Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

Transkript

1 Döküm Prensipleri Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar

2 Şekilvermeyöntemleri Talaşlı Talaşsız Torna Freze Matkap Taşlama Dövme Çekme Ekstrüzyon Döküm Kaynak, lehim Toz metalurjisi Birleştirme

3 Döküm 1. Metal veya alaşımı sıvı duruma getirme 2. Oluşturulan kalıp içerisindeki boşluğa dökme 3. Tamamen katılaşmasını(soğumasını) beklemek 4. Kalıp içerisinden parçayı çıkartmak

4 Avantajları Her türlükarmaşıkgeometrideparçaüretimineuygun, Tek bir seferde arzu edilen şekil verilebilir Parçalara son hali (net-shape) veya son haline yakın (near-net-shape) şekil verilebilir Ağırlık veya boyut kısıtlaması yok(mg dan ton lara kadar döküm yapılabilir) Seri ve hızlı üretime elverişli(ekonomik)

5 Dezavantajları Yüzey özellikleri seçilen döküm yöntemine göre değişken Çok ince kesitler döküm ile üretilemez Ergimiş durumdaki sıvı metal tipik olarak yüksek sıcaklıklardadır ve çalışanlar için tehlike arz edebilir Bazı döküm yöntemleri çevre dostu olmayabilir

6

7

8

9

10 Sıvıfaz Atomlar arası mesafe, katınınkine yakın: yaklaşık%2-6 Katılaşmagizliısısı, buharlaşmagizliısısında1/25 ile1/40 seviyelerinde daha düşük Sıvıdaki difüzyon katsayısı, katıdan 10 hatta 100 kat seviyelerinde daha yüksek Birçok sıvı metal aynı özelliklerde iken, katıların hiçbiri aynı özellikte değildir

11 KATILAŞMA: SIVIDAN KATIYA 1.Çekirdekleşme Homojen Heterojen 2.Büyüme

12 T?

13

14

15

16

17

18 SerbestEnerjiDeğişimi KATI SIVI

19

20 G H Τ

21 T veçukulata

22 KATI SIVI

23

24 Çekirdekleşme

25 Çekirdekleşme

26

27

28

29 = = =0 = = =.

30 =.

31 ÇekirdekleşmeHızı; I C n, birim hacimdeki r* kritik çapındaki çekirdek sayısı ve (dn/dt) birim saniyede çekirdeğe eklenen atom sayısı ise,

32

33

34

35 Sıcaklık Çekirdekleşmehızı

36

37 Heterojençekirdekleşme

38

39

40

41

42 2. Büyüme 1. Saf metallerde C o = 0 2. Alaşımlarda C o > 0

43 = /6 = =

44 =0.5

45 =1

46 =3

47 =5

48 =8

49 =10

50 Büyüme a. Metaller b. Ametaller <5 >5

51

52

53 SıcaklıkGradienti: G Birimmesafedekisıcaklıkdeğişimi

54

55 Negatif gradient Pozitif gradient

56 Pozitif gradient(c o =0) safmetal ARAYÜZEY KATI SIVI X

57

58 Pozitifgradient (C o =0) safmetal Yüzeypürüzlülüğü

59 Pozitifgradient (C o =0) safmetal

60 Negatifgradient (C o =0) safmetal

61

62 Negatifgradient (C o =0) safmetal Yüzeypürüzlülüğü

63 Negatifgradient (C o =0) safmetal

64 Negatifgradient (C o =0) safmetal Isı akışıetkisi

65 Negatifgradient (C o =0) safmetal

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77 Katılaşmahızı: V Birimzamanda katı/sıvıarayüzeyinin ilerlediğimesafe

78 Soğumahızı

79 Aşırısoğuma: T = t: termal aşırı soğuma y: yapısal aşırı soğuma e: eğrisellikten kaynaklanan aşırı soğuma k: kinetik aşırı soğuma

80 ü

81 Alaşımlardabüyüme(C o >0) DengeDağılımKatsayısı = çö ü ü ü ö = <1

82 Alaşımın katılaşması =

83 Katı/Sıvıoranı

84 =( )

85 Alaşımınbüyümesi: 1. durum Katıdadifüzyonyok: D k = 0 Sıvıdatamamenkarışımvarvesıvı konsantrasyonuhomojen

86

87 ARAYÜZEY SIVI KATI

88 ARAYÜZEY SIVI KATI

89 = 1

90 = 1 = 1 = 1 (1 ) = (1 ) ln 1 = 1 1

91 DengesizKaldıraçKuralı: ScheilEşitliği = (1 ) = ( ) = (1 )

92 KatıdaDifüzyonYok, SıvıdaTam Karışım: SheilEşitliği

93

94

95 Alaşımınbüyümesi: 2. durum Katıda yine difüzyonyok: D k = 0 Sıvıdatamamenkarışımyerine, sınırılıdifüzyonvar

96 II.FickKanunu = =. = = =0

97 DengesizKaldıraçKuralı Brody-Fleming Eşitliği =0 = + (1 ) /

98 konsantrasyon SIVI mesafe

99

100 KATI SIVI

101

102

103

104 = + (1 ) /

105

106

107

108 Sıvıdadifüzyondüşük

109 Sıvıdadifüzyonyüksek

110 D s düşük/ G düşük

111 D s düşük/ G yüksek

112

113 mikrosegregasyon

114 makro

115

116 ÖtektikKatılaşma

117

118

119

120

121

122 Pb-Sn

123 =. + 2 ö λ λ = 2 ö.

124 λ = 2 ö.

125 Lameller arası mesafe (cm) Büyüme hızı (cm/s) (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

126 (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.

127

128 Peritektik s + α β

129 sıvı

130

131 monotektik S 1 S 2 + α

132

133

134 KATILAŞMA SÜRESİ

135

136

137

138 Kalıptan birim mesafede uzaklaştırılan ısı = Kalıparayüzeyindenmetal tarafından uzaklaştırılan ısı = = = 2 T k : kalıp yüzey sıcaklığı T o : döküm sıcaklığı ρ: sıvı metal yoğunluğu H: metalin gizli erime ısısı metal kalıp K k : kalıbın ısı iletkenliği c k : kalıbın özgül ısısı ρ κ : kalıbın yoğunluğu

139 Malzeme Isı difüzivitesi (KρC) 1/2 (Jm -2 K -1 s -1/2 ) Termal difüzivite K/ρC (m 2 s -1 ) Isı kapasitesi ρc (JK -1 m -3 ) Siliskumu 3.21 x x x 10 6 Seramik 2.12 x x x 10 6 Alçı 1.8 x x x 10 6 Safdemir 16.2 x x x 10 6 Grafit 22.1 x x x 10 6 Alüminyum 24.3 x x x 10 6 Bakır 37.0 x x x 10 6

140 Chvorinovdenklemi = 2 = =

141 Örnek B= 0.06dak/cm 2 olan100 x 200 x 300 boyutlarındakiplakanın kaç saniyede katılaşacaktır? = = =27

142 Katılaşma modülü = =

143 12 kg ile6 ton

144 AKIŞKANLIK

145 Viskozite X Akışkanlık V: Yüzeygerilimialtındadeformeolmaya karşıgösterilendirenç A: 1/V

146 Dökümdeakışkanlık Sıvı metal, kalıp içerisinde sürekli olarak sıcaklığını kaybediyor Dolayısıyla, katılaşmadan kalıp içerisinde alabildiği maksimum mesafe Mesafe: cm Akışkanlık: L f

147 Vakum testi

148

149 Spiral test

150

151

152

153

154

155 Boltz testi

156

157

158

159 Akışkanlık =. L f : akışlanlık mesafesi (cm) v: sıvı metalin hızı (cm/s) t f : katılaşma süresi (s)

160 Dar Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar Geniş Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar Geniş Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar

161 DKAS alaşımlar: =. GKAS alaşımlar: =0.2 =0.5 ş = 0.2 =5 ş = 0.5 =2

162

163 ağ% aşırı ısıtma yok

164 ağ% aşırı ısıtma

165 1. Saf metalin katılaşması: Hücresel (veya kolonsal) 2. Ötektik nokta: sıcaklığı daha düşük!

166 aşırı ısıtma yok

167 aşırı ısıtma

168 Akışkanlığa etki eden faktörler =. Hız Zaman

169

170 Hızın etkisi

171 Reynolds Sayısı ρ : yoğunluk (kg/m 3 ) ν : hız (m/s) d : çap (m) µ : viskozite (Ns/m 2 )

172 Akış Re < < Re < 4000 Re > 4000 Laminer Geçiş Türbülans

173 Yüzey gerilimi

174 Akışın olmayacağı çap:

175

176 Hızın etkisi

177 Hızın etkisi Yükseklikilehızarasıklasikbağıntı: = 2 Damlanınilerlemesinisaglayacakortalamabasınç /2 Bu basınçh.l alanına uygulanıyor /2 Üst ve alt yüzeyde oluşan bu basınca karşı yüzey gerilimi denge kuvveti var 2

178 =2 = 2 = =2.

179

180 Akışkanlığa etki eden faktörler =. Hız Zaman = 16

181 ÇEKİLME BOŞLUĞU

182 Çekilmeboşluğu = metal kristal yapı ergime d sıvı (kg/m 3 ) d katı (kg/m 3 ) % hacim YMK YMK YMK YMK YMK HMK HMK HMK HMK HMK HSP HSP HSP HSP T T R R

183 Çekilmeboşluğu 1 2 3

184 1. Sıvıdurumda

185 2. Katılaşmaaralığında

186 2. Katılaşmaaralığında mushy bölgesi

187

188 2. Katılaşmaaralığında 1.Besleme 2.Çekilmeboşluğu

189 3. Katıdadurumda

190 BeslemeKriteri DIŞ-SOĞUK-KATI İÇ-SICAK-SIVI

191 Hidrostatikgerilimler(sıvıların) 1948, Scott: = 1 α: sıvının termal genleşme katsayısı σ: katının termal genleşme katsayısı β: sıkıştırılabilirlik G: rijitlik modülü

192 Hidrostatikbasınç -100 ile bar Sıvıların çekme gerilmesi: ile bar!!

193 DÖKÜMDE BESLEME

194 döküm sonrası seviye sıvıdaki hacimsel azalma sıvı metal ilk çekirdekler

195 katılaşma aralığı etkisi ile azalma katı durumdaki hacimsel azalma çekilme boşluğu sıvı metal katı metal

196

197

198 Beslemekuralları 1. Çok amaçokgerekliolmadığısürecebesleme yapılmaz. ilk olarak beslemeihtiyacıvarmı? sorusu cevaplanmalıdır

199

200 Karbon ekivalanı > 3.6 Fe-C içerisindeki karbon, grafit olarak çöker

201 Gridökmedemirlerhemenhemenhiç besleyiciihtiyacıduymazlar!

202 Beslemekuralları 2. Besleyici aynıandayada tercihenen son katılaşmalıdır. Chvorinovkaidesi! açık tip (üst besleyici) kör tip (yan besleyici) kalıp boşluğu kalıp boşluğu

203 Beslemekuralları 3. Besleyicideçekilmeboşluğunuyenebilecek kadarsıvıolmalıdır 4. Besleyici iledökümbirleşimnoktasındasıcak noktaoluşturulmamalıdır. Yanidonmasüresi besleyicidençokgeçolmalıdır.

204

205 Beslemekuralları 4. Besleyici iledökümbirleşimnoktasında sıcaknoktaoluşturulmamalıdır. Yanidonma süresibesleyicidençokgeçolmalıdır.

206

207 Sıcak nokta

208 Beslemekuralları 5. Geometrikolarakbesleyicidizaynıyeterince sıvınınileriyebileceğiyolusağlayabilmelidir. 6. Besleyicideyeterlibasınçolmalıvebesleme göreviniyerinegetirebilmelidir. Metalostatik basınç!

209 Beslemekuralları 6. Besleyicideyeterlibasınçolmalıvebesleme göreviniyerinegetirebilmelidir. Metalostatik basınç!

210 Beslemekuralları 7. Dökümünher noktasındayeterlibasınç oluşturulabilmelikiporoziteoluşumu engellenebilsin.