Karmaşık döküm kesitlerinin katılaşma izotermlerinin birim alan yöntemine göre matematik modellemesi ve makro döküm hatası analizi
Mathematical modelling and macro casting analysis of complex casting sections according to the unit area method
Yazar: DİLARA YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL KUNT TÜZÜNALP
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Birim Alan yaklaşımı, katılaşma izotermlerini çizmek için kullanılabilen geometri tabanlı şekil tanıma özelliğine sahip bir matematik modellemedir. Bu çalışmada, bu modellemenin karmaşık döküm parçalarına uygulanabilirliği araştırılmaktadır. Bu amaçla üç farklı döküm parçası seçilmiş, seçilen parçaların analiz için uygun kesitleri alınmış, bu kesitler AutoCAD çizim programına aktarılmış ve Birim Alan yaklaşımına dayalı basit bir izoterm hesaplayıcısı yardımıyla her kesit üzerinde katılaşma izotermlerinin nasıl çizilebileceği ayrıntılı bir biçimde anlatılmıştır. Buna göre, Birim Alan yaklaşımına dayalı dış köşe, iç köşe, silindir dairesel yüzey ve silindir düzlemsel yüzey formülleri kullanılarak kesitlerin hangi bölümü hangi formüle uyuyorsa, o formül kullanılarak ilgili köşe izotermleri çizilmiş, daha sonra bu köşe izotermleri en yakın teğet ve paralel taşıma metodları kullanılarak birbirine bağlanmıştır. Birim Alan yaklaşımına dayalı katılaşma izotermleri tamamlandıktan sonra kalan büyük boşluklar tanımlanarak katılaşma sırasında oluşabilecek olası makro döküm hatalarının yerleri belirlenmeye çalışılmıştır. Her parça için elde edilen katılaşma izotermleri ve bulunan hata noktaları Magmasoft® döküm simülasyon programının aynı döküm şekilleri için verdiği Porosity ve Hot Spot FSTime simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Buna göre, Birim Alan yaklaşımının verdiği makro hata noktaları ile Magmasoft porosity sonuçları kısmen uyumludur. Birim Alan yaklaşımına göre bulunan hata noktaları gözeneklerin yerini belirleyebilmekte ancak gözenekliliğin parçanın diğer kısımlarına yayılma etkisini tam olarak belirleyememektedir. Buna karşılık, Birim Alan yaklaşımının verdiği makro hata noktaları ile Magmasoft® döküm simülasyon programının verdiği Hot Spot noktaları arasında çok yüksek korelasyon söz konusudur. Bu korelasyonu daha çok artırmak için, döküm parçaların karmaşıklığı ile orantılı olarak, Birim Alan yaklaşımına göre analiz edilecek kesit sayısının yeterli sayıda artırılması daha sağlıklı sonuçlar vermektedir.

Abstract:
The Unit Area approach is a geometry-based mathematical modeling with shape recognition feature that can be used to plot two-dimensional solidification isotherms. In this study, the applicability of this modeling to complex casting parts was investigated. For this purpose, three different casting parts were selected, sections suitable for analysis were taken, these sections were transferred to the AutoCAD drawing program and drawing the solidification isotherms on each section with the help of a simple isotherm calculator based on the Unit Area approach was explained in detail. Accordingly, using the formulas of square outer corners, square internal corners, cylindrical round surfaces and cylindrical planar surfaces based on the Unit Area approach, the relevant corner isotherms are drawn using the formulas, whichever part of the sections fits which formula, and then these corner isotherms are joined by using the closest tangent and parallel joining methods together. After the drawing of the solidification isotherms based on the Unit Area approach have been completed, the remaining large gaps have been defined, and the locations of possible macro casting defects that may occur during solidification have been investigated. The solidification isotherms obtained for each part and the defect points found were compared with the Porosity and Hot-Spot FSTime simulation results provided by the Magmasoft® casting simulation software for the same casting shapes. Accordingly, macro defect locations given by the Unit Area approach and Magmasoft porosity results are partially compatible. The defect locations found according to the Unit Area approach can determine the location of the pores, but cannot fully determine the effect of porosity to spread to other parts of the part. On the other hand, there is a very high correlation between the macro defect points provided by the Unit Area approach and the hot-spot locations provided by the Magmasoft® casting simulation program. In order to further increase this correlation, increasing the number of sections to be analyzed according to the Unit Area approach, in proportion to the complexity of the cast parts, gives more accurate results. The Unit Area approach provides approximate results on the shape of the defect locations, but it can show their exact location with greater precision.