Kaybolan köpük yöntemiyle alüminyum dökümleri içinhızlı soğutma işleminin geliştirilmesi
For aluminum castings with the lost foam methodimproving fast cooling process
Yazar: İBRAHİM TÜTÜK
Danışman: PROF. DR. KEREM ALTUĞ GÜLER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Ablasyon = Ablation ; Dökümler = Castings ; Soğutma = Cooling

Özet:
Direkt su soğutma (DSS) yönteminin kaybolan köpük döküm (KKD) yöntemi için
uygulanmasına ablasyon döküm çalışmalarından ilham alınarak başlanmıştır. DSS
işleminde, soğutma işlemi ablasyon döküm yönteminin tersine kalıp bozumu yerine
doğrudan parçaya uygulanarak KKD yönteminde kullanılan serbest kum sayesinde
parçanın doğrudan soğuması sağlanmaktadır. Bu çalışmada KKD yöntemiyle birleştirilen
DSS işleminin uygulanabilirliği değişen çeşitli parametreler çerçevesinde incelenmiştir.
A356 alüminyum alaşımı kullanılarak 710 ve 750 °C olmak üzere iki farklı sıcaklıkta
dökümler yapılmıştır. Döküm işlemlerinde DSS işlemine kalıp dolumundan 60, 90, 120,
150 ve 180 saniye sonra başlanmıştır. Bunlara ek olarak her iki sıcaklık için referans
numuneler dökülmüş ve tamamen kalıpta soğuma sağlanmıştır. Su soğutma işleminde
tüm sıcaklık ve süreler için 225 ve 450 ml/s olmak üzere iki farklı su debisi ile
uygulanmıştır. Bütün parametreler için döküm sırasında ısıl analiz işlemi yapılmış olup
elde edilen soğuma eğrileri incelenmiştir. Elde edilen döküm parçalardan çıkarılan
numuneler de gerçekleştirilen mikroyapı incelemelerinin ardından ikincil dendrit kolları
arası mesafe (SDAS) ölçümleri gerçekleştirilmiş ve her numune için sertlik ve çekme testi
verileri ölçülmüştür. Sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.  
710°C ve 750°C de dökümü yapılan referans numunelerde SDAS değerleri sırasıyla 64 ve
81µm ölçülmüştür. Uygulanan DSS işlemi ile her iki sıcaklık için SDAS değerleri 41 ve 35
µm mertebesine düşmektedir. Referans numunelerde 50 HB civarı ölçülen sertlik
değerleri, DSS işlemi sayesinde döküm sıcaklığı, uygulanan debi ve bekleme süresinden
bağımsız olarak 60 HB civarı ölçülmüştür. Bu artışın ana nedeni DSS işleminin SDAS
değerlerini düşürmesi ve ötektik Si yapısını inceltmesidir. DSS işlemi uygulanan
numunelerin hepsinde referans numuneye göre mekanik özelliklerde artma eğilimi göze
çarpmaktadır. Uygulanan çekme deneyleri sonucu referans 710°C ve 750°C
numunelerinde sırasıyla 138 ve 119 MPa çekme dayanımını ölçülmüşken bu değerler
DSS işlemi uygulanan numunelerde ortalama 150 MPa seviyesinde ölçülmüştür. Yüksek
debi ile 90s bekleme süresinden sonra DSS işlemi uygulanan 750°C numunesinde sertlik
değeri 59 HB olarak hesaplanırken hızlı soğutulduktan sonra yaşlandırma işlemine tabii
tutulan aynı numunede sertlik değeri 82 HB olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
The application of the direct water cooling method (DWC) with the lost foam casting
(LFC) technique started with inspiration from ablation casting studies. In the direct water
cooling process, water is directly applied to the partially solidified part instead of mold
breaking, and the part is cooled instantaneously. In this study, the applicability of the
direct water cooling process combined with the lost foam casting method was
investigated with various parameters. In this study, castings were made at two different
temperatures, 710 and 750°C, using A356 aluminum alloy. Following the casting
procedures, the DWC processes were started 60, 90, 120, 150 and 180 seconds after the
mold filling. In addition to these, reference samples for both temperatures were poured
and completely cooled in the mold. The water cooling processes were applied with 225
and 450 mm/s water flow rates for all temperatures and times. For all parameters,
thermal analyses were performed and cooling curves were obtained for all related
parameters. Characterization processes were carried out on the samples taken from the
cast parts obtained following the castings. Secondary dendrite arm spacing (SDAS) and
eutectic layer distance measurements were made on the microstructures. Hardness and
tensile test values were calculated for each sample and the results were analyzed
comparatively. 
SDAS values of 64 and 81µm were measured in reference samples cast at 710°C and
750°C, respectively. With the applied DSS process, SDAS values for both temperatures
decrease to the order of 41 and 35 µm. The hardness values measured around 50 HB in
the reference samples were measured around 60 HB, independent of the casting
temperature, applied flow and waiting time, thanks to the DSS process. The main reason
for this increase is that the DSS process reduces the SDAS values and thins the eutectic
Si structure. In all of the samples applied DSS treatment, there is a tendency to increase
in mechanical properties compared to the reference sample. As a result of the applied
tensile tests, the tensile strengths of 138 and 119 Mpa were measured in the reference
samples at 710°C and 750°C, respectively, while these values were measured at an
average of 150Mpa in the samples to which the DSS process was applied. While the
hardness value was calculated as 59 HB in the 750°C sample, which was treated with
DSS after 90s waiting time with high flow rate, the hardness value was calculated as 82
HB in the same sample, which was subjected to the aging process after rapid cooling.