ABLATION CASTING
Ege DEMİRTAŞ, Altan TÜRKELİ
Marmara Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye
ÖZET
Geçtiğimiz on yılın sonlarında geliştirilen Ablation casting, ilk çağlarda icat edilen en eski
üretim metodu olan dökümün en yeni yöntemidir. Ablation casting, içi sıvı metal dolu
çözünebilir kumdan kalıba su püskürterek, malzemede oldukça hızlı yapısal aşırı soğuma
oluşturma prensibine dayanır. Su püskürtme esnasında kum kalıp dağılır, aynı anda kalıp
içindeki sıvı metal katılaşır. Yapılan ilk deneylerde diğer döküm yöntemlerine göre daha hızlı
soğuma eğrileri elde edilmiş ve daha iyi yüzey kalitesine ve mekanik özelliklere sahip
malzemeler üretilmiştir. Ayrıca ablation casting oldukça ucuz bir yöntemdir çünkü kum kalıp
kullanılır.
ABSTRACT
Ablation casting, is the latest method of casting developed in the end of the last decade,
which is the oldest production method since the early ages. The principles of this method
depends on generating a very rapid undercooling on the molten metal in a soluble sand mold
by a water jet. During water jet application, molten metal solidifies as the sand mold
disperses. Sharper cooling curves, better surface quality and mechanichal properties achieved
at the first experiments compared to other methods. Plus, ablation casting is cheaper because
of sand mold utilization.
1.ABLATION DÖKÜM YÖNTEMİ
Ablation döküm yöntemi son yıllarda geliştirilmiş döküm yöntemlerinden biridir. Bu döküm
yöntemini anlatmadan önce kısaca, ablation kelimesini açıklamak gerekir. Bu kelime, ısıyı
bertaraf etmek, ortamdan taşıyarak uzaklaştırmak anlamına gelmektedir. İlk defa uzay
çalışmaları sırasında, uzaydan kapsüllerin atmosfere girmesi sırasında seramik ön uçta oluşan
ısıyı bertaraf etmek ve böylece kapsülü ısınmadan korumak amacıyla kullanılmıştır. Döküm
yöntemi olarak da, dökümde oluşan ısıyı metalden hızla uzaklaştırmak anlamında
kullanılmıştır. Bu döküm yöntemini, “Kumun Erozyonuyla Döküm” veya “Erozyonlu Kum
Döküm” yöntemi olarak da Türkçeye çevrilmesini önerebiliriz. Temel olarak bu döküm
yönteminde, sıvı alaşım, kum kalıba dökülür. Sıvı metalin kalıbı doldurması biter bitmez, bir
sıvı soğutucuyla soğutulması sağlanır. Soğutucu olarak en ucuz ve bol bulunan su kullanılır.
Burada ilginç olan nokta, kullanılan bağlayıcı suda çözünür olmasından dolayı, kum kalıp
hızla dağılır ve kum ortamdan uzaklaşır. Su direk metalle kontak kurar. Böylece yüksek
hızlarda soğutma yapılarak dökülecek şekilli parça elde edilir. Şekil 1 de su soğutma sırasında
kum kalıbın dağılması ve şekil 2 de ise döküm sonrası elde edilen parça görülmektedir. Şekil
3 ise bu döküm yöntemiyle üretilmiş bazı alüminyum parçalarına örnekler verilmiştir.[1-7]
2.AVANTAJLARI ve DEZAVANTAJLARI
Bu döküm yönteminin avantajlarını örnekler vererek şöyle sıralayabiliriz.
a) Hızlı soğuma sağlar. Bilindiği gibi kum dökümde soğuma hızları çok düşüktür. Bunun
nedeni dökümle metal arasında oluşan gaz tabakası ve kumun ısı iletkenliğinin düşük
olmasıdır. Buna karşın, ablation dökümde kum hızlı bir jet su akımıyla ortamdan
uzaklaştırılır. Çünkü suda çözünebilen bir bağlayıcı kullanılmıştır. Ve su direk metalle
kontak kurar. Bunun sonucu olarak hızlı bir soğuma sağlanmış olur.
b) Küçük ikincil dendrit boyları elde edilir. Hızlı soğumanın sonucu olarak metal hızla
katılaşır. Bunun sonucu olarak katılaşan alaşımın dendrit boyları da o kadar küçük olur.
Ancak, dendrit boylarındaki küçülme çok ciddi miktarlarda olamamaktadır. Çünkü ikincil
dendrit boyları katılaşma zamanının küp köküyle orantılıdır. Çok küçük dendrit boyalarına
ulaşabilmek için kum kalıba döküm yöntemine göre bin kez daha hızlı soğutmak gerekir ki
ikincil dendrit kolları arasındaki mesafe on kez daha küçük olabilsin.
c) Daha küçük ötektik yapı elde edilir. Bu döküm yöntemi özellikle alüminyum alaşımları için
geliştirilmiştir. Örneğin Al-Si alaşımlarını dikkate aldığımızda, kum kalıba döküm
yönteminde yavaş soğumadan dolayı oluşacak silis kristalleri iridir. Lamaller arası mesafe
kabadır. Bu kaba silis yapısını küçültebilmek için, dökümhaneler genelde Na veya Sr ile
modifikasyon yöntemini kullanırlar. Buna karşın, ablation döküm yönteminde hızla soğuma
sağlandığından, ötektik yapıda çok ufak aralıklı oluşur. Ve modifikasyona gerek duyulmaz
veya çok az bir modifikasyon gerekir. Bu da dökümün daha ucuz olmasını sağlar.
d) Çok hızla katılaşmadan dolayı porozite miktarı da daha düşük seviyelerde oluşur.
e) Gerek dendrit boylarının ve ötektik yapının küçük olması ve gerekse porozitenin az
olmasına bağlı olarak, mekanik özellikler daha iyidir. Tablo 1 den de görüleceği gibi, normal
klasik kum kalıba göre, akma mukavemeti, 179 MPa dan 261 MPa kadar çıkmaktadır. Elde
edilen değerler, kokil kalıba ve sıkıştırmalı kalıba döküm yöntemlerinden bile daha iyi
seviyelere gelebilmektedir. Benzer şekilde yüzde uzama, kumda 3.5 iken ablation dökümde
12.5 seviyelerine kadar çıkabilmektedir. Bu da yüzde 350 bir artış demektir.
f) Sıvı metalin dökümünden sonra, hemen su ile soğutma yapılmasından dolayı, kum kalıp
hızla parçalanır ve toz oluşmaz. Ayrıca silika bazlı suda çözünebilen bağlayıcılar
kullanılmasından dolayı kötü kokularda açığa çıkmaz. Bu da daha çevreci olduğunu belirtir.
g) Parça döküm sonrası çıplak halde bir sonraki kademeye hazır olarak elde edilir.
h) Günümüzde daha çok Al ve Mg alaşımları için kullanımı söz konusu olabilir. Ancak, demir
bazlı alaşımlar içinde suda çözünebilen bağlayıcıların geliştirilmesiyle sorun çözülebilir.
i)Sıcak yırtılma sorununu giderir. Bilindiği gibi katılaşma aralığı çok geniş olan, örneğin Al%5 Cu alaşımı gibi, alaşımların sıcak yırtılma olasılığı yüksektir. Ablation dökümde kum
hızla dağıldığından, parça da ekstra bir gerilim oluşmayacak ve bunun sonucu olarak sıcak
yırtılma
olasılığı
da
düşecektir.
k)Hızla soğutma için kullanılan eküpmanlar oldukça basittir. Kolaylıkla dizayn edilebilir.
l) Daha ekonomiktir. İlk yatırım masrafları azdır.
Buna karşın bazı dezavantajları da vardır. Örneğin her alaşıma uygulanamaz. Örneğin gri
dökme demiri hızla soğutursak gri yerine beyaz dökme demir elde edilir. Soğutma sırasında
besleyeciye doğru bir yönlenme sağlanmalıdır. Buna göre su soğutma sistemi dizayn
edilmelidir. Bu sıvı metalin akmasını engellememelidir.
3.SONUÇ
Ablation casting metodu kısaca tanımlanmış ve avantajları sıralanmıştır. Bu makalenin amacı,
bu yeni döküm yöntemini, “ablation casting”, Türk Dökümcülerine tanıtmaktır. Bu amaçla
birkaç kaynaktan toplanan veriler kısaca özetlenmiştir ve tartışılmıştır.
4.KAYNAKÇA
1) John Campbell, “Concise Casting”, AFS, Schaumburg, IL, USA, 2010, pp79-87
2) John Campbell, “Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Techniques and
Design”, Elsevier, Amsterdam, 2011, pp. 1019-1023
3) John Campbell, “Complete Casting Handbook: Metal Casting Processes, Techniques and
Design”, Elsevier, Amsterdam, 2011, pp. 926-928
3) J. R. Grassi, G.A. Kennesaw, J. Campbell, M. West, G.W. Kuhlman, United States Patent,
US 7 121 318 B2, 2006
4)J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US 7 165 600 B2, 2007
5) J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US 7 147 031, 2006
6) J.R. Grassi, J. Campbell, G.W. Kuhlmann, United States Patent, US 200 400 456 98, 2004
7) J.R. Grassi, J. Campbell, M. Harlieb, F. Major “The ablation casting”, Materials Science
Forum, Vols 618-619, 209, pp 591-594
Şekil-1: Ablation casting sırasında su akışı ve döküm düzeneği
Şekil-3 Ablation casting sonrası elde edilen parça
Şekil-4 Ablation casting ile üretilmiş bazı alüminyum parçalar
Tablo-1 Ablation casting ve diğer döküm yöntemleriyle dökülmüş A 356 alaşımının mekanik
özellikleri
Download

harita g thessal01