Alüminyum alaşımlarının yüksek basınçlı döküm prosesi ile üretiminde farklı gaz atma sistemlerinin porozite ve proses verimliliği üzerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Alüminyum alaşımları, özellikle ağırlık azaltmanın son derece önemli olduğu havacılık, savunma ve otomotiv endüstrisinde yüksek kullanım oranına sahiptir. Basınçlı döküm teknolojisi, seri üretime uygunluğu açısından alüminyum alaşımlarının dökümünde yaygın olarak kullanılan bir üretim yöntemidir. Yüksek basınçlı döküm yöntemiyle (HPDC) üretilen alüminyum-silisyum alaşımı parçalar genellikle, ergimiş metalin kalıp boşluğuna hızlı bir şekilde enjekte edilmesi esnasında sıkışan gazların tahliye problemleri nedeniyle farklı oranlarda ve boyutlarda porozite (gaz, çekinti) içermektedir. Otomotiv sektöründe güvenilirlik beklentilerinin ve müşteri şartnamelerinin ağırlaşması nedeniyle, özellikle gaz porozite seviyeleri belirli kritik seviyelere indirilmesi arzulanmaktadur. Uygun kalıp tasarımı ve döküm proses parametrelerinin optimize edilmesi, kalıp boşluğundan havanın tahliyesini kolaylaştırarak gaz porozitesini azaltmada önemli rol oynamaktadır. Basınçlı döküm işlemlerinde kullanılan ventil (gaz atma) sistemlerinin performansı proses kalitesini önemli ölçüde etkilemektedir. Bu tez çalışmasında, yüksek basınçlı döküm sisteminde, farklı tasarımlara sahip üç farklı gaz atma sisteminin karşılaştırmalı performansı iki farklı basınçlı döküm alüminyum alaşımı (AlSi9Cu3-Fe, AlSi10Mg-Fe) parça üzerinde incelenmiştir. Farklı geometrik tasarımlara ve çalışma mekanizmalarına sahip ventil sistemlerinin ergiyik metal akış simülasyonları MagmaSoft HPDC yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen döküm parçaların kalite analizleri için X-Ray radyoskopi, bilgisayarlı tomografi (CT) ile porozite bölgeleri, porozite oran ve dağılımları belirlenmiştir. Mikroskobik incelemelerde (optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu) porozite morfolojileri ve boyutları tespit edilmiştir. Tez çalışması kapsamında gaz porozitesi nedenli hata, duruş verileri bir yıl boyunca ERP sistemi kullanılarak takip edilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda; üç boyutlu ventil sisteminin, iki boyutlu ventil ve mekanik valf sistemlerine göre daha verimli olduğu görülmüştür. 3B ventil sisteminin üretim duruşlarını ve döküm hata oranlarını önemli oranda azalttığı gözlemlenmiştir. Mikroskobik incelemelerde 3B ventil sisteminin kullanıldığı proseslerde porozite nedenli döküm hata boyutlarının 100µm 'nin altına düşürüldüğü tespit edilmiştir.

Aluminum alloys have a high utilization rate in aerospace, defense and automotive industries, especially where weight reduction is extremely important. Pressure casting technology is a production method that widely used in casting aluminum alloys in terms of suitability for mass production. Aluminum-silicon alloyed parts produced by high pressure die casting (HPDC) generally contain gas and shrinkage porosity in different percentages and sizes due to evacuation problems of gases trapped during rapid injection of molten metal into the mold cavity. Due to the increase in reliability and customer specifications in the automotive industry, it is desired to reduce the gas porosity levels to specific critical levels. Optimizing the appropriate mold design and casting process parameters plays an important role in reducing gas porosity by facilitating the evacuation of air from the mold cavity. The performance of the vent (gas evacuation) systems used in the pressure die casting processes, significantly affects the process quality. In this thesis, the comparative performance of three different gas discharge systems with different designs in the high-pressure die-cast system were examined on two different pressure die cast aluminum alloys (AlSi9Cu3-Fe, AlSi10Mg-Fe). The liquid metal flow simulations of the venting systems with different geometric designs and operating mechanisms were realized with MagmaSoft HPDC software. Regions, percentages and distributions of porosities on the examined cast parts were determined by X-Ray radioscopy and computed tomography (CT) methods. Porosity morphology and dimensions were investigated by microscopy studies by optical microscope and scanning electron microscope. Within the scope of the thesis, defects and downtime data related to gas porosity were monitored annually by using ERP system. As a result of experimental studies, the 3D venting system was found to be more efficient in order to reduce gas porosity than the 2D venting and mechanical venting systems. It has been observed that the 3D venting system significantly reduces production downtime and casting defect percentages. In the microscopic studies, it has been determined that the size of the porosity defects are reduced below 100µm in the cast parts that produced by 3D venting system.