Kalıptan çıkan parçalar dışarıdan kusursuz görünür, fakat işleme veya sızdırmazlık testinde ortaya çıkan küçük boşluklar partiyi hurdaya çıkarır. Bu tablo, alüminyum döküm gözenekliliği ile karşılaşan birçok dökümhanenin ortak sorunudur.

Gözeneklilik tek bir nedene bağlı değildir. Eriyik kalitesi, fırın sıcaklığı, metal transferi, enjeksiyon parametreleri, kalıp ısısı ve parça tasarımı aynı sonucu farklı yollardan doğurabilir. Bu yazıda gözenek türlerini, oluşum nedenlerini ve üretim hattında uygulayabileceğiniz önlemleri adım adım ele alıyoruz.

Alüminyum döküm gözenekliliği nedir ve neden önemlidir?

Gözeneklilik, katılaşmış döküm parçanın içinde veya yüzeyine yakın bölgesinde kalan boşluklardır. Boşluklar mikroskobik boyutta olabileceği gibi, kesit alındığında gözle görülecek büyüklüğe de ulaşabilir. Parçanın mekanik dayanımını düşürür, yorulma ömrünü kısaltır ve basınç altında çalışan gövdelerde sızıntıya yol açar.

Etkisi, parçanın görevine göre değişir. Dekoratif bir kapak için küçük bir yüzey gözeneği kabul edilebilir. Hidrolik bir gövde, motor bloğu veya akü kutusu gibi parçalarda ise aynı kusur doğrudan reddedilme nedenidir. Müşteri kabul kriterleri çoğu zaman gözenek boyutunu, sayısını ve bulunduğu bölgeyi ayrı ayrı sınırlar.

Gözenekliliği önlemenin en kolay yolu, hangi türle karşı karşıya olduğunuzu doğru tanımlamaktır. Çünkü gaz gözeneği için işe yarayan bir önlem, büzülme gözeneğinde hiçbir fark yaratmayabilir.

Gözeneklilik türleri: Gaz, büzülme ve oksit kaynaklı boşluklar

Dökümhanelerde üç temel gözenek grubu görülür. Her birinin kesitteki görünümü ve çözüm yolu farklıdır.

Gaz gözenekliliği

Gaz gözenekleri genellikle yuvarlak ve yüzeyi pürüzsüz boşluklar olarak görünür. Katılaşma sırasında alüminyumda çözünmüş hidrojenin metalden ayrılması bu boşlukları oluşturur. Sıvı alüminyum, katı alüminyuma göre çok daha fazla hidrojen çözebilir. Metal soğurken bu fazla gaz çıkış yolu arar ve hapsolursa gözeneğe dönüşür.

Büzülme gözenekliliği

Alüminyum sıvıdan katıya geçerken hacim kaybeder. Kalıbın son katılaşan bölgesine yeterli sıvı metal ulaşmazsa bu bölgede düzensiz, köşeli ve çoğu zaman dallanmış boşluklar oluşur. Kalın et bölgeleri, sıcak noktalar ve yetersiz besleme bu türün en sık nedenleridir.

Oksit ve hava hapsi kaynaklı boşluklar

Türbülanslı dolum sırasında metal yüzeyindeki oksit filmi eriyiğin içine katlanabilir. Aynı şekilde kalıp boşluğundaki hava, metal akışıyla birlikte parçanın içine hapsolabilir. Bu durumda gözenekler genellikle düzensizdir ve oksit katmanlarıyla birlikte görülür. Basınçlı dökümde en sık karşılaşılan problemlerden biridir.

Eriyik hazırlığında gözenekliliğin oluşma nedenleri

Gözenekliliğin büyük bölümü kalıba hiç girmeden, ergitme ve bekletme aşamasında şekillenir. Bu yüzden önce fırın tarafına bakmak mantıklıdır.

Hidrojen kaynakları

Eriyikteki hidrojenin ana kaynağı neme dayanır. Nemli külçe, kirli veya yağlı geri dönüş malzemesi, ıslak kepçe ve alet, nem çeken flux, hatta havadaki yüksek bağıl nem hidrojeni artırabilir. Sıcak alüminyum su buharıyla temas ettiğinde ayrışma reaksiyonu hidrojen verir.

Şarj malzemesini kullanmadan önce kurutmak ve ön ısıtmaya almak basit fakat etkili bir adımdır. Kullanılan kepçe, çubuk ve numune kaplarının da eriyiğe daldırılmadan önce tamamen kuru olması gerekir.

Sıcaklık ve bekletme süresi

Eriyik sıcaklığı yükseldikçe hidrojen çözünürlüğü artar. Metali gereğinden yüksek sıcaklıkta tutmak hem enerji tüketimini hem de gaz alma ihtiyacını büyüttür. Uzun bekletme ise oksit oluşumunu artırır.

Tutma fırınının sıcaklık kararlılığı bu yüzden önemlidir. Dalgalanan sıcaklık, bir saat önce temizlenen eriyiğin kalitesini sonraki saatlerde düşürebilir. Alüminyum tutma fırınları, sıvı metali ihtiyaç duyulan sıcaklıkta sabit tutarak bu riski azaltmak için kullanılır.

Cüruf ve oksit birikimi

Fırın yüzeyinde biriken cüruf, şarj sırasında karışırsa eriyiğe oksit taşır. Her şarjdan sonra cürufu almak ve fırın duvarlarındaki birikintiyi düzenli temizlemek gerekir. Alaşım değişimlerinde ayrıca temizlik yapılmazsa önceki üretimden kalan kalıntılar yeni partiye geçebilir.

Ergitme ve tutma aşamasını birlikte planlamak için alüminyum ergitme fırınları seçerken dikkat edilecek kriterleri okuyabilirsiniz.

Gaz alma ve filtreleme ile eriyik kalitesini yükseltmek

Eriyikteki hidrojeni ve oksitleri azaltmanın yerleşik yöntemi, gaz alma işlemidir. Dönen bir rotor, eriyiğin içine argon veya azot gibi inert bir gaz verir. Çok küçük kabarcıklar yükselirken hidrojeni üzerine çeker, aynı zamanda oksit parçacıklarını yüzeye taşır. Yüzeyde toplanan cüruf ise alınır.

Verimli bir gaz alma için üç parametre birlikte düşünülmelidir:

• Rotor devri: Çok düşük devir kabarcıkları büyük bırakır, aşırı yüksek devir ise yüzeyde girdap oluşturup yeniden oksit karıştırabilir.
• Gaz debisi: Kabarcık sayısını ve temas yüzeyini belirler.
• İşlem süresi: Fırın kapasitesi ve alaşıma göre belirlenir, her şarj için sabit tutulmalıdır.

Erdem Makina'nın gaz alma ve cüruf giderme makinaları, 0-750 d/dak ayarlanabilir rotor devri ve ayarlanabilir flux dozajlayıcı gibi özelliklerle bu parametreleri kontrol edilebilir hale getirir. Rotor ayarları hakkında ayrıntılı bilgi için rotor devri ve gaz alma ayarı yazımıza göz atın.

Gaz alma işlemi sonrasında seramik köpük filtreler, metalin kalıba giden yolunda oksit ve kalıntıları tutabilir. Filtrenin, yolluk sisteminde türbülans yaratmayacak şekilde konumlandırılması gerekir.

Temizlenmiş eriyik, kalıba taşınırken yeniden kirlenebilir. Gaz almaya harcanan emek, açık ve türbülanslı bir metal transferiyle kolayca boşa gidebilir.

Metal transferi ve dozajlama gözenekliliği nasıl etkiler?

Eriyik fırında temiz olsa bile kepçeyle taşınması sırasında yüzeydeki oksit filmi kırılır ve metalin içine karışır. Kepçenin hızlı daldırılması, metalin yüksekten dökülmesi ve beklemeler hem sıcaklık kaybettirir hem de kirlilik artırır.

Dozajlı ocak sistemleri bu noktada fark yaratır. Her çevrimde aynı miktarda metali kontrollü biçimde veren sistem, kepçeyle yapılan manuel transferdeki değişkenliği azaltır. Dolum miktarı sabit kaldığında şarj kovanı doluluk oranı da tutarlı olur. Bu, hava hapsi riskini yönetmenin temel şartlarından biridir.

Alçak basınçlı dökümde sıvı metal kalıba alttan, kontrollü basınçla yükselir. Alçak basınç dozajlı ocaklar, proses parametrelerinin ölçülmesi ve ayarlanması imkânı sunar. Türbülansı azaltmak istediğiniz parçalarda bu kontrol önemli bir avantajdır. Hangi sistemin tesisinize uygun olduğunu karşılaştırmak için dozajlı ocak ile tutma fırını yazımızdan yararlanabilirsiniz.

Basınçlı dökümde hava hapsi: Enjeksiyon, kalıp ve havalandırma

Yüksek basınçlı dökümde metal kalıp boşluğuna çok yüksek hızla girer. Bu hız, kalıbın içindeki havanın tamamen dışarı atılmasını zorlaştırır. Hapsolan hava, gaz gözeneğine benzer boşluklar oluşturur.

Şarj kovanı ve yavaş faz ayarı

Kovan doluluk oranı düşükse, yavaş faz sırasında metalin üzerinde fazla hava kalır. Yavaş faz hızı yanlış ayarlanırsa metal kovan içinde dalga yapar ve havayı kendi içine alır. Doluluk oranını artırmak ve yavaş faz profilini hava çıkışına göre ayarlamak sık kullanılan düzeltmelerdir.

Hızlı faz, yolluk ve havalandırma

Giriş hızı çok yüksek olduğunda metal püskürerek dolar ve hava kapanır. Yolluk kesiti ve kapı hızı parça geometrisine göre dengelenmelidir. Kalıp boşluğunun son dolan noktalarına hava kanalları ve taşma cepleri eklemek, havanın dışarı çıkmasını kolaylaştırır. Vakum destekli sistemler, hava hapsinin kritik olduğu parçalarda bu etkiyi daha da güçlendirir.

Kalıp spreyi ve kalıp sıcaklığı

Kalıp yüzeyine uygulanan ayırıcı ve soğutma spreyi, fazla miktarda kullanıldığında kalıpta ıslak bölgeler bırakır. Bu nem sıvı metalle temas edince buharlaşır ve gaz oluşumuna katkı sağlar. Öte yandan çok az sprey kalıbın aşırı ısınmasına ve yapışmaya neden olabilir.

Spreyleme süresi, açısı ve miktarı her çevrimde aynı olmalıdır. Otomatik sistemler bunu tutarlı hale getirir. Erdem Makina alüminyum enjeksiyon robotları arasında yer alan EMY-08 PLUS kalıp spreyleme robotu, her eksen ve nozul grubu üzerinde kontrol sağlar. Enjeksiyon presiyle senkron hareket ettiğinde çevrim başına süre kazancı da sunar.

Kalıp sıcaklığı da gözenekliliği etkiler. Soğuk bölgelerde metal erken donar ve birleşme çizgilerinde boşluklar oluşur. Aşırı sıcak bölgelerde ise büzülme riski artar. Termoregülatör kullanımı kalıp sıcaklığını dengeli tutmanın yollarından biridir.

Büzülme gözenekliliğini azaltmak için tasarım ve proses önlemleri

Büzülme gözeneklerini gaz alma ile çözemezsiniz. Burada sorun, katılaşma sırasında eksilen hacmin sıvı metalle telafi edilememesidir.

• Et kalınlığı dengesi: Parçada ani kalınlık değişimlerinden kaçının. Kalın bölgeler en son katılaşır ve besleme alamazsa boşluk bırakır.
• Üçüncü faz basıncı: Katılaşma başlarken uygulanan yoğunlaştırma basıncı, kalan sıvı metalin boşluklara itilmesini sağlar. Basıncın zamanlaması ve değeri parça bazında optimize edilmelidir.
• Yolluk kesiti: Yolluk çok erken donarsa basınç kalın bölgeye iletilemez.
• Lokal soğutma: Sıcak noktalara yerleştirilen soğutma kanalları veya sıkıştırma pimleri katılaşmayı yönlendirir.
• Metal sıcaklığı: Çok düşük sıcaklık beslemeyi zorlaştırır, çok yüksek sıcaklık toplam büzülmeyi artırır.

Büzülme çoğu zaman kalıp tasarımı aşamasında kararlaştırılır. Bu nedenle üretime geçmeden önce katılaşma simülasyonu yapmak, sonradan kalıp değiştirmekten çok daha ucuzdur.

Gözenekliliği tespit etme yöntemleri

Sorunu yönetmek için önce ölçmek gerekir. Gözenekliliği hem eriyik hem de parça seviyesinde izlemek en doğru yaklaşımdır.

Eriyik kalitesi kontrolü

Azaltılmış basınç testi (RPT) ve yoğunluk indeksi, eriyikte ne kadar gaz bulunduğunu hızlıca gösterir. Numune küçük bir kapta vakum altında katılaştırılır ve yoğunluğu ölçülür. Gaz alma işleminden önce ve sonra yapılan karşılaştırma, rotor ayarlarının işe yarayıp yaramadığını net biçimde ortaya koyar.

Parça kontrolü

• Röntgen (X-ray): Kritik parçalarda iç boşlukları kesmeden gösterir.
• Bilgisayarlı tomografi: Boşluğun üç boyutlu konumunu ve hacmini verir.
• Kesit alma: İlk numune onayında veya sorun incelemesinde hızlı ve ucuz bir yöntemdir.
• Sızdırmazlık testi: Basınç altında çalışan parçalarda hatalı ürünü hat üzerinde ayırır.
• İşleme sonrası yüzey kontrolü: Talaşlı imalat sırasında açılan gözenekler çoğu zaman en pahalı hurda kaynağıdır.

Her kusuru parça numarası, kalıp, vardiya ve eriyik partisiyle ilişkilendirirseniz, tekrar eden nedenleri çok daha hızlı bulursunuz.

Gözenekliliği azaltmak için uygulanabilir kontrol listesi

Aşağıdaki liste, hurda oranı yükselen bir hatta ilk bakılacak noktaları sıraya koyar:

1. Şarj malzemesinin kuru ve temiz olduğunu doğrulayın.
2. Aletleri, kepçeleri ve numune kaplarını eriyiğe girmeden önce ısıtın ve kurutun.
3. Eriyik sıcaklığını gereğinden yüksek tutmayın, sıcaklık dalgalanmasını izleyin.
4. Gaz alma parametrelerini yazılı reçeteye bağlayın ve her şarjda uygulayın.
5. Gaz alma öncesi ve sonrası yoğunluk indeksi ölçün.
6. Cürufu düzenli alın, fırın duvarını temizleyin.
7. Metal transferini en aza indirin, mümkünse dozajlı sistemle kontrol edin.
8. Yavaş faz ve hızlı faz parametrelerini hava hapsini azaltacak şekilde yeniden gözden geçirin.
9. Kalıp spreyini sabit miktarda uygulayın, ıslak bölge kalmasını önleyin.
10. Havalandırma kanallarını ve taşma ceplerini düzenli temizleyin.
11. Büzülme riski olan parçalarda yoğunlaştırma basıncını ve soğutma planını kontrol edin.
12. Kusurlu parçaları kesit alıp türüne göre sınıflandırın.

Bu listeyi hat bazında uygulamak, yaklaşımı tahminden veriye taşır. Hangi değişikliğin ne kadar iyileştirme sağladığını da gözlemlersiniz.

Sık sorulan sorular

Gözeneklilik tamamen yok edilebilir mi?

Pratikte hedef sıfır gözenek değil, parçanın görevine uygun kabul sınırlarının altında kalmaktır. Basınçlı dökümde belirli bir miktar mikro gözenek çoğu zaman doğaldır. Aslında önemli olan, bu boşlukların kritik bölgelerde toplanmaması ve sızdırmazlık ya da dayanım gereksinimini bozmamasıdır.

Gaz alma her şarjda gerekli mi?

Bu, eriyiğin geçmişine, alaşımına ve parçanın kalite gereksinimine bağlıdır. Geri dönüşüm oranı yüksek ve bağıl nemin fazla olduğu tesislerde düzenli gaz alma daha fazla önem kazanır. Yoğunluk indeksi ölçümleri size tesisinize özel sıklığı gösterir.

Hurda oranı artıyorsa ilk neresine bakılmalı?

Önce kesit alarak gözenek türünü belirleyin. Pürüzsüz ve yuvarlak boşluklar gaz taraflı olabilir. Köşeli ve dallanmış boşluklar büzülmeyi gösterir. Tür belli olduktan sonra uygun aşama olan eriyik, enjeksiyon veya kalıp tarafına odaklanabilirsiniz.

Sonuç: Gözeneklilik bir makine değil, bir zincir sorunudur

Alüminyum döküm gözenekliliği çoğu zaman tek bir ayarla çözülmez. Eriyik hazırlığı, gaz alma, sıcaklık kontrolü, metal transferi, kalıp ve enjeksiyon parametreleri aynı zincirin halkalarıdır. Zayıf halka, diğerlerinin kalitesini de boşa çıkarır.

Sorunun nerede başladığını bulmak için önce gözenek türünü belirleyin. Ardından fırın, gaz alma, dozajlama ve kalıp spreyleme gibi aşamaları sırayla gözden geçirin. Eriyik kalitesini ölçmek, ilk anda en çok yarar sağlayan adımdır.

Tesisinizdeki gözeneklilik sorununa uygun fırın, gaz alma veya dozajlama çözümünü birlikte değerlendirmek isterseniz, Erdem Makina ekibiyle teklif alma sayfası üzerinden veya iletişim kanallarıyla görüşebilirsiniz.