Döküm Prensipleri Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar
Şekilvermeyöntemleri Talaşlı Talaşsız Torna Freze Matkap Taşlama Dövme Çekme Ekstrüzyon Döküm Kaynak, lehim Toz metalurjisi Birleştirme
Döküm 1. Metal veya alaşımı sıvı duruma getirme 2. Oluşturulan kalıp içerisindeki boşluğa dökme 3. Tamamen katılaşmasını(soğumasını) beklemek 4. Kalıp içerisinden parçayı çıkartmak
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)
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
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
KATILAŞMA: SIVIDAN KATIYA 1.Çekirdekleşme Homojen Heterojen 2.Büyüme
T?
SerbestEnerjiDeğişimi KATI SIVI
G H Τ
T veçukulata
KATI SIVI
Çekirdekleşme
Çekirdekleşme
= = =0 = = =.
=.
ÇekirdekleşmeHızı; I C n, birim hacimdeki r* kritik çapındaki çekirdek sayısı ve (dn/dt) birim saniyede çekirdeğe eklenen atom sayısı ise,
Sıcaklık Çekirdekleşmehızı
Heterojençekirdekleşme
2. Büyüme 1. Saf metallerde C o = 0 2. Alaşımlarda C o > 0
= /6 = =
=0.5
=1
=3
=5
=8
=10
Büyüme a. Metaller b. Ametaller <5 >5
SıcaklıkGradienti: G Birimmesafedekisıcaklıkdeğişimi
Negatif gradient Pozitif gradient
Pozitif gradient(c o =0) safmetal ARAYÜZEY KATI SIVI X
Pozitifgradient (C o =0) safmetal Yüzeypürüzlülüğü
Pozitifgradient (C o =0) safmetal
Negatifgradient (C o =0) safmetal
Negatifgradient (C o =0) safmetal Yüzeypürüzlülüğü
Negatifgradient (C o =0) safmetal
Negatifgradient (C o =0) safmetal Isı akışıetkisi
Negatifgradient (C o =0) safmetal
Katılaşmahızı: V Birimzamanda katı/sıvıarayüzeyinin ilerlediğimesafe
Soğumahızı
Aşırısoğuma: T = + + + t: termal aşırı soğuma y: yapısal aşırı soğuma e: eğrisellikten kaynaklanan aşırı soğuma k: kinetik aşırı soğuma
ü
Alaşımlardabüyüme(C o >0) DengeDağılımKatsayısı = çö ü ü ü ö = <1
Alaşımın katılaşması =
Katı/Sıvıoranı
=( )
Alaşımınbüyümesi: 1. durum Katıdadifüzyonyok: D k = 0 Sıvıdatamamenkarışımvarvesıvı konsantrasyonuhomojen
ARAYÜZEY SIVI KATI
ARAYÜZEY SIVI KATI
= 1
= 1 = 1 = 1 (1 ) = (1 ) ln 1 = 1 1
DengesizKaldıraçKuralı: ScheilEşitliği = (1 ) = ( ) = (1 )
KatıdaDifüzyonYok, SıvıdaTam Karışım: SheilEşitliği
Alaşımınbüyümesi: 2. durum Katıda yine difüzyonyok: D k = 0 Sıvıdatamamenkarışımyerine, sınırılıdifüzyonvar
II.FickKanunu = =. = = =0
DengesizKaldıraçKuralı Brody-Fleming Eşitliği =0 = + (1 ) /
konsantrasyon SIVI mesafe
KATI SIVI
= + (1 ) /
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/solidification_alloys/undercooling.php
Sıvıdadifüzyondüşük
Sıvıdadifüzyonyüksek
D s düşük/ G düşük
D s düşük/ G yüksek
mikrosegregasyon
makro
ÖtektikKatılaşma
0.178 0.305 0.379 0.485 0.499
Pb-Sn
=. + 2 ö λ λ = 2 ö.
λ = 2 ö.
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.
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.
Peritektik s + α β
sıvı
monotektik S 1 S 2 + α
KATILAŞMA SÜRESİ
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
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 10 3 3.60 x 10-9 1.70 x 10 6 Seramik 2.12 x 10 3 3.17 x 10-9 1.20 x 10 6 Alçı 1.8 x 10 3 3.79 x 10-9 0.92 x 10 6 Safdemir 16.2 x 10 3 20.3 x 10-6 3.94 x 10 6 Grafit 22.1 x 10 3 44.1 x 10-6 3.33 x 10 6 Alüminyum 24.3 x 10 3 96.1 x 10-6 2.48 x 10 6 Bakır 37.0 x 10 3 114.8 x 10-6 3.60 x 10 6
Chvorinovdenklemi = 2 = =
Örnek B= 0.06dak/cm 2 olan100 x 200 x 300 boyutlarındakiplakanın kaç saniyede katılaşacaktır? = =4 6000 2200 =27
Katılaşma modülü = =
12 kg ile6 ton
AKIŞKANLIK
Viskozite X Akışkanlık V: Yüzeygerilimialtındadeformeolmaya karşıgösterilendirenç A: 1/V
Dökümdeakışkanlık Sıvı metal, kalıp içerisinde sürekli olarak sıcaklığını kaybediyor Dolayısıyla, katılaşmadan kalıp içerisinde alabildiği maksimum mesafe Mesafe: cm Akışkanlık: L f
Vakum testi
Spiral test
Boltz testi
Akışkanlık =. L f : akışlanlık mesafesi (cm) v: sıvı metalin hızı (cm/s) t f : katılaşma süresi (s)
Dar Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar Geniş Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar Geniş Katılaşma Aralığına sahip alaşımlar
DKAS alaşımlar: =. GKAS alaşımlar: =0.2 =0.5 ş = 0.2 =5 ş = 0.5 =2
ağ% aşırı ısıtma yok
ağ% aşırı ısıtma
1. Saf metalin katılaşması: Hücresel (veya kolonsal) 2. Ötektik nokta: sıcaklığı daha düşük!
aşırı ısıtma yok
aşırı ısıtma
Akışkanlığa etki eden faktörler =. Hız Zaman
Hızın etkisi
Reynolds Sayısı ρ : yoğunluk (kg/m 3 ) ν : hız (m/s) d : çap (m) µ : viskozite (Ns/m 2 )
Akış Re < 2000 2000 < Re < 4000 Re > 4000 Laminer Geçiş Türbülans
Yüzey gerilimi
Akışın olmayacağı çap:
Hızın etkisi
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
=2 = 2 = =2.
Akışkanlığa etki eden faktörler =. Hız Zaman = 16
ÇEKİLME BOŞLUĞU
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
Çekilmeboşluğu 1 2 3
1. Sıvıdurumda
2. Katılaşmaaralığında
2. Katılaşmaaralığında mushy bölgesi
2. Katılaşmaaralığında 1.Besleme 2.Çekilmeboşluğu
3. Katıdadurumda
BeslemeKriteri DIŞ-SOĞUK-KATI İÇ-SICAK-SIVI
Hidrostatikgerilimler(sıvıların) 1948, Scott: = 1 α: sıvının termal genleşme katsayısı σ: katının termal genleşme katsayısı β: sıkıştırılabilirlik G: rijitlik modülü
Hidrostatikbasınç -100 ile -1.000 bar Sıvıların çekme gerilmesi: -10.000 ile -100.000 bar!!
DÖKÜMDE BESLEME
döküm sonrası seviye sıvıdaki hacimsel azalma sıvı metal ilk çekirdekler
katılaşma aralığı etkisi ile azalma katı durumdaki hacimsel azalma çekilme boşluğu sıvı metal katı metal
Beslemekuralları 1. Çok amaçokgerekliolmadığısürecebesleme yapılmaz. ilk olarak beslemeihtiyacıvarmı? sorusu cevaplanmalıdır
Karbon ekivalanı > 3.6 Fe-C içerisindeki karbon, grafit olarak çöker
Gridökmedemirlerhemenhemenhiç besleyiciihtiyacıduymazlar!
Beslemekuralları 2. Besleyici aynıandayada tercihenen son katılaşmalıdır. Chvorinovkaidesi! açık tip (üst besleyici) kör tip (yan besleyici) kalıp boşluğu kalıp boşluğu
Beslemekuralları 3. Besleyicideçekilmeboşluğunuyenebilecek kadarsıvıolmalıdır 4. Besleyici iledökümbirleşimnoktasındasıcak noktaoluşturulmamalıdır. Yanidonmasüresi besleyicidençokgeçolmalıdır.
Beslemekuralları 4. Besleyici iledökümbirleşimnoktasında sıcaknoktaoluşturulmamalıdır. Yanidonma süresibesleyicidençokgeçolmalıdır.
Sıcak nokta
Beslemekuralları 5. Geometrikolarakbesleyicidizaynıyeterince sıvınınileriyebileceğiyolusağlayabilmelidir. 6. Besleyicideyeterlibasınçolmalıvebesleme göreviniyerinegetirebilmelidir. Metalostatik basınç!
Beslemekuralları 6. Besleyicideyeterlibasınçolmalıvebesleme göreviniyerinegetirebilmelidir. Metalostatik basınç!
Beslemekuralları 7. Dökümünher noktasındayeterlibasınç oluşturulabilmelikiporoziteoluşumu engellenebilsin.