KATILAMA ZAMANI

Daha nce de belirtildii gibi, bir dkmde

ekilme boluklar iin gerekli sv metali

besleyecek kcnn boyut ve ekli, byk lde

alamn katlama mekanizmasna, dolaysyla

Merkez izgisi beslenme direnci (M.B.D.) ne

baldr. Ayrca kcnn toplam katlama

sresinin, dkmn toplam katlama sresine olan

oran da nemlidir.

Burada ama, dkm ve kcnn yalnz geometrik

ekline bal olan ve katlama sresinin tespitinde

kullanlan bir bant elde etmektir.

Bu bakmdan kcnn daha yava soumas ve

dkme katlama esnasnda gerekli sv metali

salayabilmesi iin hangi boyutlarda olaca,

deneylerle tespit etmek yerine, hesap yolu ile de

bulunabilecektir.

Merkez izgisi Beslenme Direnci (M.B.D.)

Merkezde kat teekkl balar balamaz beslemenin

zorlaaca aikardr. Bu nedenle merkezdeki kristallerin

katlama sresinin toplam katlama sresine olan oran ne

kadar byk olur ise besleme de o kadar zor olacaktr. Buna

merkez izgisi beslenme direnci (center line feeding

resistance) veya M.B.D. Denir.

M.B.D.=(Merkezde kristallerin oluum sresi/dkmn toplam

katlama sresi)x100

M.B.D.=(Merkezde katlama bitii-merkezde katlama ba.)/Merkezde katlama bitii-arayzeyde katlama ba.)x100

M.B.D. in saysal rnek kum ve kokil kalba dklen

0.6 Clu elik iin yaplan hesaplamalar verilebilir.

M.B.D.(kum kalp)=(48-24/48-0)x100=%50

M.B.D.(kokil kalp)=(10-8/10-0)x100=%20

Toplam katlama sresinin %50 ve %20si. Dolaysyla

kokil kalplar kum kalplara nazaran beslenme

ynnden daha elverilidir

Bir dkm parasnn dkm sresi ok sayda

faktr tarafndan etkilenir. Ancak nemli olan ve

zerinde srekli tartlan konu bu faktrlerden

hangilerinin gerekten nemli olduudur.

Pratikte dkm parasnn dkm sresinin

belirlenmesinde genellikle dklecek parann

arlndan hareket edilir.

Ancak iki ayn arlkta biri kaln kesitli dieri ince kesitli farkl yzeye sahip iki para ok farkl souma sreleri gsterecektir. Kaln kesitli olan, ince kesitliye nazaran daha yava souyacaktr.

Pratik uygulamalarda bir dkm parasnn dkm sresine etki eden faktrleri u ekilde sralamak mmkndr.

a) dkm parasnn modl

b) Kalplama kumunun kabuk yapma zaman

c) Yolluklarn dolma zaman

d) Kullanlan potann saniyede aktt metal miktar

e) Kullanlan metal veya alamn katlama ekli

Bu nedenle ince parann dkm kalbn eksiksiz dolmasn salayacak ekilde olduka hzl dklmelidir. Dkm sresinin belirlenmesinde bu durumun gz nne alnmas amacyla yaplan almalar sonucunda, dkm sresi parann hacminin, (V), snn verildii yzey, (A) ya orannn karesi ile belirlenmitir.

2)A

V(Ctk

Burada C faktr metal ve kalp malzemesinin ssal zelliklerini, tanmlar.

Katlama Sresi

Kalbn sv metalle dolmasndan sonra gerekleen Katlama belirli bir sre alr

Toplam katlama sresi tk = dkmden sonra katlama iin gerekli sredir

tk aralarndaki iliki Chvorinov Kural olarak bilinen, dkmn boyut ve ekline baldr

burada tk= toplam katlama sresi; V = dkmn hacmi; A = dkmn yzey alan; ve C kalp sabitidir

2

t

A

VC

k

C kalp sabiti aadakilere baldr:

Kalp malzemesi

Dkm metalinin sl zellikleri

Erime scaklna oranla dkm scakl

Belirli bir dkm ilemi iin C deeri, para ekli ok farkl olsa

bile, ayn kalp malzemesi, metal ve dkm scakl kullanlan

nceki deneysel verilere dayanabilir.

Chvorinov Kural

2

t

A

VC

k

Daha yksek bir hacim/yzey oranna sahip bir dkm, dk oranl

olana gre daha yava sour

Erimi metali kalp boluuna beslemek iin, besleyicinin tk

deerinin ana dkmn tk deerinden daha byk olmas gerekir

Besleyici ve dkmn kalp sabitleri birbirine eit olacandan, ana

dkmn nce katlamas iin, besleyicinin daha byk

hacim/yzey oranna sahip olacak ekilde tasarlanmas gerekir

Bu tasarm, bzlmenin etkilerini en aza indirir

Chvorinov Kural

rnekte verildii gibi ayn hacme sahip kre ile ubukta durum yledir; ubuun

yzey alan kreye gre fazla olduundan dolay krede V/A oran yksektir.

Dolaysyla ubuun katlama sresi daha ksa olacaktr. Bu kendini iki ekilde

gsterir:

1) V/A oran dkse besleyici ihtiyac azdr. V/A oran yksekse besleyici ihtiyac

oktur. 2) Mikro yap etkilenecektir. V/A oran dkse yap ince kristallerde oluur.

Hzl soumann etkisiyle istenmeyen fazlar grlebilir.

SALAM DKM MAL VE BESLEME PROBLEM

Metal veya alamlar sv halden kat hale geerken hacimce bzlrler. Ancak Bizmut ve alamlar ile tektik ve tektik st Gri Dkme Demir katlarken hacimce bir genleme gsterdikleri iin bu kuraln dnda kalrlar.

Katlaan metaldeki ekilme veya bzlme balca kademede meydana gelmektedir:

1. Sv fazda ekilme. Bu kademe, dkm scakl ile katlamann balad scaklklar arasndadr.

2. Katlama srasndaki ekilme. Bu kademe sv fazdan kat faza gei andr.

3. Kat fazda ekilme. Katlamann tamamland scaklktan oda scaklna kadar geen zamanda meydana gelir.

1. ve 2. durumun aresi; besleyici kullanmaktr, 3. durumun zm ise, modeli biraz byk yapmaktr.

Saf Metal in Souma Erisi

Sre (dak.)

O C O F

1600

1400

1200

1000

800

600

400

0 1 2 4 3 5 6 7

2800

2400

2000

1600

1200

800

Sv faz

Sc

akl

k

Ergime gizli ss

Kat faz(son)

Tm (ergime noktas)

Blgesel katlama sresi

Kat faz(balang)

Alam in Souma Erisi

Sre (dak.)

O C O F

1600

1400

1200

1000

800

600

400

0 1 2 4 3 5 6 7

2800

2400

2000

1600

1200

800

Sc

akl

k

sv +kat

Sv faz

Kat faz (son)

Blgesel katlama sresi

Kat faz (balang)

Katlama blgesi

TL (Likds)

TS (Solids)

Metallerin bnyelerindeki sy vermeleri, kristal yaplarnn deimesi sonucu oluan hacimce klmeler ve ynl soumalarn etkileri ile para ierisinde ekintilere (boluklara) neden olur. Bu ekintilerin olumamas iin dkm paras fazladan sv metal ile beslenmelidir.

Bu ekilme kademeleri alamsz bir karbon elii iin 1. kademe iin %0.9-1.6, 2. kademe iin % 3.0 ve 3. kademe iin % 7.2 mertebesindedir. 2. kademedeki ekilme sv halden kat hale geerken meydana gelen younluk deiimi neticesinde olur.

Tablo 1 de yalnzca 2. kademede oluan ekilmeler verilmektedir. Dkmlerde ekilme boluklar bu kademede olumaktadr. 3. kademede metal tamamen kat duruma getii iin ekilme boluu olumaz. Ancak, bu kademedeki ekilmeler i gerilim, atlama gibi olaylara sebebiyet verebilmektedir.

Metal veya Alam Katlama srasndaki hacimsel ekilme

Karbon elii 2.5-3.0

% 1 Clu elik 4.0

Beyaz Dkme Demir 4.0-5.5

Gri Dkme Demir % 2.5e kadar genileme

Bakr 4.9

% 70 Cu-% 30 Zn 4.5

% 90 Cu-% 10 Al 4.0

Aluminyum 6.6

Al - % 4.5 Cu 6.3

Al - % 12 Si 3.8

Magnezyum 4.2

inko 6.5

Dkmde meydana gelen bu boluklarn kontrolu ve nlenmesi

veya dkm parasnn dnda olumasn salamak iin, kc

veya besleyici ad verilen ilave bir para da dkm ile dklr.

nemli olan katlamann dkm parasndan kcya doru

ilerleyen ekilde gereklemesidir. Bu ekilde son katlaan ksm

kcnn iinde olacak ve bu sayede de dkm boluu kcnn

iinde kalacaktr.

Besleyici ve kclar

Katlama srasnda parann bzlmesi sonucu oluan hacim azalmasn karlamak zere bir sv metal kayna olan, kalp iindeki depo

Atmosfere kapal olanlar besleyici ak olanlarna kc denir

Besleyicinin fonksiyonunu yerine getirebilmesi iin, esas paradan sonra katlaacak ekilde tasarlanmaldr

Katlama ve Soumadaki Bzlme

ekil Silindirik bir dkmn katlama ve souma srasndaki bzlmesi: (0) erimi metalin dkmden hemen sonraki seviyesi;

(1) souma srasnda svnn kendini ekmesinin neden olduu klme (boyutsal klmeler, anlalabilirlii arttrmak iin abartlmtr).

Katlama ve Soumadaki Bzlme

ekil (2) Katlama bzlmesinin neden olduu ekme boluunun oluumu ve ykseklikteki azalma; (3) kat metalin soumas srasnda sl kendini ekme (bzlme) nedeniyle ykseklik ve aptaki ek klme (boyutsal klmeler, anlalabilirlii arttrmak iin abartlmtr).

kcya doru devaml bir katlamaya ynlenmi katlama ad verilir. Bu ekilde bir katlama, kalp cidarndan merkeze doru olan enlemesine katlamann yava olmasn gerektirecektir. Bu sebeple dendritler arasna sv adacklar hapsolamyacaktr. Buradan da grld gibi, bir dkmn salaml byk lde bu iki tip katlamann oranlarna bal olacaktr.

Herhangi bir dkmde bu katlama oranlar ; kalp ekline, kalbn ve dklen metalin s zelliklerine, yolluklandrma, besleme ve kalba dkme metodlarna bal olarak deiir. Dolays ile bu deikenlerin uygun ekilde seimi ile katlaan dkm iinde ynlenmi katlamay salayacak bir termal gradyan ve dolays ile boluksuz bir dkm elde edilebilir. Bu amala dkmlerde ynlenmi katlamay salamak amac ile uygulanan deiik metodlardan bazlar unlardr.

1- Kalba dkm srasnda ve katlama aamasnda uygun termal gradyan salayacak yolluk ve besleyici sistemin seilmesi.

2- kclar kullanlmas

3- il kullanlmas. Katlamann belli blgede hzl olmas iin kalbn iine eitli maddeler konur. Hzl katlaan blgeye il ad verilir.

4- Kalbn deiik blgelerinde, deiik termal zelliklere sahip kalp malzemesinin kullanlmas.

Dkmlerde Besleme Kapal bir kalp sisteminde dkm sonras metal

dtan ieri doru soumaya balayaca iin d-souk-kat yzey ile i-scak-sv metal arasnda bir basn farkll oluur (Sekil). D taraf souma etkisiyle bzld iin i tarafta eksi bir basn oluturur. Bu sebeple parann ortasnda porozite oluabilir.

Eer porozite oluursa, aslnda malzemede katlama dnm sonras oluacak hacimsel azalma engellenmi olur (ama malzeme iinde porozite olur!). Eer porozite olumazsa, para yzeyinde ekilme boluu gzlenir. Dolaysyla boyutsal distorsiyonu engellemek iin ilk olarak porozite oluumu engellenmelidir

Bylece, en son katlaan blgelerin, da ak olan yolluk ve kclarda kalmas salanr

Bu amala yaplacak ileme besleme, bunu yapacak olana da besleyici ad verilir (Sekil 3). Bu sayede dkm boluk (porozite) oluturmayacak ekilde parann i ksmlarnn (aslnda her yeri) beslenmesi yaplm olacaktr.

Bu amala besleme olaynn tanmlanmas ve besleme kriterlerinin bilinmesi gerekmektedir. Bunun iin 7 temel kural vardr:

1. -Is Transferi Gereksinimi

2. -Hacim Modl

3. -Kesiim Gereksinimi

4. -Besleme Yolu Gereksinimi

5. -Basn Gereksinimi

6. -Basn Gradyan Gereksinimi

7. - Sfr Kural

kc ekli ve boyutlar

Bir kc iin en verimli ekil, en az s kaybna yol aacak ekildir. Bu suretle kc(besleyici) scak kalacak ve iindeki metal de uzun sre sv halde kalacaktr.

Is ak prensipleri, bu art salayan en iyi eklin kre olduunu syler.

nk krenin en kk yzey alan vardr. kinci olarak da silindir

gelmektedir.

Ayn malzemeden ve ayn arlkta kre, silindir ve kare kesitli bir dikdrtgen

prizmas mukayese edildiinde; krenin yzey alanna gre silindirinki 1.2

misli, prizmann ise 1.35 misli olduu grlr. Katlama zamanna gre ise,

kre silindire nazaran 1.5, prizmaya nazaran ise 2 misli daha ge zamanda

katlamaktadr.

Kre eklinin kalplanmasnn zor oluu nedeni ile, genel olarak kc iin en iyi ekil silindir olmaktadr. Silindirin ykseklii ile ap arasndaki oran iin deiik fikirler vardr. Ancak bu konuda gz nne alnmas gereken ilk kriter, kcnn iinde meydana gelen boluun dkm parasna gemeyecek kadar yksek olmasdr. Dk ve orta karbonlu elikler iin bu oran h/d=1,5/1 eklinde olmasdr. Derin lunker veya ekilme boluu yapmayan katlama aral geni olan alamlarn dkmnde ise bu orann h/d=1 olabilecei kabul edilmektedir.

Dkm uygun ekilde besleyecek minimum kc boyutlarnn tespitinde birok aratrmacnn deiik metotlar ile karlalr. Bu konuda yeni saylabilecek metotlarn byk bir ksm Chvorinov kuralna dayanmaktadr. Chvorinova gre bir dkmn katlama zaman

olarak verilmektedir. kc hesabnda en basit yol,

kcnn daha ge katlamas gereklilii gz nnde tutulduunda, kcnn oran, dkmnknden % 10-15 kadar byk olacak ekilde seilmelidir.

t CV

Ak ( )

2

Bu kural zerinde Caine alm ve Chvorinov bantsndan faydalanarak bir katlama oran, F tanmlamtr.

Burada dikkat edilmesi gereken nokta, Cainein kriter olarak orann kullanmasdr. Bu oran Chrinovun oran ile ters olarak bantldr. Caine gre s dalm yzey alannn bir fonksiyonudur. Alan bydke s daha fazla dalacaktr. Buna karlk s miktar hacmin bir fonksiyonudur. O halde orannn katlama hzna tekabl ettii kabul edilebilir. Yine Caine gre;

1hacmi kc / alanyzey kc

hacmi Dkm / alanyzey DkmF F

A / V

A / V

D D

1

)(V

A( )V

A

2

)(V

A

1. Eer dkm sonsuz abuk soursa, gerekli kc hacmi, yalnz katlama esnasnda oluan ekilme boluu hacmi kadar olacaktr.

2. Eer dkm paras ile kc ayn hzda katlayorsa, kcnn sonsuz geni olmas gereklidir. Bu dncenin altnda Caine, kc/besleyici ve dkmn katlama zamanlar ve hacimleri arasnda hiperbolik bir iliki olduunu ifade etmektedir.

F C a

Z-

A / V

A / V

D D

a

V VC

D( / ) veya

Burada , katlamadaki ekilmeyi, a ve C sabiteleri ve Z, (kc hacmi/dkm hacmi) orann gstermektedir.

elik dkmler iin =0.05 dir. Caine (a) sabitesi iin 0.12 deerini vermektedir. Bu sabiteye donma veya katlama karakteristii ad verilmektedir. Birim yzey alan bana dkmden ve kcdan kalba snn gei hz eit ise C sabitesi 1 olarak alnabilir. Burada kc st yzeyinin kalp malzemesinden bir tabaka ile rtl olduu kabul edilmektedir.

A / V

A / V

D D

a

V VC

D( / )

Eer kcnn souma hz herhangi bir yolla (ekzotermik mdahale) azaltlmsa C sabitesi 0.8 alnmaldr. Aksine kcnn st yzeyinin ak olduu dnldnde buradan radyasyon yolu ile s kaybnn artaca, dolaysyla soumann hzlanaca gz nnde tutularak C 1den byk seilmelidir.

Caine, metodunun dier alamlarn dkmleri iin de deiik sabiteler vermektedir. rnein Prinler ve dkme demirler iin a ve sras ile 0.04 ve 0.017 alnmaktadr. Al ve Si bronzlar iin ise Caine, a=0.24 ve =0.017 deerlerini tavsiye etmektedir.

RNEK

Kenar 10 cm olan bir elik kp dkmek iin gerekli kc boyutunu hesaplarsak;

A

V

D

D

10 10

10 10 10

600

10000 6

x x6

x x.

bu dkm iin 11 cm ap ve 11 cm yksekliinde silindirik bir kc kullanldnda,

54.011

66

V

A

d

F F A / V

A / V

D D

0 6

054111 1

.

..

olacaktr. Yani dkm paras kcya nazaran daha hzl soumaktadr.

6/d=6/h