İMAL USULLERİ DÖKÜM TEKNOLOJİSİ BÖLÜM 1 GİRİŞ BÖLÜM 2 ERİTME

DÖKÜM TEKNOLOJİSİ Giriş Eritme ve Ocaklar Katılaşma Yöntemler Bitirme işlemleri Döküm kusurları Döküm parça tasarım kriterleri http://www.dokumtek.com/

TANIMI: Döküm yöntemi; sıvı halde akıcı olan metallerin, üretilmek istenen parçanın biçimindeki bir boşluğa sahip olan kalıplara yerçekimi veya basınç etkisi altında dökülerek katılaştırıldığı bir imalat yöntemidir. Kısaca, metal eritilir – kalıp boşluğuna doldurulur – soğumaya yani katılaşmaya bırakılır. Kaliteli bir Döküm ürünü istiyor isek, her aşamada bir çok değişkenin etkilerinin dikkate alınması gerekir. İstenilen parçanın şekli kalıbın şekli ile tayin edilmektedir. Dolayısı ile her farklı parça farklı bir kalıp gerektirir.

İngot döküm Döküm Yöntemleri Şekilli kalıba döküm Döküm; cevherden elde edilen metal ve alaşımlarının İNGOT adı verilen bloklar halinde dökülebildiği gibi, çok kompleks parçalar da tek bir işlemle imal edilebilmektedir.

Şekilli kalıba döküm yöntemleri 1. Yaş kum kalıba döküm 2. Kuru kum kalıba döküm 3. Yüzeyi kuru kum kalıba döküm 4. CO2 yöntemi (kum) 5. Kabuk kalıplara döküm (kum) 6. Havadan sertleşen kalıba döküm (kum) 7. Vakumlu kalıplama (kum) 8. Dolu kalıba döküm (kum) 9. Alçı kalıba döküm 10. Hassas döküm (Seramik) 11. Seramik kalıba döküm Kalıcı Kalıba Döküm Yöntemleri 12. Metal ( Kokil ) kalıba döküm 13. Basınçlı döküm (Metal) 14. Savurma ( Santrifüj ) döküm (Karışık)

Döküm Yönteminin Diğer İmal Usullerinden Üstünlükleri ve Sınırları Yöntemin sınırları çok geniş olup, hem çok küçük parçaların, hem de tonlarca ağırlıktaki büyük parçaların üretimine uygun değişik teknikler bulunmaktadır. Çok karışık biçimli ve içi boş parçaların üretimi mümkündür. Bazı malzemeler ( örneğin dökme demir ) sadece döküm yoluyla elde edilebilir. Bazı yöntemleri seri üretime uygun ekonomik bir yöntemdir. Eritilebilen tüm metallere uygulanabilir. Sınırları Çok ince kesitlerin elde edilmesi güçtür. Bazı yöntemlerinin boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi genelde iyi değildir. Az sayıda parça üretimi için genellikle ekonomik değildir. Aynı malzemenin PŞV yöntemleri ( örneğin dövme ) ile elde edilmiş olanı, dayanım bakımından genellikle daha üstündür. Çevre ve işçi sağlığı problemleri vardır.

DÖKÜM TERMİNOLOJİSİ Derece: Kalıp malzemesinin ve imal edilecek parça kalıbının yerleştirildiği kısımdır. Havşa: Düşey yolluğun üstünde, genellikle sıçramayı en aza indirecek ve metalin düşey yolluğa türbülanssız girmesini sağlayacak bir döküm ağzı bulunur. Yolluk: Sıvı metali döküm potasından kalıp boşluğuna ulaştırmaya yarayan kanallardır. Besleyici: Katılaşma esnasında büzülmeyi en aza indirmek için kalıp içerisinde oluşturulan sıvı metal depodur. Mala yüzeyi: Alt ile üst dereceyi birbirinden ayırır ( Bölüm yüzeyi ). Maça: Kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları kısımların dökümden sonra boşluk olarak çıkmasını sağlayan şekillerdir.

Kalıp boşluğu Topuk Çıkıcı Model Soğutucu plaka Yalıtkan levha Model

Döküm Yöntemlerinin Temel Koşulları Çoğu döküm yönteminde, aşağıdaki yedi temel koşulun gerçekleşmesi gerekir: Kalıp boşluğu, istenen şekil ve boyutta ürün elde edilebilmesi için katılaşma ile oluşacak boyutsal değişimler dikkate alınarak tasarlanmalıdır. Kalıp malzemesi, dökümü yapılan sıvı metal sıcaklığında çalışma dayanımına sahip olmalı. Eritme işlemleri, istenen sıcaklıkta, kabul edilebilir kalitede ve makul bir maliyette olmalıdır. Dökme tekniği, erimiş metali kalıba dökerken hava ve gazların kaçışına uygun olmalıdır. Katılaşma işlemi üründen istenen özellikler dikkate alınarak uygun şekilde planlanmalıdır. Dökme parçanın kalıptan çıkarılışı zor olmayacak şekilde işlemler tasarlanmalıdır. Kalıptan çıkarılan parçaya uygulanacak son işlemler ( temizleme-bitirme-muayene ) dikkate alınmalıdır.

Günümüzde Metal Döküm Sanayi A. Dökülen metalin türüne göre Demir dökümhaneleri Temper dökme demir dökümhaneleri Çelik dökümhaneleri Demir dışı metal dökümhaneleri B. Üretim türlerine göre Sipariş dökümhaneleri Ana firma için seri üretim dökümhaneleri C. Kullanılan kalıplama tekniğine göre Kum kalıba döküm Kalıcı kalıplara döküm Basınçlı döküm Savurma ( santrifuj ) döküm Hassas döküm Alçı kalıba döküm Seramik kalıba döküm Dolu kalıba döküm Bir Dökümhanenin Bölümleri Uygulanan kalıplama yöntemine ve döküm tekniğine bağlı olarak değişmekle birlikte genel bir fikir vermek amacıyla kum esaslı kalıp kullanan dökümhaneyi inceleyelim: Modelhane Maça bölümü Kalıplama Eritme ve döküm Kalıp bozma Bitirme Kalite kontrol

BÖLÜM 1 SON *Yolluk Tasarımı *Besleyici Tasarımı *Çıkıcı Tasarımı *Parça Boşluğu Tasarımı BÖLÜM 1 SON

BÖLÜM 2 Eritme ve Ocaklar Dökülecek metali eriterek, döküm sıcaklığına ulaştırmak için eritme ocaklarından yararlanılır. Metalin ısıtılması Döküm için gerekli ısı enerjisi aşağıdakilerin toplamıdır: 1. Sıcaklığı metalin erime noktasına çıkarmak 2. Erime gizli ısısı (katıdan sıvıya dönüştürmek için) 3. Sıvı metali döküm için istenilen sıcaklığa yükseltmek için gerekli ısı Eritme işlemleri, bu işlem sırasında gerçekleşen kimyasal bileşim değişimlerinin seviyesine göre üç sınıfa ayrılabilir: ERİTME ERİTME VE BİLEŞİM AYARLAMA ERİTME VE ALAŞIM HAZIRLAMA

ERİTME : Burada eritme sırasında malzemenin kimyasal bileşiminde değişiklik söz konusu değildir. ERİTME VE BİLEŞİM AYARLAMA : Ocağın sıcaklık ve atmosferine bağlı olarak bileşimde sınırlı değişiklikler olur. ( Kupol ocağında dökme demir içindeki Si ve Mn’nın azalarak C, S ve P nin artması ) ERİTME VE ALAŞIM HAZIRLAMA : Burada eritme ve alaşım hazırlama birlikte yapılır. Döküme geçmeden önce belirli aralıklarla analizler yapılarak alaşımın kimyasal bileşimi ayarlanır. ( Siemens – Martin ocağında çelik üretimi ) Eritme ve alaşım hazırlama gerektiren uygulamalarda; Döküme geçmeden önce alaşımın kimyasal bileşiminin ayarlanması gerekir.

Ferro Alaşımları Dökme demirin bileşiminde yetersiz olan elementlerin istenilen miktarlara tamamlanması için kullanılan alaşımlardır. Bu alaşımlar, özel olarak hazırlanır ve ferrolar veya ferro alaşımları olarak tanımlanırlar. Ferro alaşımları, özel çelik dökümler ile özel alaşımlı dökme demirlerin yapımında veya ergitim anında yanarak eksilen elementlerin tamamlanmasında kullanılır. Ferro alaşımları genel olarak ergitme ocaklarında, ergitilecek vezinler ile birlikte katılır. Özel durumlarda toz halinde potaya da katılabilir. En çok kullanılan ferro alaşımları şunlardır:

Ferro-Fosfor Bu alaşımın bileşiminde % 20—25 arasında fosfor bulunur. Esmer dökme demirin dökülmesini kolaylaştırmak, akıcılığını artırmak ve katılaşmasını geciktirmek için kullanılır. Az karbonlu çeliklere ise, sertliğini ve korozyona dayanımını artırmak için katılır. Ferro-Vanadyum Metal ve alaşımlara kullanılan ferro-vanadyum alaşımlarının bileşimlerinde % 38-42 vanadyum % 7-11 silisyum % 1-4 arasında karbon bulunmaktadır. Güç erir ve çeşitli çelik dökümlerin yapımında kullanılır.

ALAŞIMLANDIRMA TABLETLERİ Uygulama: Tablet Alaşımlar ergitme ocaklarının yanında bekletme ocaklarına da uygulanabilir. Eriyik metal içine gerekli ürün miktarı ilave edilir. Ürünün eriyik metal içinde tam erimesi sağlanır. Homojen bir dağılım için tam bir karışım yapılır ve cüruf alınır. ALUMİNYUM MASTER ALAŞIMLAR TANIMI İÇERİK MAKS. % SAFSIZLIK Cu Si Mn Fe Ni Mg Diğer AlSi 20 veya 50%Si 0,01 0,45 0,1 AlSr 5, 10, 12, 15% Sr 0,03 0,3 0,3 0,1 0,1 AlTi 5% veya 10% Ti 0,05 0,3 0,05 0,3 0,05 0,03 0,05 AlMg 10,20,40,50,68% Mg 0,01 0,3 0,1 0,3 0,1 0,1 AlTi5B1 5%Ti,1%B 0,02 0,3 0,02 0,3 0,04 0,02 0,1 AlTi5B0.6 5%Ti,0.6%B 0,02 0,3 0,02 0,3 0,04 0,02 0,1 AlTi5B0.2 5%Ti,0.2%B 0,02 0,3 0,02 0,3 0,04 0,02 0,1 AlTi3B1 3%Ti,1%B 0,02 0,3 0,02 0,3 0,04 0,02 0,1 AlBe 1%,3% veya 5% Be 0,1 0,3 0,3 0,1

Gaz Giderme En uygun ergime koşullarında dahi gazların (özellikle hidrojenin) sıvı metal içinde çözünmesine engel olunamaz. Çözünmüş gazların soğuma ve katılaşma sırasında metal eriğini terk etmesi gerekir. Katılaşma sırasında açığa çıkan bu gazlar, eriyik dışına çıkamaz ise parça içinde gözeneklerin ve gaz boşluklarının oluşmasına ve malzeme özelliklerini olumsuz etkilenmesine neden olur. Sıvı metallerde gaz çözünmesini önlemek için dikkat edilmesi gereken hususlar her metal için farklıdır, ancak bazı genel kurallar aşağıda verilmiştir:  Döküm sıcaklığı mümkün olduğu kadar düşük seçilmelidir.  Sıvı metal ile temas edecek tüm parçalar mümkün olduğu kadar kurutulmalıdır.  Eriyik fazla bekletilmemeli, döküm en kısa sürede yapılmalıdır.  Eriyik gerekmedikçe karıştırılmamalı ve üzerindeki koruyucu örtü dökümden hemen önce sıyrılmalıdır.

Bütün bu önlemlere rağmen eriyik içindeki gazların tümüyle engel olunamayacağından, gerektiğinde gaz giderme işlemleri uygulanabilir. Bu işlemlerde sıvı metal, klor, azot, argon gibi nötr bir gazla süpürülür veya eriyik içinde bu tür gazlar açığa çıkaran katı maddeler daldırılır. Sıvı metal içinde yüksek gaz habbecikleri, eriyikten çözülmüş gazları ve yüzen oksit ve diğer metal olmayan kalıntıları süpürerek dışarı çıkarır. Gaz gidermede çok etkin, fakat pahalı bir yöntemde metali vakum altında eritmek veya erimiş metali, dökümden önce vakum altına alarak, gazdan arındırmaktır. ERİTME OCAKLARI Bir dökümhane için en uygun eritme ocağının seçiminde dikkate alınması gereken başlıca kriterler şunlardır: * Dökülecek metal veya metallerin türü, kapasite ve çalışma sıcaklığı bakımından uygunluk. * İlk yatırım ve işletme giderlerinde ekonomiklik. * Özellikleri kontrol imkânları ve metalürjik temizlik. Metal döküm teknolojisinde yararlanılan eritme ocaklarının başlıcaları şunlardır: * Potalı ocaklar * Elektirikli ocaklar * Konverterler * Kupol ocağı * Havalı ocaklar * Siemens-Martin ocağı

POTALI OCAKLAR Sabit ve Devrilebilen olmak üzere iki tiptir. Kapasiteleri 15 kg – 1000 kg arasıdır. Isı kaynağı olarak çoğunlukla gaz ve sıvı yakıtlar, bazen de kömür veya elektrik enerjisi kullanılır. Genellikle Al ve Cu alaşımları gibi düşük sıcaklıkta ergiyen demir dışı metaller eritilir. Gaz kontrolünün olmaması en büyük sıkıntısıdır. Destek bloğu Yakıt Kapak Refrakter kaplama Kaldırmalı pota Dökme ağzı Çelik kabuk Potalı fırın Çerçeve Eğme kolu Potalı ocakların üç türü: (a) kaldırmalı pota, (b) erimiş metalin kepçeyle alınması gereken sabit tip, ve (c) Devrilen potalı ocak.

KUPOL OCAĞI * Sıvı dökme demir elde etmek için kullanılır. * Farklı boyutlarda yapılabilir, fakat 1-2 metre dış çaplılar yaygındır. * Kapasite olarak 20 ton/saat olabilir. * Sürekli eritme yapar. Seri üretime uygundur. * İlk yatırım ve işletme giderleri yönünden en ekonomik ocaktır. * Az yer tutar, kullanımı kolay, eritme süresi kısadır. * Bileşim ve sıcaklık zor kontrol edilebilir.

ELEKTRİKLİ OCAKLAR Elektrikli ocaklar üç gruba ayrılır: * Ark ocakları * Endüksiyon ocakları * Direnç ocakları Elektrikli ocakların üstünlükleri : *3000oC gibi yüksek sıcaklıklara ulaşmak mümkündür. *Sıcaklık kontrolü kolaydır. *Çalışma ortamı temizdir. *Eritilen metalin bileşimi bozulmaz. Ayrıca arıtma ve alaşımlandırma gibi işlemler kolaylıkla gerçekleştirilebilir. *Her türlü alaşım için değişik kapasitelerde ocaklar geliştirilmiştir.

Ark Ocakları Eritme kapasiteleri daha düşük olan endirekt ark ocakları ( en çok 1 ton ) genellikle demir dışı metal eritilmesinde kullanılır. Direkt ark ocakların kullanımı daha yaygındır. Pahalı bir yöntemdir, fakat yüksek sıcaklıkta eriyen kaliteli çeliklerin ve alaşımlı dökme demirlerin eritilmesinde tercih edilirler. Kapasiteleri 1-1500 ton arası olmakla birlikte yaygın kullanılanlar 30-40 ton kapasiteli olanlarıdır. Endirekt ark ve direkt ark olmak üzere iki çeşittir.

Endüksiyon Ocakları Endüksiyon ocakları, çekirdeksiz ve çekirdekli Erimiş metal (Oklar karıştırma etkisini göstermektedir) Kapak Bakırdan mamul endüksiyon bobinleri Refrakter malzeme Endüksiyon ocakları, çekirdeksiz ve çekirdekli ( kanallı ) olmak üzere iki gruba ayrılır. Her iki ocakta da erimiş metali normal bir transformatörün primer sargısı olarak düşünülebilecek elektrik bobini çevreler. Bu bobinden geçen alternatif akım sekonder sargı olarak düşünülebilecek iletken sıvı metal sıvı içinde girdap akımları endükleyerek ısı oluşturur. direkt ark ocağı

Isı doğrudan eritilecek metal içinde ortaya çıktığından çok temiz ve hızlı bir eritme gerçekleşir. 50 Hz – 10 000 Hz hat frekansları arasında değişen elektrik kaynaklarıyla çalışan farklı endüksiyon ocakları mevcuttur. Endüksiyon ocaklarının bir diğer türü de, eritmenin vakum altında yapıldığı vakum endüksiyon ocaklarıdır. Bu şekilde metal eriyiklerinin, hava ile teması önlenerek saf ve temiz olması sağlanır. Çekirdekli tip olan endüksiyon ocakları genellikle 50 Hz hat frekansında çalışır ve elektriksel verimleri daha yüksektir. Kanallar erimiş metal içinde çalıştığı için başlangıçta erimiş metal konulmalıdır. Bu tip ocaklar genellikle eritme için değil de, bekletme ve aşırı ısıtma gibi işlerde tercih edilir ( Kupol sonrası ikincil işlem ).

Direnç Ocakları Uygulama alanları sınırlıdır. Genellikle düşük ergime sıcaklığına sahip metaller için kullanılır.

Alevli ( Havalı ) Ocaklar Dökme demirin kimyasal bileşiminin hassas olarak ayarlanmasının gerektiği durumlarda kullanılır. Tavalı tip ve Döner tip olmak üzere iki çeşittir. Tavalı tiplerin 7-30 ton arasında kapasiteleri vardır. Döner tip olanların kapasitesi 15 tona kadar olup ısıl verimi daha iyidir. Döner tip ocaklarda, eritme başlangıcında zaman zaman, metal eridikten sonra sürekli dönme uygulanır. Genellikle, çelik hurdası, pik demir ve temper döküm hurdası yüklenen bu ocaklarla, doğrudan sıvı metal yüklemesiyle dublex çalışmalarda yapılır. Yakıt olarak genellikle pülverize kömür ve hava karışımı kullanılır. Sıvı yakıtlılar Cu veAl Alaşımları için.

KONVERTERLER Konverterlerde, pik veya dökme demirlerin bileşimlerindeki C, Si, Mn, P, S gibi elementler ve diğer katışıklar arıtılarak çelik elde edilir. Diğer bir ifade ile bu ocaklarda amaç eritme değil, çelik üretmektir. Sistemin esası, konverter içindeki sıvı metalin içine veya yüzeyine hava veya saf oksijen üflenerek istenmeyen elementlerin yakılması ile giderilmesidir. Gerektiğinde alaşımda ayarlanır. Üç tip konverter vardır. Bunlar; Bessemer, Tropenas ve Oksijen konventerleridir.

SİEMENS-MARTİN OCAKLARI Çelik eldesi için kullanılır. Sürekli çalışır. Kapasiteleri 10 – 600 ton arası olabilmekle birlikte genellikle 100 – 150 ton arası olanlar tercih edilmektedir. Genellikle gaz yakıt kullanılır. Yüksek fırına yakın olursa bu fırından çıkan gazdan yararlanılır.

BÖLÜM 2 SONU