Yarı Katı Basınçlı Döküm (SSDC), 50-100 MPa basınç altında 580-620°C'de bir metal bulamacının (20-60% katı) enjekte edilmesini içerir. Bu, küresel bir mikroyapı oluşturarak mukavemeti 20%'ye kadar artırır. Kesme hızları tipik olarak 10 s-¹'nin altındadır ve hassas parçalar için kontrollü kalıp dolumu sağlar. Yaygın alaşımlar arasında Alüminyum A356 ve Magnezyum AZ91D bulunur.

Hassas sonuçlar elde etmek için SSDC'nin neden tercih edildiğini öğrenin. Nasıl çalıştığını ve temel yöntemlerinin, uygulamalarının ve avantajlarının neler olduğunu keşfedin.

Yarı Katı Basınçlı Döküm Nedir?

Yarı katı kalıp döküm bir üretim sürecidir. Metali yarı katı hale getirmek için kullanılır. Bu parçalar hamur gibidir ve eşit oranda hem sıvı hem de katı şekiller içerir. Bu tür bir bulamaç, üreticinin en yüksek kalitede, karmaşık parçalar üretmesine yardımcı olur. İster otomotiv ister tüketici elektroniği olsun, endüstrilerde yaygın olarak kullanılır. SSDC parçaları daha güçlüdür ve geleneksel dökümle karşılaştırıldığında neredeyse sıfır hataya sahiptir.

 Tiksotropi ve Reopeksi

1. Reokasting (Tiksotropik Davranış)

Reokasting işlemi, standart bir metal külçeye sahip olduktan sonra başlatılır. Bu alüminyum alaşımı A356 olabilir. Metal işçileri bu külçeleri bir fırında 650°C başlangıç sıcaklığında eritir.

Bu erimiş malzeme 580°C'lik yarı katı bir sıcaklıkta soğumaya başladığında, işçiler mekanik bir karıştırıcı kullanarak 500 rpm'de döndürüyorlar. Bunu yaparak katı parçacıklar küçük küreciklere ayrılır. Boyutları 50-100 mikron arasındadır.

Karıştırma tiksotropik davranışa neden olur. Bu, 40% katı partiküllü yarı katı hal dökümüdür. İttiğinizde çok düzgün bir şekilde akar.

Bu bulamaç daha sonra araba süspansiyon parçaları gibi endüstrilerin çok yönlü bileşenlerinin dökümünde kullanılır.

2. Tiksokasting (Reopektik Davranış)

Tiksokastingde üreticiler önceden hazırlanmış kütükler kullanırlar. Bunlar magnezyum AZ91D gibi alaşımlardır. Genellikle, bu malzemede zaten uygun bir küresel mikro yapı vardır.

Metal işçileri ilk olarak bu kütükleri görmüşlerdir. Uzunlukları birçok durumda değişmekle birlikte genellikle 150 mm arasında değişmektedir. Bu kütükleri 575°C sıcaklık uygulayarak yeniden erittiler. Bu, standart tiksokasting ile uyumludur. İşlem, malzeme ideal bir yarı katı form alana kadar bir indüksiyon fırınında 15 dakika sürüyor.

Üreticiler bu malzemeyi kalıbın içine 1 m/s hızla itmektedir. Bu tiksotropikten oldukça farklıdır çünkü daha ince değildir. Bunun yerine, bir tür reopeksidir.

Bu işlem kesme altında viskoziteyi artırır (10%). Bu da türbülanslı akış ve hava hapsolması risklerinin düşük olmasını sağlar. Dizüstü bilgisayar kasaları gibi bileşenleri döktüklerinde, bu özellikler daha pürüzsüz yüzeyler üretir.

Kesme Hızı Akışı Nasıl Kontrol Eder?

Yarı katı metaller kesme oranları tipik 10 s-¹ aralığının altındadır. Kalın bir hal olarak, bir kalıp boşluğuna yavaşça hareket eder ve özellikle ince döküm ihtiyacı olan her bölümü düzgün bir şekilde doldurur.

Dar kapılar metali yüksek hızlarda ittiğinde kesme artar. Kalıbı 0,5 saniye içinde doldurarak hassas ürünler üretir.

Kesme incelmesi bir parametredir. Bu, çalışanların dökümün çeşitli aşamalarında metal akışıyla başa çıkmalarını sağlar.

Katı Fraksiyon

Katı fraksiyonu (fₛ) SSDC'deki katı içeriğin oranıdır. Üreticilerin 20% ve 60% arasında uygun bir aralıkta tuttukları şey budur.

20%'nin altındaki düşük koşullar metali akıcı hale getirir ve çok yüksek, 60%'den daha fazla, daha sert bir formla sonuçlanır. Kalıpta sıkıntıya neden olur.

Mikroyapı Evrimi

Eski dendritik yapıya kıyasla, yarı katı metal küresel veya rozet benzeri bir mikro yapıya sahiptir. Parçacıkların yuvarlak şekilli olması daha düzgün bir akış sağlar ve kusurları en aza indirir. Geliştirilmiş mukavemet ve ince kalite, bu sürecin nihai çıktılardaki temel sonuçlarıdır.

Yarı Katı Basınçlı Döküm Prosesi

Bulamaç Üretim Yöntemleri

1. Gerilmeye Bağlı Eriyik Aktivasyonu (SIMA):

Standart kütükleri satın alan üreticiler bunları 300°C'de süzdükten sonra 580°C'de yeniden ısıtmak için fırınlara koyarlar. Bu sıvı matris içinde küresel parçacıklar oluşur (50μm). Bu yarı katı işleme için yeterince iyidir.

2. Manyetohidrodinamik (MHD) Karıştırma

Elektromanyetik bobinler 500A akım kullanır. Bu, temassız 600 rpm karıştırma yapmak için çalışır. Bu işlem sonucunda 40% ideal katı hal oluşur ve kontaminasyon önlenir.

3. Soğutma Eğimli Döküm

Üretici, eğim üzerinde 620°C'de metalin erimiş halini aşağı doğru akıtır. Bu genellikle 60° pozisyonlu bakır bir eğimdir.

Yarı katı bir bulamacı 3 saniyeden daha uzun sürede elde etmek için daha hızlı soğutma kullanırlar.

Enjeksiyon Ünitesi Modifikasyonları

Seramik termal kaplamalı özel bir kısa manşon tipi kullanın. Bulamacın sıcaklığını 570°C'de tutarlar. Böylece enjeksiyon aşaması boyunca endişelenmeden döküm yapabilirsiniz.

Buna ek olarak, hassas mühendislik ürünü pistonlar kalıbın eşit şekilde dolmasını sağlar. 0,3-0,8 m/s kritik hız ile çalışır. Bu özellik işlemleri dengeler ve zararlı faz ayrılmasını azaltır. Bu, bulamacın sıvı ve katı parçacıkları arasında gerçekleşir.

Kalıp Tasarımında Dikkat Edilecek Hususlar

Kapı sistemleri söz konusu olduğunda geleneksel kalıplardan daha büyük bir 30% kesit alanı kullanmalısınız. Bu, yarı katı metallerin düzgün akışının sağlanmasına yardımcı olacaktır.

Yolluk sistemleri için kademeli eğrilikler ekleyin. Bu en az 20 mm yarıçapa sahiptir. Bunu yaparak, teknikler laminer metal akışını koruyacak ve türbülansı en aza indirecektir.

Havalandırma yarıklarından bahsetmişken, bunlar 0,1 mm genişliğe kadar hassas bir şekilde işlenmiştir. Döküm sırasında hava sıkışmasını kontrol edecektir. Burada ayrıca sızıntı sorunlarıyla da ilgilenirler.

Yarı Katı Basınçlı Dökümün Avantajları

Daha Pürüzsüz Yüzeyler ve Hassas Boyutlar

Yarı katı metal kalıp bölümlerine kontrollü bir hızda akar. Bu, sıvı metalden çok daha yavaştır. Bu da hava kabarcıklarını 90 %'ye kadar azaltır.

Normal dökümle kıyaslandığında, bu işlem büzülmeyi azaltır (0,5%), bu da soğutma sırasında 1,2%'den daha azdır. Bu aynı zamanda aşağıdaki parçaların yapımına da yardımcı olur çıtçıtlı.

Daha Güçlü Metal Yapı

Yarı katı haldeki küçük, yuvarlak, şekilli parçacıklar yeterince sıkı bir şekilde bir araya gelir. Bu, gerildiklerinde 20% daha fazla mukavemet ile daha yoğun bir yapıya sahip oldukları anlamına gelir.

Kırılmadan önce 15% daha fazla kuvvetle bükebilirsiniz. Bu parçalar, tekrarlanan strese dayanıklılıkla 30% daha uzun süre dayanır.

Daha Az Delik ve Kusur

SSDC içinde neredeyse sıfır boş alan (1 ila 2 %) vardır. Bu arada, normal basınçlı dökümün yüzde 5 ila 8 şansı vardır.

Bu işlem sayesinde hava kabarcıkları, delikler, büzülme, çatlaklar ve pürüzlü yüzey noktaları ortadan kaldırılır.

Enerji Tasarrufu

Bu işlemin bir başka özelliğinin veya faydasının da enerji tasarrufu olduğunu bilmelisiniz. Enerji kullanımını birçok yönden azaltır. Örneğin:

• Metal 680°C yerine 580°C'de ısınır.
• Daha hızlı akışlar (25%) daha az enerji kullanır.
• Çalışma sırasında malzeme israfını yüzde 15'e kadar azaltır.

Daha Düşük Üretim Maliyetleri

Yarı katı parçalar daha az parlatma makinesine ihtiyaç duyduğundan, 40%'ye kadar tasarruf sağlar.

Üretim çıktıları arasında 5% parça reddedilebilir. Bu normal süreçlerin 15 %'sinden daha azdır.

SSDC kalıplarını sadece 30000 kez yerine 50000 kez daha kullanabilirsiniz.

Yarı Katı Basınçlı Döküm Uygulamaları

Kritik Otomotiv Bileşenleri

Yarı katı basınçlı dökümün otomotiv endüstrisindeki parçaları şunlardır:

• Direksiyon mafsalları
• Motor bağlantıları
• İletim vakaları
• Fren kaliperleri

Bu süreç, yapısal detaylara sahip oldukça karmaşık parçalar üretir. Örneğin, içi boş tasarımlara sahip alt şasiler ve süspansiyon kolları.

EV'lerde (elektrikli araçlar), parçalar batarya muhafazaları ve motor muhafazalarıdır. Hafif ve dayanıklıdırlar. Ayrıca, sürekli titreşim ve termal streslerle başa çıkabilir.

Yüksek Performanslı Havacılık ve Uzay Parçaları

Yarı katı hal, hassas kalitede havacılık ve uzay bileşenleri üretir. Bunlar

• Kanat braketleri
• İniş takımı bileşenleri
• Türbin motor parçaları
• Radar muhafazaları
• Aviyonik muhafazalar
• Uydu

Dayanıklıdırlar ve daha az ağırlığa sahiptirler. Füze güdüm sistemi muhafazası yeteneği için bundan yararlanır. Kritik ortamlarda sıkı toleransları korurlar.

Ölçülen Performans Kazanımları

Saha testlerinde, yarı katı döküm fren kaliperleri eski yöntemle aşınmadan önce 80000 km dayanmaktadır. Ayrıca, uçak döküm parçaları 25% daha fazla yorulma direnci elde ediyor.

Otomotiv sektörlerinin parçaları çarpışma testlerinde çalışırken daha iyi darbe direnci (15%) kazanır.

Büyüyen Pazar Uygulamaları

Zamanla büyüyen pazar uygulamaları, SSDC'den yararlanarak yeni ürünler yaratır:

• 0,05 mm dalga kılavuzlarına sahip hassas 5G anten yuvaları.
• Bakterilere dayanıklı yüzeyler içeren tıbbi implant tepsisi.
• Daha iyi ısı dağılımına sahip drone motor gövdeleri.

Üstelik elektrikli araçlar bu işlemi 0,2 mm düzlük elde etmek için kullanıyor. Bu, bataryanın soğutma plakalarında 300 mm'lik açıklıklar boyunca.

Yarı Katı Basınçlı Dökümde Kullanılan Malzemeler

Spesifik Alaşım Tanımlamaları

Alüminyum A356 (AlSi7Mg) ve magnezyum AZ91D, yarı katı basınçlı dökümde en iyi çalışan alaşımlardır. Daha hızlı ve daha eşit bir şekilde eriyerek ideal bir doku oluştururlar.

Çünkü A356 alaşımında yüksek mukavemet vardır, bu yüzden otomotiv şirketleri genellikle 70% kullanır. Bu arada, AZ91D alaşımı hafif elektronik kasaların dökümüne iyi gider.

Reolojik Özellikler

Grafikler, SSDC alaşımlarının farklı aşamalarda ve değişen katı fraksiyonlarında (Fs) nasıl çalıştığını göstermektedir. Fs=0.37'de. Kayma hızı 1'den 10 s-¹'ye yükseldiğinde viskozitede bir düşüş gösterir.

Fs=0,48 gibi daha yüksek olan fraksiyonlar akışın kalınlaşmasını sağlar. Kalıpları doldurmak için daha fazla güç kullanırlar. Bu grafik, üreticilerin en iyi çıktıyı elde etmek için neden 0,40 ile 0,45 arasında Fs kullandıklarını göstermektedir.

Katılaşma Davranışı

A356 döküm soğuma süreleri 50°C aralığındadır. Metalin kalıbın içine yayılması için yeterli zaman sağlarlar.

Bu aralığı artırmak için 0,3% magnezyum ekleyebilirsiniz. Bu, daha iyi akış için 15°C'ye kadar yükseltmek içindir.

Tersine, AZ91D alaşımı daha hızlı bir şekilde tamamen katı bir form alır. Bununla birlikte, daha güçlü, daha ince duvarlara sahip parçalar yapar. Bunlar 2 mm'ye kadar daha kalındır.

İkincil İşleme

Parçalar genellikle daha az ikincil işleme adımına ihtiyaç duyar. Bunun nedeni, geleneksel dökümler için 0,5 mm'ye karşılık 0,1 mm yüzey kaldırmaya ihtiyaç duymasıdır.

Ayrıca, A356 alaşımının ısıl işlemden geçirilmesi, bükülme olmadan 20%'ye kadar gelişmiş mukavemet sağlar.

Yarı Katı Basınçlı Döküm vs Geleneksel Basınçlı Döküm

Süreç Parametre Karşılaştırması

Malzeme Yapısı

Yarı katı dökümdeki küresel yapı, eski dökümün yapısına göre yüzde 20 daha yüksek tokluk verir. Yaklaşık 2 % gözeneklilik içerir; tersine, 5.8%.

Maliyet Faktörleri

Ancak başlangıç maliyeti 20%'ye kadar daha yüksektir. Her şeye rağmen, malzeme israfını yaklaşık 15% ve işleme maliyetlerini 40%'ye kadar azalttığı için uygun maliyetli olabilir. Bu da ön maliyetini dengeliyor.

Ne Zaman Seçilmeli

İhtiyaç duyduğunuzda yarı katı tercih edin:

Üretim yaparken yarı katı bir kalıp döküm prosesi seçin:

• İnce duvarlar (<3mm)
• Yüksek mukavemet (>250 MPa)
• Hacim >20.000 birim/yıl
• Pürüzsüz yüzeyler (<3,2μm Ra)

Sonuç:

Yarı katı basınçlı döküm daha yüksek bir tokluk kalitesiyle yapılır. Ayrıca, normal işlemden yaklaşık 30% daha az minimum gözeneklilik ile mükemmel yüzey bitirme sağlar.

Teknik, özel alaşımlar ve pahalı başlangıç kurulumları kullanmasına rağmen, 20000 birimi aşan parçaların imalatı için uygun maliyetli hale gelir.

Yaklaşan pazar, otomotiv, havacılık ve gelişmekte olan teknolojiler genelinde SSDC uygulamalarını genişletmeyi dört gözle bekliyor. Süreç kontrolü ve takımlama alanındaki gelişmeleri keşfetmeye de odaklanıyor.