Döküm parçaların büyük bir kısmı kum kalıplara yapılır. Genel ortalama olarak 1 ton döküm için 4-5 ton kum gereklidir. Bu miktarlar, dökülecek metalin cinsine, parça büyüklüğüne ve kalıplama yöntemine göre değişebilir.

Kalıp malzemesinin görevi döküm boşluğunun şeklini meydana getirmek ve bu şeklin, sıvı metal dökülüp katılaşma bitene kadar kendisini korumasını sağlamaktır. Kalıp malzemesi başlıca üçe ayrılır; yeterli yüksek refrakter özelliği sağlayan kum taneleri, kum içinde doğal olarak bulunan veya sonradan eklenen bağlayıcı etkisi ise kum tanelerinin birbirine yapışmasına imkan veren ve dolayısıyla kumu uygun bir kalıp malzemesi haline getiren kil ve eklenen su.

Kum kalıp kumları doğal ve sentetik diye iki gruba ayrılır. Doğal kalıp kumları; doğal oranlarında kil içerirler ve olduğu gibi kullanılır, bağlanmayı (yapışmayı) kuvvetlendirmek için su eklenir. Önemli avantajı nem miktarını uzun süre koruyabilmektedir. Dezavantajı ise özelliklerinin çok değişken olmasıdır. Sentetik kumlar ise doğada bulundukları haliyle düşük kil oranı içeren dolayısıyla bağlayıcı özelliklerini arttırmak için bentonit gibi bağlayıcı ve su ilavesi gerektiren kumlardır. Avantajları daha üniform tane boyutu, daha yüksek refrakterlik özelliği içermesi ve kontrol edilebilirlik özelliklerinin iyi olmasıdır. Kum, 0.05-2 mm boyutlarındaki mineral tanesi olarak bilinir. Dökümlerde en çok tercih edilen ve kullanılan kum SiO2 bileşimindedir. Silis kumunun döküm kumu olarak tercih edilmesinin en önemli nedenleri kolay bulunması, ucuz olması ve yüksek refrakterlik özelliğe sahip olmasıdır. Yüksek genleşme gösterdiği için boyut toleranslarında hesaba katılma gerekliliği vardır. İkinci alternatif olarak tercih edilen diğer kum bileşimi ise zirkon kumudur. Zirkonyum kumumun temel özelliği iletkenliğinin yüksek olması (silisin iki katı) ve düşük genleşmesidir. Dezavantajı ise yüksek yoğunlukta olmasıdır (silisin iki katı). Diğer kullanılan kumlar ise olivin (magnezyum demir silikattır-(Mg,Fe)2SiO4) ve kromittir (demir magnezyum kromat-(Fe, Mg)Cr2O4). Kum Kimyasal formülü Yoğunluk (kg/m3), Sertlik (Mohs), Renk (Silis SiO2 2650 7 Sarı - Zirkon ZrSiO4 4700 7.5 Kahverengi - Olivin (Mg,Fe)2SiO4) 3500 7 Yeşil-sarı - Kromit (Fe, Mg)Cr2O4) 4500 5.5 siyah - Bileşim % Silis Olivin Kromit Zirkon SiO2 98.82 41.2 1.34 33.5 MgO 0.031 49.4 8.75 - Cr2O3 - - 45.8 - ZrO2 - - - 65 Al2O3 0.049

Kalıp kumunda beklenen özellikler çok sayıdadır. Bunlar arasında kum hazırlamada kontrol edilebilen başlıca özellikler şunlardır:

Yaş mukavemet, kuru mukavemet, kum gaz gerçirgenliği, nem miktarı, kil miktarı, tane boyutu inceliği ve dağılımıdır. Yaş Mukavemet; kalıp kumuna temper suyu eklendikten sonraki mukavemetidir. Kalıbın hazırlanması ve sıvı metalin döküldüğü andan itibaren şeklini koruyabilmesi için gereçli mukavemettir. Standart deney numunesi üzerinde basma mukavemeti olarak ölçülür. Yaş mukavemeti etkileyen faktörler; tane inceliği, tane şekli, bağlayıcı cinsi ve miktarı, nem miktarı. Tane inceliği: Belirli bir kum hacim için taneler ne kadar küçük boyutlu ise taneler arası temas yüzeyi o kadar büyüktür. İnce taneli kumun yaş mukavemeti daha yüksektir. Temas yüzeyi doğal olarak kum tanelerinin şekline de bağlıdır. Yuvarlak şekilli taneler sivri ve keskin tanelere göre daha sıkı ve dolayısıyla daha mukavemetli olmalarına neden olmaktadır

Nem miktarı; yaş mukavemet nem miktarı ile önce artış gösterir daha sonra bir düşüş gösterir. Mukavemetin artış gösterdiği noktaya kadar olan neme “temper suyu”, düşüşe geçtiği bölgedeki neme ise “serbest su” adı verilir.

Kum gaz geçirgenliği; kalıp kumundan hava, gaz veya buharın geçişine izin vermesidir. Kum taneleri arası açıklık arttıkça artan ve standart basınç altında kum içinden havanın geçiş hızı ile ilgili bir sayı ile ifade edilir. Kalıp kumuna bu özelliği kazandıran kum taneleri arası boşluklardır. Bunları kontrol eden dört faktör; 1) tane inceliği, 2) tane şekli, 3) bağlayıcı cinsi ve miktarı, 4) nem miktarıdır.

1) Tane inceliği, yaş mukavemet üzerine tane inceliğinin etkisi taneler birbirine ne kadar temas ederse yani ne kadar sıkı olarak dizilirlerse mukavemet artar. Ancak bu sıkı düzenlenme sonucu gaz geçirgenliği azalır
2) 2 Tane şekli : Benzer durum karşılaştırması burada da yapılabilir. Yaş mukavemeti arttırmak için yuvarlak taneler istenilirken gaz geçirgenliği için bu sefer sivri ve köşeli taneler tercih edilir
3) Bağlayıcı miktarı : Bağlayıcı miktarı arttıkça geçirgenlik de azalacaktır. Taneler arası bağ ve tutunma(yapışma) arttıkça kum gaz geçirgenliği azalır
4) Nem miktarı : Bağlayıcıların etkilerine benzer şekilde, temper suyu arttıkça gaz geçirgenliği artacaktır ancak serbest su miktarı arttıkça kum gaz geçirgenliği azalır

Kuru Mukavemet; kalıp kumunun kuru mukavemetinin Ancak kuru en etkin belirleyici özelliği bağlayıcı cinsidir. Ca-bentonitleri Na- bentonitlere göre daha düşük kuru mukavemet özelliğine sahiptir. Tane inceliği arttıkça daha düzgün yüzey elde edilecektir. Tane inceliği AFS standartlarına göre belirlenir ve AFS numarası (AFS no) olarak belirlenen tane inceliği birim inç karedeki elek sayısıdır. Dolayısıyla AFS numarası arttıkça daha ince taneli kum olduğu anlaşılır.

Anahtar Kelimeler: Kum, kalıplama, yaş mukavemet, tane inceliği, kum gaz geçirgenliği
Kaynak: Prof.Dr.Ahmet ÖZEL
Sakarya Üniversitesi Döküm Teknolojisi