3. Katılaştırma Yöntemleri
Başlangıç malzemesi, ya bir sıvıdır ya da
yüksek derecede plastikleştirilmiştir ve
malzemenin katılaştırılması sayesinde bir
parça oluşturulur
• Katılaştırma yöntemleri, işlenen mühendislik
malzemesine göre sınıflandırılabilir:
– Metaller
– Seramikler, özel camlar
– Polimerler ve polimer matrisli karma
malzemeler (PMC’ler)
5. Döküm
Erimiş metalin, kalıp boşluğunda katılaşacağı
kalıba, yerçekimi veya başka bir kuvvetle
aktığı yöntem
• Döküm terimi yöntemle üretilen parçalar için
de kullanılmaktadır
• Dökümdeki adımlar görece olarak basittir:
1. Metalin eritilmesi
2. Kalıba dökülmesi
3. Katılaşmaya bırakılması
6. Dökümün Sınırları ve Üstünlükleri
• Yöntemin sınırları çok geniş olup, hem çok küçük
parçaların, hem de tonlarca ağrlıktaki büyük
parçaların üretimine uygundur.
• Hemen hemen tüm metal alaşımlarının dökümü
mümkündür. Bazı malzemeler ise örneğin dökme
demir) sadece döküm yoluyla elde edilebilir.
• Karmaşık parça geometrileri oluşturulabilir
• Hem iç hem de dış şekiller oluşturulabilir
• Bazı döküm yöntemleri net şekil’dir; bazıları ise net
şekle yakın’dır.
• Çok büyük parçaları üretebilir
• Bazı döküm yöntemleri seri üretime uygundur
7. Dökümün Zayıflıkları
• Farklı döküm yöntemlerinin farklı zayıflıkları vardır:
– Çok ince kesitlerin elde edilmesi güçtür.
– Az sayıda üretim için ekonomik değildir.
– Aynı malzemenin plastik şekil verme yöntemleri örneğin
dövme) ile elde edilmiş olanı , dayanım bakımından
genellikle daha üstündür.
– Genellikle hassas boyut toleranslarının ve iyi yüzey
kalitesinin sağlanması güçtür.
– Sıcak erimiş metaller nedeniyle çalışanlara iş güvenliği
sorunları
– Çevre sorunları
8. Dökümle Yapılabilen Parçalar
• Büyük parçalar
– Otomotiv araçları için motor blokları ve silindir
kafaları, ağaç yakma fırınları, makina gövdeleri,
vagon tekerlekleri, borular, büyük heykeller,
pompa gövdeleri
• Küçük parçalar
– Diş kaplamaları, mücevher, küçük heykeller,
kızartma tavaları
• Demir esaslı ve demir dışı tüm metal türleri
dökülebilir
9. KATILAŞMA
• Rafine edilmiş ve ergimiş haldeki çelik 2
şekilde katılaştırılmaktadır:
– İngot Döküm
– Sürekli Döküm
11. Ergimiş çelik ingot potalarına dökülmektedir.
Katılaşma esnasında 2 problem ortaya çıkmaktadır:
•Segregasyon
•Büzülme
İNGOT DÖKÜM
12. Segregasyon
• Kokilde dökülen sıvı çelik katılışırken, özellikle
kalan FeO’in karbonla reaksiyona girip gaz
çıkışını kuvvetlendirmesi nedeniyle, kaynama
olur (Sakinleştirilmemiş Çelik).
• Bu durumu önlemek için, oksijenle ilgileri
karbonunkinden daha fazla olan Al ve Si
(%0,15 oranında) eklenir (Sakinleştirilmiş
Çelik).
13. Segregasyon
• Sakinleştirilmemiş çeliklerde dış kısmında saf
demir bölgesi, iç kısmında ise fazla miktarda
yabancı elemanı kümelenmiş olur. (MAKRO
SEGREGASYON).
• Böyle çeliklerin soğuk şekil değiştirmeden
sonra yaşlanma ve dolayısıyla gevrekleşme
eğilimi gösterir.
• Segregasyonu önlemek için 1150 0C’de
HOMOJENLEŞTİRME TAVI uygulanmaktadır.
16. CONTINUOUS CASTING
•Klasik döküm yönteminde kalıplara
dökülen ergimiş çelik tamamen
katılaştıktan sonra kalıplardan
alınırken, sürekli döküm yönteminde
çeliğin tamamen katılaşması
beklenmez.
•Klasik döküm yönteminde katılaşmış
malzeme aynı ağızdan alındığı halde,
sürekli döküm yönteminde ergimiş
çelik kokilin üst ağzından kalıba
dökülür ve eş zamanlı olarak aynı
miktar kalıbın altından çekilir.
•Kokilden dışarı çıkan malzeme (ingot)
ince bir kabukla çevrilidir, iç bölge
ergime sıcaklığının biraz üzerinde sıvı
çelikle doludur.
SÜREKLİ DÖKÜM
17. SÜREKLİ DÖKÜM
• Sürekli dökümün üstünlükleri
1. Düzgün olmayan teşeküller ve bozulmalar önlenir,
2. Verim %100’dür,
3. İngotlara göre daha düzgün yüzey elde edilir,
4. Segregasyonlarn azalmas sebebi ile yüksek kalitede
malzeme elde edilir,
5. Soğutma hızı kontrol edilerek tane büyüklüğü ve yapnn
ayarlanma imkan vardr.
6. Ekonomiktir.
20. Döküm İşlemlerinde
Kullanılan Ocaklar
• Dökümhanelerde en yaygın kullanılan
ocaklar şunlardır:
– Kupol ocakları
– Doğrudan yakıt yakan ocaklar
– Potalı ocaklar
– Elektrik ark ocakları
– Elektrik direnç ocakları
– Endüksiyon ocakları
21. Üfleyici
İç yüzey Dış yüzey
Çelik kabuk
Refrakter kaplama
Şarj (Pik, hurda, kok kömürü)
Hava kanalı
Dökmeye hazır
erimiş metal
Tapa
Dökme kanalı
Yükleme kapısı
Yükleme zemini
Curuf
Curuf kanalı
Kum zemin
Ayaklar
Üfleyici
Kupol Ocakları
Tabanına yakın yerde döküm ağzı
olan dikey silindirik ocaklardır
Sadece dökme demir için kullanılırlar
Diğer ocaklar da kullanılmasına
rağmen, en büyük tonajlı dökme
demirler kupol ocağında eritilir.
Ateşleme tamamlandıktan sonra
yükleme kapısından ocak içine
pik, hurda, kok ve kirçtaşı belli
oranlarda ve birbirini izleyen
tabakalar halinde üst üste
yüklenir ve şarj, alttan erimiş
metalin alınmasıyla kendi
ağırlığı ile aşağı iner.
22. Yüksek Fırın
The Slag
The Slag which sits on top of the Molten Metal, because it is less dense, is the waste material from the
process of creating Steel. It consists of the impurities, that is most materials other than Iron and Carbon which
were put into the Furnace at the start when the Furnace was being Charged. The Slag is removed from the
Furnace when the time is ready through the Slagging Hole.
23. Kupol Ocakları
• Özellikleri
– Süreklilik
– Ekonomiklik
• Hem ilk yatırım, hem de işletme giderleri bakımından çok
ekonomiktir.
– Basitlik
• Az yer tutar. Kullanışı kolay, eritme süresi ise kısadır.
– Özelliklerin Kontrolü
• Dökme demirin Bileşim ve Sıcaklık kontrolü Zordur.
25. Potalı Ocaklar
• Metal, yanan yakıt karışımı ile doğrudan temas
etmeden erir
• Bazen dolaylı yakıt yakılan ocaklar olarak adlandırılır
• Kap (pota), refrakter metalden veya yüksek alaşımlı
çelikten yapılır
• Bronz, pirinç ve çinko ve alüminyum alaşımları gibi
demirdışı metaller için kullanılır
26. Potalı Ocaklar
• Kapasiteleri 15-1000 kg arasındadır.
• Önemli dezavantajı, erimiş metalin yanma gazlarında
veya ortamda bulunan nemden oluşan buhar ile
temasta olmasıdır.
• Dökümhanelerde üç türü kullanılır: (a) kaldırmalı tür,
(b) sabit, (c) eğilen potalı ocak
27. Potalı Ocaklar
Potalı ocakların üç türü: (a) kaldırmalı pota, (b)
erimiş metalin kepçeyle alınması gereken sabit
pota, ve (c) eğilen potalı ocak.
Destek bloğu
Yakıt
Kapak
Refrakter kaplama
Kaldırmalı
pota
Dökme
ağzı
Çelik kabuk
Potalı fırın
Çerçeve
Yakıt
Eğme
kolu
Kapak
Yakıt
28. Dupleks Yöntemi
• Ocaktan alınan dökme demirin bileşimi ve
sıcaklığı, fırın şartlarının ayarlanması ile
ancak belirli sınırlar içinde kontrol edilebilir.
• Bileşim ve sıcaklığın daha hassas
ayarlanması ile iç yapı değişimlerinin en aza
indirilmesi istenirse, erimiş metal önce ikinci
bir ocağa alınır, gerekli düzeltmeler burada
yapıldıktan sonra döküme geçilir. Buna
DUPLEKS YÖNTEMİ denir.
29.
30. Elektrikli Ocaklar
• Avantajları
– 3000 0C gibi yüksek sıcaklıklara ulaşmak
mümkün.
– Sıcaklığın kontrolü kolay.
– Çalışma ortamı temizdir.
– Eritilen metalin bileşimi bozulmaz. Ayrıca
arıtma ve alaşımlandırma gibi işlemler
kolaylıkla gerçekleştirilebilir.
– Her türlü alaşım için değişik kapasitelerde
ocaklar geliştirilmiştir.
32. Elektrik Ark Ocakları
• Metalin eritilmesinde, ocak içinde oluşturulan bir
elektrik arkından açığa çıkan ısıdan yararlanılır.
• Elektrik arkı, iki elektrot arasında oluşturulursa
Endirekt Ark, elektrotlarla erimiş metal banyosu
arasında oluşturulursa Direkt Ark ocağından söz
edilir.
• Direkt ark ocakların kullanımı daha yaygındır.
33. Elektrik Ark Ocakları
• Pahalı olan bu eritme yöntemi sıcaklıkta eriyen kaliteli
çeliklerin veya alaşımlı dökme demirlerin
eritilmesinde tercih edilmektedir.
• Direkt ark ocakların kapasitesi 1-1500 t olsa da
genellikle 30-40 t kullanılır.
• Eritme kapasiteleri daha düşük olan (Max. 1 ton)
Endirekt ark ocakları ise genellikle demirdışı
metallerin eritilmesinde kullanılmaktadır.
34. Çelik üretimi için elektrik Direkt ark ocağı
Çeliği dökmek için
eğme yönü
Elektrotlar
Çatı (kaldırılabilir)
Dökme ağzı
Refrakter kaplama
Curuf deliği
Erimiş çelik
Devirme mekanizması
Metali dökmek
için eğme yönü
37. Endüksiyon Ocakları
• Erimiş metali normal bir transformatörün primer sargısı
olarak düşünülebilecek elektrik bobini çevreler. Bu
bobinden geçen alternatif akım, sekonder sargı olarak
düşünülebilecek iletken sıvı metal içinde girdap akımı
endükleyerek ısı oluşturur.
• Endüklenen akım, hızlı ısıtma ve eritme sağlar
• Elektromanyetik kuvvet alanı, ayrıca sıvı metalde
karıştırma etkisi oluşturur
38. Endüksiyon Ocakları
• Metal, ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından,
yüksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller üretmek için
ortam sıkı şekilde kontrol edilebilir
• Erimiş çelik, dökme demir ve alüminyum alaşımları,
döküm işlerindeki yaygın uygulamalardır
40. Vakum Döküm ve Temiz Çelik
• Malzemenin Yorulma Kırılma özellikleri içerdiği
enklüzelerin boyut ve yüzdesiyle doğrudan orantılıdır.
• Enklüzeler, metalik karakter göstermeyen Oksitler,
Silikatlar ve Sülfitlerdir.
• Enklüzelerin miktarı azaltılmalıdır.
• Eritme işlemi vakum altında yapılmaktadır.
• Bu şekilde metal eriyiklerinin, hava ile teması
önlenerek saf ve temiz olması sağlanabilir.
41. Vakum Döküm ve Temiz Çelik
• Enklüzelerin oranı azaltılmış çeliklere TEMİZ ÇELİK
denmektedir.
• Bu amaçla çelik üretiminde vakum ortamda
gerçekleştirilen VAKUM DÖKÜM yöntemi
kullanılmalıdır.
• Temiz çeliklerin tipik kullanım alanı, yorulmaya maruz
kalan Rulmanlı yataklardır.
42. Direnç Ocakları
• Bu ocaklarda elektrik bir direnç üzerinden
geçmesi sırasında oluşan ısıdan
yararlanılır.
• Uygulama alanları sınırlıdır.
• Erime sıcaklığı düşük malzemeler için
uygulanır.
• Direnç olarak tel veya içinden yüksek akım
geçirilen grafit ve silisyum karbür çubuklar
kullanılır.
43. Alevli Ocaklar
• Alev, eritilen metalin yüzeyini yalayacak şekilde
uygulanır.
• Yakıt olarak genellikle pülverize kömür ve hava
karışımı kullanılır.
• Dökme demirin kimyasal bileşiminin hassas
olarak ayarlanması gerektiği (Temper Döküm)
durumlarda ve demirdışı (alüminyum ve bakır
alaşımları) metallerin eritilmesinde kullanılır.
• Ocak, eritme başlangıcından zaman zaman,
metal eridikten sonra ise sürekli döndürülür.
44. 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 elde etmektir.
• Konvertere doldurulan sıvı metalin içine veya yüzeyine
hava veya saf oksijen üflenerek, istenmeyen
elementler yakılarak giderilir.
• Gerektiğinde alaşımlama da yapılarak çeliğin
bileşiminin ayarlandığı bu ocakların değişik türleri
vardır.
45. Konverterler
• İlk geliştirilen ocaklar, havanın tabandan
üflendiği Bessemer konverterleri olup,
günümüzde daha yaygın olarak
kullanılmaktadır.
• Havanın metal üzerine ve yandan üflendiği
Thomas konverterleri vardır.
• Üsten saf olara Oksijen üflenen ise Oksijen
konverterleridir
46. Siemens Martin Ocakları
• Siemens Martin Ocakları genellikle demir- çelik
tesislerinin çelikhanelerinde kullanılırlar.
• Kapasiteleri 10-600 t, ama 100-150t genelde
kullanılır.
• Ocağa pik demir veya hurda yüklenebilir, ayrıca
cüruf oluşturucu kireç taşı ve diğer katkılar
eklenir.
47. Siemens Martin Ocakları
• Bu ocaklar genellikle yüksek fırınların yakınında
kurularak, hem pik demirin ocağa sıvı halde
doldurması, hem de yüksek fırın gazından yakıt
olarak yararlanılması mümkün olur.
• Ocağın çalışması süreklidir.
• Genellikle gaz yakıtlar kullanılır, ancak sıvı
yakıtlar veya pülverize kömür de kullanılabilir.
48. Siemens Martin Ocakları
• Gaz yakıt ve hava ön ısıtıldıktan sonra eritme
bölgesinde yakılır.
• Siemens Martin Ocaklarında gerek ortam, gerekse
cürufla oluşan reaksiyonlarla, yüklenen metal büyük
ölçüde arıtılarak çelik elde edilir.
• Bu arıtma ve alaşımlama işlemleri sonucunda
çeliğin bileşimi ile sıcaklığı ayarlanır ve sıvı çelik
potalar alınır.
49. Gaz Giderme
• Daima eriyik içersinde istenmeyen Gazlar (Örn.
Hidrojen) vardır.
• Katılaşma sırasında açığa çıkan bu gazlar, eriyik
dışına kaçamaz ise metal içinde Gözeneklerin ve Gaz
boşluklarının oluşmasına ve malzeme özelliklerinin
olumsuz etkilenmesine neden olur.
• Soğumanın hızlı olduğu kokil kalıplarda gazlar açığa
çıkmak için gerekli süreyi bulamayabilirler.
50. Gaz Giderme
• Gazların sıvı metal içinde çözünürlüğü basınç ve
sıcaklığa çok bağlıdır.
• Gazın en büyük kısmı katılaşma sırasında açığa çıkar.
• Yüksek basınç altında sıvı metal içinde gaz
çözünürlüğü yüksek olacağından, örneğin basınçlı
döküm yönteminde gaz ayrışma söz konusu değildir.
51. Gaz Giderme
• Sıvı metallerin gaz çözünmesini önlemek için
dikkat edilmesi gereken hususlar her metal için
farklı olmasına rağmen, aşağıda bazı genel
kurallar verilmiştir:
– Döküm sıcaklığı mümkün olduğu kadar düşük
seçilmelidir.
– Döküm öncesinde, sıvı metal ile temas edecek tüm
parçalar kurutularak nemden arındırılmalıdır.
– Eriyik gerektiğinden fazla bekletilmemeli, döküm en
kısa sürede yapılmalıdır.
– Eriyik gerekmedikçe karıştırılmamalı ve üzerindeki
koruyucu dökümden hemen önce sıyrılmalıdır.
52. Gaz Giderme İşlemleri
• Sıvı metal Klor, Azot, Argon gibi nötr bir gazla
süpürülür veya içine bu tür gazlar açığa çıkaran
bir katı madde daldırılır.
• Sıvı metal içinde yükselen gaz habbecikleri,
eriyikten çözünmüş gazları ve yüzen oksit ve
diğer metal olmayan kalıntıları süpürerek dışarı
çıkarır.
• Gaz gidermede çok etkin, fakat pahalı bir
yöntem de metali vakum altında eritmek veya
açıkta eritilmiş metali, dökümden hemen önce
vakum altına alarak, gazdan arındırmaktır.
53. Kepçeler
• Erimiş metalin, eritme fırınından kalıba sevki, bazen
potaları kullanarak yapılır
• Transfer, daha çok da, kepçeler yardımıyla yapılır
Kren
kancası
Dökme
ağzı
Devirme için
dişli kutusu
Döndürme
kolu
Tuta-
maklar
Üstten görünüş
Önden görünüş
İki yaygın kepçe türü: (a) kren kepçe ve (b) iki kişiyle taşınan kepçe
