Çelik kompozisyonunun katılaşma davranışı ve ingot kalıp tasarımındaki etkisi
The effect of steel composition on solidification behavior and ingot mold design
Yazar: GAMZE ATİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEYMA DUMAN ; PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Düşük alaşım çeliği = Low alloy steel ; Kalıp tasarımı = Mold design ; Yüksek alaşım çeliği = High alloy steel ; Çelik = Steel

Özet:
Bu çalışmada ingot kalıp tasarımının ingot katılaşma davranışı üzerindeki etkisi sonlu elemanlar yöntemiyle simüle edilerek incelenmiş ve deneysel olarak yapılan döküm sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca farklı çelik kalitelerinin ingot kalıp tasarımındaki etkisi incelenmeye çalışılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemini kullanan MAGMASoft katılaşma simülasyon programına üretimde kullandığımız parametrelerin benzerini girerek simülasyon gerçekleştirilmiştir. 4 farklı ingot kalıp geometrisinin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Bulunan en kötü ve en iyi kalıp geometrisi seçilerek 100 kg kapasiteli laboratuvar tipi vakum indüksiyon ocağında (VIM) farklı kimyasal kompozisyonlara sahip çeliklerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarında çeliğin katılaşması sırasında oluşabilecek iç yapı hatalarını tahmin edebilecek değerler incelenmiştir.  Porozite ve mikroporozite yüzde olarak belirlenirken, katılaşma davranışı sıcaklık gradyanı ve soğuma hızına bağlı parametreler olan Niyama ve Hot Spot FS Time değerleri ile kantifiye edilmeye çalışılmıştır.
Yapılan simülasyon çalışmaları yuvarlak kalıp geometrisinden kare kalıp geometrisine gidildiğinde ve kalıbın eğim açısı arttırıldığında porozite ve mikroporozite miktarlarının düştüğünü ve daha az hata barındırma ihtimali olan bir katılaşma yapısı oluştuğunu göstermiştir. Dökümü gerçekleştirilen 2 farklı ingot kesitinde yapılan incelemeler simülasyon sonuçları ile fiziksel sonuçların örtüştüğünü göstermiştir. Yüksek alaşımlı çelik kalitelerinde porozite oranı daha yüksek olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effect of ingot mould design on ingot solidification behaviour was simulated using the finite element method and compared with experimental casting results. In addition, the effect of different steel grades on ingot mold design has been tried to be examined. As input to the MAGMASoft simulation program, which uses the finite element method, similar parameters used in production tried to be defined. A total of four different ingot mould geometries with round and square sections with 2 different taper angles were simulated. Two of these moulds were selected and prepared, and the casting of different steel grades into these moulds was carried out in a laboratory-type vacuum induction furnace (VIM) with a capacity of 100 kg. In the simulation results, the values that could predict the internal structure errors that might form during the solidification of the steel were examined. While the porosity and microporosity were determined as percentages, they tried to quantify with the Niyama and Hot Spot FS Time values. These values were the parameters depending on the temperature gradient and cooling rate of the solidification behaviour.
Simulation studies had shown that when moving from round mould geometry to square mould geometry and increasing the taper angle of the mould, the amount of porosity and microporosity decreases. Furthermore, a solidification structure with less probability of error was formed. The examinations made on two different ingot sections that were cast showed that the simulation results and the physical results matched. It has been observed that the porosity rate is higher in high alloy steel grades.