Post on 06-Nov-2015
description
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