arıştırıldılarında şeillenebilme ve tutuculu özelliğine sahip olurlar. ii) Kurutulunca terar esi hallerine dönerler ve urutma sıcalığı C yi geçmemelidir. iii) Yüse sıcalılarda pişirilmeleri halinde su ile şeillendirilebilme özellilerini aybederler. Pişirme sıcalığı ilin cinsine bağlı olara değişir. Genellile 3 tip il Dünya da yaygındır; i) Montmorillenit veya bentonit. Bu da endi içinde sodium bentonit veya alsiyum bentonit olara iiye ayrılır. Kalsiyum bentonitlerle yapılan alıplarda sodium bentonitlere gore daha yüse yaş muavemet, daha düşü uru muavemet elde edilir. Çizelge 3.9 da bu illere ait imyasal analizler verilmiştir. ii) Kaolinit olara isimlendirilen il ise serami ili olara bilinir iii) İllit

60 38 Çizelge 3.9. Sodyum ve alsiyum bentonite ait imyasal analiz Kimyasal Kompozisyon (%) Bentonit Kalsiyum Sodyum Tipi Silia Alümina Osit Osit Sodyum Kalsiyum Tüm iller su ile arıştırıldılarında düşü su oranında endi aralarında ve yüse su oranında ise diğer cisimlere arşı yapışma özelliği azanırlar. AFS nin S No lu prosedüründe um içinde bulunan il ve mirondan daha üçü partiüllerin tayini için yapılaca standart işlemler anlatılmatadır [36]. Ço üçü ve özel ristal yapısı aynı zamanda ço farlı fizisel özelliler azanmasına da sebep olmuştur. Daha önce bahsedildiği gibi mirondan daha üçü çaplı minerallerdir faat il mineralleri plaa halindei yapıları sebebiyle aynı hacimdei diğer minerallerden ço daha geniş yüzey alanına sahiptirler. Bu haliyle il aynı anda hem fizisel hem de imyasal ativiteye sahip bir malzemedir. Su moleülleriyle ço farlı sayılarda birleşip çaplarını büyütere süspansiyon, çamur veya daha ıvamlı arışımlar meydana getirirler Kil ve Su Küçü il ristallerinin su moleülleri üzerinde özel bir etisi vardır. Kil yüzeyi, su moleüllerini zayıf bir eletri yüü ile çeer ve üzerleri biraç at zayıf bağlanmış su moleülleri ile aplanır. Küçü taneli ve geniş yüzeye sahip ristaller etrafındai su moleülleri alınlaştıca şeillenebilir bir çamur ıvamına doğru gidilir. Katmanlı yapısı sayesinde ço fazla su tutabilir. Kil minerallerinin su moleüllerini endi bünyelerindei atmanlar arasında tutma gibi farlı bir özellileri vardır. Şeilde bu meanizma şemati olara

61 39 gösterilmetedir. Bu meanizma aynı zamanda ilin su aldıça hacmindei artışı da izah etmetedir (Bz. Şeil 3.5) [48]. Kil üzerine su döüldüğünde, il suyu yaalar ve su moleüllerini endi partiülleri arasına yayar. Suyun nisbeten az olduğu durumda ve il tanecilerinin henüz suyla aplandığı anda yapışma ve şeillenebilme özelliği ortaya çımaya başlar. Bu zayıf tutma özelliği ile partiüller birbiri üzerinde aymaya başlar ve olayca şeillenebilir. Plaalar arası 1 A susuz açılı Plaalar arası 1,5 A az sulu açılı Plaalar arası 15, A daha sulu açılı Şeil 3.5. Kilin su emere genleşmesi 3.6. Kalıp Kumu Deneyleri Bir döümhanedei alıp umu 4 basamalı bir işlemde dolaşır. Bunlar; arışım hazırlama, alıplama, döüm ve yeniden azanmadır. Kalıplama safhasında alıp umundan belenen en önemli özelli aıcılı ve yaş muavemettir. Eş yoğunlulu bir dağılım için aıcılı gereli olduğu gibi alıbın herhangi bir çöme ve dağılma olmasızın durması için de yaş belli bir muavemet değerine sahip olması gerelidir. Kalıp umunun sahip olması gereen diğer bir önemli özelliği de yüse sıcalıta döülen metaller arşısında erime veya fizisel bir değişime arşı

62 4 durabilme abiliyeti olara tanımlanan refratörlü derecesidir [5]. Yüse sıcalıta şeline muhafaza edebilme ve atılaşıren büzülmeye çalışan metalin meydana getireceği uvvetlere arşı da bozulmadan durabilmesi gerelidir. Süreli alite için alıp umu üzerinde gereli testler düzenli olara yapılıp ortaya çıabilece farlılılara müdahele edilmelidir. Kalıp umuna uygulanan meani testlerden bazıları AFS prosedür numaralarıyla beraber Çizelge 3.1 da belirtilmiştir. Bu tezde sadece um-il-su arışımı incelendiği için il ve su mitarı ile doğrudan etilenen yaş muavemetten bahsedilecetir Kesme muavemeti Sııştırılmış yaş umun muavemeti um tanecilerinin etrafında bir film tabaası oluşturan il-su arışımı tarafından meydana getirildiği için önemli bir değerlendirme bilgisi verir. Kesme muavemeti arışımdai su mitarı tarafından ontrol edilir. Kum-il arışımına su ilave edildiği zaman tüm su il tarafından emilir. Yüse su mitarlarında muavemet düşütür. Su mitarı azaldıça muavemette önceleri yavaş sonra hızlı bir artış gözlenir. Farlı bölgelere ait illerde farlı muavemet değerleri gözlenebilir. Kamacı, yaptığı yüse lisans tezinde bentonitlerin değişen su mitarlarında döüm umunun fizisel özellilerine etisini incelemiştir. Çalışmasında bentonitlerin oluşumu, yapısı, ülemizdei bentonit yataları, ullanım sahaları, özellilerinin tayini ve um muavemetine etisi onularında detaylı bilgiler vermiştir. Bentonit ve aolinitin meani özellilere etisi açısından arşılaştırmasını yapmıştır. 3 farlı il üzerinde deneyler yapara su miarına arşı esme muavemeti grafilerini vermiştir [49].

63 41 Çizelge 3.1. Kalıp umuna uygulanan meani testler AFS Prosedürü -87-S 4-87-S 5-87-S -87-S 5-87-S 7-87-S 6-87-S 9-87-S 3-87-S S Test Yaş Kum Basma Muavemeti Yaş Kum Kesme Muavemeti Yaş Kum Çeme Muavemeti Standart Gaz Geçirgenli Test numunesi Hazırlama Gaz Geçirgenliği Tayini Kalıp Kumu Karışımının Kalıplanabilme Testi Kuru Kesme Muavemeti Kalıp Muavemeti Yaş Kalıp Yüzey Sertliği Sıca Basma Muavemeti Yapışanlı limiti Yapışanlı limiti, il-su arışımında ohezyonun (tanelerin birbirini tutması) dominant olduğu durumdan adhezyonun (tanelerin başa taneleri tutması) dominant olduğu duruma geçilmesidir. Düşü su mitarlarında il-su arışımı ohesiv olduğu için alıplamaya uygun olmadığı gibi yüse su mitarlarında da düşü muavemetten dolayı alıplamaya uygun değildir. Bu ii sebepten dolayı um-il-su arışımı bu ohezyon-adhezyon geçiş notasında tutulmalıdır. Farlı iller için ve farlı tane irili ve şeilleri için bu mitarın tayini anca yapılaca olan yaş muavemet testleriyle anlaşılabilir. Kalıbın belli bir seviyede yaş muavemete sahip olması, model çıarıldığında ve sıca metal tarafından ani olara ısıtıldığında şelini muhafaza etmesi ve neticede parçanın hatasız çıması açısından önemlidir. Şeil 3.6 da farlı il ve su mitarlarına arşı muavemet değerleri görülmetedir [4]. Farlı özellitei il için bu değerler değişebilmetedir. Kil mitarı arttıça um tanelerinin yüzeylerini apatır, boşluları doldurur ve

64 4 muavemet artar faat belirli bir mitardan sonra tabaa alınlığında taneler birbiri üzerinde aymaya başlayacaları için muavemet azalır. Şeil 3.6. Yaş basma muavemetinin, Na bentonitli il ve su % si İle ilişisi 3.7. Genel Katılaşma Meanizmaları Metali malzemelerde tane şeli, irili ve dağılımı malzemenin meani özellilerine ve fonsiyonlarına doğrudan eti eder. İnce taneli olara elde edilen bir yapı pahalı olabilen alaşım elemanı ullanma ihtiyacını ortadan aldırabildiği gibi yönlendirilmiş atılaşma veya te ristalli olara elde edilen türbin anatçılarında yüse sıcalılarda sürünme direnci belirgin biçimde artmatadır. Tanecilerin ontrolü ve istenilen şeilde dizayn edilmesiyle eletri özellilerinde de iyileşme sağlanabilmetedir. Tunsten filamentlerin çalışma ömürleri bu yolla uzatılabilmetedir. Bunlardan başa metali bünyedei gaz boşluları, büzülme, çarpılma ve çatlama gibi döüm hatalarının büyü ısmı da yine atılaşma ve soğuma meanizmalarıyla ilgilidir [5].

65 43 Taneci yapısıyla ilgili işlemlerin pe çoğu atı halde yapılan meani şeillendirme, yeniden ristalleştirme ve tane büyültme işlemleriyle yapılmala beraber il atılaşma meanizmalarıyla ilgisiz olduğu söylenemez. Tane iriliği, şeli, yönlenme durumu ve alaşım elemanlarının dağılımı, ristal yapısı ve hataları büyü ölçüde sıvı halden atı hale geçiştei ristallenme meanizmalarına bağlıdır. Döülmüş bir parçada il düşünülece onu özel bazı durumlar haricinde miro yapının eş dağlımlı olup olmadığıdır. Büyü ölçeli çil (chill) döümlerde orta ısımda fazlaca birien maro alıntıların sebep olduğu çatlama, ilave alaşımların atılaşmayı hızlandırmasıyla ortadan aldırılara ince ve eş dağılımlı taneci yapısına geçiş sağlanabilmetedir. Buna ilaveten yüzey alitesinde de iyileşme elde edilmetedir. Döülen metalin pe ço fizisel, meani, eletromanyeti ve eletri özelliği atılaşma meanizmalarıyla ilgili olduğu için bu onuda yapılan çalışma sayısı ço fazladır. 191 de il defa Al-Si alaşımlarında hızlı soğumanın ve Na ilavesinin miroyapı üzerine etisinin araştırıldığı düşünülürse onunun önemi daha iyi görülebilir [51]. Bir metalin atılaşmasında il safha sıvı metalden alıba ısı transferi ile başlar. Devamında, alıp yüzeyinden başlayan ve alıp duvarına di yönde büyüyen çeirdelenme ve bunun tüm sıvı bitene adar devam etmesi ile sona erer. Bu sırada meydana gelen büzülme ve iç gerilmeler işin diğer armaşı yönleridir Çeirdelenme Klasi çeirdelenme teorisine göre çeirde, düz bir çeirdeleyici altlı üzerinde duran üresel şapa şelinde gösterilir. Bu modele göre, çeirdeleyici tabanın başa bir sıvı malzeme için çeirde yapma abiliyeti, denge halindei temas açısı θ ya bağlıdır (Şeil 3.7) [4].

66 44 sıvı σ sl atı σ lp σ sp θ altlı Şeil 3.7. Altlı üzerinde heterojen çeirdelenme Burada σ sl ; atı-sıvı, σ sp ; atı-altlı, σ lp ; sıvı-altlı ara yüzeylerindei ara yüzey enerjileridir. Herhangi bir θ açısı için bu 3 ara yüzey enerjilerinin denge şartı σlp = σsp + σsl cos θ (3.) Te omponentli saf bir sistemde hiçbir heterojen durum olmadan I homo (saniyede birim hacimde oluşabilece çeirde sayısı) aşağıdai eşitlile hesaplanmatadır; 3 1 lhomo (m s ) = * A Whomo exp( ) η BT (3.3) Burada; η; erime notasındai metalin visositesi, A ; birim hacimdei atom sayısı (~1 35 Pa m -3 ), W ; riti çeirde için oluşum enerjisi, B ; Boltzman sabiti, T; sıcalı (K)

67 45 Homojen çeirdelenme için üresel bir çeirdeğin oluşum enerjisi; * Whomo 3 16πσ sl = (3.4) 3 G v ve riti çeirde çapı; r * σ = (3.5) G dir. Burada; G V =Birim hacimde atılaşma sırasında serbest enerji değişimi, r * =riti çeirde yarıçapıdır. Homojen çeirdelenme için gereli olan serbest enerji bariyeri ço yüse olduğu için çeirdelenme meanizması genellile heterojen çeirdelenme ile atılaşma başlar ve ilerler. Heterojen çeirdelenmeyle oluşan, riti r* yarıçapına sahip bir çeirdeğin oluşum serbest enerjisi aşağıdai denlemle ifade edilmetedir. * Whete ( + cosθ)(1 cosθ) * = Whom (3.6) 4 Temas açısı 18 ye doğru gittiçe (cos18=1) riti heterojen çeirdelenme enerjisi, riti homojen çeirdelenme enerjisine yalaşır. Temas açısının daha düşü değerlerinde ise daha azdır. Heterojen çeirdelenme sılığı, çeirdeleyici ile temas açısı altında alan sıvının toplam yüzey alanı ile de alaalıdır. Çeirdelenme ilerlediçe sıvının temas edeceği yüzey alanı gittiçe azalır ve heterojen çeirdelenme de azalara neticede sıfır olur. Pratite

68 46 çeirdeleme ajanları sıvı içinde partiüller halinde dağınıtır. Bu partiüllerin yüzey alanları, çeirdelenme oluşumu abiliyetini belirleyici fatördür. Çeirdelenmeden sonra partiül etrafında hızlı bir büyüme söz onusu olduğu için büyülüğü ne olursa olsun bir partiül çoğunlula bir çeirdelenme oluşumuna vesile olabilir [49, 5]. Çeirdelenmeden sonrai büyüme işlemi, metalin nihai ristolagrafi yapısını belirler. Gere te bir çeirdeğin gere tüm yapıdai atılaşmanın ilerlemesi atılaşma bölgesindei ısıl şartlara ve alaşım elemanlarının cins ve mitarına bağlıdır Büyüme Büyümenin en güzel şeli saf metallerin atılaşmasında görülür. Sıcalı sıvı metalin her yerinde düzenli olara düştüğünde her tarafta çeirdelenme olması umulur faat pratite nispeten daha soğu olan alıp duvarlarında il çeirdelenme görülür. Katılaşma ise ısı aışına zıt yönde döümün merezine doğru ilerler. Bir ristalin büyümesi, büyümete olan diğer omşu ristaller tarafından sınırlanır. Büyüme alıp duvarında yana doğru sıı paetlenmiş atomi plaalar şelinde meydana gelir ve ço üçü atmanlar meydana getirere ilerler. Bu durum özellile ingotlarda ço rahatlıla görülen ve ısı aış yönüne ters büyüyen arateristi olonlu yapıdır (Şeil 3.8) [5, 4]. Ticari alaşımlı döümlerde en sı arşılaşılan durum ise atı eriyi meydana getiren dallantılı atılaşma meanizmasıdır. Görüntü olara başlangıçta iğnemsi olan atılaşma daha sonra ısı yönünde plaalaşma olara ilerler. İl oluşan bu atılaşmadan sonra ince uzun iğne şelinde ana olun büyümesi daha sonra ana ola di büyüyen iincil ve ona da di büyüyen üçüncül ollar şelinde devam eder (Şeil 3.9).

69 47 Kalıp cidarından metalin içine doğru olan bu gelişme neticesinde mereze doğru yönlenmiş olon şelinde yapı meydana gelir [5]. Kalıp Sıvı Kalıp Katı Sıvı duvarı metal duvarı metal Büyüme yönü Isı aış yönü Şeil 3.8. Kalıp duvarından atılaşmanın ilerleme safhaları Ana olun ilerleme yönü Şeil 3.9. Klasi dallanma modeli

70 48 Diğer bir atılaşma meanizması da bağımsız çeirdelenmedir. Ço dar veya ço hızlı ısı aış olması durumunda aşırı soğumanın yeterli olmasıyla ara yüzden farlı yerlerde de çeirdelenme olabilir. Bu şartlarda döüm ve ingotların merez hatlarında eş büyülülü taneler görülür. Kum döümlerde alıp duvarıyla metal arasında ço di bir sıcalı farı olmasına rağmen umun ısıl geçirgenliğinin yavaş olması sebebiyle sıcalı gradyantı nispeten zayıftır faat atılaşma sırasında parçada ısıl iletenliğin fazla olmasından dolayı sağlanan homojen ısı dağılımı sebebiyle sıça tüm parçanın eş büyülülü (equiaxed) tane yapısına sahip olduğu görülür. Üzerinde fazlaca çalışmanın olduğu onulardan biri de olonlu yapıdan eş taneli yapıya geçiş şartlarıdır (the columnar to-equiaxed transition). Eş taneli yapı için, ilerlemete olan olonlu atılaşmanın önünde yeni taneci oluşumunu sağlayabilece yeni çeirdelenme notaları gerelidir (Şeil 3.1 ) [5]. Şeil 3.1. Katılaşma safhaları; a) Kalıp duvarında ince atılaşma b) Yaprası atı atmanlar c) Dallanma d) Sıvı içinde bağımsız çeirdelenme Hunt ve Flood yaptıları bir çalışma ile olonların önünde oluşan eş taneli yapı için il matemati modellemeyi yapara hangi şartlarda, ilerleyen atı

71 49 ütle önünde yeni taneciler oluşabileceğini analiti olara bulmaya çalışmıştır [5]. Crowley ve Ocendon da çalışmalarında sıvı-atı sınırındai (mushy zone) ilerlemeyi modelleyen bir çalışma yapmışlardır [53]. Brown ve Spittle de benzer şeilde yaptıları modelleme ile alaşım mitarının dallantılı yapıyı eş dağılımlı yapıya dönüştürme üzerindei etisini araştırmışlardır [54, 55]. İnce ve eş taneli bir yapı elde etme için ço farlı yol ve metotlar ullanılmatadır. En fazla bilinen ve ullanılan metotlar şu şeilde sıralanabilir; i) Çeirdeleyici alaşım elemanı ilavesi. Ticari olara en fazla başvurulan yöntemdir. Katılaşmayı il safhadan itibaren düzenleyere tane yapısı ve iriliği üzerinde etili ontrol sağlamatadır. Doğrudan çeirdeleyici ajan ilavesi yapılabildiği gibi, imyasal reasiyonla sıvı faz içinde dağını olara atı ürün partiülleri oluşturaca şeilde de olabilmetedir. Döme demirde; ferrosilion, mağnezyumda; zironyum veya arbon, baır bazlı alaşımlarda; demir, obalt veya zironyum, alüminyum-silion alaşımlarında; fosfor, alüminyum-titanyum ve alüminyum-titanyum-bor ilavesi en sılıla ullanılan ilave çeirdeleyici ajanlardır. % 1-3 arasında ilave ile ince taneli yapı elde edilebilmetedir [8]. ii) Hızlı soğutma ile ço ince tane yapısı elde edilebilmetedir. iii) Katılaşmata olan sıvı metali meani olara sarsma. iv) Eletromanyeti alan içinde arıştırara atılaştırma [56, 57].

72 5 4. ISI TRANSFERİ VE ISI TRANSFER KATSAYISI 4.1. Isı Transferinin Özel Kanunları Üç çeşit ısı transfer meanizması vardır; 1. Isı iletimi ( Conduction ). Isı taşınımı ( Convection ) 3. Işıma ( Radiation ) Isı transfer problemlerinin çözümü termodinami anunlarıyla beraber bu üç özel anunun da ullanılmasıyla çözülebilir Isı iletimi Bir ortam içinde bulunan bölgeler arasında veya doğrudan fizii temas durumunda bulunan farlı ortamlar arasında, atom ve moleüllerin far edilebilir bir yer değiştirmesi olmasızın meydana gelen ısı geçiş işlemidir. Isı, yüse sıcalıta olan bölgeden düşü sıcalıta olan bölgeye aar. Bu aış atı maddelerde afes sistemlerinin titreşimi, metallerde eletronların serbest aışı, sıvı ve gazlarda ise atomlar veya moleüllerin elasti çarpışmaları ile meydana gelir. Isı transfer atsayısı bilinen bir malzemeyle bilinmeyenin muayese yoluyla bulunmasında Şeil 4.1 dei basit düzene ullanılır [58]. Isı transfer atsayısı bilinen ve bilinmeyen ii falı malzeme uç uca tam temas halinde yerleştirilir. Belli aralılarda sıcalı sensörleri (ısıl çift) yerleştirilip etrafı iyice izole edilir. Alt taraf sıca, üst taraf ise soğutur. Alttan verilen sıcalı belli bir süre sonra düzenli bir aışla yuarı doğru aaren sensörlerle zamana bağlı olara ölçümler alınıp aydedilir. Fourier denlemi ullanılara ısı transfer atsayısı bulunur. Her ii malzemede geçen ısı mitarı süreli rejimde aynı olara abul edildiğinde hesaplama aşağıdai gibi olur;

73 51 Fourier ısı iletimi anununa göre Q = A T L (4.1) (T T ) (T T ) Q A 1 A = 1 1 = (4.) L1 L Burada 1 =A malzemesinin ısı transfer atsayısı =B malzemesinin ısı transfer atsayısı L 1 =A malzemesinin boyu L =B malzemesinin boyu A=Kesit alanı Bilinmeyen elemanın ısı transfer atsayısı, bilinen elemanın atsayısı yardımıyla süreli rejimde bulunur. 1 B A 3 Şeil 4.1. Isı transfer atsayısı ölçme metodu düzeneği 1) Yalıtım ) Isıl çiftler 3) Isı aynağı Boyutları x y z olan eleman, bir sistem olara ele alınıp (Şeil 4.), atı cisim içinde bir ısı aynağının varlığı düşünere termodinamiğin 1. anunu birim zamana göre şu şeilde yazılabilir;

74 5 elemanın iç enerjisindei artış=(elemana giren ısı) + (eleman içinde üretilen ısı) - (elemandan çıan ısı) T + q 1 T = a t (4.3) dv z y Q X z Q x+ x x x y Q V =q& dv Şeil 4.. Diferansiyel eleman Bu formül, silindiri oordinatlarda silindirin enarları izole edilmiş olara abul edilen silindire uygulandığında ısı iletiminin genel denlemi [59]; T 1 T T r r r z q = 1 T a t (4.4) Burada; a=/ρc ρ=yoğunlu c= Isı apasitesi = Isı transfer atsayısı

75 Isı taşınımı Aışan hareetiyle enerji taşınmasıdır. Isı transferi bir aışan ile bir atı cisim yüzeyi arasında olur. Ortam sıvı veya gaz ise, aışanın endi hareeti ile ısı enerjisi bir bölgeden diğer bölgeye taşınır. Isı transferinin en önemli onularından biri onvesiyondur. Isı dönüştürücülerinde aışanlar ve atı yüzeyler birbirlerinden ayrılmış oldularından, yüzey ile aışan arasındai en önemli enerji transfer meanizmasıdır. Yüzey sıcalığı T w, aışan sıcalığı T m ise, yüzeyle aışan arasında birim zamanda ısı transferi; Q = ha(tw Tm ) (4.5) Burada; h = yüzey ısı transfer atsayısı, T m = aışan sıcalığı, T W = levha sıcalığı ifadesi ile hesaplanır. 171 yılında Newton tarafından ifade edilmiştir [6] Işıma Bir cismi meydana getiren atom ve moleüllerin ısıl hareetleri eletromanyeti ışıma şelinde enerji neşretmelerine sebep olur. Sıcalığın artmasıyla taneci hareeti ve dolayısıyla ışıma şiddeti artar. Yayılan enerji dalgaları soğurgan bir ortamla arşılaştılarında enerjilerini bu ortama transfer ederler. Bütün cisimler süreli olara ısıl ışıma neşrederler. Neşretme şiddeti, yüzey sıcalığı ve yüzeyin özelliğine bağlıdır. Işıma ile transferde vaum ortamlarda da ısı transferi devam eder. Dalga teorisine göre, taşıdıları enerjiyi ifade eden denlem ise; E = hv (4.6)

76 54 Burada; h=6,65x1-34 J.sn v = Freans İdeal bir radyatörden toplam ışımayı veren eşitli; Eb 4 (T) = σt = (4.7) Burada; σ = 5,67X1 8 W /m K de Boltzman tarafından teori olara elde edilmiştir [6, 61]. Isı transferinin ilgi alanı, sıcalıları farlı olan ii sistem arasındai ısı aışının hızı ve mitarıdır faat bu problemin çözümü olduça armaşıtır çünü ısının yer değiştirmesi; i) Sistemlerin sıcalılarına, ii) Zamana, iii) Sistemlerdei malzemelerin termofizisel özellilerine, iv) Sistemlerin büyülülerine, v) Geometri şeillerine, vi) Birbirlerine göre hareetlerine veya aışlarına bağlıdır [6]. Malzemelerin ana termofizisel özelliği vardır. Bunlar, ısıyı tutma abiliyeti veya ısı apasitesi diğeri de ısıyı iletme abiliyeti veya ısı transfer atsayısıdır. 4.. Isı Kapasitesi Tanım olara; bir maddenin sıcalığını 1 C artırma için gereli olan enerji mitarıdır. Gereli olan enerji mitarının sıcalığa göre türevidir. Birimi joule/kelvin dir. dq c = (4.8) dt

77 55 Sabit basınç altındai spesifi ısı apasitesi (c p ) ve sabit hacimdei ısı apasitesi (c v ) olma üzere ii çeşit ısı apasitesi değeri vardır. Genellile saf malzemelerde her ii değer farlıdır ve sabit basınçtai ısı apasitesi değeri daha yüsetir. Isıl yalıtılmış m ütleli bir malzemeye sabit basınç altında dq mitarında ısı verilirse, verilen ısı ve sıcalıtai artış arasındai alaa dq = mc dt (4.9) p eşitliği ile sağlanır. Görüldüğü gibi sabit basınç altında malzemenin ısı depolama abiliyeti, spesifi ısı apasitesi ile tayin edilir. Eğer aynı hacimdei ii farlı malzeme muayese edilecese, ısı tutma abiliyeti; o malzemenin yoğunluğu ile spesifi ısı apasitelerinin çarpımına eşittir. Malzemelerin yoğunlu ve ağırlılarını hassas olara ölçebilme imanı olduğundan problem spesifi ısı apasitesinin (c p ) belirlenmesine indirgenmiş olur. Sabit hacimdei durumda ise dq = mc v dt (4.1) İfadesi ullanılır. Termodinamiğin 1. anununa göre dq = du (4.11) Olduğu için c v U = ( ) (4.1) T eşitliği elde edilir. Burada U, malzemenin spesifi iç enerjisidir [6]. Tezimizle fazla ilgili olmadığı için bu onuda detaya girilmeyecetir.

78 Isı Transfer Katsayısı Malzemelerin iinci önemli özelliği olan ısıyı iletme abiliyeti ise ısı transfer atsayısı olara tanımlanabilir ve ısı transferi ile ilgili mühendisli problemlerinin çözümü için deneysel olara bulunması gereen bir değerdir. Gazların ısı iletim meanizması açılanması en olay olanıdır. Sıcalığın artışına bağlı olara ineti enerjileri artan hareetli gaz moleüllerinin, enerjilerini daha soğu notalardai gaz moleüllerine çarpışma yoluyla atarmaları ile izah edilebilir. Buna göre sabit basınçta gazlarda ısı transfer hızı sıcalığa bağlıdır, sıcalı arttıça gazların ısı transfer hızı da artar. Sıvılardai ısı iletim meanizması gazlarınine benzemele beraber moleüllerin birbirine ço yaın olmasından aynalanan moleüler uvvet alanlarının enerji değişimi ve çarpışmayı etilemesinden dolayı daha armaşıtır. Katılardai enerji iletimi ise ii farlı meanizma ile izah edilmetedir; i) birim afes sistemlerinin titreşimi ii) serbest eletron dolaşımı Birim afeslerde dolaşan eletron sayısı fazla olan metaller eletriği iyi ilettileri gibi ısı enerjisini de yüse sıcalılı bölgeden düşü sıcalılı bölgeye daha hızlı taşırlar. Kafeslerin titreşmesi ile de enerji transfer edilebilir faat bu, eletronların serbest dolaşım hızındai adar fazla değildir. Metali malzemelerde her ii meanizma beraber çalışıren metal olmayan malzemelerde sadece iinci meanizma ile ısı iletilir. Titreşim hızı yavaş olan malzemeler yalıtım malzemeleri olara ullanılan malzemelerdir. Tezimizle ilgisi olmadığı için sadece atı ve metali malzemelerin ısı iletim atsayılarından bahsedilece, tez ve deneylerimizin önemli bir ısmı da nemli döüm umunun ısı iletim atsayısının bulunması ile ilgili olacatır.

79 57 Isı hesaplamalarında literatürde verilmiş olan ısı iletim atsayılarını ullanma hatalı sonuçlara götürebilir. Bu sebeple her yeni malzemenin ısı iletim atsayısının bulunması gereir ve onumuz olan döüm umu gibi bünyesinde farlı malzemeler bulunduran gözeneli bir malzeme için standart bir atsayı söylenmesi olduça zor olduğu gibi, atsayının her sıcalı aralığında aynı olduğunu söyleme de ihtiva ettiği nem sebebiyle mümün değildir [63]. Genellile atı cisimlerin ısı iletim atsayıları sıvılarıninden, sıvıların ısı iletim atsayıları da gazlarıninden yüsetir. Yoğunluğu daha fazla olan maddelerin ısı iletim atsayılarının daha büyü olması da genel bir aide değildir. Malzemenin gözenelili durumu ve içerdiği nem mitarı da ısı iletim atsayısını etileyen diğer fatörlerdir. Malzemelerin ısıl iletenli atsayısı ile yapılan il yayın, 18 yılında Fransız bilim adamı J.B.J. Fourier tarafından Paris te basılan Theorie Analytique de la Chaleur başlılı itap olmuştur. Isı iletiminin temel anunu bu itapta anlatılan basit plaa deneyiyle en güzel şeilde ifade edilmiştir. Bu deneyde yüzey alanı, alınlığından ço büyü olan bir plaa ullanılmıştır. Yüzey sıcalıları T 1 ve T (T 1 >T ) olara tutulan bu plaada sıcalığı yüse olan taraftan düşü olan tarafa doğru ısı aışı başlar (Şeil 4.3). Kararlı hal durumuna geçildiğinde ısı aış hızı T 1 -T farına bağlı olara sabitlenecetir. Isı aış hızı, sıcalı farının fazlalığı ve yüzey alanının genişliği ile doğru, levha alınlığı ile ters orantılıdır. T T q~ A 1 L (4.13) 4.13 eşitliği, bir atsayı ilavesiyle terar yazılırsa;

80 58 T 1 T 1 T L q Şeil 4.3. Düz plaa deneyi T T q A 1 = (4.14) L olara elde edilir. Buradai pozitif atsayısı, ısıl iletenli atsayısı olara isimlendirilir. Eşitli yeniden yazılırsa; q = A (4.15) (T1 T ) L Burada; q= birim zamanda geçen ısı (Watt) A= ısı aımına di yüzey alanı (m ) = ısı iletim atsayısı (Watt/m-K) L= levha alınlığı (m) T 1 -T = levha yüzeyleri arasındai sıcalı farı elde edilir. Isıl iletenli atsayısı malzemenin termofizisel özelliğidir ve ısı iletme abiliyetini gösterir birimi Watt / m.k dir [64]. Birim zamanda, birim yüzeyden, birim uzunluta 1 ºC sıcalı düşümü halinde geçen ısı mitarıdır şelinde ifade edilir. Maddenin sıcalığının yüselmesiyle yapısal değişililer olabileceğinden birço atı cisimde sıcalıla beraber ısı transfer atsayısı da ısı transferi esnasında değişmetedir. Bu değişim mitarı üçü sıcalı

81 59 değerleri için lineerdir ve Eş dai şeilde ifade edilir. = (1+ βt) (4.16) Burada; = nın referans sıcalıtai değeri β = deneysel olara bulunan atsayı eşitliği ile ifade edilmetedir. Değişme genellile sıcalığın birinci veya iinci dereceden bir fonsiyonu olara tespit edilebilmetedir. Şeil 4.4 de malzemelerin ısı iletim atsayılarının sıcalıla değişimi görülmetedir [59, 65]. Isı iletiminin olduğu ortam homojen (izotropi) bir yapıda ise, ısı iletim hızı her notada aynıdır faat cam yünü, asbest, fiber, tahta ve um gibi heterojen (anizotropi) yapıya sahipse farlı yönlerde farlı değerlere sahip olabilir. Şimdi Şeil 4.3 dei plaayı yeniden ele alara Şeil 4.5 dei gibi olduğunu düşünelim. İzotermal yüzeyden x mesafesi adar içerdei sıcalı T x ve (x+ x) mesafesi adar içerdei sıcalı da T (x+ x) olsun. Plaanın bir yüzeyinden diğerine olan ısı aışı bu değerlere göre yeniden yazılaca olursa; Tx q = A Tx+ x x (4.17) elde edilir.

82 6 Şeil 4.4. Bazı malzemelerin sıcalığa bağlı ısıl iletenlileri Bazı metal ve malzemelere ait ısı iletim atsayıları da Çizelge 4.1 dedir [6].

83 61 Çizelge 4.1. Bazı metal ve malzemelerin ısı iletim atsayıları Malzeme ( W / m-k ) Gümüş 41 Baır 385 Alüminyum Demir 73 Kuartz 41,6 Civa 8,1 Su,556 Cam,78 Hava,4 T x T x+ x T 1 T x X+ x x Şeil 4.5. Levhada te boyutlu ısı iletimi Eş. 4.17, x için terar yazılırsa; Tx+ x Tx q = A lim x (4.18) x ve dt q= A (4.19) dx

84 6 nihai eşitliği elde edilir. Bu eşitliğe Fourier in te boyutlu sistem için ısı iletim anunu denir. Isı iletimi ve ısı depolanması ile ilgili bu temel anunlara dayanara malzemelerin termofizisel özellilerini ölçmede ullanılan 3 farlı yalaşım vardır. Birincisi, ısıl iletim atsayısını bulma için Eş u ullanan ararlı hal yalaşımıdır. Bu yalaşıma göre sıcalı zamana bağlı değildir ve herhangi bir zamanda numunenin alınan bir notasındai sıcalı sabittir. Isıl iletenliğin ölçümü ısı aışının (flux) ve numunenin zıt yüzeylerindei sıcalı gradyantının ölçülmesi esasına dayanır. Eğer malzemenin ısı apasitesinin bilinmesi önemli ise bu iinci durumda alorimetri metot ullanılır. 4.9 no lu eşitliten yararlanılır. Bu metotta etrafı izole edilmiş numunenin ortalama sıcalığı ölçülür. Üçüncü yalaşım ise geçici rejim teniği ile her ii özelliğin simultane olara belirlenmesi esasına dayanır. Bu amaçla T t = ρcp T x (4.) eşitliği ve 3 boyutlu geometri için çözülür. Tüm metotlarda deneyler için ana problem, ideal izolatör ve ideal iletenin bulunmamasıdır. Bulunan tüm değerler bu sebeple belli sıcalı aralıları ve belli malzemeler için daha hassas, dışında ise hata payları yüsetir. Isı iletim atsayısı Şeil 4.4 de görüldüğü gibi sıcalığın fonsiyonudur. Sıcalı aralığı üçüse ısı iletim atsayısı sabit olara alınabilir. Sıcalı farının arttığı durumlarda 4.16 no lu eşitliten yararlanılara sıcalığa bağlı ullanılır. Maddeler için ısı iletim atsayısı geniş bir aralıta değişir (Şeil 4.6) [65].

85 63 Şeil 4.6. Isı İletim Katsayısının Değişi Maddeler İçin Değişim Aralığı 4.4. Isı Transfer Katsayısı Ölçüm Metotları Malzemelerin ısı transfer atsayılarını ölçmete ullanılan metotlar 3 ana başlı altında toplanmatadır. Bunlar; ararlı hal, geçici rejim ve alorimetri metotlardır Kararlı hal metodu Bu metot için 4.19 no lu eşitliten faydalanılır. Isı aışı ve sıcalı değişiminin ölçülmesi esasına dayanır. Buna göre; qd Pd = = (4.1) T T1 A(T T1 ) Burada; q=isı aışı (P/A) P=Eletrili ısıtıcının gücü (Watt) A=Numunenin esit alanı (m ) bu metotta ısı aışı, bir ısı aynağından verilen ısının numune esit alanına oranından bulunur. Sıcalı farı ise numunenin yüzeyleri arasındai sıcalı farıdır. Numune geometrisini ve deney düzeneğinin şeli büyü ölçüde malzemenin ısıl iletenli derecesine bağlıdır. 5 farlı şeilde deney yapılabilmetedir. Bu deneylere ait ısa açılamalar aşağıdadır [66];

86 64 Sıca plaa metodu Eğer malzemenin ısıl iletenliği düşü ise numune plaa veya dis şelinde oluren, yüse ısıl iletenliğe sahip malzemelerde silindir veya çubu şelinde olmatadır. Şeil 4.7 de sıca plaa metodu çalışma prensibi görülmetedir [67, 68]. soğu plaa numune sıca plaa Şeil 4.7. Sıca plaa metodu Bu metot, metal dışı cam, serami, polimer ve izolasyon malzemelerinin ısı transfer atsayılarını bulmata ullanılır. Numune geometrisi malzemenin homojenliğine ve ısı iletme abiliyetine göre seçilir ve alınlı biraç mm den biraç desimetreye adar çıabilir. Sıcalı aralığı -19 C C arasında değişir. Silindir metodu Bu metot, ısıl iletenliği 5 W/m-K e adar olan metaller için 4-1 K sıcalı aralığı arasında yapılabilen bir testtir. Temelde sıca plaa metoduna benzer. En önemli farı uzun silindiri veya çubu olan numune geometrisidir. Metallerin yüse ısıl iletenli abiliyetinden dolayı numune ile ısıtıcı ve numune ile soğu plaa arasındai sıcalı farının ölçülebilmesidir.

87 65 Isı aış metre ve muayeseli metot Kararlı hal metotlarının en önemli dezavantajı ısı ayıpları ve ararlı halden sapmalar sebebiyle ararlı hale ulaşma için ço uzun süre geretirmesidir. Isı aışmetre metodundai temel mantı, bir termal rezistans boyunca sıcalı düşüşünü ölçere ısı aışını hesaplamatır. Bunun için bir eletri rezistansı boyunca meydana gelen voltaj düşmeleri analiz edilere neticeye varılır. Bu iş için ya sertifialı bir rezistans ya da ısı aış sensörü ullanılır. Çoğu ısı aış sensöründe ısıl çifte seri bağlı ince bir serami veya plasti plaa vardır. Plaa boyunca meydana gelece olan voltaj düşmesiyle sıcalı düşmesi orantılıdır. Isı aış sensörleri genellile ısı aışı iyi bilinen bir ararlı hal ortamında alibre edilmişlerdir. Tasarım olara sıca plaa düzeneğine ço benzerli göstermele beraber oradai sıca plaa yerine burada ısı aış sensörleri ullanılmatadır. İnce bir tel, aynı özellite ii refratör plaa arasına yerleştirilere ölçüm yapılır. Sabit bir eletri gücü tel vasıtasıyla onu çevreleyen refratöre iletilir ve telin sıcalığı izlenir. Eğer refratör yüse ısıl iletenliğe sahipse tel sıcalığı düşü, yalıtanlığı fazla olursa tel sıcalığı yüse olur. Isı aış metre metodu genellile ısıl iletenli atsayıları,3 W/m-K den az olan izolasyon malzemeleri ve polimerler, bazen de ısıl iletenli atsayıları 5 W/m-K den az olan cam ve seramiler için ullanılır. Isı aış metre metodu için sıcalı limiti C, muayeseli metot için ise 13 C dir. Düşü sıcalılarda hata payı % 3 civarında ien yüse sıcalılarda bu oran % 1 ila % arasında değişmetedir. Doğrudan ısıtma (Kohlrausch) metodu Kararlı hal ısı transfer atsayısı ölçme metotlarının dezavantajı ararlı hale geçme için gereli olan uzun dengelenme süresi ve belirlenmesi özellile yüse sıcalılarda daha da zor olan ısı ayıplarıdır. İstenmeyen bu durum yüse eletri iletenliği olan metallerde doğrudan ısıtma metodu ile

88 66 aşılabilmetedir. Tipi numuneler,5- mm çapında ve 5-5 mm uzunlutai tel, boru ve çubulardır. Şeil 4.8 de metodun tasarımı görülmetedir. Vaumlu ap Numune Güç aynağı Isıl çiftler Şeil 4.8. Doğrudan ısıtma metodu Numune, su soğutmalı ii yuva arasına sııştırıldıtan sonra vaumlu bir hazneye onulur ve yüse aımlı eletri verilere 15-7 C sıcalığa adar ısıtılır. Üç farlı notaya yerleştirilen ısıl çiftlerle sıcalılar ve voltaj düşmeleri ölçülür. Ölçüm yapılan notalardan biri numunenin tam ortası, diğer iisi ise bundan eşit uzalıta alt ve yuarı ısımdadır. Ölçümlerin neticesinde ısı transfer atsayısı ile spesifi eletri direncinin ρ el çarpımı elde edilir. (U3 U1) ρ el = (4.) 4[ T (T1 + T3 )]

89 67 Buradai ρ el ile numunenin uzunluğu l, esit alanı A, aım Ι h, ve voltaj düşmesi U h arasındai bağıntı; U A ρ h el = (4.3) Ιh l formülüyle ifade edilir. Boru ve sıca tel metodu l boyunda, d 1 çapında bir numunede radyal ısı aışının ölçülmesi esasına göre çalışır. Şeil 4.9 da bu metot görülmetedir. Numunenin ortasında d çapındai boşluta ve ihtiyaca göre dışında da ısıtıcılar onulmuştur. Isıl iletenli atsayısı, radyal ısı aışı Φ nın ve iç yüzeyle dış yüzeydei sıcalı farının ölçülmesi neticesinde aşağıdai eşitli yardımıyla ölçülür. Su soğutmalı hazne Isıtıcılar Sıcalı sensörleri Numune İzolatör Şeil 4.9. Boru ve sıca tel metodu

90 68 d Φln( 1 ) d = (4.4) πl(t1 T ) Metot, bu basitliğinden dolayı hem ısı transfer atsayısı W/m-K olan izolasyon malzemeleri hem de W/m-K olan metallerin oda sıcalığından C ye adar olan geniş bir aralı içinde denenmesine iman vermetedir. Bu metoda radyal ısı aış metodu da denilmetedir. Esenel ısı aışının, numunenin altına ve üstüne onulan ısıtıcılı oruyucularla giderilmesi gerelidir Geçici rejim metodu Bilgisayar tenolojisi ve veri alım sistemlerindei gelişmeler sayesinde daha popüler olmaya başlamıştır. Bu metodun en belirgin avantajı, ısıl özellilerin belirlenmesi için yapılan deneylerin ço ısa zamanda neticelenmesi ve aynı deneyde birden fazla ısıl özelliğin belirlenebilmesidir. Kararlı hal metodunda bir saat süren bir deney bu metotta biraç daiada yapılabilmetedir. Diğer metotlarda ii zıt yüzey sıcalığının ölçülme gereliliği yerine, burada sadece bir notadai sıcalığın zamanın fonsiyonu olara ölçülmesi afi gelmetedir. Bu durum ararlı hal metotlarına ıyasla daha hassas netice elde edilmesini sağlamatadır. Tezimizde ölçmeye çalıştığımız nemli umun ısı iletim atsayısının bulunması da bu gruba girmetedir. Endüstriyel şartlarda ço fazla değişene sahip bir soğuma şeli olan nemli alıp umu içinde atılaşmaya bıraılan sıvı metal çevresindei şartlar buharlaşan nem ve faz değiştiren silia umu sebebiyle süreli değiştiği için ısı iletim atsayısı da süreli değişim göstermetedir. Laboratuar ortamında ararlı hal şartlarında bulunaca bir atsayının gerçe döüm ortamındai atsayı ile örtüşmeyeceği açıtır. Bu sebeple tezimizde tamamen gerçe döüm ortamı sağlanara elde edilen veri ile nümeri analiz metotlarını da ullanara dinami ısı iletim atsayısı ve 4.16 no lu eşitlite bahsedilen β atsayısı bulunmaya çalışılmıştır.

91 69 Aşağıda bu metotlardan en fazla ullanılanlardan bazıları ısaca anlatılmatadır. Geçici rejim sıca tel ve sıca plaa metodu Çoğu sıvı, gaz ve toz malzemenin ısı transfer ölçümleri ararlı hal rejimindei radyal ısı aışlı silindiri numune ullanan boru metodunun bir çeşit uyarlanması olan bu metotla yapılmatadır. Korumalı sıca plaa metodunda ince bir platin veya nirom tel, aynı özellitei ii refratör plaa arasına yerleştirilere ölçüm yapılır. Platin burada hem ısıtıcı hem de sıcalı sensörü vazifesi görmetedir. Sabit bir eletri gücü, tel vasıtasıyla onu çevreleyen refratöre iletilere telin sıcalığı taibe alınır. Eğer refratör yüse termal iletenliğe sahipse tel sıcalığı daha düşü, daha yalıtan ise tel sıcalığı daha yüse olmatadır. Korumalı sıca plaa yöntemi dis şelindei numunelerin termal iletenlilerinin ararlı haldei esenel ısı aışının ölçülmesi esasıyla çalışır. En doğru tenilerden biri olara abul edilmetedir. Şeil 4.1 da bu metodun çalışma prensibi görülmetedir. Şeildei Ι ampermetre, U ise ısıl çift manasındadır. Lazer flaş metodu -1-3 C gibi ço geniş bir sıcalı aralığında çalılabilme özelliğinden dolayı homojen atı malzemelerin ısı transfer özellilerini ölçmete en sı ullanılan metottur. Cam, serami, plasti ve metali malzemelerin dis şelindei rijit ve homojen numuneleriyle önemli bir sınırlama olmadan çalışılabilmetedir. Çalışma prensibi basitçe ön yüzü ısa lazer flaşları ile ısıtılan numunenin ara yüzündei sıcalı artışının radyasyon termometreyle ölçülmesi olara açılanabilir. Enerji aynağı olara zenon (xenon) flaş lambası, lazer veya eletron ullanılabilir. Şeil 4.11 de çalışma prensibi görülmetedir. Bu metodun en önemli avantajı mutla sıcalı ve ısının ölçülme gereliliğinin olmamasıdır. Bunun yerine zamana bağlı relatif sıcalı farının belirlenmesi ile neticeye varılmasıdır. Hata payı, yüse

92 7 sıcalılarda bile % 3-5 civarındadır. Spesifi ısı ve yoğunlu önceden bilinmelidir [68, 69]. Şeil 4.1. Sıca tel metodu Foto termal ve foto austi metotlar Bu metotların temel prensibi, ışı etisine maruz bıraılan bir malzemenin sıvı, atı ve gaz halinde termal durumlarındai değişiliğin ölçülmesidir. Işı absorbe eden bir malzemenin sıcalığı, basıncı veya yoğunluğunda meydana gelen değişililer izlenir. Metodun avantajı numune ile temas halinde hiçbir cihazın olmamasıdır. Sıcalıtai değişme radyasyon termometreyle basınçtai değişme austi metotlarla, yoğunlutai değişmeler ise termal dalga teniği ile uzatan ölçülmetedir.

93 71 Şeil Lazer flaş metodu Opti ışın sapma teniği Gaz haznesine yollanan ışın malzemeyi ısıtıren sensörler vasıtasıyla gaz yoğunluğundai değişim izlenir. Termal lens teniği Bu metot daha ço cam ve sıvı ristal gibi şeffaf atılar ve gazlara uygulanır. Termal dalga teniği Bu teni de gazlara uygulanan bir ölçme teniğidir.

94 Kalorimetri metotlar Kalorimetre metodu olduça esi bir metottur. ASTM C1 no lu testi [71] ile standartlaştırılmıştır. Güvenilirliği olduça yüse olan bu testte ararlı hal (steady state) şartlarını sağlama için ço uzun zamana ihtiyaç vardır. Sıcalığa arşı ısıl iletenliği ölçme haftalarca sürebilmetedir. Bütün alorimetri metotların amacı malzemelerin spesifi ısı apasitesi c p nin ölçülmesidir. Bunun için alorimetre içindei malzemeye giren spesifi ısıya arşılı gelen sıcalı artışı ölçülür. En hassas olan metotlar adiyabati alorimetre ve drop alorimetre metotlarıdır. Yüse hassasiyete sahip bu eipmanlar ticari olara satılmaz. Çalıştırılmaları için ço para, uzun zaman ve tecrübe geretirir. Bu metotlardan başlıcalarının isimleri şunlardır; i) Adiyabati alorimetre ii) Diferansiyel tarama alorimetre iii) Drop alorimetre iv) Solüsyon alorimetresi v) Yanma alorimetresi 4.5. Kum Kalıba Döüm Kum alıba yapılan döümde elde edilme istenen şele sahip olan boşluğa sıvı metal döülere atılaşması belenir. Flemings, Metalin ısıl iletenliği umuninden ço fazla olduğu, alıp-metal yüzeyinden içeri doğru sıcalı düşüşü fazla olmadığı ve umun alınlığı döülen metalin alınlığından ço fazla olduğu için ısı aışının te boyutta atığı abul edilere çözüm basitleştirilebileceğini, atılaşmanın il safhalarında da te boyutlu ısı aışının geçerli olan meanizma olduğunu belirtmetedir. Bu tezde de denenen farlı yalaşım ve çözümler arasında en sağlılı netice te boyutlu modellemelerde elde edilmiştir. Fourier in ısı anununa göre

95 73 T t T = x (4.5) Burada um alıbın ısı transfer atsayısıdır. Sınır şartları Şeil 4.1 dei gibi olduğunda; T (x,) = T T (,t) = T m T (,t) = T Burada T : alıbın il sıcalığı T m : metalin erime sıcalığı um alıp atı sıvı T m T X Şeil 4.1. Kum alıpta ısı aışı ve sıcalı dağılımı sınır şartları Döülen metale, erime sıcalığına göre ihmal edilebilir mitarda ço az aşırı sıcalı verildiği abul edilirse; T Tm T Tm = erf x 4α t (4.6)

96 74 Bu eşitli metal döüldüten t s sonra um alıptai ısı dağılımını verir. Sıcalı dağılımı, zamanın fonsiyonu olara terar yazılırsa; T x = 1 (T πα t (x Tm )e / 4α t ) (4.7) Fourier ısı transfer anununa göre T q = (4..8) x 4.7 no lu eşitli, 4.8 de yerine onulursa, (x / 4α t) ρcv qm / S = (T Tm )e x= = (Tm T ) πα t π t (4.9) Buradai M/S alt indis, alıp-atı metal ara yüzünü belirtmetedir. Kalıptan iç ısımlara doğru V hacimli bir ontrol birimi ele alındığında sistemin enerji dengesi = Q + S = qm / S AM / S + S (4.3) Olara yazılabilir. Eğer x, atılaşmış metal alınlığı ve metalin atılaşma enerjisi ise birim zamanda atılaşan ütle; V f birim hacimdei ρ S A S / L dx dt açığa çıan ısı S = ρ S Vf A s / L dx dt olur. 4.9 No lu eşitli ve S, 4.3 No lu eşitlite yerlerine onulursa;

97 75 dx ρcv ρ SVf AS / L = (TM T ) AM / S (4.31) dt π t Elde edilir. Kesit alanı yüzey alanından ço üçü olan döümler için yani A A olduğunda Eş S / L M/ S dx T T M ρcv 1 = (4.3) dt S V ρ f π t Metal Kalıp olara elde edilir. Netice itibarıyla atılaşma olayı hem metalin hem de alıbın özellilerine bağlıdır. Eş. 4.3, t= zamanında X= için integre edilirse; TM T X = ρcv t S V (4.33) π ρ f Nihai eşitliği elde edilir. Bu eşitli Flemings tarafından çıarılmıştır ve atılaşan metal alınlığının zamanın paraboli fonsiyonu olduğunu göstermetedir [7].

98 76 5. DENEY METODU VE DENEY DÜZENEĞİ 5.1. Düzeneğin Parçaları Isıl çiftler Kullanma masadına göre ço farlı tasarım, ölçme aralığı ve ölçme hassasiyetinde ısıl çiftler vardır. Deney düzeneğimizde ullanılan ısıl çift C ölçme aralığında ölçme yapabilece apasitede seçilmiştir. Toplam 4 adet ısıl çift ullanılmıştır. Resim 5.1. Deneydei ısıl çift uygulaması Seçilen ısıl çiftler Kromel olara isimlendirilen rom-niel alaşımından yapılmış en yaygın ullanılan genel amaçlı ısıl çiftlerdir. Ölçme hassasiyeti 4 µv / C dir. Bir grup deneylerde ısıl çiftlerden iisi um numuneye, diğer iisi de ıyaslama amacıyla ullanılan baır bloğa yerleştirilmetedir. Resim 5.1 de ısıl çift uygulaması görülmetedir. İinci grup, baır blo ullanılmayan

99 77 deneylerde ise 4 ısıl çift de um numuneye yerleştirilmiştir. Bu gruba ait çizim ve resimlere daha sonrai ısımlarda yer verilecetir Yüseltici Isıl çiftlerin en büyü dezavantajları, ço düşü seviyede voltaj üretmeleri ve pahalı yüselticilere ihtiyaç duyulmasıdır [73]. Isıl çiftlerden gelen aım seviyesi ço düşü olduğu için bir eletroni devrede netice alınması ve oluşabilece dalgalanmalardai hata payını azaltma için her bir ısıl çift için ayrı bir yüseltici (amplifiatör) ullanılmıştır. Isıl çiftlerden gelen voltajı 1 volt seviyesine çıarara bilgisayara göndermetedir. Resim 8. de 4 yüseltici ara yüz elemanına montajlı halde görülmetedir. Ticari mara ve modeli ADAM 311-A Signal Conditioning Modules for Industrial & Lab. Automation/Isolated Thermocouple Input Module dir Ara yüz elemanı Yüselticilerden gelen voltaj değerlerini bilgisayar üzerindei eletroni devre artına yönlendiren parçadır. 68 adet ısıl çift (veya sensör) bağlanabilece şeilde tasarlanmıştır (Bz. Resim 5.). Ticari mara ve modeli ADAM 3968 SCSI 68 Terminal Board Rev. B1 dir Eletroni devre artı Bilgisayara taılan ve ara yüz vasıtasıyla gelen verileri düzenli olara almaya ve yazılımla uyumlu çalışmayı sağlayan arttır. Ticari mara ve modeli ADVANTECH PCI-171 HG 1 K S/S 1-Bit High Gain Multifunction Card dır.

100 78 Resim 5.. Yüselticiler ve ara yüz elemanı Yazılım Karttan gelen bilgilerin bir excel dosyasına aydedilmesini sağlayan programdır. Donanımı sağlayan firma tarafından yazılmıştır Baır blo Kullanmayı düşündüğümüz ısı transfer atsayısı ölçüm metodu, bir grup deneyde ısı transfer atsayısı bilinen bir malzeme ile bilinmeyen bir malzemenin arşılaştırılması esasına dayanmatadır. Bilinen malzeme olara saf baır tercih edilmiştir. Bunun sebebi baırın ısı transfer atsayısının sıcalıla ço az değişim göstermesi, yüse ısıl iletenliği ve teminindei olaylıtır. 1 mm yüselite ve um numunenin çapına eşit olara 5.8mm çapında baır malzeme işlenditen sonra bir uçtan yuarı doğru 33 mm ve 66 mm mesafede ısıl çiftlerin yerleşmesine müsaade edece şeilde mereze adar ilerleyen 5 mm çapında adet deli açılmıştır (Bz. Resim 5.3).

101 Model Model olara birinci grup deneyde 1x1x4 cm ebatlarında prizmati, iinci grup yapılan deneyde um numune çapı olan 5,8 mm çapında ve 5,4 mm yüseliğinde silindiri stropor model ullanılmıştır. Ucuzluğu ve alıptan çıarma ihtiyacı olmadığı için son derece ullanışlı bir model tipi olması sebebiyle stropor model tercih edilmiştir. Resim 5.3. Baır blo Metal Ergime sıcalığının düşülüğü ve ucuzluğu sebebiyle ticari saflıta alüminyum tercih edilmiştir. Yollu hariç olara düşünüldüğünde birinci grup deneyler için gereli olan sıvı metal ağırlığı 18 g, yollula beraber yalaşı 13 g ağırlıta olmatadır. İinci grup deneyler için seçilen silindiri numune ağırlığı için yalaşı 13 g ve yollula beraber 3 g civarında olmatadır. Eritme işlemi için 5 g apasiteli eletri direnç ocağı ullanılmış ve döüm

102 8 sıcalığı 7-7 C arasında tutulmuştur. Resim 5.4 de alınmış döüm örneği görülmetedir Yalıtan malzeme Kum numunelerin etrafını izole edere ısının sadece alttan girip üst ısımdan çımasını temin masadıyla ullanılan yalıtım malzemesidir. 3 cm alınlıta silia battaniyedir (Resim 5.5). Ateşe dayanılılığı ve üstün yalıtım özelliği sebebiyle tercih edilmiştir. Resim 5.4. Alınmış döüm örneği

103 81 Resim 5.5. Silia battaniye 5.. Döüm umu numunesi Döüm umu Kalıp umunun ana elemanı olan silia umudur. Genel formülü SiO olan bu moleül tüm dünyanın %95 ini oluşturmatadır. 3 farlı ristal yapıya sahiptir; Quartz, tridimit ve ristobalit. Bütün bu yapılarda ristal merezinde Si atomu, çevresinde 4 adet osijen atomu vardır. Birbirlerinden farlı özellileri, Si ve O atomları arasındai bağların diziliş farından aynalanmatadır. Si-O bağları ısmen ovalent, ısmen de iyonitir. SiO olara gösterilen silia moleülleri içinde döümcülüte en fazla tercih edilen um, quartz umudur. Nehir yatalarında, deniz dibinde veya ıyıya yaın esimlerde topra altında depo halinde bulunurlar. Denizden çıarılan um içinde yüse oranda bulunan tuz sebebiyle ullanışsızdır. Tane iriliği,5-1 mm arasında olan umlar iri taneli,,5,5 mm arasında olan umlar orta irilite,,1,5 mm arasında olanlar ise ince taneli olara

104 8 abul edilir [5]. Tabii olara elde edilen um içinde su ilavesiyle yeterli alıplama uvveti elde edilebilece adar il varsa bunlara tabii döüm umu, gereli olan il ve diğer ilave maddeler sonradan elenere alıp umu elde ediliyorsa bu tür umlar senteti um olara isimlendirilir. A.F.S standartlarına göre yıanmış ve urutulmuş olan bir döüm umu, ele analizi neticesinde tüm taneler 4 no lu eleten geçmeli, % 95 i 5 numaralı eleten ve alanlar da 7 numaralı eleten geçmelidir. Bölüm de daha detaylı açılama yapılmıştır. Deneylerimizde ullanılan um, Gazi Üniversitesi Teni Eğitim Faültesi Döüm Anabilim Dalı Kum Laboratuarında bulunan DIN normundai ele sistemiyle elenmiş ve tane irili analizi yapılmıştır. Kumdan alınan 5 g numuneye ait değerler 5.1 no lu çizelgede verilmetedir. Çizelge 5.1. Deneylerde ullanılan uma ait ele analizi Ele Açılığı (mm) Mitar (g) % Çarpım Fatörü Çarpım Sonucu 1, , ,71,17, ,1,5,96 1,9 5 48,355 5,4 1, ,8,5 18,84 37, ,6,18 19,95 39, ,15 3,86 7, ,3,9,55 1, ,8,63,3, ,44 Tava,1, Toplam 49,7 99,44 539,6 Tane iriliği=539,6/99,44=54, 5... Kil

105 83 Kalıp umlarına % ila % 35 oranında il ilave edilebilir. Kili ative edece oranda ilave edilece su ile il, um tanecilerini birbirlerine bağlayara alıp umuna aıcılı ve muavemet azandırır. En fazla ullanılan il tipi bentonit tir Bazı il yataları te tip il barındırıren birden fazla tipte il çeşidini arışım olara bünyesinde barındıran il yataları da mevcuttur. En fazla rastlanan il çeşitleri bentonit ve aolinittir. Daha detaylı açılama bölüm da verilmiştir Su Kili ative edece te eleman sudur. % 1,5 ila % 9 arasında ilave edilen su oranı ile um tanecilerinin birbirlerine tutunmaları sayesinde alıp umu aıcı hale geçer ve bu sayede şeillendirilebilir ve muavemet azanara sıvı metalin yapacağı metalostati basınca arşı oyabilece dirence sahip olur. Bununla beraber il içine ilave edilece suyun bir limit değeri vardır. Gereli mitardan fazla ilave edilece olan il, alıp umunun çamurlaşmasına ve muavemetini aybetmesine sebep olur. Bu sebeple suyun gereli faat mümün olan en az mitarı ullanılmalıdır [47] Standart numune Isı transfer atsayısını bulmaya çalıştığımız farlı nem ve il oranlarında standart olara hazırlanmış numunelerdir. Döümhane umlarına ait yapılan testlerin hepsinde tüm dünyada standart hale getirilmiş testler yapılmatadır. Hazırlanan alıp umlarına uygulanan testler arasında 5,8 mm çapında ve 5,8 mm yüseliğinde hazırlanan standart numune üzerinde umun gaz geçirgenliği, yaş basma muavemeti, yaş esme muavemeti, sertli, sıışabilirli ve uru muavemet ve diğer meani testler yapılmatadır. A.F.S. tarafından hazırlanmış olan bu standarda göre 5,8 mm çaplı özel tüp içine onulan um üzerine 6,356 g ağırlıtai çeicin 5,8 mm yüseliten 3 defa serbest düşme ile yaptığı sııştırma neticesinde elde edilen numune

106 84 yüseliği 5,8±,79 mm olara elde edilmelidir. Kumun tane yapısı ve su mitarına bağlı olara alınaca numune ağırlığı g arasında değişebilmetedir. Burada önemli olan numune yüseliğinin belirlenen standart değerler arasında olmasıdır [5]. Resim 3.1 de standart numune hazırlamada ullanılan çeiç, silindiri um alıbı ve özel terazisi görülmetedir. Resim 5.6 da yaş basma muavemeti ölçme cihazı, Resim 5.7 de hazırlanmış standart um numuneler ve baır blo görülmetedir. Kum numunenin bir ucundan yuarı doğru 15 mm ve 35 mm notalarında adet 5 mm çapında mereze adar ilerleyen ısıl çift yuvası hazırlanmıştır Seçilen um, il ve nem oranları Farlı il ve nem oranlarının ısı transfer atsayısı üzerindei etisini inceleme için um özellileri sabit tutulara il ve nem oranlarıyla oynanmıştır. Endüstriyel uygulamada ullanılan ve piyasada satılan ticari döüm umlarının tane iriliğinin ço aşırı farlılılar göstermemesi ve deney neticeleri üzerinde ço fazla bir etisi olmayacağı düşüncesiyle te tip umla deneyler yapılmıştır. Kil onusunda da benzer düşünceyle hareet edilmiş ve aynı alitede il ile deneyler yapılmıştır. Su olara şebee suyu ullanılmıştır. Hazırlanan 1 g lı um, il ve su arışımında ağırlığın % 5 i, % 7 si ve % 9 u olaca şeilde su ilave edilmiştir. Kil oranı 1. grup deneylerde % 5, % 7 ve % 9 olara 3 farlı oranda seçilmiş, diğer grup deneylerde ise sadece %5 oranında il ullanılmıştır.

107 85 Resim 5.6. Yaş basma muavemeti ölçme cihazı Resim 5.7. Kum numuneler ve baır blo

108 Deneylerin Yapılışı Çalışılan malzemenin içerdiği su ve gözeneli yapısından dolayı ço fazla değişene sahip olması ve standart bir ısı iletim atsayısı bulmanın zorluğu sebebiyle 6 farlı deney grubu ile çalışılara mümün olan en fazla sayıda deneyle sonuçların irdelenmesi yoluna gidilmiştir. Başlangıçtai amaç zaten laboratuar şartlarından ziyade endüstriyel şartlar altındai döüm umunun ısıl davranışını öğreme olduğu için ala gelebilece farlı ihtimaller için farlı deneyler yapılmıştır. Deneyler 6 ana grup altında toplanmatadır. Bunlara ait değişenler aşağıda sırasıyla izah edilecetir Grup deneyler Alt dereceye yerleştirilen 1X1X4 mm ebatlı stropor model üzerine daha önceden hazırlanmış standart um numune ve üzerine baır blo onulmuştur. Isıl çiftler açılmış yuvalara yerleştirilip ısı yalıtımını temin için silia battaniye ile sarılmıştır. Etrafı normal alıp umu ile dövülere sııştırılıp döüme hazır hale getirilmiştir. Program çalıştırılıp sıcalı değerleri alınmaya başlandıtan saniyeler sonra 7 C dei sıvı metal döülüp 15 s ( 5 daia ) süre ile saniyede ölçüm alınara her bir ısıl çift için zamana arşı 3 sıcalı değeri alınmış, alınan değerler csv uzantılı bir excel dosyasına aydedilmiştir. Deney düzeneğinin hazırlanma aşamaları ve yapılışı Resim de görülmetedir. Yapılan deney, Çizelge 5. de gösterildiği üzere % 5, % 7 ve % 9 il oranlarının her biri için % 5 su, % 7 su ve % 9 su olara 9 ombinasyon için terarlanmıştır. Bu ombinasyondan masat il mitarının da ısı transferi üzerindei etisini anlama olduğu halde fazla bir eti görülmediği için daha sonra yapılan diğer deney gruplarında sadece % 5 il oranı sabit tutulara % su, % 5 su, % 7 su ve % 9 su ombinasyonları ullanılmıştır. 3 No lu deney teni bir asalıtan dolayı başarısız olmuş faat terar edilmemiştir. Bu durumda bu grupta 8 deney yapılmıştır.

109 87 Çizelge grup deneyler ve değişenleri Deney No Kil (% ) Su (%) Başarısız Resim 5.8. Deney düzeneğinin genel görünüşü

110 88 Resim 5.9. Rezistanslı ergitme fırını ve ontrol ünitesi Resim 5.1. Numune, blo ve ısıl çiftlerin dereceye yerleştirilmesi

111 89 Resim Döüme hazır alıp düzeneği Resim 5.1. Döümü gerçeleştirilen alıp

112 9 Resim Kum alıp içerisindei um ve baır numunenin döüm parça üzerine onumlanmış durumu Grup deneyler Yapılan 1. grup deneyde sıvı metalden ısı aybı hem numuneye yani yuarı doğru hem de diğer yönlere olmatadır. Bu durum yapılaca matemati modelleme ve nümeri analiz hesaplamalarında aşırı sapma ve belirsizlilere sebep olmatadır. Yapılan. grup deneylerde um numune çapı olan 5,8 mm çapında ve 5 mm yüseliğinde etrafı tamamen izole edilmiş silindiri stropor model ullanılmıştır. Döülen sıvı metalin atılaşma süresince vereceği ısının sadece yuarı doğru um numuneye yönlenmesi amaçlanmıştır. Stropor modelin altına 3 mm alınlıta amyant plaa, onun da altına silia battaniye onulmuş ayrıca çevresi de yine silia battaniye ile yalıtılmıştır. Yollutan ısı aybını en aza indirme için giriş ağzı ço üçü tutulmuştur. Baır bloğun ve ısıl çiftlerin onumu 1. gruptai gibidir. Kil oranı % 5 te sabit tutulara % 5 su, % 9 su ve % su olma üzere 3 farlı nem oranıyla 3 deney yapılmıştır. Saniyede 5 veri alınara 3 s beletilme suretiyle her bir ısıl çift için 15 veri alınmıştır.

113 91 Şeil 5.1 de um numune, baır blo, ısıl çiftler ve yalıtım malzemelerinin onumu, Resim 5.14 de alınmış döüm örneği ve Çizelge 5.3 de deney değişenleri görülmetedir. Çizelge grup deneyler ve değişenleri Deney No Kil (%) Su (%) Şeil Grup deneylerin düzeneği 1)Silia battaniye )Amyant plaa 3) Sıvı alüminyum 4)Kum numune 5)Isıl çiftler 6)Baır blo

114 9 Resim grup deneyde alınmış döüm örneği Grup deneyler Sıvı metal ullanma yerine sıca bir demir blo üzerine yerleştirilece um numunedei ısıl davranış incelenmiştir. 5 C sıcalığa ısıtılan 1 mm çapında ve mm boyunda silindiri demir blo üzerine etrafı izoleli olara yerleştirilen um numune ve baır blola 3 deney yapılmıştır. Şeil 5. de demir blo üzerinde um numune ve baır blo ve ısıl çiftlerin onumu görülmetedir. Çizelge 5.4 te 3. grup deney değişenleri görülmetedir. Çizelge grup deneyler ve değişenleri Deney No % Kil % Su

115 Şeil Grup deneylerin düzeneği 1)Yalıtım )Baır blo 3)Kum numune 4)Isıl çiftler 5)Demir blo Grup deneyler Ocağın içinde sadece demir blo olduğu ve pota ile arasında boşlu olduğu için sıcalı ontrolünü sağlama olduca zor olmuştur. Sıcalı ontrolündei aşırı dalgalanma sebebiyle 4. grup deneylerin yapılması düşünülmüş ve baır blo onulmadan sadece um numuneyi demir blo üzerine oyara 4 ısıl çiftin de bu numune üzerine yerleştirilmesiyle 4. grup deneyler yapılmıştır. Bu gruptai deneyler, um numune üzerine baır blo onulmadan sıca demir blo üzerinde yapılan 3 deneyden oluşmatadır. Çizelge 5.5 te 4. grup deneyler ve değişenleri görülmetedir. Çizelge grup deneyler ve değişenleri Deney No % Kil % Su

116 94 1. ısıl çift altta ısı aynağı olara ullanılan demir bloğa teğet pozisyonda olaca şeilde numunenin en altına,. ısıl çift zeminden 15 mm yuarıya, 3. ısıl çift zeminden 35 mm yuarıya ve 4. ısıl çift üst yüzeye teğet olaca şeilde üste yerleştirilmiştir. Şeil 5.3 te um numune üzerinde ısıl çiftlerin yerleşme düzeni görülmetedir Grup deneyler Kum numune ve ısıl çift düzeni 4. gruptai gibidir faat 1. grup deneylerdei gibi 1X1X4 mm ebatlarında alüminyum döülere 5 deney yapılmıştır. Çizelge 5.6 da deney değişenleri görülmetedir. 1 3 Şeil 5.3. Kum numune üzerinde ısıl çiftlerin onumu 1) Kum numune ) Isıl çiftler 3) Demir blo Grup deneyler Sıcalı ontrolünün daha iyi ontrolü amacıyla % 5 Na CO 3 - % 5 K CO 3 arışımıyla hazırlanan tuz eritilere 4 C de sabit tutulmuş ve ergimiş tuz banyosu içine onulan 7 mm çapında, 1 mm boyunda silindiri demir blo ısı aynağı olara ullanılmıştır. Şeil 5.4 te deney düzeneği, Resim 5.15 te

117 95 Çizelge grup deneyler ve değişenleri Deney No % Kil % Su Şeil grup deney düzeneği 1) Kum numune ) İzolasyon 3) Ergimiş tuz 4) Demir blo 5) Hazne ergimiş tuz banyosu içindei demir blo ve Resim 5.16 da blo üzerinde um numunenin onumlanması ve tuz banyosunun sıcalığını ölçen ısıl çift görülmetedir. Bu ısıtmada sıcalı ontrolü ço daha iyi sağlanabilmiştir. Resim 5.17 de izole edilmiş numune deney sırasında görülmetedir. Bu gruptai deneylerde de yine il oranı % 5 sabit tutulara % 5, % 7 ve % 9 oranında nemli um numunelerle deneyler yapılmıştır. Çizelge 5.7 de 6. grup deney değişenleri görülmetedir.

118 96 Resim Ergimiş tuz banyosu içinde demir blo Resim Demir blo üzerinde um numunenin onumu

119 97 Resim İzole edilmiş um numune deney yapılıren Çizelge grup deney değişenleri Deney No % Kil % Su Çizelge 5.8 de yapılmış olan tüm deneyler ve deney değişenleri toplu halde verilmiştir.

120 98 Çizelge 5.8. Tüm deney değişenleri Deney Isı No aynağı % il % su Cu Blo süre (s) 1/s veri 1 4 cc Al 5 5 var cc Al 5 7 var 15 3 Başarısız 4 cc Al 5 9 var cc Al 7 5 var cc Al 7 7 var cc Al 7 9 var cc Al 9 5 var cc Al 9 7 var cc Al 9 9 var cc Al 5 5 var cc Al 5 9 var cc Al 5 var Fe blo 5 5 var Fe blo 5 9 var Fe blo 5 var Fe blo 5 5 yo Fe blo 5 9 yo Fe blo 5 yo cc Al 5 5 yo cc Al 5 9 yo Tuz B. 5 5 yo Tuz B. 5 7 yo Tuz B. 5 9 yo cc Al 5 5 yo cc Al 5 7 Yo cc Al 5 9 Yo Tuz B. 5 5 Yo Tuz B. 5 7 Yo Deneylere Ait Sıcalı-Zaman Grafileri

121 99 Deneylerden elde edilen veriler ile çizilen grafilerden numune için, baır blo ullanılara yapılmış deneylerden bir adet ve baır blo ullanılmadan yapılan deneylerden bir adet olma üzere alınan ii tanesi Şeil 5.5 ve Şeil 5.6 da diğer grafiler EK-1 dedir 1. Grafilerdei T1, T, T3 ve T4; en alttan yuarı doğru 1.,., 3. ve 4. ısıl çiftleri ifade etmetedir. En alttai ısıl çifte ait sıcalı eğrisi, en sıca notayı ölçtüğü için en üstte, en üsttei ısıl çifte ait sıcalı eğrisi ise en soğu notayı ölçtüğü için en altta bulunmatadır. Grafilerde 1 C çizgisinin olduğu yerde görülen ırılma, buharlaşma notasına gelen suyun buharlaşma enerjisi (latent heat of evaporation) sebebiyle ortaya çıan beleme süresini dolayısıyla ısı transferi üzerindei suyun etisini açıca göstermetedir. Su olduğu sürece ço hızlı bir yüseliş gösteren sıcalı artışı, suyun buharlaşma sıcalığına gelindiğinde x esenine parallel olara ırılıp, buharla su aybı arttıça, azalan bir eğimle devam etmetedir. Özellile en sıca bölgede bulunan 1. ve. ısıl çifte ait eğrilerde ço açı bir şeilde görülmetedir. 6. deney:1x1x4 Al döüm üzerinde ısıtma (%9 Kil-%5 Su / Cu blolu) TX1 (C) T1 T T3 T t (s) Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği 1) 1. deney neticeleri teni bir asalıtan dolayı aybedildiği için grafiği çizilememiştir.

122 1 TX1 (C) deney:tuz banyosu içindei demir blo üzerinde ısıtma (%5 Kil-%5 Su / Cu blosuz) t (s) T1 T T3 T4 Şeil deney Sıcalı-Zaman grafiği

123 11 6. ISI TRANSFER KATSAYISININ BULUNMASI Isı transfer atsayısı nın nümeri metotlar ullanılara doğrudan bulunması, deney düzeneğinde baır blo ullanılması halinde ve ullanılmaması halinde olma üzere ii farlı durum için de ayrı ayrı lineer la analiz edilmiştir. Daha sonra arşılaştırma masadıyla baır blo ullanılmayan deneyler için eğrisel sıcalı dağılımı da denenmiştir. Bu durumda 3 farlı nümeri metot ullanılara ısı transfer atsayısı bulunmuştur Baır Blolu Deneylerde Doğrudan Bulunması Deney düzeneği daha önce de bahsedildiği gibi Şeil 6.1. dei gibidir. Sıcalı ölçümleri 1,, 3 ve 4 no lu ısıl çift notalarından alınmıştır. Baır bölgesinde ısı transferinin ço hızlı olması ve 3 ve 4 no lu ısıl çiftler arasındai sıcalı farının ço az olması sebebiyle sıcalı dağılımı bloğun tamamında lineer olara abul edilmiştir mm arasındai bu ısımda eğrinin eğim denlemi; T=a 3 y+b 3,35 y,135m (6.1) 1. ve. ısıl çiftler arasında ve. ısıl çiftten baır bloğun taban ısmına adar olan ısımda da sıcalı dağılımları ayrı ayrı lineer olara abul edilmiştir. Buna göre eğimlerin denlemleri aşağıdai gibidir; T=a y+b, y,35m (6.) T=a 1 y+b 1 y,m (6.3) bu üç denlem, ısıl çiftlerden alınan sıcalı değerleri ve baır-um ayrımında orta sıcalı olması yardımıyla çözülür.

124 1 y ,3 33,3 33,3 Çıan q Giren q 1 4 Ø5 3 T 4 T=a 3 y+b 3 T 3 T=a y+b T T=a 1 y+b 1 T 1 T Giren T q = Çıan y T q = b y Şeil 6.1. Doğrudan bulunması için ullanılan baır blolu model ve varsayılan lineer sıcalı dağılımları

125 13 y= T=T 1 b 1 =T 1 y=, T=T a 1 =(T -T 1 )/, y=,683 T 3 =,683a 3 +b 3 a 3 =(T 4 -T 3 )/,333 y=,116 T 4 =,116a 3 +b 3 b 3 =T 4 -,116a 3 y=,683 T 3 =,683b 3 +a 3 a 3 =(T 4 -T 3 )/,333 y=,116 T 4 =,116b 3 +a 3 b 3 =T 4 -,116a 3 a i ve b i atsayıları her t=1 s için ayrı hesaplanmıştır. 1- no lu ölçüm notalarının ortası ile 3-4 no lu ölçüm notalarının ortası arasında alan ontrol bölgesi için enerji orunum denlemi aşağıdai gibidir. q,35 = qç + ct,1,85 T dm T + cb t A t,35 Giriş dm A (6.4) T y T = b y=,1 y,,35 (T Te ) T Te + ρ tc t dy + tc t dy y,85 t ρ = t,1,,85 T Te + ρbcb dy t,35 (6.5) burada; T e = aynı notanın t s adar evveli sıcalığı, Baırın yoğunluğu (ρ b ), ısı apasitesi (c b ) ve ısı transfer atsayısı ( b ) sıcalıla ço az değiştiğinden sabit alınabilir. Kum numune içinde ise su ve il bulunduğundan birim ağırlıtai numunenin aldığı ısı aşağıdai eşitlite olduğu gibi yazılabilir; ρ tc t = ρc + φil ρ cil + φsu ρ csu (6.6)

126 14 burada alt indis olara ullanılan =uru um, t=um toplam Numune içindei il oranı; Numune içindei su oranı; m φ il il = m msu φ su = m t s öncei atsayılara a 1e -b 1e, a e -b e ve a 3e -b 3e diyelim. İlgili T denlemleri 6.4 no lu enerji denleminde yerine onulursa aşağıdai netice elde edilir; ρ t.c t a1 a1e t.a1 = ba3 + (,,1 ) (b1 b1e ),1 t + ρ tc t a ae + (,35, ) (b be ),15 t + ρbcb a3 a3e + (,85,35 ) (b3 b3e ),5 t + (6.7) 6.7 no lu eşitliten çeilere herhangibir t zaman aralığındai um ısı transfer atsayısı t ise aşağıdai eşitli yardımıyla bulunabilir; t = a3 b a1 ρ tc t a1 t [,15(a 1 a1e ) +,1(b 1 b1e ) +,415( a a e ) +,15(b b e ) ρ c,3(a 3 a1 t ] b b [ a3e ) +,5(b 3 b 3e )] (6.8) Deneyde t= ile t=son arasında ortalama ısı transfer atsayısı;

127 15 t ts a i= 1 = ts a i= 1 3i 1i ρ tc ts a i= 1 t 1i [,15(a a )] 1i 1 +,415(a i a ) +,15(b i b C b b ] [,3(a a )] ) ρ ts a i= o 1i 3i 3 +,5(b 3i b 3 )] (6.9) Burada a i ve b i başlangıçtai atsayılardır. Baır blo ullanılan deneylerde baırın ısı transfer atsayısının umuninden yalaşı olara 5 at fazla olması ve geniş aralılarla sadece 4 ısıl çiftle çalışılması yeterli olmamış ve istirarlı sonuçlar alınamamıştır. Çözüm için um-baır arasında ve umun alt ısmından da ölçüm yapılması geretiği görülmüştür. Bu sebeple sadece um numune üzerindei 4 notadan alınaca ölçümlerle yeni deneyler yapılmasına arar verilmiştir. 6.. Baır Blo Kullanılmayan Deneylerde Doğrudan Bulunması Deney setinde bulunan 4 ısıl çift, Şeil 6. dei gibi um numuneye yerleştirilere deneyler yapılmıştır. 1,, 3 ve 4 no lu notalardan yapılan ölçümler arasındai sıcalı dağılımları lineer ve aşağıdai gibi abul edilmiştir; T=a 1 y+b 1,5 y,15 (6.1) T=a y+b,15 y,35 (6.11) T=a 3 y+b 3,35 y,475 (6.1) 1,, 3, 4 dei sıcalı değerleri uygulanırsa;

128 16 Çıan q = h( T W T ) y T 4 1,5 Ø5 T=a 3 y+b 3 T 3 T=a y+b T 1,5 T=a 1 y+b 1 T 1 T Giren q A = dt dy Şeil 6.. Doğrudan bulunması için ullanılan baır blosuz model ve varsayılan lineer sıcalı dağılımları T T1 T T y =,15 T T1 a1 T = T1 + y,15 b 1 (T T1 ) =,15 = T 1 (6.13) T T T T 3 T = T y,15 =,35,15 T3 T +, 1 a (y,15) b T3 T =, = 1,65T,65T 3 (6.14) T T3 T T 4 T = T 3 3 y,35 =,45,35 T4 T3 a + (y,35),15 b 3 3 T4 T3 =,15 = 3,63T,63T 3 4 (6.15) a i, b i atsayıları her t=1 s de hesaplandı.

129 17 Kum numunenin tamamında enerjinin orunum denlemi aşağıdai gibidir; q Gir = q Çıı +,45,5 c t T t dm A T y y=,65 = T y y=,3875 ρ + t c t,15 t 1,65 [(a a )y + (b b )] 1e 3 1e dy ρ + ρ + t c,35 t t t,15 c t [(a a )y + (b b )],38755 t 3,35 e dy [(a a )y + (b b )] dy (6.16) 3e 3 e 3e ρ tc t = [,586(a (a a ) t a 1e ) +,65(b 1 b 1e ) +,45(a a e ) +,(b b e ) +,7(a 3 a 3e ) +,65(b 3 b 3e )] (6.17) burada bulunan, herhangibir t zamanında ve t zaman aralığında bulunan değerdir. Başlangıçtan, son zamana (t s ) adar olan t değeri; t ρ tc t = [,75(a 3i a1i )] +,45(a i a ) +,(b i b ) t (a3i a1i ) i= 1 +,6(a 3i a3 ) +,175(b 3i b3 )] (6.18)

130 18 Burada bulunan lar umun ısı apasitesine bağlı olup süreli rejimde ullanılamaz. Bulunan ların en önemli eteni; giriş-çıış eğimleridir Eğrisel Sıcalı Dağılımı Yalaşımı Giriş ve çıış ısı mitarına göre nın bulunmasında ço geniş bir aralı olduğundan bir sonuç alınamamıştır. Eğimler sonucu etilediği için 4 ölçüm sonucundan geçen en yaın eğri denlemi denenmiştir. b y T = a e 1 1,5 y,475 (6.19) denlemi, lineer hale getirilip en az areler metodu ile en yaın a 1 ve b 1 değerleri bulunmuştur (Bz. EK-4). Veri çizelgesi Çizelge 6.1 dedir; Çizelge 6.1. Veri çizelgesi y lnt lnt 1,15 lnt,35 lnt 3,45 lnt 4 Çözüm; lnt=lna 1 +b 1 y (6.) b yi lnti y lnt i i i= 1 i= 1 i= 1 = 4 n 4 y i y i i= 1 i= 1 (6.1)

131 19 ' a lnti yi yi y i= = yi + y i i= 1 i= i lnt i (6.) a 1 = ' a1 e Hazırlanan bilgisayar programında her t değerinde hesaplanan bu atsayılar için ayrıca regresyon (Bz. EK-4) atsayıları da bulunmuştur. Kumun tamamında enerji orunumu; a 1e a b e e,475b1 b 1 1 1,5b1 a1e b =,5b1 1 a b e 1 a 1 1e,475b1 e,475b1e b 1e ρ + t a + c t 1e e t,5b1e b 1e (6.3) = ρ tc t,475b 1e b1,5b a 1e b1 a 1 1 -,475b a1e e - b1e 1e,5b a1e e + b1e 1e (6.4),475b a b (e 1,5 b = 1 1 e ) (6.5) 1 aynı şeilde başlangıçtan t s anına adar toplam ısı giriş-çıışı ndan;

132 11,475b ρ tct a i.e 1 a iei t b = 1 t (6.6) t,475b 1,5b e e 1 i= 1 t ts 1,34 (a,5 1i i=,1 = ts a b e i= 1i,475b1i 1i T,5b1 ) 1,5 ρ tc + ts e i= t,5b1i ts a1ie i= b t 1i,475b1i a1ie b a + 1 e,5b1i 1i,5b1 b 1 a 1 e,475b1 b 1 a + 1 e,5b1 b 1 (6.7) 6.4. Isı Transfer Katsayısı İçin Hazırlanan Bilgisayar Programı Deney verileri üzerinde yapılan işlemler Deneylerin bir ısmında saniyede veri alınaca şeilde program ayarlanmış, bir ısmında ise saniyede 5 veri alınmıştır. Deney süresi il yapılan deneylerde 15 s tutulmuş, daha sonra yapılan deneylerde, 5 ve 3 s tutulan deneyler olmuştur. Alınan veriler bilgisayara bir text dosyası olara aydedilmiştir. Daha sonra bu verilere ait olduları deney numarası verilere excel dosyasına atarılmıştır. Text dosyasında aydedilen veriler # # # # formatında gelmetedir. Örneğin 19, C li bir ölçüm, text dosyasına,19 olara aydedilmetedir. Bölgesel ayarlarda problem çıarmaması ve ondalısız tam sayı elde edebilme için her veri 1 ile çarpılmıştır. Bu durumda örneğimizdei 19, sayısı excel dosyasına 19 olara yani 1 ile çarpılara atarılmış olmatadır. İşlem sayısını azaltma ve hızlandırma için her sdei ölçümlerin ortalaması alınara veri sayısı azaltılmıştır. Buna göre saniyede 5 veri alınan deneylerde il 5 veriden

133 111 başlanara her 5 veri toplanıp 5 e bölünere her saniye için ortalama te değer alınmış, benzer şeilde saniyede veri alınara yapılan deneylerde her veri toplanıp ye bölünere her saniye için ortalama te değer alınmıştır. Bu işlemler Visual Basic Maro yardımıyla yapılmıştır. İl sütun, deney yapılma süresi dan başlayara birer artışla devam edece şeilde üretilmiş ve Sıcalı-Zaman grafiği çizimlerinde ullanılmıştır. Son haline gelen veriler sontopad.xls adı altında dosyalanmışlardır. Çizelge de örne olara seçilen 19. deneye ait verilerin düzenlenme basamaları görülmetedir. Bu veriler yardımıyla çizilmiş Sıcalı Zaman grafiği EK-1 Şeil 1.17 de görülmetedir. Kullanacağımız Visual Basic 6. programı Access ile daha uyumlu olduğu için sayfalar halindei toplu excel dosyası tablolar halindei 97 versiyonlu Access dosyasına (sontop97.mdb) atarıldı. Ayrıca deney numaraları, tarihleri, tipleri, su ve il oranlarını yazan ayrı bir 97 versiyonlu (deneyler97) Access dosyası hazırlandı. Çizelge 6.4 de Access te bir deney veri örneği görülmetedir. Çizelge 6.. Deneyden text dosyası olara alınmış 1 veri,137,168,159,156,139,159,159,151,139,161,159,151,137,161,159,151,137,161,156,154,139,164,159,154,134,161,156,151,134,166,159,151,137,161,151,151,137,164,156,159. sütunda en altta, en sıca bölgede bulunan ısıl çift, 3. sütunda alttan. notaya yerleştirilen ısıl çift, 4. sütunda alttan 3. notaya yerleştirilen ısıl çift, 1. sütunda en üst notaya yerleştirilen ısıl çift bulunmatadır. Tüm veriler programı hızlandırma için virgülden urtarılma üzere 1 ile çarpılmıştır.

134 11. sütunun il 5 ve sonrai 5 verileri ortalamaları; =81 81/5= = /5=163 Benzer şeilde diğer değerler de bulunmuştur. Çizelge 6.3 te ortalamaları alınmış, 1 ile çarpılıp sütunları düzgün sıralanmıç veriler görülmetedir. Çizelge 6.3. Düzenlenmiş veriler Çizelge 6.4. Zaman sütünu ilave edilmiş veriler Bilgisayar programları Bölüm 6.1, 6. ve 6.3 de anlatılan doğrudan bulunmasıyla ilgili olara yapılan baır blo ullanılara ve ullanılmadan yapılan deneyler için her biri yalaşı olara 7,13 MB büyülüğünde Visual Basic programlama dilinde ii ayrı program yazılmıştır. Baır blo ullanılmayan deneyler için ayrıca eğrisel hesaplama yöntemi için de seçene utucuğu onulmuştur. Programa ait aış diyagramı Şeil 6.3 de görülmetedir. Hazırlanan programda sol üstte ii adet grid nesnesi vardır. Bunlardan biri seçilen deneyin verilerini, diğeri deneye ait değişenleri göstermetedir. Bu grid ler, ii adet veri nesnesi ile sontop97.mdb ve deneyler97.mdb verilerine bağlanmıştır.

135 113 Sol ortada görülen deneyseç tuşu ile herhangibir deneyi seçme mümün olmatadır. Tereddüt yaşanmaması için seçilen deneye ait değişenler üst ortada, deney numarası da sağ üstte terar gösterilmetedir. Sağ üsttei picture nesnesi işlem yapmadan sol üsttei grid nesnesini ouyara 4 adet ısıl çifte ait sıcalı değerlerini zamana arşı çizmetedir. Bu picture nesnesindei 1 C çizgisi, um içindei suyun sıcalı dağılımına olan etisini açıca göstermetedir. Programlarda, en son seçilen deney, form atif olana adar ounmata bulunan sıcalıların ortalamaları regresyon atsayısı için ve picture nesnelerinin ölçelerini belirleme için ullanılmatadır. Sol altta deney ve ısınma şelini ve ölçme notalarını ölçeli olara gösteren pasif bir şeil görülmetedir. Yanındai label nesneleri, deneyde ölçülen sıcalıları göstermetedir. Alt ortadai ise sol alttai deneyi gösteren şeildei ölçme notaları hizalarında sıcalıları ve um numune içinde varsayılan lineer sıcalı dağılımını veya eğrisel sıcalı dağılımını regresyon atsayısı ile beraber göstermetedir. Sağ ortadai picture nesnesi ısı girişini q/ olara siyah çizgi ile ve ısı çıışını da q olara ırmızı çizgilerle göstermetedir. Sağ altta t süresince bulunan değerlerinin ani olanlarını ırmızı notalarla, toplam olanını ise siyah çizgilerle ve etietle göstermetedir. Hesaplanan değerler ayrıca text veri dosyasına atarılmatadır. Ortadai Başlat/Yenile tuşunu basılmasıyla bulunmaya başlamatadır. Altındai Durdur/Devam tuşu, programı herhangi bir zamanda durdurup çizilmete olan şeil ve grafileri inceleme fırsatı sağlamatadır.

136 114 Lineer - Eğri opsiyon nesneleri ile ısı dağılım varsayımı değiştirilebilmete, toplam deney süresince incelenen deney, ortadai alınaca zaman text nesnesi ile detaylı incelenebilmetedir. Sol ortada yer alan Yazdır tuşu ile yazıcıya eranda olanı yazma omutu verilere çıtı alınması sağlanmatadır. Her ii programın çalışma halindei eran görüntüleri Şeil 6.6 ve Şeil 6.7 de görülmetedir.

137 115 Start b alt,,bb üst baltıl altinesit a alt,a, aüst aaltıl altinesit T J? φ J? büst balt bort,1 a üst a alt,1 a ort b alt alt,, b b Yeni üst balt üst üst, 1 bort = a + bφ Son Son Şeil 6.3. Bilgisayar programı aış şeması Programlar ii seçeneli, te form halindedir (Şeil ). Programın od içerileri EK-5 tedir.

138 Şeil 6.4. Lineer yalaşım bilgisayar programına ait form görüntüsü 116

139 Şeil 6.5. Eğrisel yalaşım bilgisayar programına ait form görüntüsü 117

140 Şeil 6.6. Lineer dağılımlı programın çalışır haldei sayfa görüntüsü 118

141 Şeil 6.7. Eğrisel dağılımlı programın çalışır haldei sayfa görüntüsü 119

142 Program çıtılarıyla deneylerin incelenmesi Baır blolu deneyler için doğrudan bulunması Şeil 6.8 de baır blolu deneyler için örne olara alınan. deneye ait Isı transfer atsayısı-zaman grafiği görülmetedir. Deneyin başladığı il saniyelerde numune, suyun buharlaşma sıcalığının ço üzerinde bir sıcalıla arşılaştığında içindei nemin buharlaşmasıyla iletim, taşınım ve gözeneli yapısından dolayı bir mitar ışınımın da olduğu bir meanizmayla ço hızlı bir şeilde metaldei ısıyı alıp duvarından iç ısımlara doğru iletir. İl saniyelerde ço yüse olan ısı transfer atsayısı, zaman ilerleyip buharlaşmayla suyun aybedilmesi neticesinde hızla düşmete ve deneyin sonuna doğru uru um davranışı göstermetedir. Belli zaman aralılarında atsayısındai hızlı düşüş açıça görülmetedir. Alınan değerleri Çizelge 6.5 te verilmiştir. Çizelge deneye ait Isı transfer atsayısı-zaman değerleri t(s) ,4,38 Şeil 6.9 da baır blosuz deneylerden numune olara seçilen 1. deneye ait lineer metotla bulunmuş -t grafiği, Şeil 6.1 da aynı denye ait eğrisel metotla bulunmuş -t grafiği görülmetedir. Diğer deneylere ait grafiler EK- de verilmiştir. 1. deneye ait lineer ve eğrisel metotlarla bulunmuş grafiler arşılaştırıldığında, eğrisel metotla bulunan grafiğin daha düzenli olduğu görülmetedir. Regresyon atsayısının yüseliği de deney verileri ile hesaplama arasındai çaışmayı dolayısıyla ullanılan metodun doğruluğunu gösteren bir değerdir.

143 11. deney t (s) Şeil deney Isı transfer atsayısı-zaman grafiği 1. deney t (s) Şeil deney lineer hesap metodu Isı transfer atsayısı-zaman grafiği

144 deney 3 r=, t (s) Şeil deney eğrisel hesap metodu Isı transfer atsayısı-zaman grafiği

145 13 7. MATEMATİK MODELLEME 7.1. Bir Boyutlu Analiz Deneyde süreli olmayan rejimde nemli umun ısı iletim davranışını inceleme için ullanılan düzene te boyutta analiz için aşağıdai gibi modellenmiştir (Şeil 7.1). Baır blo ullanılmadan yapılan deneylerde de aynı model ullanılmış, hesaplama yüseliği umlu ısımla sınırlandırılmıştır. Baır blo ullanılan deneylerde ölçüm, 3, 5 ve 6 notalarından, baır blosuz deneylerde ise 1,, 3 ve 4 notalarından alınmıştır. Isı aynağı olara gerçe döüm şartlarına uygunlu sağlaması açısından alüminyum döüm yapılara sıvı alüminyum ullanılmış, bazı deneylerde de sabit yüse sıcalı sağlaması için demir blo ullanılmıştır. Sıvı alüminyum 7 C de döülüp 66 C de atılaşmata ve zamanla soğumatadır. Kumda bulunan su, 1 C de buharlaşmatadır. İncelenen bölgeler Ζ yüseliğinde eşit dilimlere bölünmüştür. J notasındai sıcalı T J olara, t s eveli sıcalı, T Je olara simgelenmiştir. Alüminyumun atılaşma hesabı sadece simülasyon ve ısı aynağı olması için ullanılmış olup umla ilgili olara yapılan hesaplamalarla ilgisi bulunmamatadır. Kumla ilgili olara yapılan ısı transfer atsayısı ve diğer değerlerin bulunmasıyla ilgili hesaplamalarda il ölçüm değeri alt sınır değeri olara abul edilip daha yuarı ısımlardai ısıl hareetlili incelenmetedir Baır bölgesi Baır bölgesinde üretilen ısı yotur ( q& = ). Seçilen birim analiz hücresinde enerji orunumu denlemi; Tj Tj 1 Tj Tj 1 Tje Tj - b A = ba + ρb cba Ζ Ζ Ζ t (7.1)

146 14 Z j=mb 6 HAl Hum Hbaır 5 4 j=m 3 1 j=ma TJ+ 1 TJ A Z J+1 J J-1 m qa. Z Z A = πr j= R TJ TJ 1 A Z Şeil boyutlu matemati modelleme ünitesi ve alınan hücre a b = ρb cb b olara alınıp düzenlenirse T j T j+1 T j-1 = a b Ζ (TJe T J ) (7.) t Basit iterasyonda m < j < mb için

147 15 T j = T T T j j 1 + je a b Ζ + ab t Ζ t (7.3) Ζ = H t yani j = mb de onvesiyonla soğuma; - b A Tj Tj 1 = ha (T J - T ) (7.4) Ζ/ T J T J-1 = - h Ζ Ζ (T J - T ), J = m b için T J = h Ζ T j 1 + T Ζ h Ζ 1+ Z (7.5) Holman a göre, doğal onvesiyon laminal varsayılırsa hem düşey silindir, hem yatay atı yüzey için h değeri [59]; h = Tj T (7.6) R Bu değer bulunması ile ilgili olmayıp sadece alüminyumun atılaşmasının simulasyonunda ullanılmıştır Kum bölgesi Kum bölgesinde su ağırlığının um ağırlığına oranı Ø olara simgelenmiştir. Döüm sırasında sıvı metalle arşılaşan suyun, buharlaşıp üst soğu bölgelere çıaren terar soğuyara yoğuştuğu varsayımıyla buharlaşma ve yoğuşma enerjileri um içinde aldığı için diate alınmayacatır. Döüm

148 16 umunun yoğunlu ve ısı apasitesi sabit hacimde su ve ilin ilavesi oranları nisbetinde hesaplanacatır. m toplam = ρ V + il ρ V + ρ V ρ t = ρ um (l + il + ) (7.7) Burada; ρ t = döüm umunun yoğunluğu ρ = uru um yoğunluğu il = il ağırlığının uru um ağırlığına oranı = um içindei su ağırlığının uru uma oranı. Aynı şeilde ısıl apasite; m t c t = m c + m il c il + m.c su ρ t V c t = ρ V (c il + c il + c su ) ρ cρ t = (cρ + il c il ρ il +.c su ρ ) (7.8) ρ t Tj Tj A Z 1 Tj+ 1 Tj = A Z + ρ c t Tj T A Z t je φ j φ je ρ.l su.a. Z t T= 1 C (7.9) T T j j+ 1 T j 1 ρ = t.c t t Z ρl su Z (Tj Tje ) + ( ( φ j φ je ) t t T= 1 C (7.1) Buharlaşma olmadığı yani Ø Je = veya T Je <1 C olduğu durumlarda ρ tc t a = olara alınırsa; t

149 17 Z Tj+ 1 + Tj 1 + a. Tje t φ je = veya Tj = Z Tje 1 C + a t (7.11) Ø Je =Ø Je ve Ø Je olup T Je 1 C olması durumunda buharlaşma başlamıştır. Bu durumda T=1 C dir. φj = φ je + ρlsu t.a (T T T ) j (Tj Tje ) j+ 1 j 1 + (7.1) Z ρ.l su Bu denlemin sonucunda Ø J < çıması halinde hücredei suyun tamamı buharlaşara Ø J = olup sıcalı artışı başlamıştır. Ø J = için T J yazılırsa; Tj = Tj+ 1 + Tj 1 + a Z ρ.l su Tje + t Z + a t Z ( φ je ) t (7.13) Baır blosuz deneylerde üst en ısımdai onvesiyon denlemi aşağıdai gibidir. Tj Tj A Z 1 = ha(t T ) + ρ.c j t t Z Tj T.A ( t je ) Z φ j φ je ρ.l su.a ( ) t T= 1 C (7.14)

150 18 T T j j 1 h Z a Z + (T T ) + t (T T j je ρl su Z ) = ( φ j φ je ) t T= C (7.15) Buharlaşma olmadığı durumda yani Ø Je = veya T Je <1 C olduğunda T J ; h. Z Z Tj 1 + T + a Tje t veya φje = Tj = h Z a Z Tje 1 C t (7.16) Ø Je olup T Je 1 C ise buharlaşma var. T J = 1 C için su oranı; φ j = φ je + ρ L su t (Tj T j Z 1 h t a ) + (Tj T ) + Z ρ L su (T T ) j je (7.17) Bu denlem sonucunda Ø J < çıması durumunda hücrenin tamamı buharlaşmıştır. Ø J = olması halinde T J ; T h Z + T a Z ρ.l + Tje + t h Z a Z 1+ + t su j 1 Tj = Z ( φ t je ) (7.18) Eş Eş arası denlemlerde buharlaşma enerjisi diate alınmış ve hesapla bulunan eğrilerle deneysel sıcalı eğrileri arasında müemmel uyum sağlanmıştır faat buharlaşan su daha soğu olan üst ısımlara çıtığında terar yoğuşara um numune içinde aldığı için belenen

151 19 değerinden daha yüse değerleri elde edilmiştir. Buharlaşma-yoğuşma meanizmasında onvesiyonla beraber ütle transferi gibi yüse matemati bilgisi geretiren bu işlemde gereli döngü sağlanamamıştır. Döüm anı ço ısa olduğu ve buharlaşma enerjisi aybolmadığı için bulunmasında sadece 7.11 denlemi ullanılmış faat T>1 C olduğu durumda Ø= alınmıştır. Bilgisayar programında t= zamanında 4 ölçüm değeri lineer interpolasyonla hücrelerin tamamı için başlangıç değerleri (T Je ) olara alınmıştır. Kum içinde nem oranı, umdai hücrelerin tamamında (Ø Je ) olara abul edilmiştir. Her yeni t için en alttan alınan il ölçüm değeri j=m de T(m 1 ) başlangıç alınıp m 1 <j<m 4 değerleri için önce yeni sıcalılar eveliler abul edilip yeni T J ve Ø J değerleri yuarıdai denlemlerden hesaplanmıştır. Basit iterasyon teniği ile esi ve yeni değerler arasındai far % 1 oluncaya adar işlem terarlanmış sonra da yeni t değeri için aynı çevrim terarlanmıştır Alüminyum bölgesi Bu bölge için yapılan hesaplamalar sadece atılaşma sürecini bilgisayar ortamında gösterme masadıyla yapılmıştır. Yapılan alüminyum döümler sadece sıcalı aynağı olara ullanıldığı için umla ilgili olara yapılan hesaplamalarında bir fonsiyonu bulunmamatadır. Alüminyum bölgesinde ξ = sıvı/atı oranı için ξ = 1 (tamamen sıvı) ve ξ = (tamamen atı) abul edildiğinde; < j m a için Tj+ 1 Tj - Al A Ζ = ρ Al c Al A Z Tj Tj 1 ξ je ξ j + Al.A ρala ΖLAl Ζ t T Tje j t (7.19)

152 13 a Al = ρal.cal Al alınırsa, Ζ Ζ T J T J+1 T J-1 = a ( T T ) + a ( ξ ξ ) Al t je j Al t je j (7.) Basit iterasyonda aranan T J, denlem 7. den T Je > 66 C veya T Je < 66 C yani atılaşma olmadığı durumlarda; T J = T T Ζ a j j 1 + Al T je t Ζ + aal t (7.1) Eğer evveli T Je > 66 C ise ve çıan sonuç T J < 66 C ise atılaşma başlamıştır. Bu durumda T J =66 C alınıp yeni sıvı/atı oranı ξ, hesaplanır. ξ J = ξ Je - Al. t ρal LAl Ζ (T J T J+1 T J-1 a Al Ζ (TJe T J )) (7.) t Çıan sonuç ξ j < için ξ = alınır yani atılaşma tamamlanmıştır. Faat t, Alüminyumda hücrenin tamamı sıvıdan atıya dönmeyece adar üçü alınmalıdır. Diğer bir deyişle T Je > 66 C ise ve ξ Je = 1 ise sonuçta ξ J < çımalıdır. ρ t << Al LAl Ζ (7.3) Al Eğer T Je = 66 C ise atılaşma devam ediyor demetir. Bu durumda T J = 66 C alınıp denlem 7. ile ξ yeniden hesaplanır. Çıan sonuç ξ j < ise atılaşma bitmiştir. ξ J = alınıp T J terar denlem 7.19 dan hesaplanır.

153 131 T J = Tj Tj 1 + aal Ζ ρal LAl Ζ Tje +. t AL t Ζ + aal Tje t ( ξ ξ ) je j (7.4) T Je = 66 C ve ξ j = ise Ζ Alttai hücre; Ζ=, j= için bir taraf izoleli; Tj+ 1 Tj Ζ - Al A - ρ Al A LAl Ζ / ξje ξj =ρ Al c Al A Al t Ζ T je Tj Ζ (7.5) Denlem 7.4, yuarıdai denlem 7.1, 7. ve 7.4 e uyarlanır. T Je > 66 C ve ξ Je = 1 veya T Je < 66 C ve ξ J = için Ζ= ve j= da T j = a T Al Ζ j Tje 4 t aal Ζ 1+ 4 t (7.6) T je > 66 C ise T j < 66 çımışsa ξ, aşağıdai gibi hesaplanır. Veya T je = 66 C ise yine T j = 66 alınır. ξ j = ξ je - 4 Al t a Ζ T T Al ρ j j+ 1 (Tje Tj) (7.7) L Z 4 t AL Al Çıan sonuçta ξ < ise hücrede atılaşma bitmiştir. ξ = alınara T J hesaplanır; T J = a L T Al Ζ ρ.t Al Al Ζ j+ 1 + je +. 4 t 4 Al t a 1 Al Ζ + 4 t ( ξ ξ ) je j (7.8)

154 13 Bu durumda buharlaşma ve yoğuşma aynı bölgede olduğundan üretilen ve emilen enerji q& = varsayılacatır. - t. A Tj+ 1 Tj Ζ Tj Tj 1 + t.a Ζ Tje Tj = ρ Ct A. Ζ t (7.9) a = ρ C alınır ve düzenlenirse; Ζ T J T J+1 T J-1 = a (Tje Tj) t m a < J m için T J = Ζ Tj+ 1 + Tj 1 a Tje t Ζ + a t (7.3) 7.. Deneyle Isı Transfer Katsayısının Bulunması 11, 1, 13 No lu deneyde şeildei 1,, 3, 4 notalarındai sıcalılar, saniye aralılarla ölçülmüştür. En alttai (notasında sıcalı yalaşı olara sabit olmasına rağmen ölçülen değer alınacatır. Deney 11 de nem/ağırlı oranı =, deney 1 de nem/ağırlı oranı = 5, 13. deneyde nem/ağırlı oranı = 9 alınmıştır (oranlar 9/1, 5/1 olara düşünülmüştür.) Bu üç deneyde ısı transfer atsayısı ayrı ayrı bulunacatır. Deneyle bulunaca süreli olmayan rejimde hesaplanmış olup buharlaşma ve yoğuşmaları da içermetedir. Bulunaca değeri, döüm umu ve ortamına uyarlanmıştır. Bu değer genellile Al döümlü yapılan deneylerde bulunan sonuçlarla ıyaslanacatır. Öncelile, sıcalığa lineer bağımlı model ullanılacatır. Rolle, itabında sıcalığa bağlı değerini baır için 173 K e adar = T (K) (7.31)

155 133 olara vermiştir [78]. Döüm umunda su oranı neticeyi ço etilediğinden sabit değerinden başa benzer şeilde = a + bø (7.3) modeli ullanılacatır. Eşitlitei veya a ve b değerleri en az hata areleri (least square) metodu (Bz. EK-3) ile deneydei verilerle bulunacatır. Önce a ve b rastgele verilece, zamana arşı 1 ve 4 notalarındai bilinen sıcalılarla evveli modele uyarlanaca ve 3 notalarındai sıcalı teori olara hesaplanaca ve her zaman aralığında deneyle bulunan değerin hata aresi farı bulunaca ve toplanacatır. Hata arelerinin fazla büyümemesi için areler toplamı işlem sayısına bölünmüştür. δ 1 = ( T Deney T Hesap ) (7.33) δ = ( T 3 Deney T 3 Hesap ) (7.34) δ Ort = t s t s δ1 t= t= + δ n (7.35) her verilen veya a ve b değerlerine arşılı δ 1 değeri bulunaca, bu hataların en az olduğu a ve b değeri abul edilecetir. Metod olara Altın oran metodu ullanılacatır. Önce a ve b bir alt ve üst sınır içinde geniş aralılarla taranaca, hatanın en az olduğu a ve b değerleri için bu aralı içinde terar ince aralılarla bulunacatır. Kaynalarda değerinin uru ve nemli um için en az,3 en fazla,5 olduğunu göstermetedir. Bu durumda en az,3 en fazla 4 alınmıştır.

156 Bilgisayar programı aış diyagramı Deney düzeneğinde Al, um ve baır bölgeler j= dan j=mb ye adar dilimlere bölünüp numaralandı. Verilen j= dan başlayara üste adar her dilim için verilerden alınan değerlerle, hesaplanan değerler çaışıncaya adar t= başlangıç değerinden t=t s değerine adar basit iterasyonla döngüye devam edildi. Kum numune üzerinde bulunan 1 ve 4 no lu ısıl çiftlerin hizalarındai hücre sıcalıları deneyde ölçülen değerler olara doğrudan alındı. ve 3 no lu ısıl çift seviyelerinde olması gereen sıcalılar hesaplanara yine bu ısıl çiftlerle doğrudan ölçülen sıcalı değerleri arşılaştırıldı. Isı transfer atsayısını bulma için en az hata areleri metoduyla arşılaştırmadai far areleri toplamının en aza indiği notanın (burada değeridir) bulunması için hesaplar altın oran metoduyla terarlandı (Bz. EK-5). Hesaplarda her saniye için, başlangıçtan herhangi bir t anına adar sabit bir değeri bulundu. Regresyon değerlerinin bazı deneylerde yeterli olmaması sebebiyle =a+bx(%nem oranı) modeli aynı matemati mantığı ullanılara bulma için terarlandı. Netice itibarıyla baır blo ullanılan deneylerde (biri başarısız 14 deney) bulma için 3 er, baır blo ulanılmadan yapılan deneylerde (13 deney) bulma için 4 er model ullanılara toplamda 91 netice elde edildi.

157 135 Start b alt,,bb üst baltıl altinesit a alt,a, aüst aaltıl altinesit T J? φ J? büst balt bort,1 a üst a alt,1 a ort b alt alt,, b b Yeni üst balt üst üst, 1 bort = a + bφ Son Son Şeil 7.. Bilgisayar programı aış diyagramı

158 Bilgisayar Programı Form Görüntüleri Matemati modellemede de doğrudan bulunması nda olduğu gibi ii farlı program yazılmıştır. Bunlardan birincisinde yine zamana arşı sadece bulunuren, iinci bir programda nın =a+b.(%nem oranı) (7.36) formülünde olduğu gibi nem oranına bağlı olara bulunması gerçeleştirilmiştir. Her ii program aynı form üzerine yerleştirilere olayca bir formdan diğerine geçiş imanı sağlanmıştır. Form görüntüleri Şeil 7.3 ve Şeil 7.4 tedir. Eranın solunda, o deneyde ullanılan deney düzeneğinin şeli yer almatadır. Burada, ullanılan ısı aynağı, um numune, baır blo olup olmadığı ve ısıl çiftlerin onumu rahatça görülebimetedir. Hemen sağında yer alan. bir şeilde de yapılan döümün atılaşma sürecini izleyebilme mümün olmatadır. Programı yavaşlattığı için izleyip izlememe tercihe bıraılmış, üzerindei Ren utucuğunu tılama suretiyle çalışıpçalışmama fonsiyonu verilmiştir. Kutucu çalışma tercihinde olduğunda, başlangıçta beyaz renli olara gösterilen metalin donma sürecinde rengi aşağı doğru siyah olmata, metal üzerinde mavi renle gösterilen umdai su, buharlaşmayla aybolduça beyaza dönüşmetedir. En soldai metalum-baır blo (varsa) bütününde yuarı doğru ısınmayı da gittiçe oyulaşan pembe renle izleme mümündür. Eranın orta-üst ısmında yer alan deney seç utucuğu ile istenen deneye ulaşıldığında alt ısmında o deneye ait bilgiler erana gelere um numuneye ait nem, il oranı, ısı aynağı gibi deney şartlarını olayca görme mümün olmatadır.

159 137 Hemen altındai sabit veya =a+b.%nem yuvarla utucularına tılama suretiyle aynı form üzerinde olayca bir modelden diğerine geçilebilmetedir. Formun orta-sağ ısmında program için sınır şartları girme için tercih utucuları yerleştirilmiştir. Deneylerden bazıları 5, bazıları 3 s çalıştırılmıştır. Katılaşma işlemi il 1- daiada tamamlandığı ve deneyin son ısımlarında um uruduğu için masadımız olan nemli umu araştırma sınırını geçmetedir. Bu sebeple deney süresi de tercihe bıraılara alınaca zaman utucuğu ile belirlenebilir hale getirilmiştir. Alınaca zaman utucuğunun altındai sınır tercihleri program süresini ısaltma için ullanılabilmetedir. Tahmini değerler verilere program çalıştırılmata, verilen sınır değerlere ço yaın değerler çıtığında hata ihtimaline arşı ihtiyaten deney, yeni sınır değerleriyle terar edilmetedir. Biraz altındai yavaşla tercihi ullanılara grafi çizimlerini daha olay taip imanı elde edilebilmete, daha alttai durdur utucuğu ile de deneyi herhangi bir anda durdurup inceleme mümün olmatadır. Orta-alt ısımda, deney neticeleri olara alınan, regresyon atsayısı r değerleri değişen olara deney süresince görülebilmetedir. Sağ üsttei grafi alanında, deneyde ısıl çiftlerden alınan verilerle çizilen T-t eğrileri önce siyah çizgi ile çizilmete, sonra bu çizgilere çaıştırılmaya çalışılan ırmızı renli eğrilerin ilerlemesi, sona gelince terar başlayara en uygun çaışmayı nasıl bulduğu izlenebilmetedir. Alt-sağ ısımda bulunan grafilerde, çaışmayı sağlamata ullanılan en az hata areleri ve altın oran metotlarıyla bulunan değerler her döngüde grafi üzerine onulan notalarla taip edilebilir hale getirilmiştir. Şeil 7.5 ve Şeil 7.6 da programların çalışır haldei eran görüntüleri verilmiştir.

160 Şeil 7.3. Sabit değeri bulan bilgisayar programı form görüntüsü 138

161 Şeil 7.4. Nem oranına bağlı değeri bulan bilgisayar programı form görüntüsü 139

162 Şeil 7.5. Sabit değeri bulan programın çalışır haldei eran görüntüsü 14

163 Şeil 7.6. Nem oranına bağlı değeri bulan programın çalışır haldei eran görüntüsü 141