METAL DÖKÜM ALAIMLARI Dr.-Ing. Rahmi Ünal 1
Katlama METALLERDE KATILAMA Döküm yoluyla üretimde metal malzemelerin kullanm özellikleri, katlama aamasnda oluan iç yap ile belirlenir. Dolaysyla malzeme özelliklerinin kontrol edilebilmesi için katlama olaynn iyi bilinmesi gerekir. 2
Katlama Sv metal içindeki atomlar düzensiz halde olup, sürekli olarak hareket ederler. Souma srasnda katlama scaklna inildiinde, ergiyik içinde kristalleme merkezi veya çekirdekler olumaya balar (ekil a). Çekirdekler büyüyerek taneleri oluturur (ekil b ve c). 3
Katlama Katlama iki safhadan oluur: 1. Çekirdeklenme 2. Çekirdeklerin büyümesi ile kristal ve sonuçta da tanelerin oluumu 4
Katlama Birincil iç yapnn tane büyüklüü, birim zamanda oluan çekirdek says ve kristallerin büyüme hzna baldr. Çekirdek says ne kadar çok olursa, taneler o kadar ince olarak oluur. Kristal büyüme hznn çok büyük olmas halinde ide ilk oluan az sayda çekirdek büyüyerek tüm iç yapy kaplayacandan daha kaba taneler elde edilir. 5
Katlama Hzl soumada (kokil döküm) ar souma ve dolaysyla çekirdek says artar. Daha yava souyan kum dökümde ise durum bunun tam tersidir. Katlamadan hemen önce eriyie ayn yada yabanc türden çekirdeklerin katlmas ile (alama) kum kalpta bile ince taneli bir iç yapnn oluumu salanabilir. Çekirdek oluumundan sonra bu çekirdeklere atomlarn düzenli eklenmesi ile katlama olay devam eder. 6
Katlama Eriyik düzgün soursa e eksenli, yani toparlak taneler oluur. Isnn yönlenmi olarak uzaklamas halinde ise uzun (çubuksu) taneler görülür. Kristal tercihli yönlerde çok hzl, dier yönlerde ise daha yava büyür ve bu ekilde oluan kristallerin hacimsel düzeni dendrit olarak adlandrlr. 7
Katlama Katlamaya Bal Hacim Azalmalar A) Svnn kendini çekmesi: Döküm scaklndan itibaren katlamann balayaca scakla kadar souma srasndaki hacim azalmasdr. B) Katlama Çekmesi: Sv/kat dönüümü srasnda atomlarn yeniden düzenlenmesi ile ortaya çkan hacim azalmasdr. C) Katnn Büzülmesi: Katlam parçann oda scaklna kadar soumas srasndaki hacim azalmasdr. 8
Katlama Svnn kendini çekmesi ve katlama çekmesi nedeniyle döküm boluklar, gözeneklilik, scak yrtlmalar ya da iç gerilmeler ortaya çkabilir. Katnn büzülmesi ise boyut deiimlerine, çarplmalara, çatlaklara ve iç gerilmelere neden olabilir. 9
Dökümde Katlama Dökümde Katlama Kalp içine dökülmü metalin katlamas önce snn hzla uzaklatrld cidarlarda kat bir kabuun oluumu ile balar ve bu kabuun kalnlamas ile devam eder. En son katlaan bölgede ise hacim azalmalar sebebiyle o ana kadar katlamam kaln kasetlerdeki sv metal çekilir..yi tasarlanm bir kalpta, bu katlama ve kendini çekme olaylar kaln kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemeli ve en son katlaan bölgelerin da açk olan yolluk ve çkclarda kalmas salanmaldr. 10
Dökümde Katlama (devam) Böylece çekme boluu ya da dier kusurlarn parça içinde olumas önlenmelidir. Döküm kalplar için çok önemli olan bu tasar prensibi katlamann yönlendirilmesi olarak adlandrlr. Katlamann yönlendirilmesi 11
Dökümde Katlama (devam) Yani metal döküldükten sonra, en souk metalin kalbn en uzak bölgesinde, en scak metalin ise yolluk ve çkclarda bulunmas amaçlanmaldr. Bu kuraln gerçekletirilmesinin mümkün olmad durumlarda katlamann istenilen bölgelerde balamas için soutma plakalarndan, çekme oluabilecek yerlerin sv metal ile beslenebilmesi için çkc ve besleyicilerden yararlanlr. 12
Dökümde Katlama (devam) Katlamada en sorunlu bölgelerden birisi de köelerdir. Birleme noktasndaki kesit, genellikle birleen kesitlerden büyük olduundan, bu bölgelerin iç ksmlar en son katlar ve çekme boluklar oluabilir. Dolaysyla bu bölgelerde ya kesit inceltilmeli, ya da soutma plakalar yardmyla katlamann köeden balamas salanmaldr. 13
Dökümde Katlama (devam) a) Hzl souma etkisiyle oluan küçük ve e eksenli tanelerin bulunduu d kabuk b) Scaklk gradyeni etkisiyle oluan uzun çubuksu taneler c) Soumann her taraftan olmas ile ortaya çkan e eksenli taneler 14
Kalite Kontrolü DÖKÜM PARÇALARDA KAL+TE KONTROLÜ Bitmi parça üzerinde yaplan kontroller; 1) Yap süreksizliklerinin kontrolü 2) Boyut ve biçim kontrolü 3) Kimyasal ve fiziksel özelliklerin saptanmas 15
Yap süreksizliklerinin kontrolü 1) Yap Süreksizliklerinin Kontrolü: Parça özelliklerini çok olumsuz etkileyen bu süreksizliklere örnek olarak çekme boluklar, çatlaklar, pislik ve segregasyonlar gösterilebilir. Bu amaçla deiik tahribatsz muayene yöntemlerinden faydalanlr. 16
Yap süreksizliklerinin kontrolü (devam) a) Gözle Muayene: Büyük çatlaklar, pislik, eksik döküm, gaz boluklar, kaymalar, kalp imesi gibi bir çok kusur gözle saptanabilir. b) Vurarak Kontrol: Parçaya çekiç ile vurularak çkan ses salam bir parçann sesi ile karlatrlr. c) +leri Tahribatsz Kontroller: Gözle görülemeyen yüzey hatalar için penetran sv, manyetik toz, makro dalama ve ultrasonik muayene gibi yöntemler kullanlr..ç süreksizliklerin saptanmas için ise ultrasonik muayene ve radyografik muayene (röntgen ve gamma) yöntemleri kullanlr. 17
Kalite kontrolü 2) Boyut ve Biçim Kontrolü: Metal dökümünde geçerli olan toleranslar kullanlan kalp ve dökülen malzeme türüne bal oalrak deiik standartlarla belirlenmitir. 3) Kimyasal ve Fiziksel Özelliklerin Saptanmas: a) Kimysal Bileim: Potadaki sv metalden ya da dökülmü parçadan alnan örnekler üzerinde yaplan analizlerle saptanr. b) Younluk: Döküm parçalarda younluun saptanmas ile parça içindeki boluklar ve malzemenin kimyasal bileimi hakknda ip uçlar elde edilebilir. 18
Kimyasal ve fiziksel özellikler (devam) c) Mekanik özellikler: Döküm parça üzerinden çkarlan ya da parça ile beraber dökülen örnekler üzerinde yaplan çekme, basma, eme, sertlik, çentik darbe, vb. deneyler ile saptanr. Numunenin alnd bölge ya da parçayla birlikte dökülen numune döküm parçay en iyi temsil edecek ekilde (kalnlk ve souma hz bakmndan) olmaldr. Baz durumlarda numuneler potadaki sv metalin ayr bir kalba dökülmesiyle elde edilir. 19
Döküm alamlar METAL DÖKÜM ALAIMLARI Döküm yöntemiyle yaplan üretimlerde kullanlan malzemeler iki ana gruba ayrlrlar; 1. Demir esasl döküm malzemeleri a) Dökme demirler b) Dökme çelikler 2. Demir d döküm alamlar a) Alüminyum ve alamlar b) Bakr ve alamlar c) Magnezyum ve alamlar d) Çinko ve alamlar 20
Dökme demirler Dökme Demirler Dökme demirler %2-5 karbon içeren demir esasl alamdr Korozyona kar dayankllklar, titreimleri sönümleme özellikleri, dökümdeki akclk ve kalb doldurma özellikleri çok iyi olan bir malzemedir. Ötektie yakn bileimlerde ergime scakl düük (1150 1250 o C), katlama aral dardr. Karbonun grafit olarak ayrmas srasnda hacim azaldndan, malzemenin kendini çekmesi düüktür (%1). 21
Dökme demirler Dökme demirin bileimindeki karbonun iç yapda bulunma ekli (sementit veya grafit), içerdii karbon ve silisyum miktar ile souma hzna baldr. Dökme demirler bileimindeki karbonun iç yapda bulunu ekline göre beyaz (sert) dökme demir ve gri dökme demir olarak snflandrlr Karbon bal halde (sementit) ise beyaz dökme demir, serbest halde (grafit) ise kr (gri) dökme demir meydana gelmektedir. 22
Dökme çelikler Dökme Çelikler Bileimlerinde %2 den daha az karbon içeren demir esasl bir alamdr. Kalba döküldükten sonra tala kaldrma dnda baka bir biçimlendirme ilemi görmeyen çeliklerdir. Dökme çeliklerin makine yapmnda kullanm dökme demirler ve dövme çelikler kadar yaygn deildir. 23
Dökme çelikler Dökme çeliklerin az kullanlmasnn sebepleri; Çeliklerin ergime scakl yüksek olduundan (~1500 o C) güçlü ergitme ocaklar (endüksiyon, ark, siemens-martin ) ve yüksek scakla dayankl kalp malzemeleri gerektirir. Metalurjik temizlik dökme demirlerden daha önemli olup, kimyasal bileimin daha dar snrlar içinde kontrol edilmesi gereklidir. Döküm sonarsnda kaba taneli iç yapya sahip olup, çelikler için karakteristik tokluk özelliini elde edebilmek için sl ilem yaplmas zorunludur. Çeliin akcl ve kalb doldurma kabiliyeti düüktür. Kendini çekme %2-3 gibi yüksek olduundan çekme boluklarnn olumamas için özen gösterilmelidir. 24
Dökme çelikler Yukardaki sebeplerden dolay dökme çelikler, Dökme demirlerin dayanm ile süneklik özelliklerinin yetersiz kald Çelik parçalarn döküm ile üretiminin daha ekonomik olduu Kaynakl birletirme uygulamasnn gerektii Seçilen çeliin scak ekil vermeye uygun olmad durumlarda tercih edilmelidir. 25
Dökme çelikler Islah ve yüzey sertletirme ilemleri uygulanabilen, dayanmlar 1300 N/mm 2 ye, kopma uzamalar % 25 e ulaabilen dökme çeliklerin alaml ve alamsz olmak üzere bir çok türü vardr. Genel amaçl alamsz ve alaml yap çelikleri, paslanmaz çelikler, yüksek scakla dayankl çelikler, sert mangan çelikleri vb. genel amaçlar için kullanlan çelik dökümler TS4034 te dayanmlarna göre (DÇ-38, DÇ-70) standartlatrlmlardr. 26
ALÜM+NYUM VE ALAIMLARI Alüminyum ve alamlar Düük younluklar (2,7 g/cm 3 ) Yüksek s ve elektrik iletkenlikleri Baz ortamlarda iyi korozyon özellikleri Kolay ergitilebilir (660 o C) Döküm özellikleri iyidir 27
Döküm alamlar Ergimi alüminyumun oksijene ilgisi çok fazladr, ancak sv metalin üzerinde oluan oksit tabakas eriyii oksidasyona kar etkin olarak korur. Alüminyum alamlardan dökülmü parçalarda en çok rastlanan hata gözenekliliktir. Gözenekliliin sebebi alüminyum alamlarnn gazlar çözündürme eiliminin yüksek oluu ve çözünmü gazlarn katlama srasnda aça çkmasdr. 28
Döküm alamlar Alüminyum alamlar büyük ve az saydaki parçalarda kum döküm yöntemi ile dökülebilir. Kokil döküm ile üretilmi parçalarda iç yap daha ince taneli olduundan mekanik özellikler kum döküme oranla daha iyidir. Basnçl döküm yaygn olarak kullanlan bir yöntemdir. Bunun için özel alamlar gelitirilmitir. Bileiminde yaklak %1 Fe bulunan alamlar demir esasl kalplara yapmazlar. Alüminyum alamlar kabuk kalba, alç kalba ve savurma döküm gibi deiik yöntemlerle de üretilebilir. 29
Döküm alamlar Alüminyum alamlar TS 410 da gruplandrlmtr. Al-Cu alamlar çökelme sertlemesi yoluyla yüksek sayanm deerlerine ulaabilen malzemelerdir. Ancak korozyon dayanm dier alamlara göre düüktür. Alüminyum döküm malzemelerin çounda ana alam elementi silisyumdur (%4-12). Si döküm özelliklerini iyiletirir. Al-Mg sisteminde olan alamlarda çökelme sertlemesi uygulanabilir, özellikle deniz suyu gibi ortamlarda korozyon dayanm yüksektir. Al-Zn-Mg alamlar ise talal ilenebilme ve korozyon dayanmnn yüksek olmasnn yannda oda scaklnda gerçekleen çökelme sertlemesi sonucu yüksek mekanik özelliklere sahiptir. 30
Döküm alamlar BAKIR VE ALAIMLARI Bakr saf ya da az miktarda alamlandrlm olarak genellikle elektrik ve s iletiminde kullanlr. Bunun dnda en önemli bakr alamlar ise pirinç ve bronz dur. Bakr ve almlar kum, kokil kalba döküm, savurma döküm, basnçl döküm gibi deiik yöntemlerle üretilebilir. 31
Döküm alamlar P+R+NÇLER: Bileiminde en az %53 bakr bulunan Cu-Zn alamdr. Artan Zn oran ile dayanm, sertlik ve kopma uzamas artar; döküm scakl düer. Pirinçlerin katlama aral dar olduundan mikrosegregasyon ve gözeneklilik tehlikesi azdr. Al, Pb, Fe, Mn, Si gibi alam elemntleri kullanlarak dayanm ve korozyon özellikleri gelitirilmi deiik özel dökme pirinçler mevcuttur. 32
Döküm alamlar BRONZLAR: Kalay Bronzlar: Cu-Sn alamlardr. Sertlik ve dayanmlar pirinçten yüksek, süneklii ize daha azdr. Korozyona dayankldr. Katlama aral geni olduundan mikrosegregasyon ve gözeneklilik tehlikesi vardr. Kalay %4-25 arasnda katlr. Yüksek dayanm yannda yeterli toklua sahip en uygun dökme alamlar %12-14 Sn içerirler. Bunlar süs eyas üretiminde olduu gibi endüstride anma ve korozyon dayankll nedeniyle somsuz vida dilileri, pompa çarklar, kasnak yataklar gibi makine parçalarnda tercih edilirler. 33
Döküm alamlar Kurun Bronzlar: Kalay bronzlarna kurunun az miktarda (%2-5) katlmas ileme kolayl salarken, ana alam elementi olarak %30 a kadar kurun katlmasyla deiik yatak alamlar elde edilebilir. Alüminyum bronzlar: Yaklak %10 Al ve gerektiinde Fe, Ni, Mn gibi elementler içeren bronzlardr. Hem mekanik dayanmlar hem de korozyona kar dayankll yüksek olan bu malzemeler deniz suyuna, çeitli asit ve alkalilere kar dayankldrlar. Dier bronzlar: Yukarda belirtilenlerin dnda ana alam elementi silisyum, mangan, nikel ya da berilyum olan yüksek dayanml bronzlar da vardr. 34
Döküm alamlar MAGNEZYUM VE ALAIMLARI Magnezyum en düük younluklu metallerdendir (1,74 g/cm 3 ) Saf halde dayanm yeterli olmadndan makine yapmnda alamlar kullanlr. Al ve Zn tokluu, Mn ise korozyona dayankll arttrr. Döküm scakl 680-800 o C arasndadr. Ergitme demir potada koruyucu örtü altnda yaplr. Kendini çekme %4 dolaynda olup boluk ve gözeneklilik olumas tehlikesi yüksektir. Kum, kokil ve basnçl döküm yöntemiyle üretilir. 35
Döküm alamlar Ç+NKO VE ALAIMLARI Ergime scakl düük olan çinko (419,5 o C) alamlar atmosferik korozyona, alkol ve petrol türevlerinin korozyonuna kar dayankldr. Basnçl döküm parçalarn %50 si çinko esasl alamlardan üretilir. Çinko esasl dökme alamlarn en önemlileri alam elementi olarak Al, Cu ve Mg bisiklet, saat parçalar ile oyuncak gibi eyalar gösterilir. 36
Dökme Demirler BÖLÜM SONU 37
Dökme Demirler 38