Laboratuvar ölçekli Mini Ark Ocağı tasarımı ve üretimin gerçekleştirilmesi ve demir-demir dışı metallerin dökülebilirliğinin incelenmesi
Design and manufacturing laboratory scale Mini Arc Furnaces and investigation of the casting of iron-non-ferrous metals
Yazar: EMRAH GÖKDEMİR
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu projede, üniversitelerde mühendislik fakültesi araştırma laboratuvarlarında kullanılmak üzere Mini Elektrik Ark Ocağı tasarımı, tasarım sonrasında Demir – Demir dışı metallerin dökümünün yapılması ve döküm sonrası mikro yapılarının incelenmesi amaçlanmıştır. Projenin prototip kısmını 1 adet transformatör, 1 adet döküm potası ve 1 adet piston devirme sistemi oluşturmuştur. Elektrik Ark Ocağının kompakt hale getirebilmesi için özel sarım transformatör, dökümün  
 
gerçekleştirilmesi için özel boyutlara pota tasarımı ve döküm sonrası potanın kalıplara dökülmesi için lineer aktüatör piston kullanılmıştır.
Ana başlangıç malzeme olarak, düşük yoğunluklu, mukavemetli ve kullanışlı olması sebebiyle çağımızın en önemli mühendislik malzemelerinden biri olan Alüminyum kullanılmıştır. Ürün yelpazesi çok fazla olan Al, günlük hayatımızda, ulaşım araçlarında ve elektronik ürünlerde (TV ve PC vb.), gıda ve ilaç sektörlerinde kullanılmaktadır. Al ile Al alaşımlarını incelemek adına pota içerisine farklı gramaj ve yüzdelerde Cu, Mg ve Fe metalleri katılarak 3 farklı numune elde edilmiştir. Numunelerde Al miktarlarını düşürmek suretiyle, farklı metaller ekleyerek oluşturulan alaşımın özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. 1 Nolu numune (%20 Cu 20 gr-%20 Mg 20 gr-%5 Fe 10 gr-Al 150 gr), 2 no lu numune (%20 Cu 10 gr-%20 Mg 10 gr-%5 Fe 2.5 gr-Al 27.5 gr) ve 3 no lu numune (%30 Cu 15 gr-%30 Mg 15 gr-%5 Fe 2.5 gr-Al 17.5 gr) elde edilmiştir.

Metalografi çalışmalarında sırasıyla zımparalama, parlatma ve dağlama işlemleri gerçekleştirilerek elde edilen numunelere optik mikroskop ile 10x-20x-50x-100x kat büyütme uygulanmıştır. Bunun sonucunda 1. 2. ve 3 no'lu numunelerde (Al2Cu, Al2CuMg ve Al7Cu2Fe) tane sınırlarında fazlar siyah renk ile görülmüştür. Alaşım içerikleri arttıkça fazların tane sınırlarında kabalaştığı gözlemlenmektedir. Vickers Hv05 sertlik cihazı ile alınan ölçümler sonucunda 1. 2. ve 3 no lu numunenin saf Al göre sertliğinin sırasıyla 3- 4,5 -6 kat arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to design a Mini Electric Arc Furnace to be used in the research laboratories of engineering faculties at universities, to cast iron and non-ferrous metals after design, and to examine their microstructures after casting. The prototype part of the project consisted of 1 transformer, 1 casting crucible and 1 piston tilting system. A special winding transformer to make the Electric Arc  
Furnace compact, a ladle design with special dimensions to carry out the casting, and a linear actuator piston to pour the crucible into the molds after casting were used.

Aluminum, which is one of the most important engineering materials of today, was utilized as the main starting material on the grounds that it is light, durable and functional. Having a vast variety of usage, Al is used in the houses we live in, in all transportation vehicles and devices we use (phones and computers, etc.), all kinds of cables, all kinds of cabinets, shelves, counters and kitchen utensils, modern interior designs, as well as many other industries such as food, medicine and chemistry.

In order to examine Al and Al alloys, 3 different samples were obtained through adding Cu, Mg and Fe metals in different weights and percentages into the crucible. It was aimed to examine the properties of the alloy formed in the process of adding different metals by means of reducing the amount of Al in the samples. Sample No. 1 (20% Cu 20 gr-20% Mg 20 gr-5% Fe 10 gr-Al 150 gr), Sample No. 2 (20% Cu 10 gr-20% Mg 10 gr-5% Fe 2.5 gr) -Al 27.5 gr) and sample 3 (30% Cu 15 gr-30% Mg 15 gr-5% Fe 2.5 gr-Al 17.5 gr) were obtained.

The samples, which derived from the process of sanding, polishing and etching respectively in metallography studies, underwent a 10x-20x-50x-100x magnification with an optical microscope.

As a result, the phases at the grain boundaries of the 1st, 2nd and 3rd samples (Al2Cu, Al2CuMg and Al7Cu2Fe) were observed in black color. It is established that the phases become coarser at the grain boundaries as the alloy contents increase.

In conclusion the measurements carried out via the Vickers HV05 hardness device, it was found that the hardness of the 1st, 2nd and 3rd samples increased by 3-4,5-6 times, respectively, compared to pure Al.