Çankırı-Eldivan yöresi bentonitinin döküm kalıp kumu özelliklerine etkisinin incelenmesi

Bentonitler, çoğunlukla smektitler olarak adlandırılan silikat sınıfına ait bir kil minerali olan montmorillonitten oluşur. Bentonitler, montmorillonite ilave olarak çeşitli yardımcı mineraller içerebilir. Bunlara kaolin, mika, illit gibi kil minerallerinin yanı sıra kuvars, feldispat, kalsit ve jips gibi kil olmayan mineraller dahildir. Bentonit, yapısının genleşmesine ve şişmesine neden geniş su emme kapasitesine sahip, olan bir kil grubudur. Şişme özelliği yanı sıra, kolloidal özellikte olması, yüksek plastisiteye sahip olması ve en önemlisi bağlayıcı özellikte olması bentonitin birçok sektörde kullanım alanı bulmasını sağlamaktadır. Bu kullanım alanlarından, en başta gelenlerden bir tanesi de döküm sektörüdür. Tez kapsamında, Çankırı-Eldivan yöresi bentonitinin döküm sektörü açısından kullanılabilirliğinin tespit edilmesi ve en uygun olacak şekilde kullanım şartlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. Çankırı bentonitin kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirlemek amacıyla kimyasal bileşim analizi (XRF), HCl ile tepkime testi, saat camı testi, şişme kapasitesi deneyi yapılmış ve yoğunluğu tespit edilmiştir. Bentonitin özellikleri belirlendikten sonra, döküm sektörüne yönelik asıl amacı gerçekleştirmek için, AFS tane incelik numarası 41,09 olan döküm kalıp kumuna değişik oranlarda bentonit (%3, 7, 10) ve su (%3, 7, 9) ilave edilerek hazırlanan karışımların yaş basma mukavemeti, kuru basma mukavemeti, gaz geçirgenliği, shatter indeksi ve kalıplanabilirlik indeksi özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, literatürde bulunan sonuçlarla kıyaslanmış ve değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışma da kullanılan Çankırı-Eldivan yöresi bentonitinin yoğunluğu 2.8 g/cm3 olarak belirlenmiş ve aynı zamanda şişme deneyinin 30. günü sonunda orijinal hacminin 19 katı şişme gösterdiği tespit edilmiştir. Şişme deneyinden elde edilen bu sonuç, Çankırı-Eldivan yöresi bentonitinin ticari anlamda iyi bir bentonit olduğu ve döküm sektöründe kullanılabilecek düzeyde olduğu şeklinde ifade edilebilir. Saat camı testinde, su ile teması sonucunda şişme gösteren bentonitin, kuruma esnasında yıldızvari bir bölünme gösterdiği gözlemlenmiştir. Bunun sonucunda deneyde kullanılan Çankırı-Eldivan yöresi bentonitinin, şişme özelliğine sahip bir bentonit olduğu saptanmıştır. %3, %7 ve %10 Çankırı-Eldivan bentoniti içerikli kalıp kum karışımlarının yaş basma mukavemetleri, nem oranı artmasıyla birlikte artış göstermiştir, bunun sonucunda incelenen kum karışımlarında en yüksek nem oranı olan %9 su içeriğinde, yaş basma mukavemeti maksimumdadır. %7 ve %10 Çankırı bentoniti ile hazırlanan karışımlarda kuru basma mukavemeti nem oranının artmasıyla paralel olarak artış göstermiştir. %3 bentonit içeren karışımın %7 nem içermesi durumunda düşük bentonit oranında, maksimum kuru basma mukavemeti elde edilmiştir. Nem oranı sabit olacak şekilde değişik bentonit oranlarında karşılaştırma yapıldığında,%3 nem oranında en düşük kuru basma mukavemetine maksimum yani %10 oranında bentonit içeren karışımda görülmektedir. En yüksek nem oranı olan %9 nem oranında ise %10 bentonit içeren kalıp kum karışımının en yüksek kuru basma mukavemetine sahip olduğu gözlemlenmiştir. İncelenen karışımlarda, nem oranı %3'ten %9'a arttığında gaz geçirgenliği değerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Bentonit oranının artışına oranlı olarak gaz geçirgenliği değerlerinde herhangi bir standart eğilim gözlemlenmemiştir. %3 nem oranında %7 bentonit içeren kalıp kum karışımı en yüksek gaz geçirgenliğine sahip iken %9 nem oranında %7 bentonit içeren kalıp kumu karışımının en düşük gaz geçirgenliği değerine sahip olduğu belirlenmiştir. Üç farklı nem oranında hazırlanan %3 ve %7 bentonit içeriğinde olan tüm kum karışımlarında, nem oranı arttıkça shatter indeksi değeri artıyorken, %10 bentonit içeren kum karışımlarında nem oranı artışıyla shatter indeksi önce azalmış ve sonra artış göstermiştir. Kalıplanabilirlik değeri literatürde optimum değer olarak gösterilen değer aralığında bulunan %10 bentonit ve %3 nem içeren kum karışımı haricinde, hazırlanan diğer bütün karışımların kalıplanabilirlik indeksi literatüre kıyasla çok düşük değerlerdedir. İncelenen %3-10 bentonit ve %3-9 nem içeriklerine sahip kalıp kum karışımlarının içerisinde 100 kg üzeri çelik parça dökümü için optimum kalıp özelliklerini verebilecek bentonit-nem oranlarının Çankırı-Eldivan yöresi bentonitli kalıp kum karışımları için %7 nem - %7 bentonit ve %3 nem - %10 bentonit olduğu yapılan deneysel çalışmalar sonucunda tespit edilmiştir %7 nem - %7 Çankırı-Eldivan yöresi bentonit içeren kalıp kum karışımında deneysel olarak tespit edilmiş olan kuru basma mukavemeti, gaz geçirgenliği ve shatter indeksi değerleri literatürde 100 kg üzeri çelik parçaların kum kalıba dökümü için tanımlanmış değer aralıklarını sağladığı saptanmıştır. Kalıplanabilirlik indeksi değerini artırabilmek ve olması gereken standart aralığa çıkartabilmek için kum karışımına fuel-oil katkısı veya grafit tozu katkısı yapılmıştır. %0.1 oranında fuel oil ile %1 ve %2 oranda grafit tozu katkısı yapılarak hazırlanan kalıp kumu karışım reçetelerinde, kalıplanabilirlik indeksi değerinin olması gereken değer aralığına yükselmesinin aksine sırasıyla 3, 3,75 ve 3,25 değerlerine düştüğü gözlemlenmiştir. Ek katkı ilavesi yapılmış olan kalıp kum karışımlarının, ek katkı ilave yapılmadan hazırlanan %7 nem-%7 Çankırı-Eldivan yöresi bentoniti içeren kalıp kum karışımından daha düşük kalıplanabilirlik indeksi değerlere sahip olduğu görülmüştür. %3 nem - %10 Çankırı-Eldivan yöresi bentonit içeren kalıp kum karışımında kalıplanabilirlik indeksi ve gaz geçirgenliği değerleri literatürde 100 kg üzeri çelik parçaların kum kalıba dökümü için tanımlanmış değer aralıklarını sağlamaktadır. Kuru basma mukavemet değeri arttırılması gereken kum karışımına, mısır unu ilavesi yapılmıştır. Karışımdaki shatter indeksi özelliğinin literatürdeki uygun değer aralığına çıkartılabilmesi için tahıl grubu katkı ilavesi gerekli olduğu tespit edilmiştir. Kuru basma mukavemeti değerini arttırabilmek için hazırlanan mısır unu katkılı kalıp kum karışım reçeteleri incelenmiş ve kuru basma mukavemeti değerlerinde düşük oranda da olsa bir artış olduğu belirlenmiştir. Shatter indeksi değerini de optimum değer aralığına yükseltmek için tahıl grubu ek katkıları kullanılabilmekte olup mısır unu katkılı kalıp kum karışımıyla yapılan incelemeler sonucunda, mısır ununun shatter indeksi değerinde de artışa neden olduğu gözlemlenmiştir.