Kalıp Sıcaklığının Döküm Parça-Kalıp Arayüzey Isı Transfer Katsayısı Üzerine Etkisi

Öz

Döküm parça-kalıp arayüzeyindeki ısı transfer katsayısı döküm parçada yapısal ve mekanik özellikleri belirleyen, katılaşma hızını kontrol eden önemli bir faktördür. Arayüzey ısı transfer katsayısı yüzey pürüzlülüğü, kalıp malzemesi, alaşım tipi, katılaşma yönü, kalıp ve döküm sıcaklıkları, kalıbın genleşmesi, metalin çekmesi ve ara yüzeyde oluşan hava boşluğu gibi birçok parametreden etkilenir. Bu çalışmada arayüzey ısı transfer
katsayısının kalıp sıcaklığı ile değişiminin araştırılması ve kalıp sıcaklığına bağlı ara yüzey ısı transfer mekanizmalarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Farklı ön ısıtma sıcaklığına (323 K, 373 K, 423 K) sahip saf bakır soğutucudan ve 1023 K sıcaklıkta dökülen soğutucuya karşı yerçekimine karşı yönde katılaşan ticari ETIAL–220 döküm alaşımından zamana bağlı sıcaklıklar ölçülmüştür. Ölçülen sıcaklıklar kalıp sıcaklığının döküm parça-kalıp arayüzey ısı transfer katsayısına etkisini belirlemek için kullanılmıştır. Döküm parça-kalıp arayüzey ısı transfer katsayısı soğutucu (kalıp) sıcaklığının artmasıyla artmıştır. 323
K, 373 K, 423 K soğutucu sıcaklıkları için maksimum arayüzey ısı transfer katsayıları sırası ile 12 000 W/m2K, 20 000 W/m2K ve 25 000 W/m2K olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Döküm parça-kalıp arayüzeyi, ısı transfer katsayısı, kalıp sıcaklığı

Kaynakça

1. Vijayaram T.R., Sulaiman S., Hamouda A.M.S.,
2. “Numerical simulation of casting solidification
3. in permanent metallic molds”, Journal of
4. Materials Processing Technology, 178: 29-33,
5. -
6. Zhang B., Maijer D.M. and Cockcroft S.L.,
7. “Development of a 3-D thermal model of the
8. low-pressure die-cast (LPDC) process of A356

9. aluminum alloy wheels.” Materials Science and
10. Engineering A, 464: 295-305, 2007.
11. Srinivasan, M.N., “Heat transfer coefficients at
12. the casting-mould interface during solidification
13. of flake graphite cast iron in metallic moulds”, Indian Journal of Technology, 20(4): 123-129,
14. -
15. Michel, F., Louchez, P. R., Samuel, F. H., “Heat
16. transfer coefficient during solidification of Al-Si
17. alloys: Effects of mold temperature, coating type
18. and thickness”, AFS Transactions, 103: 275-
19. , 1995.
20. Hallam, C.P., Griffiths, W.D.,”A Model of the
21. Interfacial Heat-Transfer Coefficient for the
22. Aluminum Gravity Die-Casting Process”,
23. Metallurgical and Materials Transactions B;
24. (4): 721-733, 2004.
25. Bouchard, D., Leboeuf, S., Nadeau, J.P.,
26. Guthrie, I.L.R., Mihaiela, I., “Dynamic wetting
27. and heat transfer at the initiation of oluminum
28. solidification on copper substrates”, Journal of
29. Materials Science, 44: 1923-1933, 2009.
30. Gozlan, E., Bamberger, M., “Heat flow and
31. solidification in a metal mould source”,
32. Zeitschrift für Metallkunde, 78(9): 677-682,
33. -
34. Şahin, H.M., Kocatepe, K., Kayıkcı R., Akar, N.,
35. “Determination of Unidirectional Heat Transfer
36. Coefficient during Unsteady State Solidification
37. at Metal Chill Interface”, Energy Conversion
38. and Management, 47:19-34, 2006.
39. Şahin, H.M., Kocatepe, K., Kayıkcı R., Akar, N.,
40. “The effect of surface roughness of chill on the
41. interfacial heat transfer coefficient in eutectic
42. Al-Si casting”, Journal of the Faculty of
43. Engineering and Architecture of Gazi
44. University, 21 (3): 473-481, 2006.
45. Akar, N, “Katılaşma sırasında döküm-kalıp
46. arayüzeyinde ısı transfer katsayısının
47. incelenmesi", Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi
48. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 3-120, 2006.
49. Akar, N ve Yalçın, N., “Effect of silicon content
50. in Al-Si alloys on heat transfer coefficient at
51. casting-mold interface", Journal of the Faculty
52. of Engineering and Architecture of Gazi
53. University, 22 (3): 451-459, 2007.
54. Akar, N, Şahin H.M., Yalçın, N., Kocatepe K.,
55. “Experimental study on the effect of liquid metal
56. superheat and casting height on interfacial heat
57. transfer coefficient", Experimental Heat
58. Transfer, 21:83–98, 2008.
59. Griffiths, W.D., “Heat-Transfer Coefficient
60. during the Unidirectional Solidification of an Al-
61. Si Alloy Casting”, Metallurgical and Materials
62. Transactions B, 30: 473-482, 1999.
63. Hallam, C.P., Griffiths, W.D, Butler, N.D.,
64. “Interfacial heat transfer between a solidifying
65. aluminum alloy and a coated die steel”,
66. Materials Science Forums, 329-330: 467-472,
67. -
68. Wang, G.-X., Matthys, E.F., “Experimental
69. determination of the interfacial heat transfer
70. during cooling and solidification of molten metal
71. droplets impacting on a metallic substrate: effect
72. of roughness and superheat”, International
73. Journal of Heat and Mass Transfer, 45: 4967–
74. , 2002.
75. Lee, Z.H., Kim, T.G., Choi, Y.S., “The
76. Movement of the Concave Casting Surface
77. during Mushy-Type Solidification and Its Effect
78. on the Heat-Transfer Coefficient”, Metallurgical
79. and Materials Transactions B, 29: 1051-1056,
80. -
81. Kim, H-S., Cho, I-S., Shin, J-S.; Lee, S-M.,
82. Moon, B-M. “Solidification parameters
83. dependent on interfacial heat transfer coefficient
84. between aluminium casting and copper mould”,
85. ISIJ International, 45(2): 192-198, 2005.
86. Kayıkcı, R., “Metal-Mold Contact and Heat
87. Transfer during Casting Solidification”, PhD,
88. Manchester Materials Science Centre,
89. University of Manchester and UMIST,
90. Manchester, 77-181, 1999.
91. Holman, J.P., “Heat Transfer 8th Edition”,
92. McGraw-Hill, New York, 15-100, 1997