İMAL USÜLLERİ Vize PDF

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İMAL USULLERİ I MAK 3019 Doç. Dr. Şefika KASMAN Doç. Dr. Fatih KAHRAMAN Dr.Öğr. Üyesi Gökçe Mehmet GENÇER METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ Bütün metaller...

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İMAL USULLERİ I MAK 3019 Doç. Dr. Şefika KASMAN Doç. Dr. Fatih KAHRAMAN Dr.Öğr. Üyesi Gökçe Mehmet GENÇER METAL ÜRETİM TEKNİKLERİ Bütün metaller (soy metaller hariç) yerkabuğunda kimyasal bileşik halinde bulunurlar. Bunlar en çok aşağıdaki formlarda bulunurlar; Oksitler: oksijen bileşikleridir ve taş şeklinde bulunurlar. Sülfürler: Kükürt bileşikleridir. Karbonatlar: Karbon oksidi bileşikleridir. Metal bileşikleri, metal olmayan maddelerle, yani gangla bir arada iç içe bulunurlar. Genellikle birçok metal bileşiğinin bir arada bulunduğu da görülür. Bunların hepsine birden cevher denir. Yer kabuğundan çıkartılan cevher genellikle doğrudan doğruya metal üretim işlemine tabi tutulmaz. Teknik nedenlerle belirli maddelerin uzaklaştırılması ve cevherin uygun bir tane büyüklüğüne getirilmesi gerekir. Ticari nedenlerden dolayı metalik bileşiklerin yani cevherin zenginleştirilmesi gerekir. Bu nedenle cevher çeşitli cevher hazırlama kademelerinden geçirilir. 1. CEVHER HAZIRLAMA Cevher hazırlama; cevheri zenginleştirme ve kısmen redükleme ve diğer işlemler için uygun bir şekil ve büyüklüğe getirme yöntemlerini kapsar. A. Cevher Zenginleştirme Cevherde bulunan yüksek miktardaki gang, metal üretim işlemini zorlaştırır. İşlem sırasında metalle birlikte ergitilmesi gerekir, bu da büyük ölçüde enerji kaybına neden olur. Bu nedenle gangı cevherden ayırmak gerekir. a) Demir cevherinin manyetik ayırımı, b) Yaş (ıslak) hazırlama, c) Flotasyon (yüzdürme) ile cevher hazırlama, d) Kavurma , a)Demir cevherinin manyetik ayırımı: Demir cevherlerini çekilebilirlik özelliklerine; kuvvetli manyetik, zayıf manyetik ve manyetik olmayan şeklinde üç gruba ayırmak mümkündür. Demir cevherleri arasında en kuvvetli manyetikliği manyetit gösterirken sırasıyla siderit, hematit ve limonit zayıf manyetiklik ve pirit manyetiklik göstermeyen demir cevherleridir. Demir cevherlerinde bulunan silis gibi önemli gang mineralleri ise manyetik olmayanlar grubunda yer almaktadır. Cevherlerin manyetik alan içinde manyetiklik dereceleri ile birlikte cevher tanelerinin boyutu, özgül ağırlığı, şekli ve saflık derecesi gibi değişkenler de manyetik ayırmada rol oynar. Demir cevherleri kavrularak manyetik özellik kazanabilir. Hematit, hafif indirgen atmosferde ve 600-800° C de kontrollü olarak ısıtıldığında, manyetite dönüştürülebilir. Cevherin manyetik ayırıma tabi tutulabilmesi için, yaklaşık 2 mm çapında taneler halinde kırılması gerekir. Uygun tane büyüklüğündeki cevherlerden manyetik tambur sayesinde işe yaramayan kısmı ayrılır. Düşük alan şiddetli kuru manyetik ayırmada, genellikle iç kısmına sabit mıknatısların yerleştirildiği döner bir tambur kullanılır (Şekil 1). Cevher bu tambur yüzeyine beslenir. Manyetik olmayan taneler, tambur yüzeyinden belirli bir yörünge ile fırlatılırken, manyetik taneler tambur yüzeyinde tutularak bir süre taşınır ve manyetik alandan çıktıklarında tambur yüzeyinden ayrılarak düşerler. Şekil 1. Manyetik ayırma sistemi şematik görünümü b) Yaş (ıslak) hazırlama: Esas metal bileşiğinin özgül ağırlığı gang mineralinden genellikle daha büyüktür. Ayırım için, özgül ağırlığı metal bileşiği ile gangın özgül ağırlığı arasında bir değere sahip bir sıvı hazırlanır. Bu sayede gang mineralleri sıvı üzerinde yüzdürülürken metal ihtiva eden kısımlar sıvının dibine çöker. dmetal bileşiği>dsıvı>dgang c) Flotasyon (yüzdürme) ile cevher hazırlama: Flotasyon işleminde minerallerin suyu seven ve suya düşman özelliğinden yararlanılır. Flotasyon, öğütülmüş minerallerin doğal hidrofobikliğinden (suyu itme) yararlanılarak veya çeşitli kimyasallar ile hidrofobik yaparak metal bileşiklerinin gangdan ayrılması işlemidir. Bu amaçla temel olarak iki kimyasal/reaktif kullanılır: 1) Köpürtücüler (köpükler): Hava kabarcığı (baloncuk) oluşumunu sağlarlar. 2) Kollektörler (toplayıcılar): Metallerin hidrofobik hale getirilmesi için kullanılırlar ve metallerin hava kabarcıklarına tutunmasını sağlarlar. Bunlar haricinde toplayıcıyı aktifleştiren aktivatör ve hidrofobikliği arttıran veya azaltan modifiye edici kimyasallar da kullanılır. İşlem sırası: ▪ Çok ince (pudra) öğütülmüş haldeki cevher, içerisinde kimyasal karışım bulunan suya dökülür. ▪ Daha sonra bu karışım karıştırıcılar ile karıştırılarak cevherin su içerisinde çökelmesi önlenir ve su içerisinde tutulması sağlanır. ▪ Aynı anda aşağıdan yukarıya doğru hava üflenir. Yukarı çıkan hava kabarcıkları suyu sevmeyen metal bileşiği Şekil 2. Flotasyon işleminin şematik görünümü parçacıklarını suyun yüzeyine taşır. ▪ Kimyasal maddeler ile oluşturulmuş köpük bu parçacıkları ✓ Bu yöntem özellikle demir dışı su yüzeyinde tutar. metallerin cevher hazırlanmasında büyük öneme sahiptir. ▪ Yüzeyde biriken parçacıklar özel kaşıklar ile toplanırlar. d) Kavurma: Öğütülmüş cevherin hava akımı ile ısıtılmasına kavurma denir. Kavurma işlemi sırasında, ❑ Sıcaklığın, parçacıkları birbirine yapıştıracak kadar yükselmemesine dikkat edilmelidir. Cevherin çeşidine göre kavurma işleminin amacı değişir. 1. Toprak madenlerinin yapıdan uzaklaştırılması amacıyla: Sülfürlerin oksit haline gelmesi için kavurma yapılır. Bu esnada kükürt, kükürtdioksit (SO2) haline yanar ve sülfirik asit üretiminde kullanılır. 2. Cevherleri (manyetit ve hematit gibi) kırılgan ve gözenekli hale getirmek amacıyla: Bu sayede gazlar yapı içine daha kolay gireceğinden, yüksek fırındaki redüksiyon işlemi kolaylaşır. 3. Cevher yoğunluğunu düşürmek ve taşımayı kolaylaştırmak amacıyla: SO2, CO2 ve suyun yapıdan atılmaları ile cevherlerin yoğunlukları %30 oranında düşer. Bu nedenle taşıma masraflarını düşürmek amacıyla genellikle cevherin çıkarıldığı yerde kavurma işlemleri yapılır. 4. Manyetikleşmeyen hematit gibi demir cevherlerini, oksijen ile yakarak daha fazla demir bağlayıp manyetit haline dönüştürmek amacıyla uygulanır. Böylece manyetik ayırma işlemine uygun hale gelirler. B. Belirli boyuta getirme 1) Elekten geçirme ve kırma 2) Sinterleme 3) Peletleme 1) Elekten geçirme ve kırma Zenginleştirme ve fırında üretim işlemleri için belirli büyüklükte cevher gereklidir. Toz ve ince taneli cevherin elekten geçirilmesi, büyük parçaların ise kırılması gerekmektedir. Örneğin, yüksek fırın için yaklaşık 30 mm büyüklüğünde parçalar istenir. İnce taneli cevherler, yüksek fırında yapılan üretimde fırını tıkayabileceği için, burada üretim işleminden önce belirli tane büyüklüğüne getirilmesi gerekir. Bu ise sinterleme ve peletleme ile sağlanır. 2) Sinterleme: İnce taneli cevherlerin 900ºC ile 1350ºC arsında ısıtılarak, gangın kısmi ergimesi sonucu tanelerin birbirine yapışacak şekilde pişirilmesine sinterleme denir. Bu işlem sonucu, çok iyi redüklenebilen ve gazları geçirebilen (gözenekli) bir yapı oluşur. ▪ Sinterlenecek malzeme yanma ızgaralarının üzerine konur. ▪ Sinterlenecek madde ateşlendikten sonra, ızgaranın altında hava bu maddenin arasından geçecek şekilde emilir. ▪ Hareketli ızgaranın yüksek sıcaklıktan korunması, sinter ürününün yapışmasını önlemek ve ince taneli cevherin ızgara deliklerinden dökülmesini önlemek için ızgara üzerine bir plaka yerleştirilir. Bu plaka kireç taşı, demir cevheri gibi maddelerden Şekil 3. Demir cevheri sinterleme ünitesinin şematik görünümü oluşan iri taneli sinter malzemelerden yapılmıştır. 3. Peletleme: Tane büyüklüğü 0,2 mm’den küçük olan un halindeki cevherler sinterlemeye uygun değildir. Bunlar yapıştırıcı maddeler ve su ile karıştırılarak peletleme tepsileri veya tamburları içerisinde yuvarlatılıp, yaklaşık 2 mm çapındaki topaklar haline getirilir. Peletleme, tepsilerin belirli bir hızda döndürülmesi ile yapılır. Şekil 4. Demir cevheri peletlemesinde kullanılan bir pelet tepsisi Şekil 5. Peletlenmiş haldeki demir cevheri  YÜKSEK FIRINDA HAM DEMİR ÜRETİMİ Yüksek fırınlarda sıvı pik elde etmek amacı ile demir içerikli hammaddeler (cevher, pelet, sinter gibi), cüruf elde etmek ve oluşacak cürufun özelliklerini ayarlamak için oksit içerikli hammaddeler (flux malzemeleri; kireç taşı, dolomit gibi), ısı elde etmek amacı ile karbon içerikli hammaddeler (kok, kömür, katran, fuel oil gibi) kullanılmaktadır. Yüksek fırında ham demir elde etmenin temelde iki sebebi vardır; ▪ Ham demir (PİK) üretmek, ▪ Çelik üretimi için gerekli sıvı ham demir elde etmek, Yüksek fırın sürekli ve ters akım prensibine göre çalışan bir fırındır. Şarj edilen cevher, kok ve katkı maddelerinden oluşan hammaddeler yukarıdan aşağıya doğru inerken, aşağıdan üflenen hava ile yanan kok ile oluşan redükleyici gaz aşağıdan yukarı doğru çıkar. ▪ Fırın içerisindeki hava yukarıya doğru çıkarken bir taraftan kimyasal reaksiyonların oluşumunu sağlar. Diğer taraftan yeni şarj edilen şarj malzemeleri ısıtır. ▪ Yüksek fırının ana ürünleri yüksek oranda Fe içeren ham demir (As, C, Cr, Cu, Mn, Ni, P, S, Si), curuf ve baca gazlarıdır. ❑ Demir içerikli cevherlerin, kok ve kireç taşı (bu üç elemanın oluşturduğu karışıma şarj denir) ile bir arada ergitilmesinde kullanılan ve kapasitelerine göre yükseklikleri 30-90m arasında değişen fırınlara yüksek fırın denir. ❑ Dünyada çelik üretimi her yıl 700 milyon ton civarında gerçekleşmektedir. Bu üretimin yaklaşık % 60’ı yüksek fırınlar + çelikhane vasıtası ile üretilirken geriye kalan % 40’ı ise hurdaların eritilmesi ile elde edilmektedir. ❑ Yüksek fırınların içleri şamot tuğlalarıyla örülmüş olup duvar kalınlığı 1 m’dir. ❑ Gövde ve hazne dıştan su ile soğutulur. Bir yüksek fırını oluşturan kısımlar: Üst kısım Gövde Karın Hazne  Üst Kısım  Silo, çan ve çan kapaklarının bulunduğu fırının en üst kısmıdır.  Yüksek fırın gazları borularla buradan dışarı çekilir.  Şarj, çan kapakları vasıtasıyla yüksek fırın gazı kaçmayacak şekilde fırına ÜST KISIM boşaltılır. Gövde  Fırının uzun ve aşağı doğru genişleyen kısmıdır. 300 oC  Cevher-kömür karışımı burada katı durumdadır. 600 oC Karın GÖVDE 1000 oC  Fırının alt tarafında yeniden daralmaya başlayan kısımdır. 1200 oC  Cevher bu bölgede kısmen erimeye başlar. 2000 oC  Karın bölgesinin alt kısmında fırına hava vermeye yarayan tüyerler (üfleme KARIN boruları) bulunmaktadır. HAZNE Hazne  Erimiş demir ve cürufun toplandığı fırının alt kısmıdır.  Daha aşağıda devamlı olarak cüruf boşaltılan, cüruf akıtma delikleri bulunur. Şekil 6. Yüksek fırın kesiti  Haznenin en alt kısmında ham demir boşaltma delikleri bulunur. Demir filizlerinden sıvı ham demir elde etmeye yarayan, üstten şarj edilen ve alttan boşaltılan dikey fırına «YÜKSEK FIRIN» denir Magnetit: Kimyasal bileşimi Fe3O4 olan magnetit, %72,4 demir ve %27,6 oksijen içerir. Hematit: Kimyasal bileşimi Fe2O3 tür. %69,4 demir ve %30,6 oksijen içerir. Limonit: Kimyasal bileşimi Fe2O3.H2O olan limonit magnetit ve hematitden daha düşük kalitededir. Siderit: Bileşimi FeCO3 olan siderit %48,2 demir ve %51,8 CO2 ihtiva eder. Pirit: Kimyasal bileşimi FeS2 olan pirit %46,6 demir ve %53,4 S ihtiva eder. Şarj Malzemeleri Doğrudan İndirgeme Demir oksit bileşimindeki cevher, fırın içerisinde kor halinde bulunan kok ile reaksiyona girerek indirgenir. Çelik ve cüruf içerisinde çözünmüş durumda bulunan bazı elementler arasında kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Demir çelik üretiminde hem bazik (baz karakterli) hem de asidik (asit karakterli) maddeler kullanılır. Kok Kömürü Kok Kömürünün Yüksek Fırındaki Fonksiyonu: Tüm şarjın ergimesi için gerekli ısıyı sağlar. Fırın içinde gaz geçirgenliğini sağlar. Fırın içindeki şarjın basınç ve ağırlığını taşır. Demir cevherinin redüklenmesini (dönüşümünü) sağlar. Kireç Taşı Kireç taşı (CaCO3), yanmış veya sönmemiş kireç (CaO), dolamit (Ca, Mg) CO3 ve manyezit (MgCO3) verilebilir. Metal üretiminde kullanılan bazik karakterli maddelerdir. Kimyasal formülü CaCO3 olan kireçtaşı yüksek fırınlarda cüruf yapıcı olarak kullanılır. Kireç taşının reaksiyona girmesi, şarjdaki ısının 750-1150 °C ye ulaşması ile başlar. Yüksek sıcaklık ile parçalanan kireçtaşı empüritelerle (yabancı maddelerle) birleşerek cürufu meydana getirir. Yüksek fırında kullanılacak kireç taşının tane iriliği 50-100 mm arasında, CaO miktarı %53-63 arasında olmalıdır. SiO2 miktarının ise oldukça düşük olması istenir.  Kimyasal formülü (CaMg(CO3)2) olan dolomit yüksek fırında cüruf yapıcı ve Dolomit sıvı madene akışkanlık veren bir eleman olarak kullanılır. Dolomit; Kırılıp parçalanan dolomitin elendikten sonra; 25 mm üzeri “Dolomit”, 10-25 mm arası “Mıcır”, 10 mm altı ise “Toz” olarak adlandırılır. Cürufa akışkanlık kazandırmak amacıyla kullanılır. MnS şeklinde kükürt ile Manganez birleşerek kükürdün cürufa geçmesini sağlar. Çelikhanelerin istediği manganlı pik yapımında kullanılır. Manganez aynı zamanda pikin kırılganlığını azaltır. Metal üretiminde kullanılan asidik maddelerin en önemlisi Silisyum bileşikleridir. Bunlar bazik maddelerle kolayca reaksiyona girerler. Metal üretiminde asidik madde olarak kum, killi şist ve asidik cüruf kullanılır. Demir cevheri; Manyetit, Hematit, Siderit, Limonit, Pirit Şarjlar kok ile fırına verilir. Bu şarj malzemesi ergitilerek sıvı pik ve cüruf elde edilir. Yüksek fırının içine üflenen sıcak hava, kok kömürünü yakarak aşağıdaki tepkime sonucunda karbondioksit gazı (CO2) oluşur. Oluşan karbondioksit gazı (CO2) yüksek sıcaklıkta kok ile yeniden reaksiyona girerek karbon monoksite (CO) dönüşür. Bu reaksiyon sonucunda meydana gelen ve çoğunluğu azot (N2) ve karbon monoksit (CO) karışımından oluşan gaz, fırın içerisinde yükselir. Fırın içerisinde meydana gelen yanma sonucunda fırının sıcaklığı 1500-1800°C arasındaki bir değere kadar yükselir. Tüyerlerin bulunduğu bölgede elde edilen gaz karışında %35 oranında CO, %65 oranında da azot (N2) bulunur. Aşırı ölçüde indirgeyici olan bu gaz karışımı, fırın içerisinde yukarıya doğru yükselirken rastladığı demir oksitlerin indirgenmesini sağlar. Söz konusu gaz karışımı fırının üst kısmına ulaştığı zaman sıcaklığı 250°C’ye kadar düşer. Demir oksitlerin indirgenmesi ise fırına verildikleri andan itibaren başlar. Ön ısıtma: Kok ve sıcak havanın verdiği enerji sonucu, nem ve kristal suyu buharlaşır, yüksek sıcaklıkta ise karbonatlar parçalanır. Redüksiyon: Fırının daha alt kısımlarında yaklaşık 400ºC’de endirekt reaksiyon meydana gelir ve cevher oksijenle fakirleşir. 800ºC’de demir düngeri adı verilen sert, sünger yapısında demir teşekkül eder ve aşağıdaki reaksiyonlar oluşur. Yaklaşık 750ºC’den sonra daha yüksek sıcaklıklarda demir oksidin kızgın kok ile teması sonucu direkt redüksiyon oluşur. Karbürizasyon: Katı halde 900ºC civarında demir karbür oluşur: Ayrıca kızgın kok ve demir arasındaki reaksiyon sonucunda da Fe3C oluşur: Sıvı haldeki demir haznenin en alt kısmında ve daha hafif olan cüruf bunun üzerinde yer alır. Yüksek fırında elde edilen ham demir (pik) yaklaşık olarak; %3-4,5 C, % 0,7-3,5 Si, % 0,5-0,8 Mn, %0,1-0,9 P, %0,02-0,12 S ve %90-95 Fe içerir. Katkı maddesi olarak kullanılan Kireç taşı (CaCO3), yanmış veya sönmemiş kireç (CaO), dolamit (Ca, Mg) CO3 ve manyezit (MgCO3) ergime noktası düşük olduğu için bazik karakterli cüruf oluşturur. Yüksek fırın cürufu ise %30-35 SiO2, %30-35 CaO, %10-15 Al2O3 ve %2-10 MgO gibi oksitler içerir.  DÖKÜMDE KULLANILAN ERGİTME FIRINLARI Dökme Demir Ergitme Fırınları ❑ Dökme demir ergitme fırını olarak kullanılan fırınlar içerisinde en fazla kullanılanı ve önemli olanı kupol ocağıdır. ❑ Yüksek fırında elde edilen ham demir kupol ocağında kok kömürü ile yeniden ergitilerek bileşimi nispeten kontrol edilebilen dökme demirler üretilmektedir. ❑ Kupol ocağının dökme demir ergitilmesinde kullanılması aşağıdaki avantajları sağlamaktadır: ✓ Devamlı ergitme yapılmakta olup, belirli aralıklarla fırından ergimiş metal alınır. ✓ Aynı miktarda ergitilen malzemede, diğer fırınlara göre hammadde ve işleme masrafları düşüktür ✓ Bileşim kontrolü (Kısmi olarak) yapılabilir. ❑ Kupol ocağının kullanımını sınırlayan bazı hususlar: ✓ Karbon miktarı %2,5’in altında olan demir elde edilemez. Çünkü ergimiş demir sürekli olarak kok kömürü ile temas halindedir. ✓ Krom ve molibden gibi bazı alaşım elementleri kupol ocağında bir miktar oksitlenerek kayba uğrar. KUPOL OCAKLARI ▪ Dış kısmı saçtan yapılmış ve içi ateşe dayanıklı tuğlalarla örülmüş dikey silindirik ocaklardır. ▪ Sadece dökme demir için kullanılırlar. Diğer ocaklara göre çok büyük tonajlı dökme demirler kupol ocağında eritilir. ▪ Demir, kok kömürü, kireçtaşı ve diğer alaşım elemanlarını içeren “şarj”, şarj kapısından üst üste tabakalar halinde yüklenir. ▪ Alt bölümde bulunan tüyerlerden basınçlı hava üflenerek tutuşturulmuş kokun yanması hızlandırılır. Eriyerek kok yatağına süzülen sıvı dökme demir belli aralıklarla dökme kanalından alınır. ❑ Kupol ocağını çalıştırmak için taban kapatılarak üzerinde bir kum tabakası dövülür. Bunun üzerine uygun kalınlıkta bir kok tabakası doldurularak ateşlenir. ❑ Ateşleme tamamlandıktan sonra yükleme kapısından ocak içine pik, hurda, kok ve kireçtaşı belli oranlarda birbirini izleyen tabakalar halinde üst üste yüklenir ve şarj, alttan sıvı alınmasıyla kendi ağırlığı ile aşağı iner. ❑ Rejim halindeki ocakta alttaki kok yatağına tüyerlerden üflenen havanın sağladığı yanma ile oluşan ısı, birbirini izleyen kok ve metal tabakalarından geçerek metali eritir. ❑ Eriyen metal, kok yatağından aşağı süzülerek ocak tabanında toplanır ve zaman zaman metal ağzından bir potaya alınır. ❑ Cürufun alınması için ayrı bir ağız da vardır. Kupol ocağının avantajları şunlardır: Kupol ocağının dezavantajları şunlardır: Yakacak ve metalin bir arada olması, elde İlk yatırım masrafları, endüksiyon ve ark edilen metalin özelliklerinde bazı değişiklikler ocaklarına göre çok düşüktür. meydana getirebilir. Bu nedenle kimyasal Ergitme zamanı kısadır ve sürekli sıvı bileşim değişebilir. metal verir. Dökülebilme özellikleri (metalin akıcılığı) Kayıpları az sayılır. düşebilir. İstenilen özellikte kimyasal yapıyı Isı kaynağı olan kok kömürü ucuz ve elde etmek zordur. depolanıp bekletilmesi kolay bir yakacaktır. Bu ocakta sadece dökme demir ve dökme Sıvı metalin sürekli alınması ile çok yüksek demirin çeşitleri (Lamel grafitli dökme demir, tonajlı tek parça dökme demir parçalar küresel grafitli dökme demir, beyaz dökme düşük maliyetle dökülebilir. demir) elde edilebilmektedir. Çelik Üretimi ▪ Alman DIN normuna göre çelik, herhangi bir işlemden geçmeden dövülebilen ve genellikle %1,7’den az karbon içeren bir demir-karbon alaşımıdır. Not: %2 karbon içeren yüksek alaşımlı çelikler, yüksek orandaki alaşım elemanları nedeniyle çelik grubuna dahildir. ▪ Ham demir üretimden çıktığında içinde yüksek miktarda karbon ve kısmen de alaşım elemanları bulunur. Bunlardan silisyum ve mangan %0,8’ den fazla olmaması şartıyla çelikte istenir. ▪ Kükürt ve fosfor ise her oranda zararlıdır ve mümkün olduğu miktarda uzaklaştırılmalıdır. ▪ Alaşım elemanlarının oksijene karşı afiniteleri, demire karşı afinitelerinden daha yüksektir. Böylelikle hava üflenerek ham demir içerisinden yakılarak çıkarılmaları mümkündür. Bu yakma işlemine üfleme işlemi denir. Oksidayon için gerekli oksijen çeşitli şekillerde sisteme verilebilir: 1) Konvertörler, Hava üfleme (Thomas, Bessemer), Oksijen üfleme 2) Fazla hava ile üretilen alevle beraber, Siemens-Martin usulü 3) Elektrik ark ocakları 4) İndüksiyon ocakları Oksitlenen alaşım elemanlarının büyük kısmı cürufa veya baca gazlarına karışır. Oksitleme işlemi sonunda sadece zararlı fosfor çelik içinde çözünmüş olarak kalır. Fosforu çelikten uzaklaştırmak için bazik bir madde (kireç) ile bağlanması sağlanır ve oluşan ürün cürufa karışır. Konverterler Konverterlerde pik veya dökme demirlerin bileşimlerindeki C, Si, Mn, P, S gibi elementler ve diğer katışkılar arıtılarak çelik elde edilir. Yani bu ocaklarda, esas amaç metali eritmek değil, pik demiri arıtarak çelik üretmektir. Konvertere doldurulan sıvı metalin içine veya yüzeyine hava veya saf oksijen üflenerek, istenmeyen elementler yakılarak giderilir. Gerektiğinde alaşımlama da yapılarak çeliklerin bileşimlerinin de ayarlandığı bu ocakların değişik türleri vardır. İlk geliştirilen ocaklar, havanın tabandan üflendiği Bessemer konverterleri olup, günümüzde daha yaygın olarak kullanılanları, havanın metal üzerine yandan üflendiği Tropenas konverterleri ile üstten saf oksijen üflenen oksijen konverterleridir. 1) Konvertörler - Bessemer-Thomas Usulü Yüksek fırından elde edilen piklerden çelik imal edebilmek için geliştirilmiş ergitme ocaklarıdır. İlk önce 1856 yılında Henry Bessemer tarafından asit astarlı (kum tuğla) şekilde üretilmiştir. Burada yapılan temel işlem silisyum, mangan ve karbonun sıvı haldeki dökme demirden hava geçirilerek uzaklaştırılmasıdır. Ancak Bessemer usulunde kükürt ve fosfor istenilen miktarda uzaklaştırılamaz. Şekil 8. Bessemer ocağı Sidney Gilchrist Thomas, 1876 yılında Bessemer Konvertöründe kullanılan asit astar yerine bazik dolomit (Mg-Ca karbonat) astar kullanarak bu sorunu ortadan kaldırmıştır. Ancak bu yöntemde hurda metal belirli bir miktara kadar kullanılabilir. Şekil 9. Bessemer-Thomas ocağı 1) Konvertörler - Oksijen Üfleme Usulü (Bazik Oksijen Fırını (BOF)) ▪ Bessemer ve Thomas çeliklerinin azot ve fosfor oranlarının yüksek miktarda düşürülememesi nedeniyle geliştirilen fırınlardan biridir. ▪ Yöntemde ticari saflıktaki oksijen, su soğutmalı bakır bir boru ile (oksijen mızrağı) banyo (ergimiş metal) üzerine üflenir. ▪ Bu sayede daha yüksek oranda kükürt, fosfor, silisyum v.b. giderilirken yapı içeriğindeki karbonun uzaklaştırılması da sağlanmış olur. Böylece; Kısa üfleme süresi içinde yüksek miktarda üretim yapılması, Isı ilavesine gerek duyulmaması, Büyük miktarlarda hurda şarj edilmesi, Düşük azot ve fosfor miktarlı çeliklerin üretilmesi, gerçekleştirilir. Şekil 11. BOF yönteminin aşamaları; (1) Hurda yüklemesi; (2) Yüksek fırından gelen pik demir; (3) O2 üfleme; (4) Sıvı çeliğin alınması, alaşım elementleri ve bazı ilavelerin katılması; (5) Cürufun alınması Şekil 12. BOF yönteminin meydana gelen temel kimyasal reaksiyonlar 2) Siemens-Martin Usulü ▪ Ergitme büyük bir yüzey ve küçük bir banyo derinliğine sahip, tabanı ateşe dayanıklı bazik tuğlalarla örülmüş bir fırında yapılır. ▪ Yöntemde önceden ısıtılmış hava ile önceden ısıtılmış gazın yakılması sonucunda 1700oC ’lik sıcaklığa sahip bir alev elde edilir. ▪ Bu yöntemde % 100'e kadar istenilen her oranda hurda kullanılabilmektedir. ▪ İlave edilen hurdaların çabuk ergimesini sağlamak için ayrıca oksijen ilavesi ile çalışılabilir. Yüksek sıcaklıklar fırın tuğlalarının daha hızlı aşınmasına sebep olur. ▪ Az miktarlarda ürün alınır ve ilk yatırım maliyeti diğer fırınlara göre daha yüksektir. Alaşımlı çeliklerin ergitilmesi sırasında alev kıymetli alaşım elementlerinin yanmasına sebep olur. Şekil 10. Siemens-Martin ocağı 3) Elektrik Ark Ocakları Aralarında belli aralık bulunan iki iletken ucun birinden diğerine elektrik akımı geçerken bir ark meydana gelir. Bu ark sonucu yüksek ısı meydana gelir. Bu ısıdan yararlanılarak yapılan ocaklara Elektrik Ark Ocakları denir. Dökme demir ve çelik ergitilmesinde kullanılır. ❑ Arkın meydana getirilmesinde üç ❑ Elektrotlar ile ocağa konulan metal arasında adet elektrot kullanılır. oluşturulan elektrik arkları ve buna bağlı ❑ Elektrotlar amorf karbon veya grafitten özel yöntemlerle üretilir. olarak oluşan yüksek ısı yardımıyla şarj ❑ Elektrotların ölçüleri kullanıldıkları (metal) ergitilir. ocağın kapasitesine göre belirlenir. Hurdadan çelik üretiminde uygulanan proses genel hatları ile şöyledir: ▪ Elektrik ark ocaklarında temel oksijen metotlarından farklı olarak sıcak metal yerine hurda metal kullanır. ▪ Hurda çelik elektrik ark ocağına üstten vinçle boşaltılır, ardından ocağın kapağı kapatılır. Bu kapak ark ocağına indirilen üç tane elektrod taşır. ▪ Elektrodlardan geçen elektrik, elektrod-hurda Şekil 13. Elektrik ark ocağı şematik görünümü arasında bir ark oluşturur ve açığa çıkan ısı hurdayı eritir. Hurdadan çelik üretiminde uygulanan proses genel hatları ile şöyledir: ❑ Eritme prosesinde gerekli kimyasal kompozisyonu sağlamak için bazı katkı maddeleri (kireç, karbon vd.) ilave edilir. ❑ Sıvı çelik içindeki safsızlıkları gidermek için ocağa ayrıca oksijen de üflenir. Kimyasal kompozisyon ve sıcaklık kontrolü için örnekler alındıktan sonra dipten döküm alma sistemi (EBT) ile sıvı çelik potaya aktarıldıktan sonra EAO’da kalan cüruf diğer tarafa yatırılarak alınır. ❑ Elektrik arkı, iki elektrot arasında oluşturulursa Endirekt Ark ocağından söz edilir. Genellikle küçük kapasiteli fırınlardır (0,75 ton) ve bakırca zengin demir dışı alaşımların ergitilmesinde kullanılır. ❑ Elektrik arkı, elektrotlarla erimiş metal banyosu arasında oluşturulursa Direkt Ark ocağından söz edilir. ❑ Direkt ark ocakların kullanımı daha yaygındır.  ❑ Bu fırınların üst kapağı hareketli olup yükleme burada yapılır, boşaltma ise fırının eğilmesi ile gerçekleştirilir. ❑ Fırına hurda demir-çelik ile alaşım elementleri ve kireçtaşı yüklenir. ❑ Bunlar elektrik arkı ile ısıtılır. ❑ Ark elektrotlar ve metal arasında ❑ Bu yöntemle, BOF yöntemine kıyasla daha oluşur. Tam ergime 2 saat sürer, kaliteli çelik üretilir, fakat daha pahalıdır. Genelde tüm işlem ise 4 saat sürer. alaşımlı çeliklerin, takım ve paslanmaz çeliklerin ❑ Bu fırınların kapasitesi 25-100 ton üretiminde kullanılır. arasındadır. ❑ Ergitmenin ilk aşamasında, elektrotlar hurda yükünü delerek ocak içinde kendisine yer bulmaya çalışırken, ocak kapağı ve gövdesini ark ışımalarından korumak amacıyla uygulanan güç, düşük tutulur. Ark hurda yükünü deldikten hemen sonra etrafında hurda ile çevrelenmiş bir kalkan olması sebebiyle tam ergitme yapabilmek için güç artırılır. ❑ Oksijen lansı ve/veya oksijen-yakıt brülörleri ergitmenin ilk aşamalarında yoğun bir şekilde kullanılır. Yakıt olarak genellikle doğalgaz kullanılır. Ayrıca oksijen üfleme özel nozullar vasıtasıyla ocak duvarlarından yapılmaktadır. ❑ EAO ile çelik üretiminde oksijen kullanımı sadece metalürjik açıdan değil, aynı zamanda üretkenlik ve enerji verimliliği açısından da önemlidir. Artan oksijen kullanımı günümüzde tesis içinde kurulmuş oksijen fabrikalarının sürekli sıvı oksijen bulundurmaları ile sağlanmaktadır. Oksijen, karbon gidermede ve fosfor, mangan ve kükürt gibi istenmeyen elementlerin alınması amacıyla metalürjik amaçlarla kullanılmaktadır. Bunlara ilave olarak, hidrokarbonlar ile reaksiyona girerek ekzotermik reaksiyonlar oluşturmaktadır. Oksijen üfleme, ocaktan çıkan gaz ve duman oluşumunda gözle görülür bir artışa neden olmaktadır. Çelik banyosunun karıştırılması ve ısı homojenizasyonu sağlamak için argon veya diğer soy gazlar erimiş metale enjekte edilir. Bu teknik ile cüruf metal dengesi de iyileştirilir. Ark ocağında ergitme ve metalürjik işlemleri tamamlanan sıvı çelik, dipten döküm alma sistemi (EBT) ile alındıktan sonra cüruflar, cüruf potasına akıtılarak uzaklaştırılır. Sıvı çelik ise ikincil metalurji işlemleri için pota ocağına aktarılır. 4. DİRENÇ OCAKLARI Bir iletken, üzerinden geçen elektrik akımına direnç gösterir. Bu direncin etkisiyle ısı meydana gelir. Direnç ve buna bağlı olarak oluşan ısı, iletkenin cinsine göre değişir. Direnç, iletkenin boyu uzadıkça artar, kesiti büyüdükçe azalır. İletkende oluşan ısı, iletkenin türüyle beraber, akımın şiddetinin karesi ve etki süresiyle doğru orantılıdır. Bu şekilde oluşan ısıdan yararlanılan ocaklara direnç ocakları denir. ✓ Direnç ocakları genellikle düşük sıcaklıklarda ergiyen alaşımlarda kullanılır. ✓ Demir alaşımlarında kullanılmaları sınırlıdır. Bunlar, metal dirençli ve grafit dirençli ocaklar şeklinde gruplanabilir. Bir potanın etrafına sarılan direnç tellerinde meydana gelen ısı, potadaki metali ergitebilir. Şekil 14. İndüksiyon fırını ÇELİĞİN DÖKÜLMESİ 1) Sürekli Döküm ▪ Sıvı çelik, tabanı olmayan ve su soğutmalı bir bakır kokil kalıp içerisine dökülür. ▪ Kokilin alt ucundan katı halde sürekli olarak çıkan çelik, haddeleme tertibatları ile devamlı olarak sabit hızda çekilir ve bu esnada da şekil verilir. ▪ Oluşan kızgın blok soğutulur ve hareketli kesiciler (termal ya da mekanik kesiciler) ile belirli uzunluklarda kesilir. Şekil 15. Sürekli döküm yöntemi örnekleri Yöntemin avantajları: a) Kokil döküme göre daha basit ve hızlı bir üretim vardır. b) Blok segregasyonu olarak adlandırılan hatalar yüksek miktarda engellenmektedir. c) Döküm malzemeden kesilen kısımların miktarı azalır. Bu nedenle yöntemin verimi çok yüksektir. Şekil 16. Sürekli döküm yöntemi 2. Kokil Döküm Üretim fırınından potalarla alınan çelik, kokil adı verilen ve kır dökme demirden yapılmış olan kalın cidarlı kaplara dökülür. ÇELİĞİN KATILAŞMASI 1. Kaynar (Gazı Alınmamış) Çelik Dökümü ▪ Çeliğin kokil kalıp içinde katılaşmasında ilk katılaşan yüzey kısmında hemen saf demir kristalleri sıvıdan ayrışır. Bu nedenle dökümün ilk katılaşan kısmı ile çekirdek kısmı (merkez) arasında karbon oranı farklıdır (karbon segregasyonu). Bu durum kimyasal bir reaksiyonun meydana gelmesine neden olur. ▪ Dökümün sıvı haldeki merkez kısmında segregasyon sonucu Şekil 17. İngotta katılaşma sırasında karbon oranı ilk sıvıdaki orana göre artınca fazla gelen karbon oluşan çeşitli gaz boşluğu hataları yapıdan atılır. Bu işlem şu reaksiyona göre olur: C + FeO → Fe + CO ▪ CO gaz halinde ayrılır ve sıvı metal içerisinde kabarcıklar oluşturur. Bu kabarcıklar çeliğe kaynama görünümü verir ve bu tür döküme kaynar döküm (sakin olmayan döküm) denir. ▪ Sıvı metal içinde yükselen kabarcıklar, düşük sıcaklıkta ergiyen gayri safileri bloğun ortasına çeken bir akıntı yaratırlar. ▪ Gazı alınmamış çelik dökümde blok içinde kabarcıklar ve segregasyon bulunur. 2) Sakin (Gazı Alınmış) Çelik Dökümü ▪ Kaynar (gazı alınmamış) çelik dökümlerde blok içinde kalan kabarcıklar çelik döküm parçalar ve alaşımlı çeliklerde ortadan kaldırılamaz. ▪ Bu nedenle, içerisinde kabarcık bulunmayan çelik blokların üretimi gerekir. Gaz oluşumu iki yolla önlenebilir: a) Uzun sıvı temizleme usulleriyle FeO ’nun tamamının difüzyon ile cürufa geçirilmesi. b) Çözünen FeO’nun Al, Ti, Ca ve Si gibi maddelerle redüklenerek ayrılması. Deoksidayon maddeleri FeO’nun oksijenini kopararak oksijeni bağlarlar (oksijenle birleşirler). Oksitler bir arada sıvı bir cüruf oluştururlar ve kokil kalıp yüzeyinde toplanırlar. Böylece gazı alınmış çeliklerde; kabarcık, segregasyon bölgesi ve yaşlanma önlenmiş olur. 3) Vakum Çeliği ▪ Deoksidasyon maddeleri ile yapılan işlemlerden sonra dahi en çok hidrojen olmak üzere bir miktar çözünmüş gaz çelik içinde kalır. ▪ Sıvı çeliğin vakum altında işlenmesi gaz miktarını azaltıcı bir yöntemdir. ▪ Vakumlu bir ortamda ergitilmiş çelik dökülürse, döküm demeti dağılıp uçar ve çözünmüş gazlar sıvıdan ayrılır. ▪ Daha etkili bir yöntem ise vakum altında ergitmedir. Şekil 18. Vakumlu indüksiyon fırını Vakum çeliklerinin bazı özellikleri; a) Düşük gaz miktarı ve daha düşük oksit ile sülfür cürufları içerir. b) Enlemesine ve boylamasına yönlerde özellik farklılıkları yoktur. c) Yorulma değerleri normal ergitilmiş çeliklere göre daha yüksek ve iyidir.  Sıvı çelik Şekil 19. Demir cevherinden dökme demir ve çeliğin üretim akış şeması Şekil 20. Demir cevherinden dökme demir ve çeliğin üretim akış şeması  DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İMAL USULLERİ I MAK 3019 Doç. Dr. Şefika KASMAN Doç. Dr. Fatih KAHRAMAN Dr.Öğr. Üyesi Gökçe Mehmet GENÇER Döküm Teknolojisi ❑ Dökümün Tarifi ve Avantajları ❑ Dökümde Katılaşma ❑ Metal Eriyiklerin Katılaşmasındaki Özel Olaylar ❑ Döküm Usulleri ❑ Kum Dökümü, Kum Dökümünde Kalıplama Yöntemleri, Kum Dökümde Ergitme ve Döküm ❑ Kokil Dökümü, Püskürtme (Basınçlı) Döküm, Savurma Döküm, Sürekli Döküm, Demir Dökümü ❑ Hassas (Kuyumcu) Döküm, Seramik döküm, Alçı Dökümü ❑ Bitirme İşlemleri, Döküm Hataları ve Kontrolü, Döküme Uygun Parça Tasarımı  Metal dökümü, istenilen/tasarlanan katı şekilleri elde etmek amacıyla metalleri ergitme ve kalıp adı verilen boşluklara dökerek katılaştırma işlemidir. Döküm metallerin kullanılabilir hale dönüştürülmesinin çeşitli kademelerinde yer alabilir. Cevherden elde edilen metal ve alaşımların ingot adı verilen bloklar halinde dökülmesi ya da çok girintili çıkıntılı parçaların tek işlemle kullanılabilir hale getirilebilmesi gibi çeşitli formlar elde etmek için dökümden faydalanılabilir. Yarı mamül ve mamül parçaların üretiminde bazı durumlarda yalnızca dökümden faydalanmak yeterli olmasına rağmen, bazı durumlarda kaynak, dövme, plastik şekil verme ve talaşlı imalat gibi yöntemlerden de faydalanmak gerekmektedir. İmalatta her yöntemin yeri ayrıdır. Her yöntemin üstün olduğu ve tercih edildiği üretim kademeleri vardır. Döküm yoluyla imalatın avantajları: ▪ Karmaşık kesite sahip parçaların üretimi mümkündür. ▪ Metalurjik özelliklerinden dolayı şekillendirilmesi zor olan metaller için üretim yöntemidir. ▪ Dökümle tek parça halinde imalat mümkündür. Diğer imalat yöntemleri için bütünü oluşturan parçaların birleştirilme zorunluluğu vardır. ▪ Geometri, malzeme ve ekonomik kısıtlar sebebi ile diğer yöntemlerle şekillendirilmesi zor olan büyük ve ağır parçaların için döküm en uygun yöntemdir. ▪ Çok sayıda ve hızlı bir üretimin yapılması mümkündür. ▪ Üretim tekniği açısından bazı geometriler için ekonomik bir tekniktir. ▪ Dökme metallerde bazı mühendislik özelliklerin daha iyi olması mümkündür. Bunlardan bazıları; Dökme demirde işlenebilme ve titreşime karşı koyabilme kabiliyeti yüksektir. Dökümde özellikler her yönde aynıdır (kontrollü bir döküm işleminde). Bazı hafif metal alaşımlarında mukavemet ve hafiflik ancak dökümle sağlanabilir. Döküm parçaların aşınmaya karşı dayanımları daha iyidir. Döküm yoluyla imalatın dezavantajları: ▪ Çok ince kesitli parçaların hızlı katılaşma nedeniyle hatasız üretilmesi zordur. ▪ Sadece kalıbın açılmasına müsaade eden şekillere sahip parçalar dökülebilir. ▪ Az sayıda parça üretimi için genellikle ekonomik değildir. ▪ Plastik şekil verme yöntemleri ile elde edilmiş aynı malzemenin mukavemeti genellikle dökümden daha yüksektir. ▪ Genellikle boyut ve yüzey toleranslarının kaliteleri diğer yöntemlere göre daha kötüdür. ▪ Üretim yönteminden gelen segregasyon ve lunker gibi hataların önüne geçmek çok zordur. METALLERDE KATILAŞMA  Metal malzemelerin özellikleri büyük ölçüde katılaşma sırasında oluşan içyapı ile belirlenir. Dolayısıyla özellikle döküm malzemelerinin kontrol edilebilmesi için katılaşma olayının (kristalleşme) iyi bilinmesi gerekir. Bir sıvı metalin katılaşmasına «Birincil Kristalleşme» (katılaşma) ve bu sırada oluşan katılaşma içyapısına da Birincil İçyapı (döküm içyapısı) denir. Döküm parçalarda birincil içyapı, parça ömrü süresince hiç değişmeyeceği için katılaşma olayının çok iyi kontrol edilmesi gereklidir.  Birincil içyapı, döküm sonrasında parçaya uygulanabilecek plastik şekil verme yöntemleri (haddeleme, dövme, ekstrüzyon ve tel çekme) ve ısıl veya termomekanik işlemler sonrası değişebilmektedir. Bu şekilde oluşan içyapıya ise İkincil İçyapı denir. Dökümle üretilen parçalarda mekanik özelliklerin istenilen düzeyde sağlanabilmesi için birincil içyapının elde edilmesi çok önemlidir. Katılaşma sırasında yüksek sıcaklıklarda oluşan birincil kristalleşme oda sıcaklığına kadar her zaman aynı kafes şeklinde kalmayabilir. Katılaşmadan sonra soğuma süresince birçok kafes tipleri ortaya çıkabilir. Bu olaya Allotropi denir. Metalik malzemelerde en çok rastlanan kafes tipleri; Hacim Merkezli Kübik (HMK), Yüzey Merkezli Kübik (YMK) ve Sıkı Düzen Hegzagonal (SDH) yapıdır. ▪ Sıvı içindeki atomlar düzensiz halde olup, sürekli olarak hareket ederler. ▪ Soğuma sırasında ısının uzaklaştırılması ile eriyiğin enerjisi giderek azalır. ▪ Sıvının sıcaklığı katılaşma noktasına ulaştığı anda sıvıdaki atomlar bölgesel olarak toplanarak katıya benzer küçük bölgeler (gruplar) meydana getirirler. ▪ Bu bölgelerin çapları belli bir kritik değere ulaştığı anda (büyüyerek) bir araya gelen atomların oluşturduğu topluluklar çekirdek adını alır. Diğerleri ise çözünür yok olur. ▪ Katının büyümesi, atomların sıvıdan oluşan çekirdeklere geçmeleri ile olur ve büyüme sıvı bitene kadar devam ederek taneler oluşur. ▪ Her biri ayrı bir çekirdek etrafındaki büyüme sonucu meydana gelen taneler, metal malzemenin içyapısını oluşturur. ▪ Katılaşma sonrasında oluşan tanenin «soğuma hızına» bağlı olarak büyüklüğü ve şekli metallerin mekanik özellikleri için önemli bir faktördür. ▪ Metalik bir malzemenin mekanik özelliklerini etkileyen bir tane, «büyüklüğü, şekli ve tane sınırları» ile karakterize edilir. ▪ Tanelerin şekli, «çekirdeklenme ve büyüme mekanizması» ile kontrol edilir. Bu mekanizmalar ise sıvı fazın katılaşma prosesi ile gerçekleşir. Katılaşma olayı yani içyapıdaki tanelerin ortaya çıkışı, «çekirdeklenme ve kristal büyümesi» olarak iki kısma ayrılabilir. A) Çekirdek Oluşumu: Çekirdek, alaşımı oluşturan elementlere ait atomların bir araya gelerek oluşturduğu mikro gruplardır. Katılaşma sürecinde kalıp içerisinde farklı noktalarda birçok mikro gruplar oluşur ve bu gruplara yeni atomların eklenerek büyümesi ile «taneler» oluşur. Tane oluşumu ve bu tanelerin büyümesi sürecine «çekirdeklenme» denir. Katılaşmada temel dinamik atomsal yayınım olayıdır. Ergimiş metalin katılaşması, önce katı fazın yada fazların çekirdeklenmesi ve devamında oluşan çekirdeklerin büyümesi ile tamamlanır. Çekirdeklenme süreci yada kristal oluşumu için üç mekanizmanın şu sırayla gerçekleşmesi gerekmektedir. Belli sayıda atomun bir araya gelerek çekirdek nüvesini oluşturması Kararlı bir büyüklüğe ulaşması Büyümesi İçinde çekirdek görevi yapabilecek parçacıklar (karbür, nitrür, oksit ve diğer katkı bileşikler gibi) bulunmayan ideal ve homojen bir eriyikte kararlı çekirdeklenmeye ilişkin aktivasyon enerjisi, eriyiğin kendi içeriğinden karşılanmalıdır. ▪ Çekirdeğin kararlı hale gelip büyümesi çevreden katılan atomlarla devam eder ve tane oluşumu gerçekleşir. Bir tanenin büyümesi ancak başka bir tane ile temasta sonlanır. Her bir çekirdeğin büyümesi farklı yönde gerçekleştiği için her bir tane farklı bir kristallografik yönlenme gösterir. ▪ İki tanenin birleştiği bölgede kristolografik yönlenmelerdeki farklılıktan dolayı “Tane Sınırları” oluşur.  ÇEKİRDEKLENME Öz (Homojen) Ayrışık (Heterojen) Çekirdeklenme Çekirdeklenme  A) Öz (Homojen) Çekirdeklenme Homojen çekirdek oluşumu sıvının aşırı soğuması ile mümkündür. Homojen çekirdek oluşumu ve bunu takip eden katılaşmada iki faz (katı/sıvı) yer alır. Katılaşmada ısı açığa çıkar ve bu ısı uzaklaştırılmalıdır. Katılaşma hızının, ısının uzaklaştırılması hızı ile orantılı olduğu bir durum sözkonusudur. Bir çekirdekciğin, kararlı bir çekirdek ve kristal (tane) şeklinde büyüyebilmesi için kritik bir boyuta ulaşması gerekmektedir. Yani sıvı içinde tekrar erimeden büyümeye devam etmeleri buna bağlıdır. Çekirdeklenme sırasında, serbest enerji kristalleşme (katılaşma) ısısı sebebiyle azalacak, ortaya çıkan yeni yüzeyler (tane sınırları oluşurken ihtiyaç duyulan yüzey enerjisi) sebebiyle artacaktır. Ancak toplam serbest enerji azaldığı takdirde katılaşma olayı devam edebilecektir. Daha açık bir ifade ile katılaşma nedeniyle ortama bırakılan enerji tane sınırları oluşumunda kullanılarak ortamdaki serbest enerji azalırsa katılaşma devam edecektir. Katılaşan saf bir metalde iki tür enerji oluşur: 1) Katılaşan parçacığın katı ile sıvı arasında katı-sıvı arayüzeyinin meydana gelebilmesi için gerekli yüzey enerjisi 2) Sıvının katıya dönüşmesi sırasında açığa çıkan hacim serbest enerjisi Çekirdeğin oluşumu karşısındaki temel engel, oluşan yüzeyin enerji ihtiyacıdır. Eğer bir çekirdek oluştuğunda açığa çıkan hacimsel enerji Hacim serbest enerjisi ve miktarı yüksekse, daha ufak boyuttaki çekirdekler bile, yüzey enerji kritik yarıçapı (r*) ihtiyaçları karşılanarak kararlı hale gelebilirler. Bu nedenle, hacim serbest enerjisi arttıkça, daha küçük çekirdeklerin kararlı hale gelebildiklerini gözlemliyoruz.  Çekirdek (katı parçacığı) ve ana faz (sıvı) arasında oluşan katı-sıvı arayüzeyinin enerji (yüzey enerjisi) ihtiyacı ne kadar yüksekse, çekirdeğin kararlı hale gelmesi o kadar güç hale geliyor. Yüzey enerjisinin artması kritik Yüzeyin enerji ihtiyacı, çekirdeğin oluşumuyla açığa yarıçapı (r*) çıkan hacimsel enerji tarafından karşılanıyor. Dolayısıyla, arayüzeyin oluşması için gereken yüksek enerji ihtiyacının karşılanarak çekirdeğin kararlı hale gelebilmesi için, çekirdek yarıçapının artması gerekiyor. Çekirdeklenme sırasındaki toplam enerji değişiminin eksi değerlere düşmesi, hacim artışına bağlı olarak açığa çıkan enerjinin yüzeyin ihtiyacı olan enerjiyi sağladığı gibi, bir miktarının da arttığını ifade ediyor. Toplam enerjinin artı değerlerde olması ise, açığa çıkan enerjinin yüzeyin ihtiyacını karşılamakta yetersiz kaldığını gösteriyor.  Çekirdeklenme sırasında, serbest enerji kristalleşme (katılaşma) ısısı sebebiyle azalacak, ortaya çıkan yeni yüzeyler sebebiyle ve tane sınırları oluşurken ihtiyaç duyulan yüzey enerjisi artacaktır. Ancak toplam serbest enerji azaldığı takdirde katılaşma olayı devam edebilecektir. ▪ İçinde çekirdek görevi yapabilecek parçacıklar (karbür, nitrür, oksit ve diğer katkı bileşikler gibi) bulunmayan ideal ve homojen bir eriyikte kararlı çekirdeklenmeye ilişkin aktivasyon enerjisi, eriyiğin kendi içeriğinden karşılanmalıdır. ▪ Bu nedenle homojen çekirdek oluşumu için bir ΔT ısıl aşırı soğuması gereklidir. ❖ Sıvının sıcaklığı denge katılaşma sıcaklığının daha ▪ Yani eriyik katılaşmaya Te erime sıcaklığında değil, daha düşük bir T= Te-ΔT sıcaklığında da altına soğutulduğunda, kritik yarıçaptan daha başlar. büyük bir çekirdek nüvesi oluşturacaktır. ▪ Büyük alt soğuma, embriyonun kritik boyutunu geçmesini sağlayacak kadar büyük olduğunda homojen çekirdeklenme olur. ▪ Artan aşırı soğuma (ΔT) ile, birim zamanda oluşan çekirdek sayısı (K) yükselir. Sıcaklığın çok düşmesi halinde atomların hareketi güçleştiği için K değerinde düşme görülür. ▪ Birincil içyapının tane büyüklüğü, birim zamanda oluşan çekirdek sayısı (K) ve kristallerin büyüme hızına (W) bağlıdır. K ne kadar büyük ise, birincil taneler o kadar ince taneli bir yapı oluşur. ▪ Kristal büyüme hızının çok büyük olması halinde ise ilk oluşan çekirdekler büyüyerek tüm iç yapıyı kaplayacağından yeni çekirdek oluşumuna zaman kalmaz ve içyapı daha kaba taneli olur.  W2 büyüme hızına sahip malzemenin içyapısı, W1’e göre daha küçük tanelidir. «a» noktası çekirdek oluşumunu yani kristalleşme başlangıcını gösterir. Açığa çıkan kristalleşme ısısı nedeniyle sıcaklık, erime sıcaklığına kadar artar. Daha sonra Te sıcaklığı sabit kalarak katılaşma devam eder ve «b» noktasında sona erer.  B) Ayrışık (Heterojen) Çekirdeklenme Çekirdeklenme olayının, çözünmeyen metallerarası bileşikler, inklüzyon (metal oksitler ve metal sülfürler) yardımıyla meydana gelmesi olayıdır. Çekirdek olarak görev yapacak yüzeyler; Eriyiğin içinde bulunduğu kabın duvarları (dökümde kalıp yüzeyleri) Erime sıcaklığı yüksek olan ve eriyik içinde katı halde bulunan bileşikler (karbürler, nitrürler, oksitler) Bir araya gelen Yüzey enerjisini Kalıp içinde farklı hacim enerjisine Rastgele bölgelerde bir grup (kararlı hal) Çekirdek Hacim Çekirdeğin oranla daha Sıvı metal gezinen nüvesi atomun bir araya enerjisi atomların büyümesi serbest kalan büyük olması ile atomlar gelmesi çekirdeğin enerjileri büyümesi Öz çekirdekleme yani homojen çekirdeklenme bilindiği gibi tesadüfen bir araya gelmiş atomların meydana getirdiği ve tanenin küçük bir örneği olan nüve yeni atomların eklenmesi ile oluşur. Bunun için bir yüzeye ihtiyaç duyulmaz. Yani çekirdeklenme anafaz içinde oluşur ve şartlar sağlanırsa büyüyerek taneye dönüşür. Ayrışık yani heterojen çekirdeklenmede ihtiyaç duyulan yüzey enerjisini daha aza düşürecek ve çekirdeklenme sürecini hızlandıracak yabancı bir partiküle ihtiyaç vardır. Çekirdeklenme bu yabancı partikülün yüzeyinde başlar ve atomların dizilimi de bu partiküldeki dizilimle uyumlu olur. ✓ Bütün mühendislik metalleri ve alaşımlar, ✓ Heterojen çekirdeklemenin çekirdekleyici katılaşma sırasında heterojen madde üzerinde meydana gelmesinin çekirdeklenir. nedeni, bu durumda kararlı bir çekirdek ✓ Heterojen çekirdeklenmenin oluşması oluşturmak için gerekli yüzey enerjisinin, için çekirdekleyici maddenin (katkı) sıvı çekirdeğin saf sıvı içerisinde kendi metalle ıslanması gerekmektedir. kendine oluşmasından (homojen ✓ Aynı zamanda sıvı, çekirdekleyicinin çekirdeklenme) daha düşük olmasıdır. üzerinde kolayca katılaşmalıdır.  Heterojen Çekirdeklenme Homojen Çekirdeklenme 1. Saf Metalin Katılaşması ❑ Birincil içyapı dediğimiz, erime sonrası katılaşma sırasında ortaya çıkan iç yapının tane büyüklüğü oluşan çekirdek sayısı ile orantılıdır. ❑ Çekirdek sayısı ne kadar fazla ve çekirdek büyüme hızı ne kadar düşük ise tane yapısı o kadar ince olacaktır. ❑ Döküm alaşımlarında, hızlı soğuma sebebiyle örneğin metal (kokil) kalıplarda aşırı soğuma sayesinde çekirdek sayısı artmış olacaktır. ❑ Çekirdeklere atomların ilavesi ile katılaşma sürer. ❑ Homojen bir eriyikte kararlı çekirdeklenme için bir Alt Soğuma (∆θAs) gereklidir. Bunun için de eriyiği katılaştırmak için erime sıcaklığına değil, daha düşük bir θAs= θs - ∆θs sıcaklığa düşürmek gereklidir. ❑ Soğuma hızının yüksek olması, birim zamanda oluşan çekirdek adedini arttıracaktır. ❑ Katılaşma sürecinde, metalik malzemede tercihli yönlere dendiritik şekilde yönelen kristal yapının oluşumu soğuma koşullarına önemli bir şekilde (a) bağlıdır. ❑ Düzgün ısı çekilmesi eş eksenli tanelere, belirli yönlerde kuvvetli ısı çekilmesi ise, ısı çekilen yönlere doğru sütunsal tanelerin meydana gelmesine neden olacaktır (Şekil 2). (b) Şekil 2. (a) Kristal tanelerinin şekil ve boyutları; (b) Bir ingotta katılaşma 2. Alaşımların Katılaşması ❑ Alaşımların katılaşması bir sıcaklık aralığında meydana gelir. ❑ Alaşımın katılaşması sırasında sıvı/katı bölge sınırında farklı bileşimler görülür. ❑ Katılaşmaya başlayan ilk katı Şekil 3. Cu-Ni sisteminin faz diyagramı ve %50’lik çözelti kristallerinde alaşımı alaşımın soğuma eğrisi oluşturan bir eleman daha azdır. ❑ En son katılaşan kristal ara yüzeyinde ise az olan bu eleman daha fazla olacaktır.  Katılaşma aralığı Sıvı Katılaşma aralığı ne kadar geniş olursa dendrit oluşumu Sıcaklık da o kadar fazla ve dendrit Katı boyutu da o kadar büyük olur Katı Sıvı Alaşım elementi (%) Saf Metal Katı-Sıvı Bölgesi Kalıp Cidarı Katı Sıvı Şekil 4. Katılaşan bir alaşımda katılaşma Dendritler sıcaklık aralığının (katı-sıvı bölgesi) genişliğine bağlı olarak dendrit oluşumu ❑ Isı, aşırı soğumanın ortaya çıkmasına imkan vermeyecek bir hızda çekilirse Düzlemsel Katılaşma olur. ❑ Ancak, teknik uygulamalarda aşırı soğumanın var olduğu bir bölge meydana gelir ve bu bölge içine uzanan kristaller ısının çekildiği doğrultuda süratle büyüyerek Dentritik Katılaşma yapısını ortaya çıkarır. Şekil 4. Tane büyüme durumuna göre Katı-Sıvı arayüzeyi Döküm veya İngot (Kütük) Yapısı Ergitilmiş metal şekil alması için bir kalıba dökülür ve katılaşmaya bırakılır. Kalıpta, son şekle sahip döküm parçası üretilir. Katılaşma sırasında döküm makro yapısının oluşması: ▪ Çekirdeklenme başlar, ▪ Çil bölgesi oluşur, ▪ Tercihli büyüme ile sütunsal oluşum, ▪ İlave çekirdeklenme, eşeksenli bölge oluşturur. 1.Çekirdeklenmenin başlaması: 2. Çil Bölgesinin Oluşumu : Döküm yüzeyinde Çekirdeklenme ilk olarak soğuk olan dar bir bant halinde rastgele yönlenmiş tanelerin kalıp çeperlerinden başlar. Sıvı oluşturduğu bölgedir. Kalıp duvarları heterojen metal kalıp çeperlerine temasıyla ilk çekirdeklenmenin oluşabileceği pek çok yüzey çekirdekler oluşmaya başlar. sağlar. Taneler çekirdeklenmeye başlar ve kalıp duvarı boyunca büyür. 3.Tercihli Büyüme İle Sütunsal Oluşum: 4. Eşeksenli Bölgelerin Oluşumu: Belli kristallografik yönde yönlendirilmiş uzun taneleri Sütünsal tanelerin büyümesini içerir. Dökümün ısısı kalıp tarafından durdururlar. Parçanın bir kısmının uzaklaştırıldığında, çil bölgesindeki taneler ısı izotropik davranış göstermesine neden akışına ters yönde veya dökümün en soğuk olur. bölgesinden en sıcak bölgesine doğru büyür. Taneler kalıp duvarına dik yönde büyürler. Döküm parçalarının içyapısında, katılaşmadaki soğuma koşullarına bağlı olarak üç ayrı bölge gözlenebilir. Kalıp cidarlarında ani soğuma etkisi ile küçük ve eşeksenli tanelerden oluşan bir kabuk, bunu izleyen bölgede sıcaklık gradyeninin etkisiyle uzun çubuksu taneler, orta kısımda ise soğuma her taraftan olduğundan, tekrar eş eksenli taneler görülür. Büyük parçaların dökümünde iri tanelerin oluşumunu engellemek için sıvı metale bazı yabancı elementler ilave edilir. Neticede yabancı elementler aşırı soğuma miktarını artırarak tanelerin ufalması gerçekleşir. A. Katılaşmaya Bağlı Olaylar 1. Hacim Azalmaları Katılaşma ve soğuma sırasında (bazı özel durumlar hariç) metallerde daima hacim azalmaları söz konusudur. Bu azalmalar; a) Sıvının Kendini Çekmesi (To-T1): Döküm sıcaklığından itibaren katılaşmanın başlayacağı sıcaklığa kadar sıvının soğuması sırasındaki hacim azalmasıdır. b) Katılaşma Çekmesi (T1-T2): Atomların serbest halden yani kristal düzenin olmadığı durumdan (sıvı halden) belirli bir kristallografik yapıya (katı hale) geçiş sırasında meydana gelen hacim azalmasıdır. c) Katının Büzülmesi (T2 – Oda Sıc.): Katılaşan parçanın oda sıcaklığına kadar soğuması sırasındaki hacim azalmasıdır. Şekil 5. (a) Katılaşma sırasında hacim değişimleri (çelik); (b) Çekme ve büzülme olayının şematik gösterimi ▪ Kalıp içinde soğumakta olan sıvı metalde katılaşma öncelikle ısının çekilmekte olduğu kalıp cidarlarında başlar. ▪ Çoğu sıvılar katılaşma durumunda büzülürler (Su ve Bizmut hariç) ve kalıbın ortasındaki sıvının büzülmesi, hacim azalması sonucu en son katılaşan bölgede büzülme (kendini çekme) boşluklarının oluşmasına sebep olur. ▪ Eğer oluşan kendini çekme, parçada boşluk yaratacak miktarda değilse sıcak yırtılma veya iç gerilmeler oluşur. METAL ERİYİKLERİN KATILAŞMASI SIRASINDA MEYDANA GELEBİLECEK ÖZEL OLAYLAR 1. Lunker Oluşumu ▪ Katılaşma sırasında meydana gelen hacim azalmaları Lunker adı verilen içi gaz dolu boşlukları oluşturur. ▪ Kalıp içindeki sıvı metalde katılaşma, önce ısının çekildiği kalıbın cidarlarında ve daha sonra üst kısmında başlar ve içe doğru ilerler. ▪ Metal katılaşma durumunda büzüleceğinden en son katılaşan bölgelerde büzülme (kendini çekme) sonucunda Lunker adını verdiğimiz boşluklar oluşacaktır. ▪ Isının çekilmesi ile yan kısımlar katılaştığı için yanal çökme, ▪ Parça katılaştıkça oluşan hacimsel azalma iç kısımlardaki sıvı metal tarafından takviye edeceğinden makro dış lunker, ▪ İçteki bu sıvı kısımların da katılaşması sonucunda iç kısımlarda meydana gelen büzülmeler sonucunda makro iç lunker, ▪ Son olarak da taneler arasında meydana gelen mikro iç lunker oluşacaktır. Mikrolunker ▪ Alaşımlarda dentritik katılaşma sırasında bir başka oluşum da dentritik kolları arasında küçük sıvı metal birikintileri geç katılaşacakları için bu bölgeler de mikro gözenekler meydana gelebilir. Mikro gözeneklerin az olması için; ✓ Katılaşma aralığı dar olmalı (Döküm alaşımları için ötektik sistemi meydana getirenler tercih edilmeli), ✓ Soğuma hızlı olmalıdır. Mikrolunker Lunker oluşumuna engel olmak için; a) Katılaşmanın yönlendirilmesi (soğutucu levhalar, egzotermik tozlar ve yalıtkanlar kullanılır) b) Sürekli besleme (çıkıcı, besleyici ve yolluklar) c) Farklı bir yöntem olarak vakum altında döküm yapılır. ▪ Kalıp içine doldurulan sıvı metalin tümü aynı anda katılaşmaz. ▪ Katılaşmanın hangi bölge ya da bölgelerde başlayıp, nasıl ilerleyeceği ve nerede son bulacağı çekme boşluklarının oluşacağı yerler belirlenir. ▪ Kalıbın ısı uzaklaştırma özellikleri her yerde aynı ise, katılaşma öncelikle soğumanın hızlı olduğu ince kesitlerde başlar ve bu sırada oluşan hacim azalmaları nedeniyle o ana kadar katılaşmamış olan kalın kesitlerdeki sıvı metal bu bölgeleri besler. ▪ İyi tasarlanmış bir kalıpta, katılaşma kalın kesitlerin ince kesitleri beslemesiyle kademeli olarak ilerlemeli ve en son katılaşan bölgelerin dışa açık olan yolluk ve çıkıcılarda kalması sağlanmalıdır. ▪ Böylece çekme boşluğu veya diğer kusurların parça içinde oluşması önlenir. Döküm kalıplar için çok önemli olan bu tasarım prensibi, katılaşmanın yönlendirilmesi olarak adlandırılır. Katılaşma yönü ▪ Döküm ile üretilecek parçaların tasarımında boyutlandırma ve biçimlendirmelerde bu durum dikkate alınmalıdır. ▪ Katılaşmanın yönlendirilmesi sonucunda katılaşma oldukça meydana gelen hacimsel azalmaların takviyesi için çıkıcı ve besleyici gibi parçalarla sürekli besleme yapılır. Bu sayede Lunker oluşumu engellenir. Katılaşma Süresi Kalıbın sıvı metalle dolmasından sonra gerçekleşen Katılaşma belirli bir süre alır. Toplam katılaşma süresi TTS = Dökümden sonra katılaşma için gerekli süredir. TTS aralarındaki ilişki Chvorinov Kuralı olarak bilinen, dökümün boyut ve şekline bağlıdır. TTS : Toplam katılaşma süresi; V : Dökümün hacmi; n A :döküm parçanın yüzey alanı; V n : üstel sayı (genellikle 2 alınır); TTS = Cm   Cm : kalıp sabiti. A Chvorinov Kuralı Cm kalıp sabiti aşağıdakilere bağlıdır: ▪ Kalıp malzemesi ▪ Döküm metalinin ısıl özellikleri ▪ Erime sıcaklığına oranla döküm sıcaklığı Belirli bir döküm işlemi için Cm değeri, parça şekli çok farklı olsa bile, aynı kalıp malzemesi, metal ve döküm sıcaklığı kullanılan önceki deneysel verilere dayanabilir. Yüksek bir hacim/yüzey oranına sahip döküm parça yavaş soğur ve düşük bir hacim/yüzey oranına sahip bir döküm parça ise hızlı soğur. Kısaca hacmine göre yüzey alanı büyüdükçe soğuma süresi düşer yani soğuma hızlanır. ▪ Besleyicinin besleme görevini yapabilmesi için (Ergimiş metali kalıp boşluğuna beslemesi için), besleyicinin TTS değerinin ana parçanın TTS değerinden daha büyük olması gerekir. Besleyici ve dökümün kalıp sabitleri birbirine eşit olacağından, ana dökümün önce katılaşması için, besleyicinin daha büyük hacim/yüzey oranına sahip olacak şekilde tasarlanması gerekir. Bu tasarım, büzülmenin etkilerini en aza indirir. 2. Segregasyon Segregasyon sıvının katılaşma sırasında ayrışarak çökelmesidir. a) Birincil Segregasyon (Kristal Segregasyonu, Mikrosegregasyon) Katı halde difüzyon hızının düşük olması sebebiyle oluşan ilk katı, denge değeri olan S1 başlangıç değerine çok yakın bir kimyasal bileşimi koruyarak katılaşır. Bu B bileşenince zengin bir durum demektir. Ancak sonuçta katının toplam bileşimi ideal solidüs çizgisinin sağında oluşur (S1S2’ eğrisi boyunca). ❑ Ergime ve katılaşma sıcaklıkları arasında çok fark varsa (katılaşma aralığı geniş), ❑ Alaşım elemanlarının difüzyon (yayınma) katsayıları çok düşükse, mikrosegregasyonların oluşumu da artar. Mikrosegregasyon sonucunda; a) Ergime ve katılaşma eğrileri arasında çok fazla fark vardır (aralarındaki sapma fazla) b) Kristaller büyük hacimli olur (çünkü tane oluşumu çok uzun sürede tamamlanır) c) Elde edilen alaşımın katılaşma sıcaklığı teorik katılaşma sıcaklığından çok daha düşük olur. Dökme demirin katılaşması sırasında oluşan mikrosegregasyon Tek kristalli bir süperalaşımın dökümü esnasında dentritlerde oluşan mikrosegregasyon Mikrosegregasyonu engelleme yolları: 1. Mümkün olduğu kadar ergime-katılaşma sıcaklığı birbirine yakın alaşımlar seçilmelidir (örneğin ötektik noktası= ötektik alaşım). Ötektik alaşım seçilmesi durumunda ısınma sırasında ergime sıcaklığı düşük olduğu için tane sınırlarında ergime olma riski vardır. 2. Katılaşma hızının difüzyon hızına uygun bir değerde olması gerekir. Düşük difüzyon hızına sahip bir alaşımda katılaşma hızının yavaş olması gerekir. Böylece difüzyon için zaman verilmiş olur. 3. Homojenleştirme tavlaması ile (katılaşma sıcaklığının hemen altındaki sıcaklıklarda) giderilebilir. Ancak bu işlem çok uzun süreli olduğu için hem taneler irileşir ve hem de ekonomik değildir. Bu nedenle son çare olarak kullanılır. b) Yoğunluk Farkından Doğan Segregasyonlar Metal eriyik ile kristallerin yoğunlukları birbirlerine göre çok farklı oldukları zaman metal ergiyik ile kristaller birbirinden ayrışır. Ör: Yüksek karbon oranına sahip gri dökme demirde oluşan grafit tanelerinin eriyiğin içinde yüzmesi. c) Blok Segregasyonu Dökümde kalın cidarlı parçalarda en son katılaşan orta kısmının yüzeylere göre daha geç katılaşması ve bu orta kısımların S, P gibi gayrisafiler bakımından zengin halde bulunmasıdır. Katmer olarak da adlandırılır; haddeleme ve dövme yöntemlerinde de görülür Blok Segregasyonu  d) Gaz Üfleme Segregasyonu Çözünmüş gazlar sıvı sıcaklığını kaybederek katılaşmaya başladığında yapı içerisindeki gazlar da ayrılmaya başlar. Ancak yapı içerisinde dışarı çıkamayan gazlar gaz boşluğu şeklinde yapı içinde kalırlar ve parça soğudukça bu boşlukların içerisindeki gazlar hacimleri azalttığı için vakum etkisi yaparlar. Bu vakum etkisi ile kristaller arasında bulunan katılaşmamış eriyikler bu boşluklara çekilirler.  DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İMAL USULLERİ I MAK 3019 Doç. Dr. Şefika KASMAN Doç. Dr. Fatih KAHRAMAN Dr.Öğr. Üyesi Gökçe Mehmet GENÇER KUM ESASLI KALIPLARDA DÖKÜM YÖNTEMLERİ A. Yaş kum kalıba döküm yöntemi B. Kuru kum kalıba döküm yöntemi C. Kabuk kalıba döküm yöntemi D. Vakum kalıba döküm yöntemi E. Toprak (Balçık) kalıba döküm yöntemi F. Çukur kalıba döküm yöntemi G. CO2 kalıba döküm yöntemi H. Çimento bağlayıcılı kalıba döküm yöntemi I. Havada sertleşen kalıba döküm yöntemi J. Dolu kalıba döküm yöntemi Döküm işlemleri 5 ana kademede gerçekleştirilir: 1) Model Yapımı 2) Maça Yapımı 5) Temizleme işleminden sonra parça 3) Kalıp Yapımı 4) Ergitme ve Döküm 1. Model Yapımı Model, dökülecek şeklin ağaç, metal veya uygun bir malzemeden hazırlanmış, dökümden sonraki soğuma esnasında meydana gelen büzülme, işleme toleransları ve kalıptan çıkarma gibi hususlar hesaba katılarak ölçüleri değiştirilmiş, parçanın şekli ile aynı 3 boyutlu kopyasıdır. Model malzemesinden beklenen özellikler: ▪ Kolay şekil verilebilmeli veya işlenebilmelidir. ▪ Aşınma ve korozyona karşı dirençli olmalıdır. ▪ Kimyasal reaksiyonlara girmemelidir. ▪ Boyutsal toleranslarını koruyabilmesi için yeterli mukavemete sahip olmalıdır. ▪ Nem ve sıcaklıktan kolay bir şekilde etkilenmemelidir. ▪ Kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilmelidir (ulaşılabilmelidir). 1.1. Model Malzemeleri: A. Ağaç İşleme kolaylığı nedeniyle en yaygın kullanılan malzemedir, ancak çabuk deforme olabilir. Bu nedenle sert ve nem kapma kabiliyeti düşük, az gözenekli ağaçlar (özellikle gürgen ve çam) seçilir. Genel özellikleri: ▪ Düşük ağırlık ▪ Düşük Maliyet ▪ Kolay temin edilebilme Model Ürün ▪ Ancak nem emer ve bu nedenle boyut toleransını koruyamaz. ▪ Düşük ömür ▪ Az sayıdaki ve çok büyük parçaların dökümü için idealdir. B. Metal ▪ Yüksek mukavemetin arandığı, ince kısımları olan parçaların ve seri imal edilecek parçaların modelleri metalden yapılır. ▪ Metal modeller daha pahalı, ancak daha uzun ömürlüdür. ▪ Özellikle işleme kabiliyeti iyi olan ve sıcaklık değişimlerinde büzülmesi az olan dökme demir, pirinç, bronz, kurşun-kalay alaşımları ve alüminyum kullanılır. ▪ Genel özellikleri: ▪ Seri imalata uygundur ▪ İmalatı çok pahalıdır ▪ Çok hassas toleranslarda yüzeylere sahip döküm elde edilebilir. ▪ Mukavemeti yüksektir, Uzun ömürlüdür Metal model C. Plastik D. Alçı ▪ Kolay imal edilebildikleri için Ahşap ve metal arasında özelliklere kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. sahiptirler. ▪ Ancak düşük mukavemetleri ve Plastik enjeksiyon veya talaşlı imalatla yüksek nem emme kabiliyetleri kolay bir şekilde üretilebildiği ve orta nedeniyle kullanım alanları sınırlıdır. düzeydeki mukavemeti nedeniyle tercih sebebidir. ▪ Özellikle içlerine metal teller konarak mukavemeti arttırılmış olarak Genel özellikleri: kullanılmaktadır. ▪ Düşük ağırlık ▪ Kolay şekil alabilme ▪ Nem emmez ▪ İyi korozyon direnci Plastik model E. Polistiren (Strafor) ▪ Tek parçalık kullanıma sahip polimer malzemedir. ▪ Kalıplama işleminden sonra kalıp içerisinden çıkarılamayacak parçaların modellenmesinde kullanılır. ▪ Döküm işlemi sırasında ergimiş metalle temas edince gaz haline geçerek kalıbı terk eder ve kapladığı alanı sıcak metal doldurur. Polistiren modelin kullanımı (şematik) Modellerin boyanarak kodlanmasına bir örnek 1.2. Model Çeşitleri Modeller; serbest modeller, levhalı modeller ve altlıklı modeller olmak üzere üç tiptir. ▪ Serbest modeller yalnızca dökülecek parçanın şekline sahip olan, genellikle ağaçtan imal edilen modellerdir. Bu tip modeller yolluklu veya yolluksuz olabilirler. parça Serbest model Çift taraflı levhalı model Tek taraflı levhalı model  Levhalı modeller küçük parçaların seri Modellerin ayırma yüzeyleri düzgün olmadığı imalatında kullanılır. durumlarda, modele düz bir altlık ilave edilerek Model ağaç ise levhalar da ağaçtan, metal altlıklı tip modeller elde edilir. ise metalden yapılırlar. Çift taraflı levhalı model Tek taraflı levhalı model Altlıklı model (Altlık malzemesi ağaç ya da alçıdır) 1.3. Model İmalatında Göz Önüne Alınacak Konular: Döküm yoluyla üretilen parçaların boyutlarının dökümden sonra istediğimiz değerde olabilmesi için modeller, bazı metalürjik ve mekanik nedenlerle hiçbir zaman üretilecek parça ile aynı boyutlarda yapılmazlar. a) İşleme Payı Dökümden sonra elde edilen yüzeylerin istenen yüzey kalitesinde olmaması nedeniyle parçaların yüzeyinde bırakılan talaş kaldırma payıdır. ▪ İşleme payı modelin alt dereceye gelen kısımlarında daha az, üst dereceye gelen kısımlarında ise daha fazla bırakılır (Ör: Parçanın üst kısımlarında cüruf birikebilir). Dökülmüş hali İşlenmiş hali İstenilen yüzey pürüzlülüğünü sağlamak için bırakılmış işleme payı  a) İşleme Payı ▪ İşleme payı dökülecek malzemeye, parça ebadına ve parçanın talaş kaldırılacak yüzeyine bağlıdır. ▪ İşleme payının üst kısımlarda daha fazla bırakılmasının nedeni düşük yoğunluğu nedeni ile sıvı metalin üst yüzeyinde biriken cüruflardır. Cüruf miktarı parça boyutlarına bağlı olarak değiştiği unutulmamalıdır. Bazı malzemelerde parça boyutlarına göre seçilmesi gereken işleme payları b) Çekme Payı ▪ Döküm sırasında katılaşan metallerin kendini çekmeleri nedeniyle modelin ölçüleri dökülecek parçanın ölçülerinden bir miktar büyük yapılır. ▪ Çekme miktarları malzemenin cinsine göre değişmektedir: c) Çarpılma Payı ▪ Geniş ve yassı levhalar, kubbeler gibi dökümlerde düzgün bir model kullanılması durumunda üretilen parçalarda çarpılmalar olabilmektedir. ▪ Bu nedenle modellerin uygun bir çarpıklıkta hazırlanması, istenilen şeklin elde edilmesini sağlar (Model, çarpılmanın olacağı yönün tersine doğru şekillendirilir). c) Çarpılma Payı Dökümde eksenel çarpılma Kaynaktan sonra Kaynaktan önce Kaynakta eksenel çarpılma  d) Modelin Kalıptan Sıyrılması (Çıkarılması) ▪ Özellikle kum kalıplamada, kalıba sıkışmış olan modelin kalıptan çıkarılması esnasında kalıba zarar verilir. ▪ Kenarları dik modelin kalıptan sıyrılması zordur. Bu nedenle, modelin kalıptan çıkarılmasını kolaylaştırmak için modele 1-2°’lik bir açı veya 1/40-1/60 oranında eğim verilir. ▪ Bazı durumlarda modele koniklik vermek modelin kalıptan çıkarılması (kolay sıyrılması) için yetmeyebilir. Böyle durumlarda model en az parça ayrılarak imal edilir. Modele açı Konik ve parçalı verilmesi (1-2° veya modellerin 1/40-1/60 oranında eğim) kalıptan sıyrılması 2. MAÇA Maçalar, kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları kısımların döküm işleminden sonra boş (boşluk) olarak çıkmasını sağlayan şekillerdir. Maçalar, metal, seramik ve çoğunlukla da kumdan yapılırlar. Döküm sırasında ergimiş metal ile doğrudan temas ettikleri için aşınmaya, kırılmaya ve ani sıcaklık değişimine dayanıklı olmalıdırlar. (a) Maça, kalıp boşluğunda maça destekleriyle tutulur, (b) maça tutucu, (c) içi boş olarak çıkan döküm parça  Kum esaslı maçalar kuru veya yaş olarak kullanılabilirler. Yaş maçalar, genel olarak kuru maçalardan daha çok sıkıştırılırlar. Bu nedenle gaz geçirme kabiliyetlerinin azalmaması için kumun zayıf olması gerekir. Kuru maçalarda bağlanma ve gaz geçirme kabiliyetini arttırmak için içlerine kuru ot, saman, ağaç talaşı, kok gibi katkılar ilave edilir. Çeşitli maça örnekleri 2.1. Maçaların Özellikleri Tüm maçalardan beklenen en önemli özellik dökümden sonra dökülen parçadan kolay bir şekilde çıkarılabilmesidir. Bu nedenle en yaygın kullanılan maça malzemesi kumdur. Bu nedenle özellikle kum esaslı maçalardan aşağıdaki özellikler beklenir: ▪ Hazırlanma ve döküm kademelerinde şekillerini koruyabilmelidirler. ▪ Sıvı metal ile temas ettiğinde reaksiyona girerek döküm içerisinde kalacak gazları oluşturmamalıdırlar. ▪ Döküm esnasında oluşan gazların çıkması için yeterli gaz geçirgenliğine sahip olmalıdırlar. ▪ Ani sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklı olmalıdırlar. ▪ Döküm işleminden sonra düzgün bir yüzey oluşmasını sağlamalıdırlar. Maçalardan beklenen özelliklere pişirme sıcaklığı ve süresi ile içerdiği elemanlar etki etmektedir. Pişirme süresinin az olması maçanın mukavemetini düşürürken, çok fazla olması ise maçaların gevrek ve kırılgan olmasına neden olur. 2.2. Maça İmalatı Maçaların imali maça sandığı ya da çevirme şablonu ile yapılmaktadır. ▪ Maça sandığı ile maça yapımında, içinde maçanın dış şekline sahip bir boşluk bulunan sandıklardan faydalanılır. ▪ Maça sandığı iki ya da çok parçalı olabilir. ▪ Parçalar birbirlerine pimlerle geçirilir ve birleştirilirler. ▪ Sandık içine maça malzemesi konur ve sıkıştırılır. ▪ Maçanın mukavemetini arttırmak için içine tel parçaları koyulur. Maça sandığı ▪ Dönel şekilli büyük maçalar genellikle çevirme şablonu ile üretilirler. ▪ Bu geometrideki maçaların imali için maça tornaları ve üzeri delikli gaz boruları kullanılır. ▪ Gaz borusu, şablon mili görevi görür ve aynı zamanda gazların dışarı çıkmasını sağlar. ▪ Borunun üzerine maçaya elastikiyet vermesi için saman veya ağaç talaşından yapılmış halat sarılır. Bunun üzerine de balçık sıvanarak şablonlanır. Şablonla maça imali  Sandıkla maça imalinde çeşitli makinalardan faydalanılır: a) Doldurma Makinaları ▪ Küçük ve orta boyutlu maçaların imalinde kullanılır. ▪ Maça kumu huniden gövde içine dökülür. Vida ile sıkıştırılarak değiştirilebilen kovandan dışarı çıkar. ▪ Vida ucundaki pim maça içinde gaz deliği meydana getirir. Doldurma makinası b)Sürme Makinaları ▪ Maça kumu kovana doldurulur ve kılavuzlu piston ile sıkıştırılır. ▪ Üst yüzey kapak ile sıyrılarak düzlenir, şişlenir ve içine maça demiri konur. Sürme makinası c) Pres Makinaları Maçanın dış şekline sahip dikey sandıklara üstten basınçlı hava ile maça kumu doldurulur ve presle yanlardan sıkıştırılır. Küçük boyutlu maçaların imalinde kullanılır. Pres makinası d)Sarsma Makinaları Uzun maça sandıklarını bağlamaya yarayan vidalı, basınçlı ve hava pistonlu bir bağlama tertibatı ve maça kumu tanelerinin sandıkta kenetlenmesini sağlayan bir sarsıcıdan meydana gelir. Sarsma makinası Maça sandığı e) Üfleme Makinaları ▪ Maça kumu, basınçlı bir hava ile karıştırılarak bir enjektör memesinin ağzından maça sandığına üflenir. ▪ Küçük ve orta büyüklükte maçaların üretimi için elverişlidir. Üfleme makinası 3. Maçaların Pişirilmesi ▪ Bağlayıcıların maçalara mukavemet kazandırması ancak maçaların pişirilmesiyle gerçekleşir. ▪ Maçalar doğrudan sıvı metal ile (yüksek sıcaklık ve basınç) temas halinde oldukları için daha yüksek mukavemete ihtiyaç duyarlar. ▪ Bu mukavemet kazandırma işlemi maçalar pişirilerek elde edilir. Pişirme işlemi iki kademede gerçekleşir: Suyun giderilmesi: 110oC ısıtılarak Pişirme: 150-250oC arasında 2-6 saat arasında ▪ Pişirme işlemi ile organik ve inorganik bağlayıcılar oksitlenerek katılaşır ve kum tanelerini birbirlerine bağlarlar. ▪ Maçalar az pişirilirse döküm sırasında gaz oluşumu devam eder, fazla pişirilirse gevrekleşip kırılırlar. 4. Maçaların Yerleştirilmesi ve Dökümden sonra Çıkarılması Maçalar kalıp boşluğuna sıvı metalin etkisi ile yüzmeyecek şekilde yerleştirilmelidir. Bu nedenle oturma yerlerinde metal parçacıklarla destekleme yapılır. Maçaların dökümden sonra çıkarılmasında, kalıp kumuna karışmamasına dikkat edilmelidir. Çünkü kalıp kumuna karışan maça kumu, bu kumun tane büyüklüğünü değiştirir. 4. Kalıplama ▪ Modeller ve maçalar kullanılarak çeşitli ortamlarda (kum, metal) kalıp adı verilen ve içerisine döküm yapılan boşlukların oluşturulmasına kalıplama denir. ▪ Kalıplamada kullanılan başlıca elemanlar: model, çıkıcı, besleyici ve yolluklardır. Model 4.1. Yolluklar ▪ Ergimiş metalin kalıp boşluğuna akışını kontrol ederek kalıp boşluğunu tamamen doldurmasını sağlayan yatay ve düşey kanallara yolluk denir. ▪ Yatay yolluklar kalıbı bozmadan sakin bir şekilde ergimiş metalin kalıbı doldurmasını sağlarlar. Bunun yanında, pislik tutucu vasıtasıyla pislik ve cürufların kalıba girmesini engeller. ▪ Yatay yolluklar doğrudan kalıp boşluğuna açılırlar. ▪ Düşey yolluğun yüksekliği arttıkça dışarıdan hava emilmesini engellemek için yolluk kesiti giderek daralacak şekilde tasarlanır. Bir yolluk sistemi Yolluklar testere ve merdiven biçimlerinde olabilir. ▪ Testere yolluklar küçük parçaların aynı anda dökülebilmesi için kullanılır. ▪ Merdiven yolluklar kalıbın çabuk doldurulması istenen durumlarda kullanılır. Testere yolluk Merdiven yolluk 4.2. Çıkıcı ve Besleyiciler ▪ Katılaşma sırasında dökülen parçada meydana gelen hacimsel azalmaları karşılamak için döküm esnasında içerisine sıvı metalin dolduğu kalıp içerisindeki boşluklardır. ▪ Atmosfere açık ise çıkıcı, kapalı ise besleyici adını alırlar. ▪ Metalin kalıp içinde katılaşması sırasında oluşacak büzülme boşluklarının çıkıcı ve besleyicilerde meydana gelmesi sağlanır. ▪ Katılaşma işleminden sonra çıkıcı ve besleyiciler kesilir. Çıkıcı ve besleyiciler ▪ Çıkıcı ve besleyicilerin görevlerini tam olarak yapabilmeleri için atmosfer basıncı altında olmaları gerekir. Bunun sağlanabilmesi için besleyicilerde maça kalemi kullanılır. ▪ Atmosfere açık olan çıkıcıların üst yüzeylerinde oluşacak bir kabuk tabakaya engel olabilmek için yalıtkan veya egzotermik örtüler kullanılır. Yalıtkan Örtü Egzotermik Örtü Örtüsüz Çıkıcıda kabuk oluşması ve bunu Maça kalemlerinin kullanılışı engellemek amacıyla kullanılan örtüler 4.3. Soğutucu Levhalar ve İç Soğutucular Soğutucu levhalar, kalıp içinde katılaşmayı yönlendirerek çekme boşluklarının oluşmasını engellemek için kullanılan çelik ve dökme demir gibi metallerden hazırlanan parçalardır. Soğutucu plakalar ve yalıtkanların kullanılması Akıcılık Metal ve alaşımların yolluk sisteminden akarak, kalıbı kusursuz olarak doldurma özelliği akıcılık olarak adlandırılır. Kalıp içine doldurulan sıvı metalin akıcılığı, malzeme, parça, kalıp ve döküm uygulaması ile ilgili çok sayıda parametreden etkilenir. Malzemelerin akıcılık özelliğinin belirlendiği en pratik deney döküm spirali deneyidir. Bu deneyde sıvı metalin ilerlediği uzunluk eriyiğin döküm kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullanılır. Döküm spirali deneyi şematik gösterimi DÖKÜM YÖNTEMLERİ 1.KUM DÖKÜMÜ Kum dökümü kum kalıplara yapılan ve en çok kullanılan döküm yöntemidir. Kalıplama işleminin ekonomik olması ve farklı ağırlıklardaki parçaların dökülebilmesi nedeniyle tercih edilmektedir. Kum kalıplamada, üretilecek parçanın şeklinde olan model kullanılarak kum sıkıştırılır ve kalıp boşluğu elde edilir. 1.1. Kum Dökümde Kalıp Hazırlama Kalıplama işleminde kullanılan kumlar döküm işleminin emniyetli şekilde yapılabilmesi ve elde edilecek iş parçalarının istenilen özellikte olması için kalıplama kumunun şu özellikleri göstermesi gerekir: a) Mukavemet (yaş, kuru ve sıcak mukavemet) b) Plastiklik (kil ve su miktarına bağlıdır) c) Gaz geçirme kabiliyeti (tane boyutu ve şekli etki eder) d) Ateşe dayanıklılık (kumun sıcaklığın etkisi ile çatlamaması ve ergiyip yapışmaması) e) Dökümden sonra tekrar kullanılabilme (ateşe dayanıklılık ve bağlayıcı etki eder) f) Ucuz olma (istediğin zaman istediğin miktarda ucuz olarak temin) 1.1.1. Kalıp Kumunun Göstermesi Gereken Özellikler a) Mukavemet ▪ Kalıp kumunun yaş, kuru ve sıcak mukavemete sahip olması gereklidir. ▪ Kuma su karıştırıldığı zaman kalıbın yapılabilmesi için kumun yeterli mukavemete sahip olması, kumun yaş mukavemetini gösterir. ▪ Hazırlanan kalıba sıvı metal döküldüğünde, kum suyunu buhar olarak kaybeder. Kumun bu durumda metalin aşındırmasına ve basıncına karşı dayanıklı olması gerekir. Kumun bu özelliği kuru mukavemeti ile belirtilir. ▪ Suyu buharlaşan kalıp kumunun 150 oC’nin üzerinde metal basıncı ile büyümemesi, çatlayıp kırılmaması gerekir. Bu özellikler kumun sıcak mukavemeti ile belirlenir. b) Plastiklik Kalıbın şekil alma ve aldığı şekli koruyabilme kabiliyetidir. Kalıp kumunun plastikliği, içerdiği kil ve su miktarına göre değişir. c) Gaz Geçirme Kabiliyeti Dökülen parçaların yüzeylerinde ve iç kısımlarında boşlukların oluşmaması için, döküm sırasında kalıp içinde oluşan gazların kalıptan kolay ve hızlı bir şekilde çıkmaları (uzaklaşmaları) gereklidir. Gaz geçirme kabiliyeti kum partiküllerinin şekline ve boyutuna bağlıdır. d) Ateşe Dayanıklılık Kalıbın sıcak metalle teması sırasında kumun sıcaklığın etkisi ile çatlamaması ve ergiyerek birbirine ve parçaya yapışmaması gereklidir. e) Dökümden Sonra Tekrar Kullanılabilme Kalıp kumunun dökümden sonra tekrar kalıplama işleminde kullanılabilmesi için yüksek sıcaklıkta ergimemeli ve çatlayıp ufalanmamalıdır. Tekrar kullanılabilme özelliği kalıp kumunun ateşe dayanıklılığına ve bağlayıcıların çabuk yanmasına bağlı olarak değişir. f) Ucuz Olma Kalıp hazırlama maliyetinin yüksek olmaması için, kalıp kumunun kolay ve ucuz şekilde temin edilebilmesi gerekir. 1.2. Kum Dökümde Kullanılan Kumlar Kalıplamada elde ediliş şekline göre 2 tip kum kullanılır: tabi ve sentetik. 1)Tabii Kum Doğada bulunduğu (kum yataklarında) haliyle kullanılan kumdur. Tabii kum, kimyasal olarak silisyum dioksit (SiO2) olarak bilinen kuvars tanelerinin etrafının kil, kireç ve diğer maden oksitleri (Fe2O3, K2O, Na2O) tarafından çevrilmesiyle oluşmuştur. Tabii kumun ateşe dayanıklılığı maden oksitler (özellikle Fe2O3) ve CaO nedeniyle düşüktür. Bu oksitler düşük sıcaklıkta ergiyerek kumun parçaya yapışmasına sebep olurlar. Kuvarsın ergime sıcaklığı 1770 oC olmasına rağmen, kumda bulunan yüksek orandaki metal oksitler kalıbın ateşe dayanıklılığını düşürürler. Bu nedenle Fe2O3 ve CaO bileşikleri kalıp kumunda toplamda %8’in üzerinde olmamalıdırlar. Tabii kum, dökme demir ve demir dışı metallerin dökümünde kullanılır.  2) Sentetik Kum ▪ Ateşe dayanıklılığı arttırmak için tabii kum içerisindeki maden oksitler yıkanarak uzaklaştırılır. ▪ Tabii kumun yıkanmasıyla elde edilen kuvars tanelerine kil ve yardımcı maddelerin (bentonit, silis tozu, öğütülmüş tahıl atıkları, kömür tozu, dekstrin (bir nişasta ürünü), odun talaşı vb.) eklenmesiyle elde edilir. ▪ Kalıp kumunun tabii ve sentetik olarak sınıflandırılmasının yanında, içindeki kil miktarı, kullanma yeri ve elde edilişine göre gruplandırılması da mümkündür. Kalıp kumu içerisindeki kil miktarına göre de 3 e ayrılır: Zayıf kum (%5-8 kil) Orta yağlı kum (%8-20 kil) Yağlı kum (%20-35 kil) Kullanma yeri ve elde edilişine göre de 3 e ayrılır. Taze kum (ilk defa kullanılan kum) Eski kum (bozulan kalıptan çıkan kum-kil yanmış ve kum partikülleri ufalanmıştır, suyunu kaybetmiştir) Kullanma kumu (eski kuma %20-50 yeni kum, %5-15 taş kömürü ve %5-12 arasında su eklenmiş kumdur) Taze kum model kumu olarak, kullanma kumu da genellikle doldurma kumu olarak kullanılır. 3) Maça Kumu ve Maça İmali Dökmek istediğimiz parçanın iç şeklini oluşturan maçalar kum, metal ve seramikten imal edilirler. Ancak düşük maliyeti, imalat ve kullanım kolaylığı gibi sebepler nedeniyle kum maçalar daha yaygın olarak kullanılır. Maça imalinde kullanılan kumun mukavemeti ve gaz geçirme kabiliyeti yüksek olmalı, döküm işlemi sonunda parçadan kolayca temizlenebilmelidir. Maça imalinde zayıf kuma (%8’den az kil içeren) mukavemet arttırmak amacıyla organik ve inorganik bağlayıcılar katılır. Organik bağlayıcı olarak: Petrol yağı, bitkisel yağ, keten tohumu yağı, mısır yağı gibi organik yağlar , reçineler, melas ve dekstrin kullanılır. Organik bağlayıcılar daha hızlı katılaşır (sertleşir) ve iyi bir mukavemet sağlar, ancak pahalıdır. İnorganik bağlayıcı olarak: ateş kili, bentonit, silis tozu, demir oksit ve alüminyum oksit kullanılır. Çok ince taneli ve en çok kullanılan tozlardır. 1.3. Kalıp Kumunu Oluşturan Bileşenler Kalıplama kumunu oluşturan temel maddeler: kum, kil ve sudur. Bunların dışında yardımcı bazı katkı maddeleri de kullanılmaktadır. a) Kum: Kalıplama kumunun %50 si ile %95 ini oluşturur. Kum partikülün etrafında demir oksit, alkali oksitler ve kireç sarmış şekildedir. Şekli yuvarlak, köşeli veya yarı köşeli olabilir. b) Kil: Kalıplama kumları %2-50 arasında kil içerir. Kil su ile birlikte kum tanelerini birbirlerine bağlayarak mukavemet ve plastiklik özelliği sağlar. c) Su: Kuma %1,5 ile 8 arasında katılır. Su fazla olursa yağlama etkisi nedeniyle kalıp kumunun plastiklik özelliği artar, mukavemeti ise azalır. Kalıplama kumunda kum taneciklerinin birbirine bağlanışı  d) Mısır Unu: Yaş ve kuru mukavemeti arttırmak için %0,25 – 2 arasında katılır. e) Öğütülmüş Zift: Demir dökümünde sıcak mukavemeti arttırmak ve düzg