Ergitme ve ergitme sonrası sıvı metalin açık atmosferle ilişkisini kesen ve katılaşma sonrası Mikro-yapıyı kontrol eden maddelere flaks denir. Koruma ve temizleme flaksları olarak ikiye ayrılırlar.

Koruma Flaksları

Sıvı alüminyumun üzerini örterek atmosfer gazlarına karşı döküme kadar koruma sağlar. Demir dışı alaşımlar gaz alma ve oksitlenmeye karşı duyarlıdırlar. Bu hassasiyetten dolayı sıvı metal ile atmosferin temasının kesilmesi gerekir. Açık atmosferle sıvı metalin temasını kesen maddelere “koruma flaksları” denir. (odun kömürü, cam, silis, boraksit, boraks, sodyum karbonat, baryum karbonat, kalsiyum karbonat, sodyum klorür, kalsiyum florür v.b.) koruyucu flakslar potaya veya ocağa yükleme yapılırken konur. Ergitme sırasında bazıları katı olarak kalır (odun kömürü ve silis gibi). Bazıları da eriyerek sıvı metalin yüzeyinde tabaka oluşturur. Flaks miktarı sadece sıvı metalın yüzeyini örtecek kadar konulmalı ve nemsiz olarak saklanmasına özen gösterilmelidir.

Alüminyum alaşımlarının ergitilmesinde, koruyucu olarak kullanılan flakslar klorür ve flüorür‘lü tuzlardır (%90 NaCl+ %10 CaF2, %85 CaCl2 + %15 CaF2, %60 NaCl+ %30 NaF2 + %10 CaF2 ve % 70 MgCl2 % 20 MgF2 %10 NaCl). Bunlar, oksitlenmeye ve gazların emilmesine engel olurlar.

Temizleme Flaksları

Ergimiş metal içerisinde ergitme sırsında ve ergitme sonrası sıvı metal içerisine difüz etmiş gazları ve oksitleri gidermede kullanılan maddelere “temizleme flaksları” denir.

Temizleyici flakslar, sıvı metalin içindeki oksit ve gazları gidermek için kullanılır. Bu flakslar genellikle, magnezyum ve sodyum klorür (NaCl) ve fIüorürlü (NaF) olurlar. Bunların sıvı halde iken metale yakın bir özgül ağırlıkları vardır. Karıştırma ile metalin üzerinde toplanırlar.

Her ne kadar eğritme işlemi sırasında önlemler alınsa da sıvı metalin içerisine karışmış gaz ve oksitler bulunabilir. Sıvı metalin kalıplara dökülmesinden önce gaz ve oksitlerin temizlenmesi gerekir. Temizleme işleminde metal oksitleri veya oksijenli filizleri kullanılır. Ayrıca bazı metaller ve gazlar da oksit giderici olarak kullanılırlar. Çeşitli gazlar (azot, argon, helyum, klor, v.b.) verilerek temizleme yapılabilir. Azot gazı, 710 0 C’de 3-15 dk. ve klor gazı, 710  0 C’de 4-5 dk. verilir. Bunlar nitrin ve klorürler oluşturarak temizleme yaparlar.

Maden içine girmiş hidrojenin dışarı atılmasında “klor” ve ”flüor” gibi gazlar kullanılır. Bu gazlar, grafit bir boru yardımı ile sıvı metalin, içine gönderilirse, sıvı metali kaynatarak yükselir ve hidrojenin sıvı metalden uzaklaştırılmasını sağlar. Oksit giderici olarak kullanılan metallerin bazıları ise; magnezyum, manganez, çinko, fosfor, baryum, v.b.dır. Bunlar sıvı metale katılmadan önce genellikle bir ön alaşım şekline getirilirler (%10-15 fosforlu, bakır-fosfor gibi).

Temizleme amaçlı kullanılan flakslar toz veya briket halindeki flakslar sıvı metalin üzerine konur. Sıvı metalin üzerine konan flaksların temizleme etkisi yapabilmesi için delikli bir daldırma aparatı yardımıyla sıvı metalin dibine doğru bastırılır. Çıkan gazların etkisi ile sıvı metal fokurdayarak kaynar. Hareketlilik bitince delikli aparat çıkartılır. Bu işlemle birlikte (mekanik ve kimyasal) oksitler ve cüruflar sıvı metal yüzeyine çıkar. Bir “temiz” ile sıvı metalin yüzeyinde biriken cüruflar alınır ve döküm işlemi gerçekleştirilir.

Alınması gereken önlemler;

1. Nemsiz ve kuru bir ortamda saklanmalıdır.

2. Sıvı metale atılmadan önce flakslar ısıtılmalıdır.

Demirli alüminyum bronzları için kullanılan temizleme flaksları; kireç, kalsiyum, mangan klorür ve magnezyum

Ayrıca titan, titan tetraklorür şeklinde karıştırılır. Karıştırma sıvı metalin normal ergime sıcaklığında yapılır. Titanın bir kısmı alaşımın içinde kalır. Klor sıvıdan ayrılarak çıkar. Klor gazının çalışanlara bir tehlikesi olmaz. Klorun iri Mikro-yapı oluşumuna etkisi varsa da, bileşimde kalan titan taneleri inceltir.

Ergimiş metal içerisinde bulunan yabancı maddelerin bir kısmı cüruf olarak ergimiş metalin yüzeyinde toplanır ve buradan alınarak temizlenir. Özgül ağırlığı sıvı metale yakın olanlar ve metal içerisinden yukarı çıkamayanlar sıvı metal ile birlikte kalıp boşluğuna gidebilir. Dökümden sonra kalıp içerisine kaçabilen cüruf ve diğer yabancı maddeler iş temizlemede ortaya çıkar. İş yüzeyinde veya herhangi bir yerinde boşluk bırakır.

Oluş Nedenleri

  • Sıvı metalin dökümden önce iyi temizlenmemesi,
  • Yolluk sisteminin cüruf tutucu şekilde düzenlenmemesi,
  • Metalin kesik dökülmesi,
  • Yolluk sisteminin dolu tutulmaması,
  • Ergimiş metale soğuk metal ilave edilmesi,
  • Kalıp kumu, maça kumu ve pota harcının ısı dayanımlarının az olması.

Alüminyum döküm parçada istemediğimiz ölçü, şekil, doku değişikliği ve diğer bazı olumsuzlukların bulunması halinde bu parça, hatalı döküm olarak kabul edilir. Hatanın derecesine göre, parçanın çalışacağı şartlar dikkate alınarak ya onarımı yapılarak kullanılır veya hurda olarak değerlendirilir. Hatalı parçalarda bir veya daha fazla hata birarada olabilir. Alüminyum döküm hatalarının oluş nedenleri doğru tespit edilirse, çözüm kolaylaşır. Hataların nedenleri aşağıda belirtilen konular taranarak bulunabilir.

  • Alüminyum döküm parçanın tasarlanması yanlış,
  • Model ve maça sandıkları hatalı,
  • Yolluk sistemi, besleyici, soğutucu, çıkıcı uygulaması hatalı,
  • Kalıp ve maça kumu uygun değil,
  • Kalıplama ve maça yapımı tekniği hatalı,
  • Sıvı metalin bileşimi uygun değil,
  • Ergitme ve alüminyum döküm tekniği hatalıdır.

Alüminyum dökümde kum genel olarak ”(0.05-2 mm) boyutlarındakimineral tanesi” şeklinde tarif edilebilir. Alüminyum döküm kumlarının büyük çoğunluğu  SİO2 bileşimindedir. Bazı hallerde silis taneleri ile beraber çok az miktarda feldspat, mika, ilmeneit (FeO-Tio2) manyetit (Fe3O4), zirkon (Zr-SiO4)  veya olivin (Mg-Fe2-SiO4) gibi minerallerde  bulunabilir. Silis kumunun dökümhanelerde kalıp malzemesi olarak tercih dilişinin başlıca nedenleri: kolay bulunuşu, ucuz oluşu ve sıvı metalin etkilerine karşı koyabilecek yüksek refrakter özelliğidir. Dökümcülükte kullanılan bir diğer kum çeşidi de zirkon kumudur. Zirkon kumunun başlıca özellikleri ise: yüksek refrakter özellik, yüksek iletkenlik, yüksek yoğunluk ve düşük genleşmedir. Zirkon’un yüksek iletkenliği, sıvı metalin daha hızlı katılaşmasına sebep olur. Zirkon’un ısı iletkenliği ve yoğunluğu silisin iki mislidir, bu da zirkon’un silise nazaran  2 misli daha fazla ısıyı iki misli hızlı absorbe edebileceği anlamına gelir. Bu özellik dökümcüye, katılaşmayı kontrol için çok iyi bir imkan verir. Dolayısıyla Zirkon kumu çil yerine kullanılarak ekonomik bir yarar da sağlayabilmekredir.

Alüminyum dökümlerin büyük bir kısmı kum kalıpta yapılır. Genel bir ortalama olarak 1 ton döküm için 4 ila 5 ton kum gereklidir. Bu miktar dökülen metalin cinsine, parça büyüklüğüne ve kalıplama tekniğine bağlı 1/4 ila 10/ton döküm arasında değişebilmektedir.

Alüminyumda kum kalıba dökümde hatasız ve kaliteli üretim yapmak; alaşım bileşimi, ergitme yöntemi, döküm şekli ve katılaşmayı kontrol eden soğuma şekli yanında, kalıplama tekniği ve bilhassa kalıp malzemesi özelliklerine büyük ölçüde bağlı olmaktadır.

Kalıp malzemesinin esas görevi döküm boşluğu şeklini meydana yetirmek ve bu şekli, sıvı metal dökülüp katılaşana kadar saklayabilmektedir.

Kalıp malzemesi başlıca üç bileşenden meydana gelir:

1) Gerekli refrakter özelliği sağlayan kum taneleri,

2) Kum içinde doğal olarak bulunan veya sonradan ilave edilen bağlayıcı,

3) Bağlayıcı etkisi ile kum tanelerinin birbirini tutmasına imkan veren ve dolayısıyla kumu uygun bir kalıp malzemesi haline getiren su.

Alüminyum döküm, kokil döküm ve döküm proseslerinde döküm işleminin kalitesini etkileyen başlıca faktör kokil kalıp tır.

Bunların başlıcaları; dönme hızı, döküm sıcaklığı, döküm hızı ve kalıp sıcaklığıdır. Bu faktörlerin etkileri daha çok gerçek savurma döküm için incelenmiştir. Dönme hızının ayrıca döküm yapısı gerek tane boyutunu küçültücü  gerekse mikro bileşenlerin  homojen dağılımını sağlayıcı bir etki de vardır.

Döküm sıcaklığı ise katılaşma şeklini etkilediğinden bu sıcaklığın seçiminde, dökümden istenen yapıda olması göz önünde tutulmalıdır. Düşük sıcaklık maksimum tane küçülmesi ve eşekseni kristallerin oluşumuna yol açar. Yüksek sıcaklık ise bir çok alaşımda kolonsal yapıyı teşvik eder. Genel uygulamada seçilen sıcaklık, yeterli metal akışını sağlayan, iri taneli oluşumuna ve sıcak yırtılmaya sebep olmayacak yükseklikteki sıcaklıktır.

Döküm hızını kontrol eden birinci faktör, döküm işleminin, sıvı metalin soğuyup hamur haline geçmeden bitirilmesi gereğidir; bununla beraber çok yüksek döküm hızları türbülans’a ve hatta sıvı metalin saçılmasına yol açabilir. Oysa yavaş hızla dökümün, yönlenmiş katılaşmayı ve beslemeyiteşvik etmek ve sıcak yırtılma eğilimini azaltmak gibi uygulamada büyük önem taşıyan avantajları vardır.

Kalıp malzemesinin kım yerine metal oluşu önemli oranda tane küçülmesine neden olur. Ancak kalıp sıcaklığının yapı üzerindeki etkisi ikinci derecededir. Birinci ve en önemli etki kalıbın sıcaklık etkisiyle genleşebilme  kabiliyetidir; genleşme miktarı  ne kadar fazla olursa, özellikle gerçek  savurma dökümde, sıcak yırtılma  riskide o kadar az olacaktır.

Gerçek savurma döküm uzun yıllardır boru  üretiminin başta gelen yöntemi olmuştur. Gerek dökülmüş halde kullanılan dökme demir veya çelikten borular, gerekse dökülüp işlenerek kullanılan silindir laynerleri, piston ringleri  uygulamaya örnek olarak verilebilir. Yarı savurma döküm için, bakır dişli çelik makara dökümleri; savurmalı döküm için ise  CO-Cr alaşımından dişçilikte gereksinilen dökümler, uygulama alanlarına örnektir.

Kokil kalıptan döküm ile yapılan alüminyum döküm parçanın refrakter bir pota içerisindeki (Al) katı metalinin ergime noktasına kadar ısıtılmasında, metal ile temas halinde bulunan gazlar reaksiyona girebilirler. Bu reaksiyon özellikle oksijenle olur. Katı metal ile katı refrakter  arasındaki reaksiyon o kadar yavaştır ki çoğu kez ihmal edilebilir.

Oksijen yada sıvı metal içinde çözünebilir veya üzerinde filim veya toz halinde bileşik bileşik olarak toplanıp sonradan cürufa katılabilir. Ergimiş oksijen hemen her zaman çok zararlıdır. Oksijen kontrolü ve giderilmesi, vakum da ergitme ve deoksidasyon gibi özel tekniklerle gerçekleştirilir.

Bazı alaşımlarda oksidasyon reaksiyonundan sıvı metal’den istenmeyen elementlerin giderilmesi için yararlanılır; Bir elementin diğeri ile reaksiyona girme kaabiliyeti ”kimyasal potansiyel” ile ifade edilir. Her reaksiyonda bir enerji değişimi söz konusudur. Kimyasal potansiyel kullanmaya elverişli veya serbest olan enerjinin ölçüsü olup, reaksiyon için itici gücü teşk,leder. Birçok element için reaksiyon potansiyeli veya serbest enerjisi tesbit edildikten sonra bunların karşılıklı kimyasal reaktivileri mukayese edilebilir. Mukayese datalara serbest enerji veya kimyasal potansiyel diyagramları olarak gösterilir.

Alüminyum alaşımlarının döküm özelliklerinin iki nokta üzerinde incelenmesi uygun olur.

AKICILIK

Akıcılık, sıvı metalin kalıp boşluğunu tam olarak doldurma yeteneği olarak tanımlanır. Döküm işleminden önce kullanılacak erimiş metalin yeterli akıcılığa sahip olup olmadığını farklı sıcaklıklarda spiral döküm yaparak belirlenir. Döküm işleminde dökülen malzemenin akışkanlığını ya da dökülebilirliğini etkileyen başlıca parametreler:

  • Döküm sıcaklığı
  • Katılaşma ısısı
  • Sıvı metalin ısı içeriği
  • Sıvı metalin bileşimi
  • Katılaşma türü ve aralığı
  • Yolluk sistemi
  • Kalıbın (kum, metal, seramik) ısı iletme kabiliyeti
  • Kalıp malzemesinin ıslanma özelliği
  • Döküm şartları (metal sıcaklığı, hızı, döküm yükseldiği, statik basınç)
  • Besleyici ve çıkıcılardır.

Sıvı metalin akıcılık özelliği spiral deneyi ile ölçülür. Alüminyum alaşımlarının bu özelliği bir dereceye kadar zayıftır. Alaşımlama alüminyuma akıcılık kazandırır. Alaşımlarda ötektik bileşimler en yüksek akıcılık değerlerine sahiptir. Alaşımda bulunan cüruflar ve yabancı maddeler akıcılığı olumsuz yönde etkileyebilirler.

Alaşımlarda meydana gelen alümina, sıvı maden yüzeyinde, zar şeklinde bir kabuk oluşturur. Bu kabuk sıvının akıcılığını önleyerek azaltır. Bu etki, sıvı yüzeyinin büyüklüğü ile artar. Alaşımların tekrar ergitilmelerinde alümina artacağı için, akıcılık giderek azalır. Bu durum, aynı zamanda alaşımın mikroyapısını kabalaştırır ve mekanik özelliklerini düşürür. Kalıp kumlarının özellikleri de alaşımın akıcılığını etkiler.

Akıcılığa etki eden bir diğer faktör sıvı alüminyumun viskozitesidir. Viskozite bir sıvının yüzey gerilimi ve atomlar arası difüzyonla akıcılığa karşı göstermiş olduğu direnç olarak tanımlanmaktadır.
ÇEKME (Katılaşma Çekmesi)

Hacim küçülmesi diğer alaşımlardaki gibi gerçekleşir. Bu özellik alüminyumda fazladır. Alaşımlarında azalmakla beraber, birçok alaşımlara göre yine yüksektir (%6,7). Bu yüzden katılaşma çekmesi pek çok hata (çöküntüler, çatlama, çarpılma vb.) meydana getirebilir. Özgül ağırlığın azlığı (2,7 gr/cm3) besleme zorluğunu da ortaya çıkarır. Bunun için dökümde, bu özellikler göz önüne alınmalıdır. Alüminyum alaşımlarında en az çekme doymuş katı eriyik içindir.

Döküm Alaşımı                         Hacimsel Çekme(%)

Çeliği                                                    6

Alaşımlı çelik                                      9

Yüksek alaşımlı çelik                        10

Dövülebilir dökme demir                  5

Al                                                          8

Al–Cu4Ni2Mg                                     5.3

Al–Si12                                               3.5

Al–Si5Cu2Mg                                    4.2

Al–Si9Mg                                            3.4

Al–Si5Cu1                                          4.9

Al–Si5Cu2                                          5.2

Al–Cu4                                               8.8

Al–Sil0                                                5

Al–Si7NiMg                                      4.5

Al–Mg5Si                                          6.7

Al–Si7Cu2Mg                                  6.5

Al–Cu5                                              6

Al–MglSi                                         4.7

Al–Zn5Mg                                      4.7

Cu (saf)                                             4

Pirinç                                               6.5

Bronz                                               7.5

Al bronzu                                         4

Sn bronzu                                       4.5