Dökme demir ve çelik dökümde kum:metal oranı

Dökümhane sitesinde yayımladığımız birçok yazıda, kum ve kalıplama kaynaklı hatalar üzerinde durduk. Bu yazıda ele alacağımız konu, kum özelliklerinden ziyade kalıplama sürecini ilgilendiriyor: Kum:metal oranı.

Bu oranın doğru ayarlanmaması durumunda ortaya çıkabilen hatalar, kalıp kumundan kaynaklanan bazı hataları çağrıştırdığı için, zaman zaman dökümcüler hatanın doğru kaynağını teşhis etmekte zorlanabiliyorlar. O nedenle bu yazıda kum:metal oranı üzerinde ayrıntılı olarak durup, bu oranın hatalı ayarlanması durumunda ortaya çıkabilecek sorunları ele alacağız.

Kum:metal oranı nedir?

Öncelikle bu oranın tarifiyle başlayalım: Kum:metal oranı, bir kalıp yapıldığında, bu kalıbı meydana getiren kum ve kalıp içine giren metal arasındaki ağırlık oranını ifade ediyor. Basit bir örnek verelim. Öncelikle kalıpta kullanılan kumun ağırlığını hesaplıyoruz:

Üst derecenin ağırlığı: 80 kg
Alt derecenin ağırlığı: 80 kg
Maçaların toplam ağırlığı: 20 kg
Toplam kum ağırlığı: 180 kg

Ardından kalıp içine giren toplam sıvı metal ağırlığını dikkate alıyoruz:

Sıvı metal ağırlığı: 36 kg

Bu değerlere göre kum:metal oranı 180/36 = 5 olarak hesaplanıyor. Bunun bir oran olduğunu ifade etmek amacıyla, bu değerin çoğu zaman 5:1 şeklinde yazıldığını görebilirsiniz.

Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta var: Bu değerlendirmeyi yaparken dökülen parçanın katı haldeki ağırlığını değil, kalıp içine giren toplam sıvı metalin ağırlığını dikkate alıyoruz. Yani parçadan temizlenecek olan döndülerin ağırlığı da bu hesaplamada dikkate alınıyor.

Hatalı kum:metal oranının yol açabileceği sorunlar

Kum:metal oranı hesaplanırken sıvı metal ağırlığının dikkate alınmasının basit bir nedeni var: Çünkü bu değerlendirmeyi, kalıba giren sıvı metal miktarına bağlı olarak, kalıp kumunun ne kadar ısındığı konusunda bir fikir sahibi olmak için yapıyoruz. Eğer kum:metal oranı 1:1 ya da 2:1 gibi küçük değerlerde kalırsa, tahmin edebileceğiniz gibi kalıp içinde az miktarda kum olduğunu ve kalıba nispeten yüksek miktarda sıvı girdiğini anlıyoruz. Bu da doğal olarak kalıp kumunun daha çok ısınacağı anlamına geliyor (yüksek kum:metal oranına sahip bir kalıba kıyasla).

Kum:metal oranının düşük olması durumunda kalıp kumunun sıcaklığı çok arttığı için, sistemdeki kum ısınarak rutubetini ve dolayısıyla mekanik özelliklerini hızlı bir şekilde kaybetmeye başlıyor. Bunun doğal sonucu olarak dökülen parçalarda kalıp kopması, kum boşlukları ya da kum yalaması gibi problemler ortaya çıkmaya başlıyor. Bu nedenle düşük kum:metal oranıyla çalışılan durumlarda, mutlaka kumun soğutulmasına özen gösterilmesi gerekiyor.

Dökümhanelerde durum nasıl?

Biz her ne kadar nispeten yüksek kum:metal oranlarının kullanılmasını önersek de, isterseniz pratikte durum nedir, bir de ona bakalım. Aşağıdaki grafik üzerinde İngiliz dökümhanelerinde yapılan bir araştırmanın sonuçları gösteriliyor. Hem dökme demir hem de çelik dökümhanelerindeki tipik kum:metal oranları, ilgili oranı kullanan dökümhane sayısıyla birlikte gösteriliyor.

Bu grafik üzerinde de görülebileceği gibi, dökme demir dökümhanelerinde çoğunlukla 1:1 ila 4:1 arası değerler görülürken, çelik dökümhanelerinde farklı kum:metal oranları değerlerine yönelik biraz daha homojen bir dağılım olduğu göze çarpıyor.

Kalıplama yönteminin etkileri

Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta daha var: Yukarıdaki grafiklerde, hangi kalıplama yönteminin kullanıldığına ya da parçanın geometrik özelliklerine dair herhangi bir bilgi göremiyoruz. Fakat ilgili kaynakta [1] sunulan bilgilere göre, dökme demir dökümhanelerinde yaş kum kalıplarda ideal oranın 9:1 civarında, kimyasal bağlayıcıların kullanıldığı kalıplarda ise ideal oranın 4:1 civarında olması gerektiği belirtiliyor.

Özellikle yaş kum kalıplama yapan dökümhanelerde yüksek oranlar önerilmesine rağmen, ülkemizde de ekonomik gerekçeler göz önüne alınarak 3:1 ila 5:1 arası gibi, nispeten düşük değerlerin tercih edildiğini görebiliyoruz. Böyle düşük oranlar kullanıldığında, sıvı metalin teması sonucunda kalıp kumunun çok ısınabileceğini akılda tutmakta fayda var. Örneğin kum:metal oranı 7:1 ve üzerindeyken 50°C – 70°C arasında değişen kum sıcaklığı, 2:1 ve altında indiğinde 250°C gibi değerlerin üzerine çıkabiliyor.

Eğer nispeten düşük bir kum:metal oranıyla çalışıyorsanız, aşırı kum ısınması nedeniyle meydana gelebilecek kalıp kopması, kum boşlukları ya da kum yalaması gibi hataların önüne geçebilmek için bentonit miktarını arttırmanızı ve değirmene girmeden önce hava veya çiller yardımıyla kum sıcaklığını düşürmenizi tavsiye edebiliriz.

Kaynaklar ve ek bilgiler

Foundry Technology. P.R. Beeley. Butterworth-Heinemann (2001) 235.

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.

Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)