Search

İlk uygulama örnekleri çok eski çağlara dayanan hassas döküm yöntemi, modern üretim teknikleri içerisinde de olukça önemli bir yere sahiptir. Hassas döküm yöntemi, işlenerek üretilmesi zor karmaşık şekilli parçaların üretiminde kullanılan veya işlenmesi zor metallerden tek kademede parça üretmek için tercih edilen özel bir döküm yöntemidir. Yöntemin hassaslığı kullanılan harcanabilen modelden gelmektedir. Modeller, düşük ergime sıcaklığına sahip ve kolay şekillendirilebilen genellikle mum veya benzeri bir plastik esaslı malzemeden üretilmektedir. Model ergitilerek kalıptan uzaklaştırıldığı için kalıplarda ayırma yüzeyi bulunmaz, kullanılan model ve kalıp malzemelerine bağlı olarak da yüzey kalitesi ve boyutsal hassasiyet geleneksel kum kalıba döküm yöntemlerine göre yüksektir. Hassas döküm, son veya son şekle yakın bir üretim sağladığı için döküm sonrası işlemleri en aza indirger.Hassas döküm yönteminin kabuk ve dereceli olmak üzere iki çeşidi vardır. Kabuk hassas döküm yönteminde model ağacı çevresinde katmanlı bir seramik kabuk oluşturulur. Dereceli hassas döküm yönteminde ise kalıp, içi boş silindirik bir derece içerisinde oluşturulur. Modelin yerleştirildiği derece içerisine hazırlanan seramik çamurunun dökülmesi ile kalıp tek kademede yapılır. Dereceli hassas dökümün başlıca kullanım yerleri kuyumculuk ve ağız içi protezlerin üretimidir.Bu çalışmada dereceli hassas kalıba döküm yöntemi ile yüksek boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesine sahip parça dökümü için alçı ve yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemesinin geliştirilmesi ve kalıplama prosedürünün tespiti hedeflenmiştir. Laboratuvar şartlarında üretilen kalıp malzemeleri ve endüstriyel olarak kullanılan ticari kalıp malzemeleri ile dökümler yapılmış ve gerçekleştirilen karakterizasyon çalışmalarıyla çeşitli değişkenlerin yüzey kalitesi ve boyutsal hassasiyet üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Alçı bağlı kalıp malzemeleri özellikle kuyumculukta takı üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve nispeten düşük döküm sıcaklığına sahip (< 1200 °C) metal ve alaşımların dökümünde tercih edilmektedir. Laboratuar şartlarında ticari alçı bağlı kalıp malzemeleri ile aynı özellikleri gösteren alçı bağlı kalıp malzemeleri geliştirilmiş ve döküm işlemlerinde başarıyla kullanılmıştır. Dereceli hassas döküm kalıp malzemelerinden yüksek sıcaklık (>1200 °C) dökümlerine uygun olanları çoğunlukla fosfat bağlı olanlardır. Bu malzemeler yine kuyumculukta ve ayrıca ağız içi protezlerin dökümünde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemeleri fosfat bağlı kalıp malzemelerine alternatif bir türdür. Laboratuar şartlarında yüksek alümina çimentosu üretilmiş ve bu bağlayıcı bileşen ile çeşitli kalıp malzemesi kompozisyonları geliştirilmiş ve özellikleri fosfat bağlı ticari malzemeler ile karşılaştırılmıştır.Deneysel çalışmalar sonucunda öncelikle tez çalışmasının ana amacı olan alçı bağlı ve yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemelerinin geliştirilmesi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Dereceli hassas döküm yönteminde boyutsal hassasiyete ve yüzey kalitesine etki eden unsurlar da büyük ölçüde tespit edilerek nedenleri ve nasıllarıyla birlikte ortaya konmuştur. İleriye yönelik olarak, çalışma konusu özellikle bağlayıcı morfolojilerinin değiştirilmesi ve geliştirilmesi yönünde devam ettirilebilir. Investment casting is one of the important modern manufacturing technique and its prior applications are dating back to ancient times. Investment casting technique is used for fabrications of complex shaped components or hard metals and alloys which are difficult to produce with machining. The precision of the technique comes from disposable pattern. Generally patterns are made from wax or similar polymer based materials which have low melting points and can be easily shaped. Patterns are removed from moulds with melting and there is no parting line on the cast parts. Depending on the pattern and mould materials, dimensional accuracy and surface quality of the investment castings are significantly higher than conventional sand cast products. Investment casting is a net or near net shape process so it minimizes the further processes.There are two types of investment castings process; investment shell mould casting and investment flask mould casting (block mould). In the shell mould process, pattern trees are covered with ceramic layer form a solid shell around the patterns. In the flask mould process, cylindrical hollow metal flasks are used for mould making. The flask is placed around the pattern tree and the ceramic slurry is poured into it. The main uses of the investment flask moulds are jewellery and oral prosthesis castings.In this study, determination of moulding procedure and development of plaster bonded and high alumina cement bonded investments to produce castings with high dimensional accuracy and surface quality were aimed. Laboratory made and commercial investments were used for casting experiments and effects of several parameters on the dimensional accuracy and surface finish were investigated by using various characterization tests.Plaster bonded investments are used for especially jewellery castings made of relatively low melting points (< 1200 °C) metals and alloys. In the laboratory conditions plaster bonded investments were developed with similar characteristics to the commercial ones and successfully used. The investments which are appropriate to the high melting point (> 1200 °C) castings are generally phosphate bonded ones. These mould materials are also used for jewellery and dental castings for many years. High alumina cement bonded investments are an alternative to the phosphate bonded investments. High alumina cement was produced in the laboratory conditions and this bonding component is used for developing new investments and their characteristics were compared with the commercial phosphate bonded investments.In the results of the experimental studies first, development of the plaster bonded and the high alumina cement bonded investments that is the main aim of the thesis was successfully realized. The factors affecting the surface quality and dimensional accuracy in the flask mould investment castings were largely determined. As a further work, research studies can be carried to modify and develop more suitable morphologies of the bonding components. 195

ÖZET Dökülebilir refrakterler ve döküm kalıplarında sızma ve segregasyon (çökelme) iki önemli konudur. Bunların varlığı kalıbın veya refrakterin fiziksel, mekaniksel, ve ısıl özelliklerinin bir noktadan diğerine değişmesine ve döküm parçalarda çeşitli hataların oluşmasına neden olmaktadır. Sızma ve segregasyon (çökelme), hazırlanacak kalıp malzemesine ilave edilen, değişik özellik ve boyutlardaki katkı malzemeleri ile engellenmeye çalışılır. Bu çalışmada öncelikle refrakter karışımlardaki çökelmeler incelenerek ilave edilen malzemeler ile çökelmenin nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Elde edilen veriler referans numuneleri ile karşılaştırılarak çalışmalara yön verilmiştir. Sertlik değerleri ile çökelme arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Her bir numune için elde edilen sonuçlar grafikler haline getirilerek partikül boyutu ve katkıların etkileri ortaya çıkarılmıştır. Anahtar kelimeler: dökülebilir refrakterler, hassas döküm, seramik kalıplar ıx ABSTRACT Bleeding and segregation are two main phonemena encounterd in the production of castable refractories and casting moulds. The occurrence of bleeding and segregation result in the veriation of physical, mechanical, and thermal properties of castable refractories and casting moulds in their different regions leading to the formation of several casting defescts in castable refractories, precast molds and cast products. Bleeding and segregation can be minimized by controlling the particle size and distribution parameters of the refroctary agregates and by using anti-bleeding agents. In this work, the extend of bleeding was determined and the effects of anti-bleeding admixtures have been studied. The result derived from experimental studies were compared with those of reference materials. Results were presented in two dimentional graphs to illustrate the effect of particle size and various chemical admixtures on the degree of bleeding. Keywords: castable refractories, ceramic moulds, investment casting 90

Alüminyum matrisli partikül takviyeli kompozitler; yüksek özgül dayanım, sertlik ve aşınma dayanımı gibi özellikleriyle geniş bir kullanım alanına sahiptir. Kompozit malzemenin üretiminde partiküllerin dışarıdan ilave edilmesi sırasında ergiyik metal içine emdirilememe ve homojen dağıtılamama gibi sorunlar ortaya çıkmaktadır. Insitu kompozitlerin üretiminde takviye elemanı ergiyik metal içerisinde çeşitli tepkimeler yardımıyla oluşturulmaktadır. Böylece, hem daha küçük boyutlu partiküllerin elde edilmesi hem de daha homojen bir partikül dağılımının oluşması mümkün olmaktadır. Bu çalışmada, insitu yöntemiyle alüminyum matrisli TiB2 matrisli kompozitlerin üretimi araştırılmıştır. A356 alaşımı matris malzemesi olarak seçilmiş ve TiB2 partiküllerin oluşturulması için K2TiF6 ile KBF4 tuzları kullanılmıştır. Bu amaçla 800˚C ve 850˚C'de A356 alaşımı ergitilmiş, %2,5 TiB2 ve %5 takviye oranını sağlayacak şekilde A356 alaşımı ve K2TiF6 ile KBF4 tuzları karıştırılmıştır. Üretilen numuneler mikroyapı incelemeleri, sertlik, aşınma ve korozyon testleri ile karakterize edilmiştir. Aluminium matrix composites are widely used owing to its higher mechanical properties as specific strength, hardness and wear resistance. Wetting between matrix and reinforcement and homogenous distribution of particulates in the matrix are the main problems that occur during the fabrication of aluminium matrix composites. Reinforcement particulates are constituted in molten metal by various chemical reactions during the fabrication of in-situ composites. Thus, in-situ composites can be fabricated with both lower particulate dimension and homogenous distribution. In this study, aluminium matrix TiB2 reinforced in-situ composite fabrication was investigated. For this purpose, A356 aluminium alloy was chosen as matrix material and K2TiF6 / KBF4 salts were used for constitution of TiB2 particulates in molten metal. A356 alloy was melt at 800˚C and 850˚C, K2TiF6 / KBF4 salts are mixed in molten metal to obtain 2.5% and 5% reinforcement ratio. Specimens were characterized by microstructural analysis, and also hardness, wear and corrosion tests. 99

Bu çalışmada, A356 ve A380 alaşımının dökümü; 650mm uzunluğunda ve 50mm çapında eğimli soğutucu bakır boru kullanılarak 60˚ ve 30˚ açıyla, A356 alaşımı için 635 °C ve A380 alaşımı için 615 °C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. Bu üretim tekniği; alaşımın likidüs eğrisine çok yakın bir noktadan dökümünü takiben hızlı katılaşması prosesleriyle özetlenebilir. Düşük ısı girdisi ve hızlı soğumanın kombinasyonu dendritik büyümeyi baskılar ve mikroyapı küresel bir hal alır, bu da daha ileri yarı-katı şekillendirme proseslerine olanak sağlar. Bahsedilen teknikle üretilen biyetler, alaşımın ergime sıcaklığının 20˚ C altında, A356 Alaşımı için 595 ˚ C'de A380 Alaşımı için 575 ˚C'de, 20 – 80 dk arası değişen sürelerde yeniden ısıtılmıştır. Yeniden ısıtılmış numuneler % 50 deformasyon oranında açık kalıpta yarı-katı dövme ile şekillendirilmiştir. Yarı-katı dövme ile şekillendirilen numuneler; döküm hali ve yeniden ısıtma sonrası deforme edilmeden suda soğutulan numunelerle, mikroyapı ve sertlik özellikleri açısından sırasıyla optik mikroskop incelemeleri ve Brinell sertlik ölçümleri ile kıyaslanmıştır. In this study, the alloys (A356 & A380) were poured from the inclined copper tube with the angles of 60⁰ & 30⁰, length of 650mm and diameter of 50mm at a pouring temperatures of 635 ⁰C (A356) & 615 ⁰C (A380). The pouring was carried out on an inclined tube without vibration through cast iron die. Low superheat casting (LSC) technique was used for ingot fabrication in thixoforging process. LSC can be summarized; pouring of molten metal at a temperature very close to liquidus followed by rapid solidification. Low heat input combined with sudden cooling suppresses dendritic growth and conventional casting structure converts into more spherical structure. The billets that were produced by aforementioned procedure, were reheated between 20-80 min at 595 ⁰C (for A356) & 575 ⁰C (for A380) which 20 ⁰C below the melting temperature of the alloy. Reheated samples were formed with semi-solid forging at a rate of 50% deformation in an open die. The specimens formed by semi-solid forging were compared with as-cast and quenched specimens via optical microscope and Brinell hardness measurements in terms of microstructure and hardness properties, respectively. 59