Kum emmesi, metal veya metal oksitlerin kum taneleri arasındaki boşluklara kum tanelerini yerlerinden oynatmadan dolması ile oluşan bir döküm hatasıdır. Sert kum kalıplarda çok ufak boyuttaki boşluklar olmasına rağmen, bu döküm hatası meydana gelebilir. Sert kalıp kum emmesi döküm hatasının nedeni tam olarak bilinmese de, kalıp içindeki nem ortamının bu döküm hatasına sebep olduğu düşünülür.
Hatayı meydana getiren faktörlerin çoğu;
- nem,
- sıcaklık,
- metalin oksitlenme hızı ve
- metalin kum ile arasındaki temas derecesi
ile alakalıdır. Reaksiyonların yüksek sıcaklık kimyasından dolayı olması, çalışma zorluğu meydana getirmektedir.
Açıkca belirtmek istersekl basit maden akışından fazla bir durum söz konusu olduğu ortadadır. Çünkü mevcut porozluklar yani gözenekler normal maden akışının boşluklar içine girmesi açısından çok küçük yapıdadırlar. Boşlukların içine doluş ancak metal veya metal bileşiklerinin buharı nedeniyle söz konusu olabilir.
Madenin haraketi, bir ihtimal bir tür kılcal yolla madenin kuma temasına, artı metal veya metal bileşiklerinin yüzey gerilim karakteristiklerine bağlı olabilir. Bazı metal oksitlerin saf metalin ergime sıcaklığından birkaç yüz derece aşağıda sıvı halde oldukları zaten bilinmektedir. Metal oksit silis oluşumları (Örneğin fayalit) çok düşük ergime noktalarına sahiptir ki büyük ihtimalle kum kalıp içine kılcal akış için yüksek eğilim gösterirler .
Kumun metal ile teması, genel olarak önemli bir faktör olması nedeniyle sıkı kalıp emmesinin özel bir dart sakatı olarak bilinmesinin bazı sebepleri vardır. Bu döküm hatasında, tek kum taneleri oksitlenmiş metal yüzeylerine temasa zorlanarak böylece kılcal akışı başlatırlar.
Aşağıda bahsedilen temel hatalı uygulamalardan kaçınılmalıdır.
1. Aşırı nem.
2. Madenin oksitlenmesinde herhangi bir yükselme.
3. Kum genleşmesinde veya metal statik basıncındaki herhangi bir yükseliş.
4. Herhangi bir aşırı yüksek kalıp sıcaklığı.
Kum Emmesinin Nedenleri Nedir?
Parça ve Model Dizaynı
- Keskin köşeler ya da çıkıntılı kesitler gerektiğinde,
- ince bir maça veya kum kesiti lazım olduğunda
- kalın bir metal kesiti tarafından çevrildiği durumlarda
parça ve model dizaynı bu döküm hatasını arttırıcı bir rol oynamaktadır.
Kalıp ve maça içinde oluşabilecek bu sıcak bölgeler, metal veya metal oksitleri kalıp ve maça boşluklarına sıvı ya da buhar halinde akıtabilecek yeterli sıcaklığa ulaştırır.
Modeller
(1) Model ekipmanının homojen olmayan sıkıştırmayı meydana getirecek şekilde üretilmesi.
Bu, aynı kalıpta sert ve yumuşak bölgeler meydana getirir. Çoğu zaman, sert kalıp kum emmesi gerçekte sert kalıbın yumuşak alanlarında meydana gelen emmedir. Görünüşte, aynı kalıp içinde, yüksek ve düşük geçirgenliğin birleşmesi ile (sert ve yumuşak kalıp) emmeyi daha yumuşak kısımlara yönlendirir.
Bu durum kuvvetle muhtemel, döküm anında kalıbın daha sert olan kısmının ısıtılması esnasında yumuşak kesitlerindeki yüksek nem oluşması sonucunda meydana gelir.
Bu tür homojen olmayan sıkıştırma;
- kalıp ayrım yüzeyinin,
- plâkadaki modelin konumunun,
- düşey kolonun,
- besleyicilerin,
- uygunsuz yolluk yerleşiminin
- yetersiz sıyırma açısının
sonucudur.
(2) Bir çok modelin birbirine çok yakın monte edilmesiyle, modeller arasında meydana gelen boşluklarda yeter olmayan bir sıkışma oluşturması.
Aynı model plâkasında kalın ve ince kesitli döküm parçaların birleşimi ile çoğunlukla sert kalıp kum emmesi meydana gelir. Bu durumda şaşırtıcı olan, küçük parçaların döküm hatasına daha eğimli olmasıdır.
Bunu nedeni daha büyük parçaların kum nemini daha ince kesitlere yönelterek küçük parçaların yüzey oksitlenme hızını arttırmasıdır. Farklı boyutlarda ve kalınlıklardaki model plâkasında, çeşitli parçaların aynı toplanılması halinde sert kalıp kum emmesinin tipik karakteristiği meydana gelir. Bu hal, sert kalıp kum emmesini yumuşak kalıp emmesinden ayıran özel bir haldir.
(3) Kalıp ve maça için yeterli olmayan gaz kaçağı sert kalıp kum emmesi için temel sebeptir.
Sıkı bir kalıbın gaz geçirgenliğini, buhar basıncını ve gazı tahliye edebilecek aynı zamanda da kalıp içinde var olan nem ve hava sıkışmasını önleyecek şekilde düşünmek gerekir.
Geri basıncı ve emme etkisini azaltan yollardan birkaçı şunlardır.
- Gaz çıkıcıları verilmiş dereceler,
- model ayrım yüzeyi çıkıcıları,
- maça başı çıkıcıları
- döküm havşasını rahatlatan çıkıcılar
Kalıp alanları kalıp yanında derece ayrımına doğru kritik alanlarda aşırı su buharı duvarı birikiminin oluşmasını önlemek için model bulunmayan geniş kalıp alanları için ek yolluk şeklinde kanallar gerekir.
(4) Model ekipmanının metal statik basıncını arttıracak şekilde yapılması sert ve yumuşak kalıplarda emme eğilimini arttırır.
Örneğin, bazı çalışmalar kalıpta dikey veya yatay olarak yapılabilir. Yatay montun tercih edilmesi döküm derinliğini azaltarak, statik maden basıncını düşürür.
Derece ve Aksesuarları
(1) Derece ekipmanının kalıpta homojen olmayan sıkıştırma oluşturacak şekilde dizaynının etkileri model ekipmanı bölümünde anlatılanlarla aynı/benzer etkiye sahiptir.
Bu sorunu meydana getiren derece dizayn faktörleri aşağıdaki gibidir.
Ceplerin sıkışmasını önleyen takviye demirleri.
a) Model ekipmanı için çok küçük olan dereceler ve böylece model ve derece arasının sıkıştırılma zorluğu.
Dikey kolon ve besleyicilerin uygun yerleşimini önleyen ve bu nedenle zor sıkıştırma veya yumuşak cep sağlayan takviye demirleri. Sıkıştırma plâkasının ya da kafasının hatalı bir şekilde ayarlanması, kalıbın bazı bölgelerinin fazla sıkıştırılmasına ve diğer alanların yumuşak kalmasına sebbeiyet verir.
(2) Üst kalıbın aşırı yüksek olması.
Bu durum statik maden basıncını arttırır. Bu nedenle metal ile kum arasındaki temas da artar. Bu da sıvı veya gaz metal fazlarının akışkanlığını arttırır.
(3) Modelin derece duvarına yakın olduğu durumlarda, derecelerde ve taban plâkasında gaz kaçaklarının bulunmaması istenmeyen bir durumudur.
Eğer nemin kalıp yüzeyinden normal bir şekilde çıkışına ortam sağlanmaz ise görülmedik bir yaş duvar meydana gelebilir. Daha fazla bilgi için Modeller (3) bölümüne bakınız.
(4) Metal maçalar ya da soğutucular
Metal maçalar ya da soğutucular üst kalıpta, döküm esnasında veya dökümden önce nemi yönlendiren yoğunlaştırıcı faktörü oluştururlar.
Yoğunlaşma etkisi ile ani yüksek geri basınç ile emme oluşabileceğinden patlama emmesi şeklinde nitelendirilir. Soğutucuların alt kalıpta olması halinde, dökümden önce nem birikmesine sebep olarak benzer gaz hataları oluşabilir.. Üst kalıpta iken, ergimiş metal kalıp boşluğunda yükselirken sıcak nemli havayı önünde sürükleyerek yoğunlaşma meydana gelebilir.
Yolluk ve Besleyici Sistemi
(1) Giriş ve besleyicilerin yerleşimi kumun lokal olarak fazla ısınmasına ve emmenin oluşma ihtimalinin artışına sebep olur.
Soğuk yaş kumun soğutucu etkis,i yüzeyi düzgünleştirip metalde kabuk oluşturmak suretiyle emme oluşumunu önler. Bununla beraber , kum ısınırken metal kabuğu oksitlenebilir ve “kum emmesi” için yeteri kadar sıvılaşabilir. Bu durumda, kum sıcak olduğundan, kumun soğutucu ya da pıhtılaştırıcı yararlı bir etkisi kalmaz.
Aşağıda bu tür lokal aşırı ısınmayı meydana getiren faktörler yer almaktadır;
- Dikey kalıp yüzeylerine yakın yerleştirilmiş yolluk kolonları ve besleyiciler.
- Belirli bir kalıp yüzeyinden normalden fazla maden dökülmesi/akıtılması.
- Üst kalıbın aşırı yüksek olması ya da döküm yüksekliğinin fazla olması vb gibi yüksek metal basıncına sebep olacak durumlar.
- Kalıp ile metalin temas süresini arttıran yavaş döküm hızı (uzun döküm süresi).
(2) Yolluk ve giriş kanallarının yanlış hesaplanması sert kalıp emmesine,maden yüzeyinin oksitlenmesi/redüklenmesi vb diğer benzer yüzey hatalarına sebep olabilir.
Maden dolarken, yolluk ve giriş kanallarının madenle tam olarak doldurulmuş olmaması, maden yüzeyinin oksitlenmesine sebep olur. Oksitlenen yüzeyler, sert veya yumuşak kalıplarda, yüzey emmesine daha çok eğilimlidir.
(3) Besleyici boynunun gereğinden fazla büyük olması çevresindeki kumu aşırı ısıtarak, boyna yakın olan bölümlerdeki parça yüzeylerinde emmeye neden olabilir.
Genel olarak sıcak madenin girdiği aktif besleyicilerde bu durum daha çok görülür.
(4) Döküm sırasında kalıp içine hava emecek şekilde girdap meydana getiren yolluk kolon ve haznesi
Bu durumda madenin oksitlenme hızı artacaktır. Oksitlenmiş metalin diğer şartların ilavesi ile, emme hatası riski artacaktır.
Kalıp Kumu
(1) Kalıp içinde homojen olmayan yoğunlukta sıkıştırılmış her türlü kum şartı, yüzey emmesi riskini arttırır.
Bu durum yumuşak kalıplarda emmeye neden olur ancak sert kalıplarda etkisinin açıklanması gerekir. Kalıplar daha detaylı ve yakından incelendiğinde, sert kalıp emme hatasının çoğunlukla sert olan kalıpların yumuşak olan kısımlarında meydana geldiği görülür.
Her yeri yumuşak olan kalıplara göre, bu tarzda bazı yerleri yumaşak kalmış kalıplarda “sert kalıp emme hatası” daha belirgindir.
Kalıp sertliğinin homojen olmamasının nedenleri aşağıda belirtilmiştir.
a) Yeterli sıkıştırmaya engel olan ve uygun olmayan kum elek dağılımı.
b) Kumun düşük akışkanlığa sahip olması ve kalıplanabilirlik özelliğini etkileyen durumlar;
- İyi karıştırılmamış kumun neden olduğu uygun olmayan nem dağılımı.
- Kumun kompozisyonunda mısır unu miktarının yüksek olması.
- Yaş deformasyonun fazla olması.
- Kumun yeteri kadar havalandırılmamış olmaması.
- Mikser veya kum silolarında kumun sıkışması.
c) Shell (kabuk maça) kum tanelerinin reçine ile yeteri kadar sarılmaması kalıplama özelliklerini olumsuz şekilde etkiler. Bu tür sarılmama probleminin nedeni değirmende karıştırma süresinin fazla olması ve bundan ötürü, kaplamanın çok fazla kalınlaşmasıdır.
d) Karbon vericiler ya da deoksidasyon malzemeleri penetrasyona engel olmak amacıyla su buharı ile reaksiyona girerek metali oksitler. Oksitlenmiş metal ise kum emmesine daha çok eğilimlidir.
e) Çelik döküm yüzey kumu veya maça kumunda yeterli demir oksitin bulunmaması kum emmesini engelleyecek direnci meydana getiremez.
(2) Fazla/aşırı ya da serbest neme sebep olan kum şartları kum emme hatasını arttırır.
Bu durum, ana nedenlerden biridir. Kum emmesini açıklamak için başvurulan tüm teoriler nem ve diğer oksitleyici gazların faktörünü en önemli sebep olarak incelerler. Aşırı nemli kumu elle kontrol ederek fark etmek mümkün olmayabilir. Bazende kum aşırı su içermesine rağmen kuru hatta temperlenmiş gibi gözükebilir.
Aşırı su ile iyi bir karışım ile kumdaki bentonitin kabul edeceği miktardan daha fazla olan rutubet kastedilir.
Serbest ya da aşırı su durumuna sebep olan durumlar aşağıdaki gibidir.
a) Rutubet segregasyonuna sebep olan yetersiz ya da uygun olmayan karıştırma süreci.
b) Bağlayıcılık özelliğini kaybetmiş diğer bir deyişle ölü malzemelerin, metalik tabakaların ve benzer malzemelerin oluşumuna sebep olan ve yetersiz kum ilâvesi. Bu çeşit malzemeler nem alır ancak temperlenmez.
c) Miksere, malzemelerin ilâve edilmesi esnasındaki yapılabilecek hatalar, yetersiz bentonit şişmesine neden olur. En iyi karışım sırası kum ilâvesiyle, bentonitten önce su vermek şeklindedir. Tekrar kullanılan kumlar için bu durum önem arz etmez çünkü kum zaten bentonit ve su içerir.
d) Değirmene katılan su miktarının yanlış ölçülmesi de aşırı suya sebep olur.
(3) Sıcak kum oda sıcaklığından 8-11 oC daha yüksek sıcaklıktaki kumdur.
Bu çeşit kumlar iyi bir bentonit ve su karışımına sahip değillerdir. Sıcak kumun aşırı su ihtiva etmesi nedeniyle kum emmesi meydana gelebilir ya da bentonitle sarılmamış kum taneleri oluşabilir. Bu durum ayrıca, yüzeyin hızlı kurumasına ve kumun düşük sıcaklığa sahip olmasına sebep olabilir.
Maça Pratiği
Sert kalıp emme hatası, maçadan değil, kalıptan dolayı olabilir. Ancak sert kalıp kum emmelerinde görülen ortak özellik maça yüzeyininde aynı oranda kum emmesi hatası göstermesidir. Grafit genleşmesi oluşturan gri dökme demir tipi madenlerde, sert kalıpta meydana gelen düşük kalıp duvarı hareketi de maçada kum emmesi olayını arttırır. Benzer durum sürekli kullanılan metal kalıplarda da görülebilir.
Kalıplama Pratiği
(1) Eşit olmayan sıkıştırma sert kalıplarda böyle bir hatanın ana nedenidir.
Yüksek geçirgenlik (yumuşak sıkıştırma) ile düşük geçirgenliğin (yüksek sıkıştırma) aynı kalıpta bulunması yumuşak bölgelerde nem yoğunlaşmasına sebebiyet verir. Sert kalıplarda geniş bir geçirgenlikaralığından kaçınmak için sıkıştırmanın eşit şekilde dağılması oldukça önemlidir.
Çoğu dökümcü yüksek sertlikteki kalıpla (ve eşit dağılım olmadan) 40’dan 400 geçirgenliğe ulaşan farkların oluşabildiğinin farkına varamaz.
Bu tür homojen olmayan dağılımlı sıkıştırma aşağıdaki kriterlere bağlıdır.
a) Montlar ve derin cepler iyi sıkıştırılmamış ise
b) Sıkıştırma basıncının bazı bölgelerde aşırı olması.
c) Sıkıştırma tokmaklarının iyi yerleştirilmemesi ya da ölçülerinin yanlış olması.
d) “Takalama” nın ceplerde veya model yüzeyinde sıkıştırmayı sağlayacak kadar yeterli olmaması.
(2) Modele yakın yerlerde yüksek geçirgenliğin, dolgu bölümündeyse, düşük geçirgenliğin olması nemin model yüzeyinde yoğunlaşmasına sebebiyet verir.
Bu tarz bir etki, kalıplama mekanizması kalıp yüzeyinde yüksek bir geçirgenlik oluşturarak kalıbın geri esnemesine imkan sağladığında ortaya çıkmıştır.
(3) Kalıpların boyanmaması-yetersiz boyanması-kalıp spreyinin kullanılmaması- yetersiz kullanılması
Kalıplar sıkı olsa bile, kalıpta penetrasyona yol açacak boşluklar meydana gelebilir.
(4) Kalıp boyasının yeteri kadar kurutulmaması – hiç kurutulmaması, penetrasyonun en önemli nedeni olarak düşünülür.
(5) Kalıp ayrım tozlarının fazlaca /aşırı kullanılması penetrasyonun ana sebebidir.
Kalıp ayrım tozlarının çoğunluğu, penetrasyon etkisinin en fazla olduğu noktada kum yüzeyinin havalanmasını önler ve yüzey kuru mukavemetini azaltır.
Kalıp ayırım tozları iki türde olabilir.
- Sıvı ayıraçlar
- Çok düşük ergimeye sahip kuru ayıraçlar.
(6) Kalıp boyası için “baume” çok düşük olduğunda boyanın kurutulması oldukça zorlaşabilir ve bu yöntemle yüksek rutubetli bir yüzey oluşumuna sebebiyet verir.
(7) Penetrasyonu önlemek amacıyla yüzey kumu kullanıldığında, kalıp yüzeyini kaplamakta yetersiz olunması önemli bir etken olabilir.
Kalıp kumu adı altında ölçülen fazla nemin, yanlış tane iriliğinin ve diğer etkilerin sonucunda; kalıp yüzeyi kaplanmamış bölgelerde penetrasyon görülebilir. Yanlış tip yüzey kaplama ile yetersiz yüzey kaplama benzer/aynı etkiye sahiptir.
(8) Sıcak ve soğuk malzemelerin kalıpta bir bütün oluşturması (maçalar, kalıplar, supportlar ve soğutucular) döküm sırasında ya da öncesinde rutubetin yoğuşmasına neden olur.
Yoğuşma dolayısı ile meydana gelen serbest rutubet penetrasyona neden olur.
Maden Analizi
(1) Düşük yüzey gerilimine sahip metal oksitler, kum kalıbın boşluklarına kılcal akışı sağlarlar.
Sıvı oksitlerin, kuma karşı moleküler bir ilgileri vardır. Demir metallerde, örneğin, fayalit filmlerinin FeO miktarındaki yükselme, kum yüzeylerinde penetrasyon oluşumunu arttırır. Tersi durumda, aluminyum oksit filmleri yüksek yüzey gerilimine sahiptirler ki bu da sıkı kalıpların penetrasyonuna daha az sebebiyet verir.
(2) Döküm sıcaklığında yüksek buhar basıncına sahip metaller, örneğin gri dökme demir, 1430 oC’de daha etkili bir buhar basıncına sahiptir.
Çeliğin döküm sıcaklığında ki basıncından demirin buhar basıncı on kat daha fazladır. Diğer taraftan 2000 oF (1093oC) altındaki sıcaklıklarda aluminyum ölçülebilen bir buhar basıncına sahip olmaz. Pirinç ve bronz’un kimyasal bileşimine bağlı olarak buhar basınçları değişir. Bronz’un döküm sıcaklığında kurşunun belli bir buhar basıncı vardır.
(3) Kum ile reaksiyona giren metal oksitler akışkan kompleks silikatlar oluştururlar.
Akışkan kompleks silikatlar çok yüksek penetrasyon kabiliyetine sahiptirler. Tipik olarak belirtmek gerekirse yüksek reaktif oksit, FeO’tir. Demir oksitin (FeO) kum ile birleşiminden düşük ergime sıcaklığına sahip fayalit oluşur.
Ergitme Pratiği
Oksidasyona sebebiyet veren ergitme pratiği metal penetrasyonuna olan meyili de arttırır.
Bu tür uygulamalar şunlardır:
1) Akışkanlığı önleyen oksijen gidericilerin aşırı kullanılır ise.
Redükleyici malzemelerin kullanım amacı metalin oksitleyici ortamda eritilmesini sağlamaktır.
2) Çok yüksek sıcaklıklarda yapılan ergitmeler, oksidasyona olan meyili arttırır.
Döküm Pratiği
(1) Döküm sıcaklıkları çok yüksek ise
Döküm sıcaklığı yolluk sisteminde ve potada oksidasyonun arttışına sebep olabilir . Aynı zamanda metalin ve metal oksit filmlerinin akışkanlığını attırarark kumu ısıtır ve penetrasyona sebep olur.
(2) Döküm yüksekliğinin fazla olması
Aşırı yükseklik döküm sırasında metal ile kum arasında temas basıncını arttırarak yüksek metal basıncına sahip olur. (Üst derece yüksekliğinin fazla/aşırı olması durumu gibi)
Çeşitli Nedenler
(1) Kalıp boşluğu içinde serbest rutubet ihtiva eden herhangi bir faktör penetrasyonu arttırır.
Çünkü nem yani rutubet, sıvı metal ile temas ettiği zaman güçlü bir oksidasyon meydana gelir ve kalıptaki buhar basıncını, kum ve metal arasında sıkı teması arttırıcı bir faktör oynar.
(2) Kalıpların çok geç açılması ya da çok soğuk soğuması penetrasyona neden olabilir.
Katılaşma sonrası yani katı durumdaki bu tür bir penetrasyon sert kalıp penetrasyon için spesifik bir örnektir. Çoğu üretim departmanları için, kalıplama makinasındaki geçici duruşlar, öğlen yemeğindeki duruşlar ya da arıza duruşları penetrasyona neden olabilirler.
(3) Metalik boyanmış kum, serbest ya da aşırı suyun yüzdesini arttırmaya meyillidir.
Metalik boyanmış kum düşük erime karakteristiğinede neden olacağından, emmenin erime derecelerini hızlandırır. Dökme demir uygulamalarında, bu kum taneleri mıknatıs vasıtası ile ortaya çıkarılabilir. Demir dışı uygulamalarda ise mikroskopla görüntüleme yapmak gereklidir. Sonuçta böylelikle kumun kil ve su bileşimine olan ihtiyaç artışı ile geçirgenlikteki artışın kıyaslaması yapılabilir.
Kum ya da bağlayıcılar tıpkı Sodyum silikat ve furfural alkol maça bağlayıcılarında da olduğu gibi metal oksitlerle kimyasal olarak reaksiyona girerek penetrasyonun artmasına sebep olabilir.
