Ergitme ve ergitme sonrası sıvı metalin açık atmosferle ilişkisini kesen ve katılaşma sonrası Mikro-yapıyı kontrol eden maddelere flaks denir. Koruma ve temizleme flaksları olarak ikiye ayrılırlar.
Koruma Flaksları
Sıvı alüminyumun üzerini örterek atmosfer gazlarına karşı döküme kadar koruma sağlar. Demir dışı alaşımlar gaz alma ve oksitlenmeye karşı duyarlıdırlar. Bu hassasiyetten dolayı sıvı metal ile atmosferin temasının kesilmesi gerekir. Açık atmosferle sıvı metalin temasını kesen maddelere “koruma flaksları” denir. (odun kömürü, cam, silis, boraksit, boraks, sodyum karbonat, baryum karbonat, kalsiyum karbonat, sodyum klorür, kalsiyum florür v.b.) koruyucu flakslar potaya veya ocağa yükleme yapılırken konur. Ergitme sırasında bazıları katı olarak kalır (odun kömürü ve silis gibi). Bazıları da eriyerek sıvı metalin yüzeyinde tabaka oluşturur. Flaks miktarı sadece sıvı metalın yüzeyini örtecek kadar konulmalı ve nemsiz olarak saklanmasına özen gösterilmelidir.
Alüminyum alaşımlarının ergitilmesinde, koruyucu olarak kullanılan flakslar klorür ve flüorür‘lü tuzlardır (%90 NaCl+ %10 CaF2, %85 CaCl2 + %15 CaF2, %60 NaCl+ %30 NaF2 + %10 CaF2 ve % 70 MgCl2 % 20 MgF2 %10 NaCl). Bunlar, oksitlenmeye ve gazların emilmesine engel olurlar.
Ergimiş metal içerisinde ergitme sırsında ve ergitme sonrası sıvı metal içerisine difüz etmiş gazları ve oksitleri gidermede kullanılan maddelere “temizleme flaksları” denir.
Temizleyici flakslar, sıvı metalin içindeki oksit ve gazları gidermek için kullanılır. Bu flakslar genellikle, magnezyum ve sodyum klorür (NaCl) ve fIüorürlü (NaF) olurlar. Bunların sıvı halde iken metale yakın bir özgül ağırlıkları vardır. Karıştırma ile metalin üzerinde toplanırlar.
Her ne kadar eğritme işlemi sırasında önlemler alınsa da sıvı metalin içerisine karışmış gaz ve oksitler bulunabilir. Sıvı metalin kalıplara dökülmesinden önce gaz ve oksitlerin temizlenmesi gerekir. Temizleme işleminde metal oksitleri veya oksijenli filizleri kullanılır. Ayrıca bazı metaller ve gazlar da oksit giderici olarak kullanılırlar. Çeşitli gazlar (azot, argon, helyum, klor, v.b.) verilerek temizleme yapılabilir. Azot gazı, 710 0 C’de 3-15 dk. ve klor gazı, 710 0 C’de 4-5 dk. verilir. Bunlar nitrin ve klorürler oluşturarak temizleme yaparlar.
Temizleme amaçlı kullanılan flakslar toz veya briket halindeki flakslar sıvı metalin üzerine konur. Sıvı metalin üzerine konan flaksların temizleme etkisi yapabilmesi için delikli bir daldırma aparatı yardımıyla sıvı metalin dibine doğru bastırılır. Çıkan gazların etkisi ile sıvı metal fokurdayarak kaynar. Hareketlilik bitince delikli aparat çıkartılır. Bu işlemle birlikte (mekanik ve kimyasal) oksitler ve cüruflar sıvı metal yüzeyine çıkar. Bir “temiz” ile sıvı metalin yüzeyinde biriken cüruflar alınır ve döküm işlemi gerçekleştirilir.
Alınması gereken önlemler;
1. Nemsiz ve kuru bir ortamda saklanmalıdır.
2. Sıvı metale atılmadan önce flakslar ısıtılmalıdır.
Ayrıca titan, titan tetraklorür şeklinde karıştırılır. Karıştırma sıvı metalin normal ergime sıcaklığında yapılır. Titanın bir kısmı alaşımın içinde kalır. Klor sıvıdan ayrılarak çıkar. Klor gazının çalışanlara bir tehlikesi olmaz. Klorun iri Mikro-yapı oluşumuna etkisi varsa da, bileşimde kalan titan taneleri inceltir.
Alüminyum döküm konusunda kabuk kalıplama için reçine-kum karışımı ya konvensiyonel kuru karıştırma tekniği ile veya kumun reçine ile kaplanması suretiyle hazırlanır. Ancak kum dökümde kuru karıştırmada topaklanma, tuz teşkili tehlikesi mevcuttur, dolayısıyla esas tercih edilen ikinci ”kaplama” yöntemidir. Kaplanmış kum merdaneli bir karıştırmacıda kum, uygun reçine, bir katalizör ve diğer ilaveler ile yağlayıcının müştereken karıştırılması ile hazırlanır.
Kum kaplama yöntemleri, soğuk kaplama ve sıcak kaplama olarak ikiye ayrılırlar.
Soğuk kaplama yönteminde, kum ve sıvı reçine ile diğer ilaveler oda sıcaklığı veya buna yakın bir sıcaklıkta karıştırılarak, reçine ile kaplanmış kum elde edilir. Sıvı reçine bir veya iki kademeli olabilir ve taşıyıcı olarak su veya alkol veya her ikisini de bulundurabilir. Bu taşıyıcı daha sonra kurutularak uzaklaştırılır. Bu yöntemin başlıca avantajları kum’u ısıtmak için ayrı bir techizata gerek göstermeyişidir.
Dezavantajları arasında;
a) Son ürüne girmeyen önemli miktarda sıvının işleme girişi,
b) Bu sıvının karışımdan uzaklaştırılması ki bu toplam karıştırma zamanını çok artırır.
c) Düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonların buharlaşmasının sebep olabileceği patlama tehlikesi sayılabilir.
Alüminyum kum kalıba döküm en çok kullanılan yöntemdir. Çok farklı büyüklükte parçalara uygulanışı ve kalıplama maliyetinin az oluşu, tercih nedenlerinin başında gelir. Alüminyum kum kalıba döküm yöntemi kullanılan kalıbın cinsine göre değişik guruplara ayrılabilir, bunların başlıcaları: yaş kum kalıba döküm, kuru kum kalıba döküm, tamamen maçaların biraraya getirilmesiyle oluşturulan maça kalıba döküm, kabuk kalıba döküm, gaz sertleştiricili silikat yöntemi olarak bilinen ”CO2” yöntemi ile hazırlanan kalıba döküm ve kum, organik bağlayıcı ve katalizör karışımından oluşturulan ve sıvı reçinelerin polime rizasyonu ile havada sertleşen ”Air-set” kalıplara döküm yöntemleridir.
Alüminyum dökümde kum genel olarak ”(0.05-2 mm) boyutlarındakimineral tanesi” şeklinde tarif edilebilir. Alüminyum döküm kumlarının büyük çoğunluğu SİO2 bileşimindedir. Bazı hallerde silis taneleri ile beraber çok az miktarda feldspat, mika, ilmeneit (FeO-Tio2) manyetit (Fe3O4), zirkon (Zr-SiO4) veya olivin (Mg-Fe2-SiO4) gibi minerallerde bulunabilir. Silis kumunun dökümhanelerde kalıp malzemesi olarak tercih dilişinin başlıca nedenleri: kolay bulunuşu, ucuz oluşu ve sıvı metalin etkilerine karşı koyabilecek yüksek refrakter özelliğidir. Dökümcülükte kullanılan bir diğer kum çeşidi de zirkon kumudur. Zirkon kumunun başlıca özellikleri ise: yüksek refrakter özellik, yüksek iletkenlik, yüksek yoğunluk ve düşük genleşmedir. Zirkon’un yüksek iletkenliği, sıvı metalin daha hızlı katılaşmasına sebep olur. Zirkon’un ısı iletkenliği ve yoğunluğu silisin iki mislidir, bu da zirkon’un silise nazaran 2 misli daha fazla ısıyı iki misli hızlı absorbe edebileceği anlamına gelir. Bu özellik dökümcüye, katılaşmayı kontrol için çok iyi bir imkan verir. Dolayısıyla Zirkon kumu çil yerine kullanılarak ekonomik bir yarar da sağlayabilmekredir.
Alüminyum metal dökümünde, yüzey hassasiyeti istenilen durumlarda, döküm kalıplarında kullanabileceğiniz yeni bir teknoloji ürünü olan bağlayıcı kumun kullanımı ile döküm sonrası yüzey bitirme işlemlerine ihtiyaç duymaksızın çok yüksek kalitede pürüzsüz yüzeyler elde etmek mümkündür. Bağlayıcı kum, tek başına kalıp kumu olarak kullanılabildiği gibi kum model olarak da kullanılabilir. Model üzerindeki girinti ve çıkıntıları tamamen kaplayacak bir katman halinde bağlayıcı kumu uygulandıktan sonra derecenin içi normal kumla (dolgu kumuyla) doldurularak kullanılabilir. (Bu kullanım şeklinde çıkacak duman miktarı azalacaktır.) Kum kullanımında dikkat edilecek hususlardan en önemlisi ortamda farklı özellikte kumların bulunmamasıdır. Bu kumlar bir seneden daha uzun süre muhafaza edilebilmekte ve tekrar kullanılabilmektedir. Belirli aralıklarla kuma bentonit ilavesi ile kum ömrü arttırılmaktadır. En önemli husus kumun diğer kumlarla karışmamasını sağlamak ve uygun ambalaj içerisinde kuru bir ortamda muhafaza etmektir.
The silicon provides fluidity while casting, which allows thinner parts to be cast. The magnesium gives strength (via heat treatment). An important feature of aluminium and its alloys is that in comparison with ferrous alloys which show a unlimited fatigue strength, the fatigue strength of aluminium alloys goes down with increase in number of stress cycles this needs to be taken in account while designing its parts.
For getting high quality castings a variety of processes are followed. While casting permanent moulds precautions are taken to ensure that it gets required cooling and vacuum pressure is also applied to ensure correct flow and lessen porosity. Aluminium is one of the few metals which may be cast by all processes of casting.
Die casting: Aluminium alloys are more utilized in die casting than alloys of any metal. In USA alone 2.5 billion dollars worth aluminium alloy die castings are manufactured every year. Die casting is suitable for production of smaller parts. But when expensive manufacturing equipment is used the castings weigh 5kg-50kg. Cost effectiveness can be obtained only by large scale production. With die casting it is possible to have close tolerance and fine finishing surface. Die castings are manufactured by injecting melted metal into metal moulds under considerable pressure. Quick injecting and quick solidification under high pressure make a fine grain surface, which leads to having best wear and fatigue properties. Aluminum die castings are generally not given heat treatment, so they cannot be welded.
Permanent die casting: It is also known as gravity die casting and is suitable for large scale production. Their maximum weight is 10kg. But where heavy cost machinery and tools are used the weight of casting may go up to 50kg. Permanent mold casting have low pouring rate but metal molds solidify quickly, mechanical properties of permanent mould castings may be further bettered by heat treatment.
Sand casting: Sand casting is casting of a mold with sand. In normal sand casting, the mould is made around a design by forcing sand mixed along with a bonding agent on the design. Then the design is taken out which leaves a cavity for casting. Melted metal is poured into the mould and after its solidification the mould is broken to remove casting. The most normal bonding agent is a mix of clay and water. Good metal handling practice is needed for getting good castings.
Investment castings: It normally uses plaster moulds and throwaway designs of wax or other burnable materials. Plaster slurry is “invested” all round designs for many castings the designs are melted out as the plaster is baked. By these castings you can make precision parts, the aluminium parts can have walls as thin 0.40 to 0.75 mm. It is also used to make large number of parts of fine shapes which need no further machining. These parts have low mechanical properties.
Alüminyum Kum kalıplara yapılan ve en çok kullanılan alüminyum döküm usulüdür. Alüminyum kum kalıp ile yapılan alüminyum döküm iki şekilde uygulanır;a. Çıkarılabilen model
b. Bozulabilir model
- Bozulabilir model yöntemi çok yaygın değildir.
- Çıkarılabilen model yöntemi çok yaygın olarak kullanılır.
- Kum kalıba döküm denildiği zaman çıkarılabilen model yöntemi anlaşılmalıdır.
- Kalıplama işlemi
- Model
- Kum
- Maçalar
- Mekanik teçhizat
Alüminyum kokil döküm öncesinde ergiyik malzemenin çok iyi hazırlanması gerekir. Hazırlama işlemi malzemenin temizlenmesi ile başlar.
Temizleme işlemi; malzeme içerisinde bulunan emprütelerin alınması ve ardından malzeme içerisnde bulunan gazın giderilmesidir. Malzeme temizleme işlemi bittikten sonra ergiyik malzemenin yüzeyine malzeme ile havanın temasını kesecek örtü tozu ile kaplanır. Malzemenin bir süre bekletilerek dinlenmesinin ardından malzeme hazırlanmış olur.
Alüminyum döküme başlamadan önce kokil kalıba da iyi bir şekilde hazırlanmak dökümün kalitesini ve hızınıda aynı orantıda artırır.
Kokil kalıbın hazırlanması ise dökülecek parçanın özelliği ve geometrisine göre ısıtılıp ardından kalıp yüzeyine hem ısı izalasyonu sağlayacak hem de parçanın kalıp içerisinden daha rahat çıkmasını sağlayacak alüminyum kokil boyası ile boyanmasıdır. Kalıp yüzeyini boyarken parça geometrisini göz önününde bulundurarak gerekli olan yerlere daha kalın boya atarak boyama işlemi bitirilir ve döküm işlemine geçilir.
Alüminyum kokil dökümde kokil kalıp tasarımı yapılırken; yolluk, besleyici ve besleyicinin yeri, şekli ve hacmi çok önemlidir.
Yolluk şekli ve yerinin doğru tayin edilmemesi dökümün içerisine ergiyik malzeme içerisinde bulunan empüritelerin karışma ihtimalini yükseltir. Besleyicinin şekli ve yeri doğru tayin edilmez ise; buda besleyicinin malzemeyi beslemek yerine malzeme üzerinde çekinti ve çatlaklar oluşmasına neden olur.
Alüminyum kokil dökümde bu problemler alüminyum enjeksiyon döküm için de geçerlidir. Fakat enjeksiyon dökümde besleyici yerine hava ceplerinin olması gerekir.
Alüminyum döküm, kokil döküm ve döküm proseslerinde döküm işleminin kalitesini etkileyen başlıca faktör kokil kalıp tır.
Bunların başlıcaları; dönme hızı, döküm sıcaklığı, döküm hızı ve kalıp sıcaklığıdır. Bu faktörlerin etkileri daha çok gerçek savurma döküm için incelenmiştir. Dönme hızının ayrıca döküm yapısı gerek tane boyutunu küçültücü gerekse mikro bileşenlerin homojen dağılımını sağlayıcı bir etki de vardır.
Döküm sıcaklığı ise katılaşma şeklini etkilediğinden bu sıcaklığın seçiminde, dökümden istenen yapıda olması göz önünde tutulmalıdır. Düşük sıcaklık maksimum tane küçülmesi ve eşekseni kristallerin oluşumuna yol açar. Yüksek sıcaklık ise bir çok alaşımda kolonsal yapıyı teşvik eder. Genel uygulamada seçilen sıcaklık, yeterli metal akışını sağlayan, iri taneli oluşumuna ve sıcak yırtılmaya sebep olmayacak yükseklikteki sıcaklıktır.
Döküm hızını kontrol eden birinci faktör, döküm işleminin, sıvı metalin soğuyup hamur haline geçmeden bitirilmesi gereğidir; bununla beraber çok yüksek döküm hızları türbülans’a ve hatta sıvı metalin saçılmasına yol açabilir. Oysa yavaş hızla dökümün, yönlenmiş katılaşmayı ve beslemeyiteşvik etmek ve sıcak yırtılma eğilimini azaltmak gibi uygulamada büyük önem taşıyan avantajları vardır.
Kalıp malzemesinin kım yerine metal oluşu önemli oranda tane küçülmesine neden olur. Ancak kalıp sıcaklığının yapı üzerindeki etkisi ikinci derecededir. Birinci ve en önemli etki kalıbın sıcaklık etkisiyle genleşebilme kabiliyetidir; genleşme miktarı ne kadar fazla olursa, özellikle gerçek savurma dökümde, sıcak yırtılma riskide o kadar az olacaktır.
Gerçek savurma döküm uzun yıllardır boru üretiminin başta gelen yöntemi olmuştur. Gerek dökülmüş halde kullanılan dökme demir veya çelikten borular, gerekse dökülüp işlenerek kullanılan silindir laynerleri, piston ringleri uygulamaya örnek olarak verilebilir. Yarı savurma döküm için, bakır dişli çelik makara dökümleri; savurmalı döküm için ise CO-Cr alaşımından dişçilikte gereksinilen dökümler, uygulama alanlarına örnektir.