Theses supervised by Prof. Dr. Hüseyin Sönmez
11 theses · Yıldız Technical University
Alüminyum alaşımlarının sürekli dökümünde kullanılan hidrojen gazı giderme sistemi parametrelerinin optimizasyonu
Alüminyum ve alaşımlarının sürekli dökümü sırasında en çok rastlanan problemlerden biri rutubet ile sıvı metalin reaksiyonu sonucu yüzeyde oksit oluşması ve açığa çıkan hidrojenin sıvı metalde çözülmesi olarak gösterilmiştir. Hidrojenin sıvı metaldeki çözünürlüğü yüksek iken azalan sıcaklık ile çözünürlüğü azalmaktadır. Bu nedenle katılaşma sırasında hidrojenin çözeltiden ayrılarak poroziteyi oluşturduğuna inanılmaktadır. Bu doğrultuda döküm öncesinde sıvı metale gaz giderme işlemi uygulanır ve sıvı metalin çözünmüş hidrojen içeriği azaltılmaya çalışılır. Böylelikle porozitenin de azalması beklenir.Hidrojen, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının içerisinde yüksek çözünürlüğü olan tek gazdır. Çözünürlük sıcaklıkla ve basıncın kara kökü ile doğru oranlıdır. Hidrojen sıvı metal içerisine çok çeşitli yollardan girebilir. Çok küçük bir kısmı atmosferde serbest halde bulunan hidrojenden, büyük bir çoğunluğu ise su buharının sıvı metal yüzeyinde parçalanması sonucunda açığa çıkan hidrojenden, sıvı metale ilave edilen her türlü katkı maddesinde (şarj) bulunan nemden, potadan ya da kullanılan diğer araçlardan girebilir. Eğer metal akışı ya da karıştırılması (özellikle SNIF sistemi içerisinde) çalkantılı /dalgalı bir şekilde yapılırsa, bu çalkantılardan dolayı sıvı metal içerisine hapsedilen hava hidrojenin oluşmasına sebep olacaktır.Oldukça reaktif olan ve sıvı metal tarafından hızlı bir şekilde absorbe edilen atomik hidrojen su buharının sıvı alüminyum ile tepkimesinden ortaya çıkar. Sıvı alüminyum içerisine giren hidrojen uygun yöntemler kullanılarak uzaklaştırılabilir. Bu çalışmada hedef gaz giderme işleminin en etkili biçimde yapıldığı gaz debisi-motor devir hızı kombinasyonunu 1050 ve 3003 alaşımları için tespit etmektir. Bunun için dokuz ayrı gaz debisi-motor devir hızlarında çalıştırılan SNIF sistemi, SNIF sonrası sıvı metalin içerisindeki hidrojen miktarları ölçülerek test edilmiş ve maliyet ve ürün kalitesinde optimizasyon sağlanmıştır.
Magnezyum alaşımlarının basınçlı dökümünde kullanılan makinelerin tasarım esaslarının incelenmesi
Magnezyum konstrüksiyon metalleri arasında en hafif olan malzemedir. Özellikle otomotiv endüstrisinde yoğun metallerin yerine kullanılmaktadır, günümüzde sadece çelik, dökme demir, bakır yerine değil alüminyum yerine de tercih edilmeye başlanmıştır.Soğuk kamaralı basınçlı döküm yönteminde işlem çevrimini basitçe bölümlere ayırmak gerekirse; 1) Enjeksiyon silindirinin doldurulması, 2) pistonun (1. Fazdaki) yavaş hareketi, 3) Yolluk sisteminin doldurulması, 4) Kalıbın doldurulması, 5) Katılaşma prosesi olarak sınıflandırılabilir. Bütün bir basma çevriminde en çok gereken iki parametre; basınç ve hızdaki değişimlerdir. Bu yüzden çoğu sistem bu iki değişkeni anahtar parametreler olarak, üretim kontrolünü sağlama amacıyla kayıt altında tutmaktadır.Basınçlı döküm yöntemiyle magnezyum alaşımlarından imal edilen parça sayısı gün geçtikçe artmaktadır ve ileriki yıllarda bu artışın sürmesi öngörülmektedir. Bu nedenle araştırma ve ürün geliştirme çalışmaları devam etmektedir.Bu çalışmada, magnezyum alaşımları ile parça imal edebilmek için kullanılacak 1 MN (100 ton) kilitleme kuvvetine sahip, yatay enjeksiyonlu soğuk kamara tipi basınçlı döküm makinesinin tasarım esasları araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Magnezyum Alaşımları, Basınçlı Döküm, Tasarım Esasları
Magnezyum alaşımlarının basınçlı dökümünde işlem faktörlerinin araştırılması
Magnezyum, tüm konstrüksiyon metalleri içinde en hafif olanıdır. Bu malzeme bir plastik kadar hafif fakat bir metal kadar da dayanıklıdır. Uygun karakteristikleri sayesinde birçok sektörde kullanılabilir bir metal olan magnezyum, özellikle otomotiv ve havacılık sektöründe hafifliği dolayısıyla tercih edilmektedir. Magnezyumun basınçlı dökümü, magnezyum endüstrisi içinde, en hızlı büyüyen ve global ölçekte en çok gelişen segment olmuştur. Magnezyum alaşımlarının basınçlı döküm yöntemiyle üretimi, diğer yöntemlerin sunamayacağı ekonomik avantajlar sunmaktadır. Otomasyona uygunluğu yönüyle, magnezyum alaşımlarının basınçlı dökümü, yüksek hacimli imalatlar için ideal bir yöntemdir Basınçlı döküm, hassas bir yöntem olmasına rağmen, parça kalitesini ve mekanik özellikleri etkileyen birçok faktör bulunmaktadır. Bu faktörler, parça ve kalıp konstrüksiyonu ile çeşitli işlem parametreleridir. Döküm prosesi esnasında yanlış seçilen işlem parametreleri, doğru tasarlanmış parçaların bile hatalı ve kötü mekanik özelliklere sahip olacak şekilde üretilmesine sebep olabilmektedir. İşlem faktörleri; parça kalitesine, dayanım özelliklerine ve dolayısıyla da hata oluşumuna etki eden en önemli unsurların başında gelmektedir. İşlem faktörlerinin doğru seçimi, parçanın da doğru üretimi anlamına gelmektedir. Magnezyum alaşımlarının basınçlı dökümünde hataların oluşumu birbiriyle bağlantılı birçok faktörden kaynaklanmaktadır. Yanlış işlem parametreleri, hatalı parça veya kalıp dizaynı, alaşım içindeki katışkıların kötü etkileri hata faktörlerini oluşturmaktadır. İyi mekanik özelliklere sahip, düşük poroziteli ve hatasız parçalar üretmek için; yüksek enjeksiyon basınçlarında, düşük döküm sıcaklıklarında, optimum kalıp sıcaklıklarında ve optimum akış hızları ile döküm işleminin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Anahtar Kelimeler: Magnezyum ve alaşımları, basınçlı döküm, işlem faktörleri.
Disamatik kalıplamada yolluk sistemi ve kalıp gözlerinin doldurulmasının araştırılması
Rekabet ortamının sürekli zorlaştığı günümüzde kaliteyi arttırırken, maliyeti azaltmak veya sabit tutmak dökümhanelerin rekabet edebilmeleri için en önemli kriter haline gelmiştir. Üretim aşamasında planlama ve geliştirme çalışmaları değişik olasılıkların değerlendirilerek üst düzey kalite ve minimum maliyet hedeflerine ulaşılabilmesine olanak sağlamaktadır. Döküm parça üretiminde istenilen kalite ve minimum maliyet, seçilen döküm yöntemine ve doğru planlanmış optimum kalıp tasarımı ile sağlanabilmektedir. Optimum kalıp tasarımının oluşturulabilmesi için, modellerin, yolluk sisteminin ve besleyicilerin çok iyi bir şekilde dizayn edilmesi gerekmektedir.Bu çalışmada, otomatik kum kalıplama yöntemlerinden biri olan derecesiz dikey kalıplama bir başka deyişle Disamatik kalıplama yöntemi incelenmiş ve bu döküm yöntemi ile üretilen parçalarda üretim süresi, döküm kusurları, kalite ve maliyeti direkt olarak etkileyen yolluk sistemleri incelenmiştir.Ergiyik metalin kalıba ilk giriş anından kalıp boşluklarının doldurulmasına kadar görev yapan yolluk sistemi elemanları ayrı ayrı ve birbiriyle bağlantıları incelenmiştir. Ayrıca dört farklı yolluk sisteminin karakteristikleri incelenmiş olup, Disamatik kalıplama yöntemi ile üretilecek bir parçanın bu dört farklı yolluk sistemi için yolluk sistemi elemanları hesaplanmış ve sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmıştır.Anahtar kelimeler: Disamatik kalıplama, yolluk sistemi, derecesiz düşey kalıplama
Profil ekstrüzyonunda profil faktörünün malzeme akışı ve ekstrüzyon kuvveti üzerine etkisinin araştırılması
Şu ana kadarki yapılmış çalışmalar, ürün kesit geometrisinin ekstrüzyon kuvveti ve metalin akış mekaniğine etkisiyle ilgili çok az bilgi sağlamaktadırlar. Birçok çalışma, ekstrüzyon kuvveti hesabı ile ilgili birkaç formül ortaya koymuştur. Bununla beraber, simetrik olmayan kesitler için ekstrüzyon kuvvetinin hesabında literatürde bir eksiklik vardır. Dairesel olmayan parçaların ekstrüzyonunda, kuvvetin teorik yaklaşımında farklı formüller, deneylerle elde edilen sonuçlardan oldukça farklı sonuçlar vermektedir. Aslında, ürün kesitinin şekli ve boyutu ekstrüzyon kuvveti üzerinde etkisi olan en önemli faktördür.Şekil karmaşıklığının, ekstrüzyon kuvvetini önemli ölçüde etkilediği görülmektedir. Dairesel kesitler için ekstrüzyon kuvveti minimumdur. Fakat, kare, üçgen ve dikdörtgen kesitler için bu kuvvet belirtilen sırayla artmaktadır. Bu çalışmada, profil faktörünün literatürdeki çeşitli tanımları anlatılmış, profil faktörü ile malzeme akışı ve ekstrüzyon basıncı arasında bir ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Ürün kesit şeklini belirleyen nitelikler (köşe sayısı, şeklin dar ve geniş açıları, simetri düzlemi ve ekseni sayısı, cidar kalınlıkları) ekstrüzyon kuvveti ve malzeme akışını etkilemektedir.Ekstrüzyon basıncının değişiminin ve malzeme akışının, takım karmaşıklığı ve ıstampa hızına etkisi deneysel ve teorik çalışmalar yardımıyla araştırılmıştır. Sabit ıstampa hızında, daha çok karmaşık profiller için basınç eğrilerinin, daha az karmaşık olanlara nazaran genellikle daha dik olduğu görülmüştür. Bu davranıştan sapmalar, daha iyi bir matris şekil karmaşıklığı tanımına ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Sabit şekil karmaşıklığı için, basınç eğrilerinin yüksek hızlarda daha dik olduğu gözlemlenmiştir.
Ekstrüzyon yönteminde sıcaklık, ekstrüzyon hızı ve sürtünme parametrelerinin profil kalitesine etkisinin araştırılması
Alüminyum alaşımları birçok özelliklerinden dolayı, uygulama alanı ve buna bağlı olarak şekillendirme yöntemleri, günümüzde hızla artmıştır. Bu yöntemlerin en önemlilerinden biri de ekstrüzyon yöntemidir.Bilindiği gibi ekstrüzyon yöntemi günümüzde çok yaygın uygulama alanı bulmuştur. Geliştirilen yöntemler sayesinde, ekstrüzyon parametreleri ve dolayısıyla mamül kalitesi iyileşmiştir. Malzeme akışını iyileştirmek, ekstrüzyon kuvvetini düşürmek, kaliteli mamul elde etmek, üretimi zor olan profilleri üretmek ve sistemi ekonomikleştirmek için parametreler üzerinde yapılan çalışmalar devam etmektedir.Bu tezin içeriğinde ekstrüzyon konusunda genel bazı bilgiler verildikten sonra alüminyum ve alaşımları hakkında bilgiler verilmiştir. Alüminyum malzemesinin özellikleri ve ekstrüzyon işleminin genel hatları ile anlatımından sonra da tezin asıl çalışma konusu olan ekstrüzyon parametrelerinin parçalar üzerindeki etkilerinin incelenmesine geçilmiştir.Ekstrüzyonda istenen boyut hassasiyetinde, mekanik ve fiziksel özelliklerde parça üretimi için ekstrüzyon parametrelerinin sağlıklı bir şekilde kontrol edilmesi ve uygulanması gerekmektedir. Ekstrüzyon prosesini etkileyen birçok parametre olduğu bilinmektedir. Bunların hepsinin birden kontrol edilmesi şüphesiz pek mümkün değildir. Ancak işlem üzerinde hayati öneme sahip bazı parametreler bu tezde incelenmiştir. Bu parametreler; sıcaklı, hız, sürtünme ve yağlamadır.Anahtar Kelimeler: ekstrüzyon, parametre, alüminyum, sıcaklık, hız, sürtünme, yağlama
Sürekli dökümde katılaşma ve soğutmanın incelenmesi
Çelik slabın sürekli dökümünde ve alüminyumun alaşımlarının ingot DC dökümünde, katılaşmanın başlangıç seviyelerinden itibaren kalıbı soğutmak amacıyla su kullanılır. Kalıbın aşağı seviyelerinde ise metalin katılaşma yüzeyine su püskürtülmesi ile soğutma sağlanır. Su ile soğutma katılaşan kabuğun oluşmasını ve ısı kaçışını kontrol ettiği için ürün kalitesini direk olarak etkilemektedir. Bu olayda katılaşan malzeme içerisinde gerilim ve gerinimlerin oluşmasına neden olur. Bu inceleme su ile soğutma sürecindeki en son çalışmaları göz önüne koymaktadır ve her iki döküm yöntemindeki farklılıkları ve benzerliklerine ışık tutmaktadır.İkincil soğutma bölgesindeki ısı kaçış katsayısı, su kaynama eğrilerinden de görüldüğü gibi ingot yüzeyindeki sıcaklığa bağlıdır. Isı kaçışı zamanla slab ve ingot yüzey sıcaklığı değiştikçe önemli ölçüde değişmektedir. Katılaşan çelik içinde sıcaklık değişimindeki ani dalgalanmalar özellikle ön yüzeyde çatlamalara veya sıcak yırtılmalara neden olan ısıl gerilmelere yol açar. Çeliğin su püskürtme ile soğutulmasının ve alüminyumun CO2 enjeksiyonu ve suyun çarpması ile soğutulmasının sıkı kontrolü metal yüzey sıcaklığının ani değişimini engellemektedir.Bütün süreçlerin ana amacı, gizli ve hissedilen ısının iç desteği ile metal yüzey sıcaklığını kontrolümüz dahilinde belirli bir ivme ile azaltarak, soğutma işlemi son bulana kadar yüzeyden ısı kaçış hızını sabitlemektir.
Kabuk hassas döküm yönteminde kabuk kalınlığına ve mukavemetine etki eden faktörler
Bu tezde, kabuk hassas döküm yönteminde kabuk kalınlığına ve mukavemetine etki eden faktörler araştırılmıştır. Bu faktörlerin incelenebilmesi için kabuk kalıbı oluşturan bileşenlerin özelliklerinin bilinmesi gereklidir. Bu bakımdan bu çalışmada bunlara ait geniş bilgi verilmiştir. Seramik çamurun viskozitesi, bileşenleri ve modelin seramik çamura daldırılma sayısı ve katlar arası kurutma zamanı kabuk kalınlığına ve mukavemetine etki eden faktörler olmaktadır.Bunların nasıl etki ettiği yapılan bir deney çalışmasıyla belirlenmiştir.Deneyde seramik çamur viskozitesi, daldırma sayısı ve daldırmalar arası kurutma zamanı kontrol parametreler olarak alınmış ve üç farklı deney yapılmıştır. Daha sonra oluşturulan numunelerin kalınlık ve mukavemet değerleri ölçülmüştür.Sonuç olarak, bu faktörlerin kabuk kalınlığını ve mukavemetini nasıl etkilediği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler : Kabuk hassas döküm, viskozite, kurutma zamanı, daldırma sayısı, kabuk mukavemeti
Alüminyum ekstrüzyonunda proses kontrol
Hazırlamış olduğum bu çalışmada alüminyum metalinin özelliklerine ve ekstrüzyonmetotlarına değinilmiştir.Ayrıca ekstrüzyona ait değişkenler gruplandırılmış ve alüminyumekstrüzyon prosesininde verimliliği arttırmak için çeşitli yöntemler önerilmiştir.Bu yöntemlerakış şemaları ve kontrol listeleridir.Bunlar yardımıyla hataların hangi parametrelerdenkaynaklandığı kolaylıkla bulunabilmektedir.Ayrıca alüminyum ekstrüzyon hataları, sebeplerive çözüm yollarına da değinilmiştir.Uygulama olarak ise kabarcık ve krater hataları örnekhata tipi olarak ele alınmış, hatalar mikro ve makro fotoğraflarla gösterilmiş ve bu hatalarınoluşum nedeni ortaya çıkarılmıştır.Son olarak ise elde edilen sonuçlar ve varılan hükümlerlistelenmiştir.Anahtar kelimeler: Ekstrüzyon, alüminyum, proses kontrol, ekstrüzyon hataları.
Ekstrüzyonda profil faktörünün ekstrüzyon kuvvetine ve ekstrüzyon edilebilirliğe etkilerinin incelenmesi
Bu teorik çalışmanın amacı, talaşsız şekillendirme yöntemlerinden biri olan ekstrüzyon işleminde, profil şeklinin ekstrüzyon kuvvetine ve ekstrüzyon edilebilirliğe etkilerinin incelenmesidir. Bu çalışmada önce ekstrüzyon yöntemleri üzerinde durulmuş ve bu yöntemler anlatılmıştır. Ekstrüzyon takımlarına değinilmiş ve metallerin ekstrüzyon edilebilirliği üzerinde durulmuştur. Araştırmanın Önemli kısmı olan, ekstrüzyon uygulamalarında profil şeklinin ekstrüzyon kuvvetine etkileri geniş bir şekilde incelenmiştir. Profil şeklinin, ekstrüzyon kuvveti ve ekstrüzyon hızıyla olan ilişkileri üzerinde durulmuştur. Ekstrüzyon kuvvetinin profil şeklinden nasıl etkilendiği belirlenmeye çalışılmıştır.
Alüminyum alaşımlarının sürekli dökümünde kullanılan hidrojen gazı giderme sistemi parametrelerinin optimizasyonu
Alüminyum ve alaşımlarının sürekli dökümü sırasında en çok rastlanan problemlerden biri rutubet ile sıvı metalin reaksiyonu sonucu yüzeyde oksit oluşması ve açığa çıkan hidrojenin sıvı metalde çözülmesi olarak gösterilmiştir. Hidrojenin sıvı metaldeki çözünürlüğü yüksek iken azalan sıcaklık ile çözünürlüğü azalmaktadır. Bu nedenle katılaşma sırasında hidrojenin çözeltiden ayrılarak poroziteyi oluşturduğuna inanılmaktadır. Bu doğrultuda döküm öncesinde sıvı metale gaz giderme işlemi uygulanır ve sıvı metalin çözünmüş hidrojen içeriği azaltılmaya çalışılır. Böylelikle porozitenin de azalması beklenir.Hidrojen, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının içerisinde yüksek çözünürlüğü olan tek gazdır. Çözünürlük sıcaklıkla ve basıncın kara kökü ile doğru oranlıdır. Hidrojen sıvı metal içerisine çok çeşitli yollardan girebilir. Çok küçük bir kısmı atmosferde serbest halde bulunan hidrojenden, büyük bir çoğunluğu ise su buharının sıvı metal yüzeyinde parçalanması sonucunda açığa çıkan hidrojenden, sıvı metale ilave edilen her türlü katkı maddesinde (şarj) bulunan nemden, potadan ya da kullanılan diğer araçlardan girebilir. Eğer metal akışı ya da karıştırılması (özellikle SNIF sistemi içerisinde) çalkantılı /dalgalı bir şekilde yapılırsa, bu çalkantılardan dolayı sıvı metal içerisine hapsedilen hava hidrojenin oluşmasına sebep olacaktır.Oldukça reaktif olan ve sıvı metal tarafından hızlı bir şekilde absorbe edilen atomik hidrojen su buharının sıvı alüminyum ile tepkimesinden ortaya çıkar. Sıvı alüminyum içerisine giren hidrojen uygun yöntemler kullanılarak uzaklaştırılabilir. Bu çalışmada hedef gaz giderme işleminin en etkili biçimde yapıldığı gaz debisi-motor devir hızı kombinasyonunu 1050 ve 3003 alaşımları için tespit etmektir. Bunun için dokuz ayrı gaz debisi-motor devir hızlarında çalıştırılan SNIF sistemi, SNIF sonrası sıvı metalin içerisindeki hidrojen miktarları ölçülerek test edilmiş ve maliyet ve ürün kalitesinde optimizasyon sağlanmıştır.