Scientific poster example

BÜTÜNLEŞİK ALÜMİNYUM KÖPÜKLERİN
DÖKÜM YÖNTEMLERİ İLE ÜRETİMİ
Ahmet GÜNER a, Niyazi ERUSLU b
a Alanya Mühendislik Fakültesi, Akdeniz Üniversitesi
b Yalova Üniversitesi
Şekil 1:Döküm yöntemi ile üretilen alüminyum
alaşımlarındaki kabuk yapısı ve iç kısımlardaki köpük[4]
Bütünleşik
köpük
sistemi,
polimer
malzemelerde uzunca bir süredir başarıyla
uygulanmaktadır. Metal bütünleşik köpük
döküm
yöntemi,
polimer
enjeksiyon
teknolojisinin döküm teknolojisine transfer
edilmesi ile metal dökümlerinde elde edilen
yeni bir sistemdir. Döküm yöntemi ile
üretilmiş bütünleşik köpüklü metal, dış
kısmında bir kabuk ve iç kısmında köpüklü
bir yapıya sahip olup, nihai şekilde
malzemenin
üretim
maliyetini
azaltmaktadır.
Elde
edilen
köpük
malzemelerin
otomotiv
sektöründe
kullanılması , sigorta firmalarınca özellikle
istenmektedir. Bu çalışmada bütünleşik alüminyum köpük sistemlerinin döküm
yöntemi ile üretim süreçleri detaylı şekilde tartışılacaktır.
1.Giriş
2.3.Hassas Dökümle Metalik Köpük Üretimi
Hassas dökümde polimer köpük kullanımı yönteminde poliüretan malzemeden
gözenekleri açık polimer köpük üretilir. Polimer köpüğe ısıya dayanıklı reçine emdirilir.
Bu işlemin sonunda mum kalıp yöntemine benzer olarak polimer köpük ısıl işlem ile
sistemden çıkarılır. Böylece hassas dökümde doldurulacak olan boşluk köpük yapısı
ortaya çıkar. Döküm sırasında ince detaylara sahip döküm boşluğunun doldurulabilmesi
için kalıp ısıtılır. Basınçlı hassas döküm yöntemlerinden biri kullanılarak açık hücreli
metalik köpük, döküm yöntemi ile elde edilmiş olur. Bu yöntemin ticari adı DUOCEL’dir.
6101 ve A356 gibi alüminyum alaşımları kullanılır [5, 10, 11, 12].
2.4.Yüksek Basınçlı Pres Döküm YöntemiyleMetalik Köpük Üretimi(HP-IFM)
Kalıp boşluğu tamamen dolduruluncaya kadar geçen süre standart basınçlı pres döküm
yöntemi ile aynıdır. Kalıp içerisini dolduran metal 10- 150 milisaniye bekleme süresinden
sonra, 200 - 500 milisaniye aralığında genişlemeye başlar. Bu genişleme süresi standart
sisteme göre biraz daha fazladır ve bu sırada oluşan basınç standart sisteme göre
yüksektir. Gaz ajanları olarak adlandırılan köpük yapıcılar toz takviye olarak ilave edilir.
MgH2 ve TiH2 yaygın olarak kullanılmaktadır. Gaz ajanlarının seçiminde önemli olan
çözünme sıcaklığı ve çözünme süresidir. Sıvı metalin içerisinde bulunan gaz ajanları gaz
oluşumunu başlatınca kalıp içerisindeki basınç artmaya başlar [13].
Bu sistemin kontrol edilebilmesi için metal kalıbın bir yüzeyinin belirli bir miktar basıncı
düşürmek için döküm boşluğunu genişletecek biçimde kontrollü hareketi sağlanır (Şekil
4).
Alüminyum köpükler düşük yoğunluk ve yüksek darbe absorbe etme özelliği başta
olmak üzere diğer özellikleriyle de farklı endüstri kollarında birçok kullanım alanı
bulmaktadır. Hücre yapısına göre açık ve kapalı olmak üzere iki gruba ayrılırlar.
Farklı kullanım alanları metalik köpüklerin imalatının da gelişmesinesebep olmuştur.
Metalik köpükler polimer köpüklere göre geri dönüşebilme özelliğine, daha iyi
mukavemet değerlerine ve sıcaklık direncine sahiptirler [1-3]. Döküm yöntemiyle
üretilen metallerin diğer yöntemlerle üretilen metalik köpüklere göre en büyük
avantajı, dış yüzeyinde oluşan kabuktur (Şekil 1). Bu sayede gözenekleri açık
değildir. Korozyon, mukavemet gibi birçok özelliği diğer köpük sistemlerine göre
üstünlük göstermektedir.
Yüksek darbe absorbe etme ve ısı yalıtım özelliğinden dolayı en çok otomotiv ve
uçak sanayinde kullanım alanı bulmaktadır. Alüminyum köpüklerin diğer önemli
özellikleri, yüksek tokluk/ağırlık oranı, düşük yoğunluk, çatlak mukavemeti, on kat
daha fazla enerji absorbe etme, akustik absorbe etme özelliği, direk ateşe direnci,
biyo uyumluluk ve yüksek korozyon direncidir [5].
2.1.Kalıp Döküm Yöntemi ile Kapalı
Hücreli Metalik Köpük Üretimi
Şekil 2: Kalıp döküm yöntemi ile köpük metal üretimi [7,
8, 9]
Kalıp döküm yönteminde sıvı metalin
içerisindeki
gaz
miktarı
basınç
haznesindeki
gaz
basıncının
arttırılması ile sağlanır (Şekil 2).
Üretilmek istenen metale göre gaz
seçimi yapılır. Alüminyum
ve alaşımları için hidrojen gazı kullanılır [6]. Kalıp döküm sisteminde yönlenmiş
katılaşma kullanılır. Böylece oluşan gaz boşlukları katılaşma yönüne paralel olarak
oluşur. Bu sistemin diğer bir kullanımı da soğutucunun silindirin yan yüzlerine
uygulanmış halidir. Bu durumda silindirin merkezinden itibaren dış yüzeyine doğru gaz
boşlukları oluşacaktır. Bu sistemde dışarıdan gaz yapıcı ajanlara gerek yoktur. Yan
yüzeylerden soğutma işlemi geliştirilerek sürekli döküme uygulanmıştır [7, 8, 9].
Şekil 4:Yüksek Basınçlı Pres Dökümde Kullanılan Hareketli Kalıp Sistemi, 1 numaralı parça hareketli, 2 numaralı
parça sabittir. [13]
3.Sonuçlar
Açık hücreli ve kapalı hücreli metalik köpüklerin kullanım alanlarının artması çok geniş
bir yelpazede üretim yöntemlerinde gelişmelere vesile olmuştur. Üretim yöntemlerinden
döküm yönteminin diğer yöntemlere göre avantajı karmaşık şekilli parçaların
üretilebilmesi ve üretim maliyetinin daha düşük olmasıdır. Kaliteli köpüklerin üretim
maliyetleri kullanılan gaz ajanlarından dolayı yüksektir. Bu maliyeti düşürmek için
günümüzde farklı gaz oluşturucular ile yapılan çalışmalar vardır. Buda yeni üretim
yöntemi araştırmalarına öncülük etmektedir. Yapılan çalışmalarda elde edilen bilgiler
tam olarak gözeneklerin oluşum mekanizmasını açıklayamamaktadır. Bununla birlikte
ilave edilen gaz ajanları ile sıvı metal içerisinde gaz oluşmakta, sıvı metalin içerisinde
bulunan gaz miktarı ve ortamın gaz basıncı köpük oluşumuna etki etmektedir. Elde
edilen köpük metale parçacık ilave edilmediği takdirde daha büyük gözeneklerin olduğu
tespit edilmiştir. Bu gözenekli yapı sıvı metalin viskozitesinin düşük olmasından dolayı
kolayca bozulabilmektedir. Viskozitenin artması için sıvı metale ilave edilen parçacıklar
köpürme esnasında gözenek duvarının çökmemesine yardımcı olurken belirli bir
orandan sonra hücresel yapının oluşumuna olumsuz etki etmektedir. Üretim
yöntemlerine göre ilave edilecek parçacık cinsi ve miktarı değişmektedir.
4.Teşekkür
Bu çalışmaya,2014.01.0152.001nolu“Döküm Yöntemi ile İntegral Köpüklü Malzeme
Oluşturma” bilimsel altyapı projesi ile destek sağlayan Akdeniz Üniversitesi’ne teşekkür
ederiz.
Kaynakça
2.2.Sürekli Döküm Yöntemi ileKapalı
Hücreli Metalik Köpük Üretimi
Bir basınç haznesinin içerisinde bulunan
metalin içerisindeki gaz miktarı, hazne
içerisindeki gaz basıncı ile ayarlanır.
Standart sürekli döküm yöntemi ile üretim
yapılır. Sıvı metal içerisindeki gaz içeriği
katılaşma sırasında sıvı metalin içerisinde
boşluklar oluşturur. Bu boşlukların oluşum
mekanizması sıvı metallerdeki porozite
oluşum mekanizmasıdır. Bu sistemde boşluk
oluşumu için dışarıdan ilave gaz yapıcı ajana
gerek yoktur (Şekil 3) [10].
Şekil 3: Sürekli döküm yöntemi ile köpük metal
üretimi [10]
K. Y. G. Mccullough, N. A. Fleck And M. F. Ashby, “Toughness Of Aluminium Alloy Foams”, Acta Mater. Vol. 47, No. 8, 1999,
pp. 2331-2343
P. K. Pinnoji, N. Bourdet, P. Mahajan, R. Willinger, “New Motorcycle Helemts Wıth Metal Foam Shell”, 2008 IRCOBI
Conference Proceedings, 17 - 19 September 2008 - Bern (Switzerland)International Research Council on the Biomechanics
of Injury, Zurich, 449-452
Y. Sugımura, J. Meyer, M. Y. He, H. Bart-Smıth, J. GrenstedtAnd A. G. Evans, “On The Mechanıcal Performance Of Closed
Cell Al Alloy Foams”, Acta mater. Vol. 45, No. 12, 1997, pp. 5245-5259
J. Hartmann and V.Jüchter, FLOW-3D News: Summer 2012 - Application Note, Department of Materials Science, Chair of
Metals Science and Technology (www.wtm.uni-erlangen.de), University of Erlangen-Nuremberg
Dr. Ing. C.Kammer, Goslar, “Aluminium Foam”, Training in Aluminium Application And Technologies, TALAT Lecture 1410,
Pp. 1-24
J. Banhart, H. Seeliger, “Aluminium Foam Sandwich Panels: Manufacture, Metallurgy and Applications”, Advanced
Engineering Materials 10(9), 2008, 793–802
T. Bum Kim, S.e Suzuki and H. Nakajima, “Effect of Conditions of Unidirectional Solidification on Microstructure and Pore
Morphology of Al-Mg-Si Alloys”, Materials Transactions, Vol. 51, No. 3, 2010, pp. 496 to 502
G. JIANG, Y. LI, and Y. LIU, “Experimental Study on the Pore Structure of Directionally Solidified Porous Cu-Mn Alloy”,
Metallurgıcal And Materıals Transactıons A, Volume 41a, December, 2010, pp. 3405-2312
A. V. KUZNETSOV, K. VAFAI, “Development and investigation of three-phase model of the mushy zone for analysis of
porosity formation in solidifying castings”, Int. J. Heat Mass Transfer. Vol. 38, No. 14, 1995, pp. 2557 to 2567
H. Nakajima, “Fabrication, properties and application of porous metals with directional pores”, Progress in Materials Science
52, 2007, pp. 1091–1173
V. C. SRIVASTAVA, K. L. SAHOOXX, “Processing, stabilization and applications of metallic foams. Art of science”, Materials
Science-Poland, Vol. 25, 2007, No. 3
J. Banhart, “Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams”, Progress in Materials
Science 46, 2001, 559 to 632
C. Körner, M. Hirschmann and H. Wiehler, “Integral Foam Moulding of Light Metals”, Materials Transactions, Vol. 47, No. 9,
2006, pp. 2188 to 2194
H. N. G. Wadley, “Cellular Metals Manufacturing”, Advanced EngineeringMaterials, 4, No. 10., 2002

Download Report