Döküm prosesindeki katılaşma hızının alüminyum alaşımlı jantların mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of solidification rate in the casting process on the mechanical properties of aluminum alloy wheels
Yazar: ÇİĞDEM ŞATIRER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYSUN BALTACI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hızla gelişen jant sektöründe teknik beklentiler artış eğilimindedir. Tasarım esnekliği, üretilebilirlik, estetik görünüm, maliyet, korozyon direnci ve geri dönüşüm avantajları sağlaması göz önünde bulundurulduğunda Al-Si alaşımlı jantlar otomotiv sektöründe tercih edilmektedir. Otomobil jantları karmaşık bir geometriye sahiptir. Estetik görüntülerinin yanında hafif ağırlık, yüksek dayanıklılık ve iyi yorulma ömrü gibi birden fazla mekanik tasarım kriterlerini yerine getirmelidir.
Jantlar; seri üretimine geçmeden önce, numune ve ön seri fazlarında çeşitli doğrulama ve onay testlerinden geçmek zorundadırlar. Jantın kalitesi, otomobilin kalitesi ve sınıfı için önemli bir göstergedir. Ürün tasarım süreçlerinde kullanılan simülasyonlar, imalat maliyetini düşürürken aynı anda ürün yaşam döngüsünü artırmada mekanik dayanımı yorumlama açısından önemli bir rol oynamaktadır.
Alüminyum alaşımlarının düşük basınçlı dökümünde, proses performansını artırmak amacıyla değişkenler üzerinde çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Katılaşma hızı, dökümün mikroyapısının belirlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Daha hızla katılaşan döküm ürünleri daha homojen mikroyapılara sahip olmaları nedenleriyle daha iyi bir mukavemete ve sünekliğe sahiptir. Döküm alüminyum alaşımlarının mikroyapısı geliştirilerek mekanik performans kontrol altında tutulabilir ve geliştirilebilir.
Geleneksel deneme yanılma yöntemi yerine büyük endüstriyel uygulamalar için hızlı ve güvenilir alternatif yaklaşımlar sağlaması nedeniyle tercih edilen bilgisayar destekli döküm simülasyonları, döküm sürecinin dinamik davranışını ortaya koyarak bütün döküm süreçlerini modelleme yeteneğine sahiptir. Buna bağlı olarak günümüzde yeni ürün geliştirme paradigmasında önemli bir yere sahiptir.
Döküm simülasyonlarıyla daha iyi bir süreç kontrolü sağlanmasıyla, işleme kusurlarının miktarı azaltılabilir ve dayanıklılık değişkenliği kontrol altında tutulabilir. Bu çalışmada, Magma yazılımı kullanılarak döküm prosesindeki katılaşma hızının alüminyum alaşımlı jantların mekanik özelliklerine etkisinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Simülasyon sonuçları, katılaşma hızının mekanik dayanımın önemli fonksiyonlarından biri olduğunu göstermektedir.

Anahtar sözcükler: Mekanik dayanım, katılaşma hızı, döküm simülasyonu, soğuma hızı

Abstract:
In the rapidly advancing wheel industry, technical expectations are on the rise. Considering design flexibility, manufacturability, aesthetic appearance, cost, corrosion resistance, and recycling advantages, Al-Si alloy wheels are preferred in the automotive sector. Automobile wheels have complex geometries and need to fulfil multiple mechanical design criteria such as lightweight, high durability, and good fatigue life alongside their aesthetic appeal.
Before moving into mass production, wheels must undergo various verification and approval tests in prototype and pre-production phases. The quality of a wheel is a significant indicator of the quality and class of the automobile. Simulations used in product design processes play a crucial role in interpreting mechanical strength to simultaneously reduce manufacturing costs and enhance product lifecycle.
In the low-pressure die casting of aluminum alloys, various studies are conducted on variables to enhance process performance. Solidification rate plays a vital role in determining the microstructure of the casting. Castings that solidify faster have more homogeneous microstructures, resulting in improved strength and ductility. The microstructure of cast aluminum alloys can be controlled and enhanced by developing better mechanical performance.
Computer-aided casting simulations are preferred due to their ability to provide rapid and reliable alternative approaches for large-scale industrial applications, allowing better process control and reducing the variability of defects in materials. These simulations have the capability to model the dynamic behaviour of the entire casting process, making them an essential part of the modern product development paradigm.
By enabling better process control, these simulations can reduce the amount of processing defects and keep the variability of durability under control. In this study, the aim is to evaluate the impact of solidification rate in the casting process on the mechanical properties of aluminum alloy wheels using the Magma software. Simulation results demonstrate that the solidification rate is a significant factor affecting the mechanical strength, highlighting its importance as a fundamental function.

Keywords: Mechanical strength, solidification rate, casting simulation, cooling rate