METAL DÖKÜM ALA IMLARI - rahmiunal.net

1

METALDÖKÜM ALAŞIMLARI

Dr.-Ing. Rahmi Ünal

2

METALLERDE KATILAŞMA

�Döküm yoluyla üretimde metal malzemelerin kullanım

özellikleri, katılaşma aşamasında oluşan iç yapı ile

belirlenir.

�Dolayısıyla malzeme özelliklerinin kontrol edilebilmesi

için katılaşma olayının iyi bilinmesi gerekir.

Katılaşma

İmalat teknolojileri- RÜ Döküm - Alaşımları

3

� Sıvı metal içindeki atomlar düzensiz halde olup, sürekli olarakhareket ederler.

� Soğuma sırasında katılaşma sıcaklığına inildiğinde, ergiyik içindekristalleşme merkezi veya çekirdekler oluşmaya başlar (şekil a).

� Çekirdekler büyüyerek taneleri oluşturur (şekil b ve c).

Katılaşma


4

Katılaşma iki safhadan oluşur:

1. Çekirdeklenme

2. Çekirdeklerin büyümesi ile kristalve sonuçta da tanelerin oluşumu

Katılaşma


5

�Birincil iç yapının tane büyüklüğü, birim zamanda oluşan

çekirdek sayısı ve kristallerin büyüme hızına bağlıdır.

�Çekirdek sayısı ne kadar çok olursa, taneler o kadar ince

olarak oluşur.

�Kristal büyüme hızının çok büyük olması halinde ide ilk oluşan

az sayıda çekirdek büyüyerek tüm iç yapıyı kaplayacağından

daha kaba taneler elde edilir.

Katılaşma


6

�Hızlı soğumada (kokil döküm) aşırı soğuma ve dolayısıyla

çekirdek sayısı artar.

�Daha yavaş soğuyan kum dökümde ise durum bunun tam

tersidir.

�Katılaşmadan hemen önce eriyiğe aynı yada yabancı türden

çekirdeklerin katılması ile (aşılama) kum kalıpta bile ince taneli

bir iç yapının oluşumu sağlanabilir.

�Çekirdek oluşumundan sonra bu çekirdeklere atomların düzenli

eklenmesi ile katılaşma olayı devam eder.

Katılaşma


7

� Eriyik düzgün soğursa eş eksenli, yani

toparlak taneler oluşur.

� Isının yönlenmiş olarak uzaklaşması

halinde ise uzun (çubuksu) taneler

görülür.

� Kristal tercihli yönlerde çok hızlı, diğer

yönlerde ise daha yavaş büyür ve bu

şekilde oluşan kristallerin hacimsel düzeni

dendrit olarak adlandırılır.

Katılaşma


8

Katılaşmaya Bağlı Hacim Azalmaları

A) Sıvının kendini çekmesi: Döküm sıcaklığından itibarenkatılaşmanın başlayacağı sıcaklığa kadar soğumasırasındaki hacim azalmasıdır.

B) Katılaşma Çekmesi: Sıvı/katı dönüşümü sırasındaatomların yeniden düzenlenmesi ile ortaya çıkan hacimazalmasıdır.

C) Katının Büzülmesi: Katılaşmış parçanın oda sıcaklığınakadar soğuması sırasındaki hacim azalmasıdır.

Katılaşma


9

� Sıvının kendini çekmesi ve katılaşma çekmesi nedeniyle

döküm boşlukları, gözeneklilik, sıcak yırtılmalar ya da iç

gerilmeler ortaya çıkabilir.

� Katının büzülmesi ise boyut değişimlerine, çarpılmalara,

çatlaklara ve iç gerilmelere neden olabilir.

Katılaşma


10

Dökümde Katılaşma

� Kalıp içine dökülmüş metalin katılaşması önce ısının hızlauzaklaştırıldığı cidarlarda katı bir kabuğun oluşumu ile başlarve bu kabuğun kalınlaşması ile devam eder.

� En son katılaşan bölgede ise hacim azalmaları sebebiyle oana kadar katılaşmamış kalın kasetlerdeki sıvı metal çekilir.

� İyi tasarlanmış bir kalıpta, bu katılaşma ve kendini çekmeolayları kalın kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemelive en son katılaşan bölgelerin dışa açık olan yolluk veçıkıcılarda kalması sağlanmalıdır.

Dökümde Katılaşma


11

� Böylece çekme boşluğu ya da diğer kusurların parça içindeoluşması önlenmelidir.

� Döküm kalıplar için çok önemli olan bu tasarı prensibikatılaşmanın yönlendirilmesi olarak adlandırılır.

Katılaşmanın yönlendirilmesi

Dökümde Katılaşma (devam)


12

� Yani metal döküldükten sonra, en soğuk metalin kalıbın enuzak bölgesinde, en sıcak metalin ise yolluk ve çıkıcılardabulunması amaçlanmalıdır.

� Bu kuralın gerçekleştirilmesinin mümkün olmadığı durumlardakatılaşmanın istenilen bölgelerde başlaması için soğutmaplakalarından, çekme oluşabilecek yerlerin sıvı metal ilebeslenebilmesi için çıkıcı ve besleyicilerden yararlanılır.



13

Katılaşmada en sorunlu bölgelerden birisi de köşelerdir.Birleşme noktasındaki kesit, genellikle birleşen kesitlerden

büyük olduğundan, bu bölgelerin iç kısımları en son katılaşır veçekme boşlukları oluşabilir.



Dolayısıyla bu bölgelerdeya kesit inceltilmeli, ya dasoğutma plakalarıyardımıyla katılaşmanınköşeden başlamasısağlanmalıdır.

14

a) Hızlı soğuma etkisiyle oluşanküçük ve eş eksenli tanelerinbulunduğu dış kabuk

b) Sıcaklık gradyeni etkisiyleoluşan uzun çubuksu taneler

c) Soğumanın her taraftan olmasıile ortaya çıkan eş eksenlitaneler



15

DÖKÜM PARÇALARDAKALİTE KONTROLÜ

Bitmiş parça üzerinde yapılan kontroller;

1) Yapı süreksizliklerinin kontrolü

2) Boyut ve biçim kontrolü

3) Kimyasal ve fiziksel özelliklerin saptanması

Kalite Kontrolü


16

1) Yapı Süreksizliklerinin Kontrolü:

Parça özelliklerini çok olumsuz etkileyen bu süreksizliklereörnek olarak çekme boşlukları, çatlaklar, pislik vesegregasyonlar gösterilebilir. Bu amaçla değişik tahribatsızmuayene yöntemlerinden faydalanılır.

Yapı süreksizliklerinin kontrolü


17

a) Gözle Muayene: Büyük çatlaklar, pislik, eksik döküm,gaz boşlukları, kaymalar, kalıp şişmesi gibi bir çok kusurgözle saptanabilir.

b) Vurarak Kontrol: Parçaya çekiç ile vurularak çıkan sessağlam bir parçanın sesi ile karşılaştırılır.

c) İleri Tahribatsız Kontroller: Gözle görülemeyenyüzey hataları için penetran sıvı, manyetik toz, makrodağlama ve ultrasonik muayene gibi yöntemler kullanılır. İçsüreksizliklerin saptanması için ise ultrasonik muayene veradyografik muayene (röntgen ve gamma) yöntemlerikullanılır.

Yapı süreksizliklerinin kontrolü (devam)


18

2) Boyut ve Biçim Kontrolü: Metal dökümünde geçerliolan toleranslar kullanılan kalıp ve dökülen malzeme türünebağlı oalrak değişik standartlarla belirlenmiştir.

3) Kimyasal ve Fiziksel Özelliklerin Saptanması:

a) Kimysal Bileşim: Potadaki sıvı metalden ya dadökülmüş parçadan alınan örnekler üzerinde yapılananalizlerle saptanır.

b) Yoğunluk: Döküm parçalarda yoğunluğun saptanması ileparça içindeki boşluklar ve malzemenin kimyasal bileşimihakkında ip uçları elde edilebilir.

Kalite kontrolü


19

c) Mekanik özellikler: Döküm parça üzerinden çıkarılanya da parça ile beraber dökülen örnekler üzerinde yapılançekme, basma, eğme, sertlik, çentik darbe, vb. deneyler ilesaptanır.

Numunenin alındığı bölge ya da parçayla birlikte dökülennumune döküm parçayı en iyi temsil edecek şekilde (kalınlıkve soğuma hızı bakımından) olmalıdır.

Bazı durumlarda numuneler potadaki sıvı metalin ayrı birkalıba dökülmesiyle elde edilir.

Kimyasal ve fiziksel özellikler (devam)


20

METAL DÖKÜM ALAŞIMLARI

Döküm yöntemiyle yapılan üretimlerde kullanılan malzemeler ikiana gruba ayrılırlar;

1. Demir esaslı döküm malzemeleria) Dökme demirlerb) Dökme çelikler

2. Demir dışı döküm alaşımlarıa) Alüminyum ve alaşımlarıb) Bakır ve alaşımlarıc) Magnezyum ve alaşımlarıd) Çinko ve alaşımları

Döküm alaşımları


21

Dökme Demirler

� Dökme demirler %2-5 karbon içeren demir esaslı alaşımdır

� Korozyona karşı dayanıklılıkları, titreşimleri sönümlemeözellikleri, dökümdeki akıcılık ve kalıbı doldurma özellikleriçok iyi olan bir malzemedir.

� Ötektiğe yakın bileşimlerde ergime sıcaklığı düşük (1150 –1250oC), katılaşma aralığı dardır.

� Karbonun grafit olarak ayrışması sırasında hacimazaldığından, malzemenin kendini çekmesi düşüktür (%1).

Dökme demirler


22

� Dökme demirin bileşimindeki karbonun iç yapıda bulunmaşekli (sementit veya grafit), içerdiği karbon ve silisyum miktarıile soğuma hızına bağlıdır.

� Dökme demirler bileşimindeki karbonun iç yapıda bulunuşşekline göre beyaz (sert) dökme demir ve gri dökme demirolarak sınıflandırılır

� Karbon bağlı halde (sementit) ise beyaz dökme demir,serbest halde (grafit) ise kır (gri) dökme demir meydanagelmektedir.

Dökme demirler


23

Dökme Çelikler

� Bileşimlerinde %2’den daha az karbon içeren demir esaslı biralaşımdır.

� Kalıba döküldükten sonra talaş kaldırma dışında başka birbiçimlendirme işlemi görmeyen çeliklerdir.

� Dökme çeliklerin makine yapımında kullanımı dökme demirlerve dövme çelikler kadar yaygın değildir.

Dökme çelikler


24

Dökme çeliklerin az kullanılmasının sebepleri;

� Çeliklerin ergime sıcaklığı yüksek olduğundan (~1500oC)güçlü ergitme ocakları (endüksiyon, ark, siemens-Martin…) veyüksek sıcaklığa dayanıklı kalıp malzemeleri gerektirir.

� Metalurjik temizlik dökme demirlerden daha önemli olup,kimyasal bileşimin daha dar sınırlar içinde kontrol edilmesigereklidir.

� Döküm sonarsında kaba taneli iç yapıya sahip olup, çelikleriçin karakteristik tokluk özelliğini elde edebilmek için ısıl işlemyapılması zorunludur.

� Çeliğin akıcılığı ve kalıbı doldurma kabiliyeti düşüktür. Kendiniçekme %2-3 gibi yüksek olduğundan çekme boşluklarınınoluşmaması için özen gösterilmelidir.

Dökme çelikler


25

Yukarıdaki sebeplerden dolayı dökme çelikler,

– Dökme demirlerin dayanımı ile süneklik özelliklerinin yetersizkaldığı

– Çelik parçaların döküm ile üretiminin daha ekonomik olduğu

– Kaynaklı birleştirme uygulamasının gerektiği

– Seçilen çeliğin sıcak şekil vermeye uygun olmadığı durumlarda

tercih edilmelidir.

Dökme çelikler


26

� Islah ve yüzey sertleştirme işlemleri uygulanabilen,dayanımları 1300 N/mm2 ye, kopma uzamaları % 25’eulaşabilen dökme çeliklerin alaşımlı ve alaşımsız olmak üzerebir çok türü vardır.

� Genel amaçlı alaşımsız ve alaşımlı yapı çelikleri, paslanmazçelikler, yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler, sert mangançelikleri vb. genel amaçlar için kullanılan çelik dökümlerTS4034’te dayanımlarına göre (DÇ-38,…DÇ-70)standartlaştırılmışlardır.

Dökme çelikler


27

ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI

� Düşük yoğunlukları (2,7 g/cm3)

� Yüksek ısı ve elektrik iletkenlikleri

� Bazı ortamlarda iyi korozyon özellikleri

� Kolay ergitilebilir (660oC)

� Döküm özellikleri iyidir

Alüminyum ve alaşımları


28

�Ergimiş alüminyumun oksijene ilgisi çok fazladır, ancak sıvımetalin üzerinde oluşan oksit tabakası eriyiği oksidasyona karşıetkin olarak korur.

�Alüminyum alaşımlardan dökülmüş parçalarda en çokrastlanan hata gözenekliliktir.

�Gözenekliliğin sebebi alüminyum alaşımlarının gazlarıçözündürme eğiliminin yüksek oluşu ve çözünmüş gazlarınkatılaşma sırasında açığa çıkmasıdır.



29

Alüminyum alaşımları büyük ve az sayıdaki parçalarda kumdöküm yöntemi ile dökülebilir.

Kokil döküm ile üretilmiş parçalarda iç yapı daha ince taneliolduğundan mekanik özellikler kum döküme oranla daha iyidir.

Basınçlı döküm yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bununiçin özel alaşımlar geliştirilmiştir. Bileşiminde yaklaşık %1 Febulunan alaşımlar demir esaslı kalıplara yapışmazlar.

Alüminyum alaşımları kabuk kalıba, alçı kalıba ve savurmadöküm gibi değişik yöntemlerle de üretilebilir.



30

�Alüminyum alaşımları TS 410’da gruplandırılmıştır.

�Al-Cu alaşımları çökelme sertleşmesi yoluyla yüksek sayanımdeğerlerine ulaşabilen malzemelerdir. Ancak korozyon dayanımıdiğer alaşımlara göre düşüktür.

�Alüminyum döküm malzemelerin çoğunda ana alaşım elementisilisyumdur (%4-12). Si döküm özelliklerini iyileştirir.

�Al-Mg sisteminde olan alaşımlarda çökelme sertleşmesiuygulanabilir, özellikle deniz suyu gibi ortamlarda korozyondayanımı yüksektir.

�Al-Zn-Mg alaşımları ise talaşlı işlenebilme ve korozyondayanımının yüksek olmasının yanında oda sıcaklığındagerçekleşen çökelme sertleşmesi sonucu yüksek mekaniközelliklere sahiptir.



31

BAKIR VE ALAŞIMLARI

Bakır saf ya da az miktarda alaşımlandırılmış olarak genellikleelektrik ve ısı iletiminde kullanılır. Bunun dışında en önemlibakır alaşımları ise pirinç ve bronz dur.

Bakır ve alşımları kum, kokil kalıba döküm, savurma döküm,basınçlı döküm gibi değişik yöntemlerle üretilebilir.



32

PİRİNÇLER:

�Bileşiminde en az %53 bakır bulunan Cu-Zn alaşımıdır.

�Artan Zn oranı ile dayanım, sertlik ve kopma uzaması artar;döküm sıcaklığı düşer.

�Pirinçlerin katılaşma aralığı dar olduğundan mikrosegregasyonve gözeneklilik tehlikesi azdır.

�Al, Pb, Fe, Mn, Si gibi alaşım elemntleri kullanılarak dayanımve korozyon özellikleri geliştirilmiş değişik özel dökme pirinçlermevcuttur.



33

BRONZLAR:

Kalay Bronzları: Cu-Sn alaşımlarıdır. Sertlik vedayanımları pirinçten yüksek, sünekliği ize daha azdır.Korozyona dayanıklıdır. Katılaşma aralığı genişolduğundan mikrosegregasyon ve gözeneklilik tehlikesivardır. Kalay %4-25 arasında katılır.

Yüksek dayanım yanında yeterli tokluğa sahip en uygundökme alaşımları %12-14 Sn içerirler. Bunlar süs eşyasıüretiminde olduğu gibi endüstride aşınma ve korozyondayanıklılığı nedeniyle somsuz vida dişlileri, pompaçarkları, kasnak yatakları gibi makine parçalarında tercihedilirler.



34

Kurşun Bronzları: Kalay bronzlarına kurşunun az miktarda (%2-5)katılması işleme kolaylığı sağlarken,

ana alaşım elementi olarak %30’a kadar kurşun katılmasıyladeğişik yatak alaşımları elde edilebilir.

Alüminyum bronzları: Yaklaşık %10 Al ve gerektiğinde Fe, Ni, Mngibi elementler içeren bronzlardır. Hem mekanik dayanımları hemde korozyona karşı dayanıklılığı yüksek olan bu malzemeler denizsuyuna, çeşitli asit ve alkalilere karşı dayanıklıdırlar.

Diğer bronzlar: Yukarıda belirtilenlerin dışında ana alaşımelementi silisyum, mangan, nikel ya da berilyum olan yüksekdayanımlı bronzlar da vardır.



35

MAGNEZYUM VE ALAŞIMLARI

� Magnezyum en düşük yoğunluklu metallerdendir (1,74 g/cm3)

� Saf halde dayanımı yeterli olmadığından makine yapımındaalaşımları kullanılır.

� Al ve Zn tokluğu, Mn ise korozyona dayanıklılığı arttırır.

� Döküm sıcaklığı 680-800oC arasındadır.

� Ergitme demir potada koruyucu örtü altında yapılır.

� Kendini çekme %4 dolayında olup boşluk ve gözeneklilikoluşması tehlikesi yüksektir.

� Kum, kokil ve basınçlı döküm yöntemiyle üretilir.



36

ÇİNKO VE ALAŞIMLARI

� Ergime sıcaklığı düşük olan çinko (419,5oC) alaşımlarıatmosferik korozyona, alkol ve petrol türevlerinin korozyonunakarşı dayanıklıdır.

� Basınçlı döküm parçaların %50’si çinko esaslı alaşımlardanüretilir.

� Çinko esaslı dökme alaşımların en önemlileri alaşım elementiolarak Al, Cu ve Mg bisiklet, saat parçaları ile oyuncak gibieşyalar gösterilir.



37

BÖLÜM SONU

Dökme Demirler


38

Dökme Demirler


Documents

METAL DÖKÜM ALA IMLARI - rahmiunal.net