Hassas dökümde boyutsal hassasiyete ve yüzey kalitesine etki eden unsurlar
The factors affecting the dimensional accuracy and surface quality in the investment casting process
Yazar: KEREM ALTUĞ GÜLER
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Döküm yöntemleri = Casting methods ; Hassas döküm yöntemi = Precision casting method ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
İlk uygulama örnekleri çok eski çağlara dayanan hassas döküm yöntemi, modern üretim teknikleri içerisinde de olukça önemli bir yere sahiptir. Hassas döküm yöntemi, işlenerek üretilmesi zor karmaşık şekilli parçaların üretiminde kullanılan veya işlenmesi zor metallerden tek kademede parça üretmek için tercih edilen özel bir döküm yöntemidir. Yöntemin hassaslığı kullanılan harcanabilen modelden gelmektedir. Modeller, düşük ergime sıcaklığına sahip ve kolay şekillendirilebilen genellikle mum veya benzeri bir plastik esaslı malzemeden üretilmektedir. Model ergitilerek kalıptan uzaklaştırıldığı için kalıplarda ayırma yüzeyi bulunmaz, kullanılan model ve kalıp malzemelerine bağlı olarak da yüzey kalitesi ve boyutsal hassasiyet geleneksel kum kalıba döküm yöntemlerine göre yüksektir. Hassas döküm, son veya son şekle yakın bir üretim sağladığı için döküm sonrası işlemleri en aza indirger.Hassas döküm yönteminin kabuk ve dereceli olmak üzere iki çeşidi vardır. Kabuk hassas döküm yönteminde model ağacı çevresinde katmanlı bir seramik kabuk oluşturulur. Dereceli hassas döküm yönteminde ise kalıp, içi boş silindirik bir derece içerisinde oluşturulur. Modelin yerleştirildiği derece içerisine hazırlanan seramik çamurunun dökülmesi ile kalıp tek kademede yapılır. Dereceli hassas dökümün başlıca kullanım yerleri kuyumculuk ve ağız içi protezlerin üretimidir.Bu çalışmada dereceli hassas kalıba döküm yöntemi ile yüksek boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesine sahip parça dökümü için alçı ve yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemesinin geliştirilmesi ve kalıplama prosedürünün tespiti hedeflenmiştir. Laboratuvar şartlarında üretilen kalıp malzemeleri ve endüstriyel olarak kullanılan ticari kalıp malzemeleri ile dökümler yapılmış ve gerçekleştirilen karakterizasyon çalışmalarıyla çeşitli değişkenlerin yüzey kalitesi ve boyutsal hassasiyet üzerindeki etkisi araştırılmıştır.Alçı bağlı kalıp malzemeleri özellikle kuyumculukta takı üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve nispeten düşük döküm sıcaklığına sahip (< 1200 °C) metal ve alaşımların dökümünde tercih edilmektedir. Laboratuar şartlarında ticari alçı bağlı kalıp malzemeleri ile aynı özellikleri gösteren alçı bağlı kalıp malzemeleri geliştirilmiş ve döküm işlemlerinde başarıyla kullanılmıştır. Dereceli hassas döküm kalıp malzemelerinden yüksek sıcaklık (>1200 °C) dökümlerine uygun olanları çoğunlukla fosfat bağlı olanlardır. Bu malzemeler yine kuyumculukta ve ayrıca ağız içi protezlerin dökümünde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemeleri fosfat bağlı kalıp malzemelerine alternatif bir türdür. Laboratuar şartlarında yüksek alümina çimentosu üretilmiş ve bu bağlayıcı bileşen ile çeşitli kalıp malzemesi kompozisyonları geliştirilmiş ve özellikleri fosfat bağlı ticari malzemeler ile karşılaştırılmıştır.Deneysel çalışmalar sonucunda öncelikle tez çalışmasının ana amacı olan alçı bağlı ve yüksek alümina çimentosu bağlı kalıp malzemelerinin geliştirilmesi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Dereceli hassas döküm yönteminde boyutsal hassasiyete ve yüzey kalitesine etki eden unsurlar da büyük ölçüde tespit edilerek nedenleri ve nasıllarıyla birlikte ortaya konmuştur. İleriye yönelik olarak, çalışma konusu özellikle bağlayıcı morfolojilerinin değiştirilmesi ve geliştirilmesi yönünde devam ettirilebilir.

Abstract:
Investment casting is one of the important modern manufacturing technique and its prior applications are dating back to ancient times. Investment casting technique is used for fabrications of complex shaped components or hard metals and alloys which are difficult to produce with machining. The precision of the technique comes from disposable pattern. Generally patterns are made from wax or similar polymer based materials which have low melting points and can be easily shaped. Patterns are removed from moulds with melting and there is no parting line on the cast parts. Depending on the pattern and mould materials, dimensional accuracy and surface quality of the investment castings are significantly higher than conventional sand cast products. Investment casting is a net or near net shape process so it minimizes the further processes.There are two types of investment castings process; investment shell mould casting and investment flask mould casting (block mould). In the shell mould process, pattern trees are covered with ceramic layer form a solid shell around the patterns. In the flask mould process, cylindrical hollow metal flasks are used for mould making. The flask is placed around the pattern tree and the ceramic slurry is poured into it. The main uses of the investment flask moulds are jewellery and oral prosthesis castings.In this study, determination of moulding procedure and development of plaster bonded and high alumina cement bonded investments to produce castings with high dimensional accuracy and surface quality were aimed. Laboratory made and commercial investments were used for casting experiments and effects of several parameters on the dimensional accuracy and surface finish were investigated by using various characterization tests.Plaster bonded investments are used for especially jewellery castings made of relatively low melting points (< 1200 °C) metals and alloys. In the laboratory conditions plaster bonded investments were developed with similar characteristics to the commercial ones and successfully used. The investments which are appropriate to the high melting point (> 1200 °C) castings are generally phosphate bonded ones. These mould materials are also used for jewellery and dental castings for many years. High alumina cement bonded investments are an alternative to the phosphate bonded investments. High alumina cement was produced in the laboratory conditions and this bonding component is used for developing new investments and their characteristics were compared with the commercial phosphate bonded investments.In the results of the experimental studies first, development of the plaster bonded and the high alumina cement bonded investments that is the main aim of the thesis was successfully realized. The factors affecting the surface quality and dimensional accuracy in the flask mould investment castings were largely determined. As a further work, research studies can be carried to modify and develop more suitable morphologies of the bonding components.