Alçı ve alçı bağlı kalıplarda prizlenme genleşmesi
Setting expansion in gypsum and gypsum bonded investments
Yazar: KAAN FİLİZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alçı = Plaster ; Kalıp malzemeleri = Mold materials ; Kalıplar = Molds

Özet:
Bu çalışmada alçı bağlı dereceli hassas döküm tozlarında prizlenme genleşmesi incelenmiştir. Alçı bağlı dereceli hassas döküm kalıpları, özellikle dişçilikte ve kuyumculukta, altın gibi ergime derecesi düşük demir dışı alaşımların dökümünde kullanılır. Kalıbın bileşimi, bağlayıcı olarak kullanılan 25-27% oranında ?-alçı, refrakter özellik veren yaklaşık 70-73% oranında kuvartz ve kristobalit ile 2-5% oranında katkı ilavelerinden oluşur. Karışıma suyun ilave edilmesiyle beraber, bağlayıcı olarak kullanılan kalsine edilmiş kalsiyumsülfat yarıhidrat (CaSO4 .½ H2O) kaybettiği 1,5 mol suyu tekrar bünyesine alarak, kalsiyumsülfat dihidrat (CaSO4.2H2O) halinde kristallenerek katılaşır. Hidrate olarak büyüyen iğnesel yapılı alçı kristallerinin birbirini itmesi ve aralarında meydana gelen boşluklar sonucu prizlenme genleşmesi meydana gelir.Alçı bağlı dereceli hassas döküm kalıpları, alçının katılaşması esnasında meydana gelen prizlenme genleşmesi ve refrakter özellik veren kuvars ve kristobalitin yüksek sıcaklıklardaki polimorfik dönüşümleri sonucu, hacimsel genleşme gösterirler. Ancak bu genleşme, alçının yüksek sıcaklıklardaki kalsinasyonu ve dökülen metalin katılaşma sırasında gösterdiği çekme sonucu oluşan büzülmeyi karşılamamaktadır.Yapılan çalışmalarda önceden belirlenen çeşitli katkı maddeleri ilave edilerek alçı bağlı dereceli hassas döküm tozu karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımlardan uygun kalıp numuneleri dökülmüştür. Dökülen numuneler üzerinde çeşitli aralıklarla genleşme ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen değerler doğrultusunda katkı maddelerinin prizlenme genleşmesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Katkı maddelerinin miktarları optimize edilerek döküm esnasındaki toplam büzülmeyi karşılamak amacıyla en yüksek genleşme değerleri elde edilmeye çalışılmıştır. Döküm deneyleri sonucunda yüksek genleşme sağlanan numuneler ile referans numunelerinin taramalı elektron mikroskobu kullanılarak yüzey görüntüleri alınmış ve kalıp yüzeylerinin morfolojisi karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The objective of this study is to analyze the setting expansion of gypsum bonded investment. Gypsum bonded investments are utilized, particularly in dentistry and jewelry production, for casting non ferrous alloys with low melting points such as gold. The composition of the investment material consists of 25-27% ?-gypsum as binder, 70-73% quartz and cristobalite as refractory materials and 2-5% of additives. When water is added to the mixture, the calcinated calciumsulfate hemihydrate (CaSO4 .½ H2O), which is used as binder, regains the 1,5 mole of water it had lost and solidifies after having crystallized as calciumsulfate dihydrate (CaSO4.2H2O). Setting expansion occurs as a consequence of the push between the hydrated and growing needle-like crystals of gypsum and the cavities that result from this action.Gypsum bonded investments expand volumetrically as an outcome of the setting expansion that takes place during the set of the plaster and the polymorphic phase transitions of refractory materials such as quartz and cristobalite at high temperatures. However, this expansion does not compensate for the calcination of the plaster and shrinkage of the solidified alloy during cool down.During the researchs, which were carried out for this study, gypsum bonded investment powders were prepared by inserting various predetermined additives. From these mixtures, appropriate investment mould samples were casted. The dimensional changes of the setting plaster specimens were measured at certain intervals. In light of the values found during these experiments, the influence of additives on setting expansion was analyzed. In order to compensate for the shrinkage of the sollidified alloy, the aim was to obtain the highest expansion values by optimizing the amount of additives. The surfaces of samples that had yielded high amounts of expansion during the casting experiments and those of reference samples were observed with Scanning Electronic Microscope and the micromorphologies of investment surfaces were compared.