6 Ocak 2012 Cuma

DÖKÜMLERİN YAPISI

DÖKÜMLERİN YAPISI



Kalıba doldurulan sıvı metalin tamamı hemen katılaşmaz. Katılaşma, öncelikle soğumanın hızlı olduğu ince kesitlerde başlar ve bu sırada oluşan kendini çekme, hacim azalması nedeni ile, o ana kadar katılaşmamış olan kalın kesitlerdeki sıvı bu bölgeleri besler. İyi tasarlanmış bir kalıpta katılaşma: kalın kesitlerin ince kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemeli ve en son katılaşan bölgelerin yolluk ve çıkıcılarda kalması sağlanmalıdır.

Döküm malzemelerin iç yapısıda katılaşmadaki soğuma şartları ile belirlenir. Burada üç ayrı bölge söz konusu olmaktadır.


  1. Kalıp cidarlarındaki ani soğuma (chill) etkisi ile kalıpta önce küçük ve eş eksenli tanelerden oluşan bir kabuk. 
  2. Bunu izleyen bölgede sıcaklık gradyeninin etkisi ile uzun çubuksu taneler. 
  3. Orta kısımda ise, soğuma her taraftan olduğundan tekrar eş eksenli taneler görülür.


( a) çekirdekleşme başlar. (b) chill bölgesi oluşur, (c) tercihli büyüme kolonsal taneleri oluşturur,ve (d) eş eksenli taneler oluşur. 
Bir alaşımın döküm yapısında bu üç bölgesinin hepsi görülebileceği gibi sadece bir tanesi de oluşabilir.Genel olarak dökümde aşırı ısıtma ne kadar yüksek ise yapıya kolonsal taneler o kadar daha fazla hakim olur.Buna karşın,aşırı ısıtma ne kadar düşükse yapıda eşeksenli taneler daha fazla görülür.Eşeksenli taneler daha homojen ve izotropik özellikler gösterdiğinden dolayı tercih edilirler.
Bu kısımda, gerçek bir döküm katılaşmasını incelemek için Fe - C denge diyagramı seçilmiştir. Örnek olarak bu diyagramın seçilişi, metalurjide en önemli alaşımları (çelik, temper döküm, gri dökme demir, küresel grafitli dökme demir) kapsadığındandır. Değişik karbon yüzdeleri alınarak, daha önce bahsi geçen katılaşma tiplerine örnekler verilebilir .(Şekil 1.10).



GERÇEK BİR DÖKÜMÜN KATILAŞMASI

Bu kısımda, gerçek bir döküm katılaşmasını incelemek için Fe - C denge diyagramı seçilmiştir. Örnek olarak bu diyagramın seçilişi, metalurjide en önemli alaşımları (çelik, temper döküm, gri dökme demir, küresel grafitli dökme demir) kapsadığındandır. Değişik karbon yüzdeleri alınarak, daha önce bahsi geçen katılaşma tiplerine örnekler verilebilir (Şekil 1.10).


  • Bilindiği gibi bir kalıp içinde kristalleşmenin ne zaman meydana geldiği, çeşitli teknikler kullanılarak tespit edilebilir. Bunlardan "termal analiz" en alışılagelmiş olanıdır. 
  • Ergimiş metale daldırılan bir termokupl ile, soğuma esnasında metal içindeki faz değişimleri hakkında önemli bilgiler veren soğuma eğrilerini (Sıcaklık- zaman) elde etmek imkan dahilindedir. Bunlara örnek olarak Fe-C diyagramında saf demir (%0 C), katı eriyik (%0.6 C) ve ötektik (%4.3C) için soğuma eğrileri Şekil 1.11 de verilmektedir.

Saf demirin soğuma eğrisinden (Şekil a) görüldüğü gibi sıcaklık, kristalleşme başlayıncaya kadar düşer.(1535 °C) Bu noktada katılaşma ısısı açığa çıkar ve sıcaklık sabit kalır. Çekirdeklenme şartlarına bağlı olarak eğri üzerinde aşırı soğuma görülebilir. (Şekil: a2). 



Katı eriyik şıkkında ilk kristaller (ostenit) 1482°C civarında meydana gelmeye başlar ve bu durum 1415 °C a kadar, yani katılaşmanın tamamlanmasına kadar devam eder. Katılaşma ısısının açığa çıkışı nedeniyle, katılaşma tamamlanıncaya kadar soğuma hızı yavaşlamış olur. İlk kristalleşmeden hemen evvel bariz bir aşırı soğuma olayı görülebilir. (Soğuma eğrisindeki duraklama). Liküdüs sıcaklığının altındaki sıvıdan (aşırı soğumuş) ilk çekirdek teşkil olur olmaz önemli miktarda katı çökelir ve katılaşma ısısı açığa çıkar. Bu olay eğrideki duraklamayı izah eder (Şekil b). %4.3 C ihtiva eden alaşımda katılaşma başlamadan, 1129°C a kadar, sıvı soğur; bu noktada grafitle beraber ostenit, sabit sıcaklıkta katılaşırlar. Soğuma eğrisi saf metalinkine benzer.



Gerçek bir dökümün katılaşmasına örnek olarak, kare kesitli basit bir kum kalıpta (7x7x21 inç) veya (18x18x53 cm) %0.6 C’lu bir çeliğin soğuması esnasında, metal ve kalıp içindeki sıcaklık dağılımı eğrileri Şekil de verilmektedir. Çekilme boşluğunu önlemek için döküm üstten çıkıcılandırılmıştır .






  • Gerek metal gerekse kalıp içine belirli aralıklarda ve orta bölgede (soğuk kenar etkisinden korunmak için) termokupllar yerleştirilmiş ve her termokupl'dan bir soğuma eğrisi elde edilmiştir. Bu eğriler yardımiyle belirli bir anda kalıp ve katılaşman metal içinde sıcaklık dağılımı tespit edilebilmiştir. 
  • Şekil 1.12 de %0.6 C ihtiva eden çelikte, döküm yapıldıktan sonra değişik zamanlardaki sıcaklık dağılımı görülmekledir. Bir kere daha belirtmek yerinde olacaktır ki, bu eğriler soğuma eğrisi değil, fakat soğuma eğrilerinden elde edilen sıcaklık dağılımı eğrileridir. 
  • Diyagram üzerinde likidüs ve solidüs belirtilmiştir. Sıcaklığın (ergimiş metal içinde) likidüs’ün altına geçmesi katılaşmanın başladığına, solidüs’ün altına geçmesi ise katılaşmanın tamamlandığına işaret eder.
Döküm yapıldıktan 1 dakika sonra (metal-kalıp) ara yüzeyinden itibaren sıcaklık, likidüs'ün altına düşmektedir. Böylece ara yüzeyde kabuk gibi katılaşma başlamakta ve içeri doğru devam etmektedir. Bu arada metalden kalıba iletilen ısı, kalıbın sıcaklığını arttırmaktadır.




Merkez çizgisinde katılaşmanın başlaması, yaklaşık olarak 24’üncü dakikada olmaktadır. Gerçekte döküm yapıldıktan 2 dakika sonra ara yüzey liküdüs sıcaklığına soğumuştur, ancak bu arada açığa çıkan katılaşma veya ergime gizli ısısı sebebiyle, merkez kısmının likidüs sıcaklığına inmesi gecikmekte ve bu sıcaklıkta 22 dakika sabit kalmaktadır. Bu durum, diyagram üzerinde yatay sıcaklık dağılımı eğrileri ile belirlenmektedir. Dökümün başlangıcından 24’üncü dakikaya kadar olan süre zarfında kalıp metal ara yüzeyinde, zamanla soğuma hızının arttığı, eğrilerdeki bükülmenin daha fazla oluşu şeklinde görülmektedir


Benzer ısı değişimleri, kum kalıpta da görülmektedir. Kum kalıpta, enteresan olarak bir sıcaklık duraklaması göze çarpmaktadır. Bu duraklama 100°C civarında olmakta ve 30 dakika kadar sürmektedir. 10’uncu dakikadan 40’ıncı dakikaya kadar kalıptaki suyun buharlaşması sonucu olan bu duraklama, 40’ıncı dakikada, bütün suyun buharlaşması ile biter.


Katılaşma periyodunun sonuna bir göz atıldığında, kalıp- metal ara yüzeyinde dökümün başlangıcından 30 dakika sonra sıcaklık, solidüs’ün altına düşmektedir (yani katılaşma tamamlanmaktadır). Oysa merkezde katılaşma 24’üncü dakikada başlamıştı. Dolayısıyla merkezde katılaşma, ara yüzeyde katılaşmanın tamamlanmasından 6 dakika evvel başlamış olmaktadır. Bir başka deyimle, merkez ile ara yüzey arasında 6 dakika süre ile (katı+ sıvı) veya bir örnek olarak buzlu su durumu mevcuttur. (Şekil de taralı kısım).

Burada da en önemli husus, katılaşmanın yüzeyden merkeze doğru yavaş yavaş ilerleyen bir katı duvarı şeklinde olmadığıdır. Katı+sıvı karışımında katı kısım, daha ziyade dendrit’ler halindedir. Bu katı+sıvı fazı, daha ilerde açıklanacağı gibi, beslenme zorlukları doğurmakta ve boşluk teşkiline sebep olabilmektedir.



Hiç yorum yok:

Yorum Gönder