TEMPER EL KiTABI

ÖNSÖZ

Cam Merkezi olarak Temper Fırını yatırımı yapmış olan müşterilerimize her an başvuracakları bir kılavuz olması ve sanayicilerimize üretirken kazanmalarına, daha az enerji ile daha az fire ile ve daha verimli şekilde fırınlarını kullanmalarına destek olması amacıyla bu kitapçığı hazırladık.

Umarız tüm firma sahipleri, yöneticileri ve operatörleri yararlanırlar.Konusunda büyük deneyime sahip Sn. Jonathan Barr’ın “The Glass Tempering Handbook / Understanding the Glass Tempering Process” adlı kitabından alıntılar yaptık. Kendisine teşekkür ediyoruz.( Hereby I highly appreciate Mr. Jonathan Barr for his permission to extract some information and illustrations from his book “The Glass Tempering Handbook / Understanding the Glass Tempering Process”.)

Şener UnganCam Doktoru / Cam Merkezi San.Tic.A.Ş.Mart / 2015

1

İÇİNDEKİLER

Önsöz.......................................................................................Camın Genel Dayanım Özellikleri...............................................Temperli Camın Mukavemeti.......................................................Temper İşleminde Ham Camın kalitesinin önemi..........................Lowe Kaplamalı camlar...............................................................Cam Kesimi...............................................................................Kenar İşleme..............................................................................Cam Temperleme İşlemi.............................................................Eğitimli Operatörün Önemi.........................................................Camı Isıtmak.............................................................................Cam nasıl soğutulmalı................................................................Isıtmada yaşanan problemler......................................................Kalın Camları temperlerken yaşanan problemler..........................Camı soğutmada yaşanan problemler.........................................Camda gerilim oluşturmak.........................................................Temperli Camın kırılması............................................................Isıl temper ile Kimyasal temper karşılaştırması.............................Yarı temper nedir? (Heat Strengthening)......................................Temperlenmiş camda kusurlar ( Batıklar, Puslu lekelenme)............Sülfür Dioksit Gazı.....................................................................Nikel sülfit parçacıkları...............................................................Isıl Banyo Testi (Heat Soak Test)...................................................Temperli camda distorsiyon (kamburluk, merdane dalgası, uç kenar kıvrılması)............Camda Kamburluk (Genel kamburluk)........................................“S” şeklinde kamburluk..............................................................Düzensiz Kamburluk...................................................................Kaliteli Temperli Cam İçin...........................................................Delikler......................................................................................Sonuç........................................................................................

2

133567899911121314151617181920202121242526262728

CAMIN GENEL DAYANIM ÖZELLİKLERİ: Ham düz cam baskı altında çok dayanıklıdır. Sahip olduğu sıkıştırma mukavemeti 1000MPa üzerindedir – yani camı sıkıştırarak kırmak neredeyse imkansızdır.

Teorik olarak pürüzsüz bir yüzeye sahip olan camın (mikro çatlaklar bulundurmayan) çekme mukavemeti de 1000MPa üzerindedir. Ama cam pratikte çekme gerilimine dayanamaz 25-25MPa arasında bir değerde kırılır. Bunun nedeni cam yüzeyinde bulunan mikro çatlakların merkeze doğru ilerlemesi ve kırılmaya neden olmasıdır.

Cam temperlendiği zaman camın tüm yüzeyleri ve kenarları sıkıştırma gerilimi altına girer. Camın iç kısımları ise doğal olarak çekme gerilimine maruz kalır. Böylece tüm kuvvetler dengelenmiş olur. Ancak çekme gerilimi altında olan yüzeyler camın içinde kalmıştır ve her hangi bir mikro çatlak, habbe, parçacık vs bulunmaması durumunda cam kırılmadan bu dengelenmiş kuvvetleri taşımaya devam eder.Bu gerilim farkı temperli camı kırması çok zor bir hale getirir. Genel olarak tempersiz camdan 5 kat daha güçlü olduğu söylenebilir.

TEMPERLİ CAMIN MUKAVEMETİCamın mukavemeti genellikle bükme testi ile ölçülür ve kırılması için gerekli olan baskı kuvvetine bakılır. Mimari camlar için 4 nokta bükme testi vardır ve camın 90MPa kuvvete dayanması beklenir

Aşağıdaki şekilde 30cm boyunda tempersiz camın 2,4cm derinliğe kadar bükülmesi için 27 MPa gerekir ve bu kuvvet camın kırılması için yeterlidir. Temperli camda ise yüzeyler sıkıştırma gerilimine zaten sahiptir ve aynı ölçüde camı 5,5mm derinliğe kadar büktüğümüzde dahi yüzey sıkıştırılma gerilimi sıfıra iner ve cam kırılmaz.

3

Bu yüzden temperli cam, tempersiz cama göre binalarda rüzgar yüklerine karşı çok daha dayanıklıdır. Ayrıca yüzeyine gelen bir darbede de kolaylıkla kırılmaz. Camın kuvvetinin kaynağı temper prosesinde soğuma sırasında katılaşırken yüzey ve merkez arasındaki sıcaklık farkları ile oluşan gerilim farkları olduğu için temperli cam ısıya maruz kaldığında yüzeyler genleşmeye çalışacak ve yüzeydeki sıkıştırma gerilimini azaltacaktır (aynı bükme testinde olduğu gibi). Bu nedenle sıcaklık değişimlerine karşı da çok daha dayanıklıdır. Caphelerde çerçeve içinde kalmış olan soğuk bölge ile güneş yüzünden ısınan orta bölge arasındaki sıcaklık farkına tempersiz düz cam dayanamazken, temperli cam kırılmadan dayanabilir.Temperli camın ani sıcaklık değişimine karşı direnci 200°C’dir.

Bükülmeye Dayanım1-Tempersiz cam

1-Temperli cam

Sıkıştırma Çekme

Sıkıştırma

Sıkıştırma Çekme

Sıkıştırma Çekme

4

Çekme

TEMPER İŞLEMİNDE HAM CAMIN KALİTESİNİN ÖNEMİFloat hattında camın üretimi sırasında oluşabilecek birkaç problem aşağıda listelenmiştir.

Doğru tavlama yapılmaması: Eğer cam düzgün tavlanmamışsa cam üzerinde gerilim kalmış olabilir. Bunun sonucunda cam kesim sırasında düzgün şekilde kopmaz, kırma sırasında elmas izini takip etmez. Kenar işleme (rodaj veya zımpara) sırasında kenarlarda çapaklanmalar olur ve düzgün rodaj kenarı oluşmaz. Bu mikro çatlaklar ve çapaklar temper prosesi sırasında soğutma bölümünde kırılmalara neden olabilir.

Yabancı maddeler: (Habbe, parçacık, çizik, çatlak) Eğer camda istenmeyen yabancı maddeler varsa ve özellikle çekme gerilimli bölgede yani camın içindeyse, camın temper sonrasında beklenmedik şekilde kırılmasına neden olabilir. Özellikle Nikel Sülfit parçacıklarının neden olduğu sıkıntılar ve çözümleri ileride açıklanmıştır.

Kalınlık değişimleri: Float hattında çekme yönünde olan kalınlık değişimleri görsel olarak fark edilebilir ve çizgi, şerit, rim,vs olarak isimlendirilir. Plakanın muhtelif bölgelerinde kalınlık farklılığı olması ise temperde ısıtma sırasında camın her yerinin eşit sıcaklıkta olmamasına neden olur. Bu da soğutma sonrasında distorsiyon veya sekürit testinde parçacık sayısında zaafiyet olarak karşımıza çıkabilir.

5

LOW-E KAPLAMALI CAMLARSıradan düz camın emisivitesi 0,84’tür ve bu oran camın yüzeyine ince bir katman metal oksit kaplanarak düşürülebilir. Böylece üzerine gelen enerjiyi daha iyi yansıtır. Bu bir çiftcamda bulunan kaplamalı camın kızıl ötesi ışınları yansıtmasını ve soğuk iklimlerde evin için daha sıcak kalmasını sağlar. Sıcak iklimlerde ise solar ısıtma etkisini azaltarak evin daha serin olmasını sağlar. Ama aynı zamanda camın temper fırını içinde daha zor ısıtılmasına neden olur.

Camlar genellikle iki farklı şekilde kaplanırlar. Hat üzerinde (pirolitik/sert) kaplama olarak veya hat dışında çok ince gümüş oksit katmanlarının püskürtülmesi ile (yumuşak kaplama) kaplanırlar.

Sert kaplamalı low-e camlar yaklaşık 0,15 – 0,30 yüzey emisivitesine sahiptir. Kaplama oldukça dayanıklıdır ve normal temper fırınlarında camın üstten (kaplamalı yüz) ısınmasına yardımcı olacak basit bir basınçlı hava aspiratör sitemi ile rahatça temperlenebilirler.

Yumuşak kaplamalı Low-e’ler ise 0,03’e kadar inen emisiviteye sahiptirler ve kaplamaları oldukça kırılgan ve bozulmaya karşı dayanıksızdır. Genellikle lowe kaplamanın üstünde temper sırasında yanan koruyucu bir ilave katman vardır. Bu tür camların temperlenmesinde camın ısınmaya karşı oldukça yüksek direnç gösteren kaplamalı yüzüne yoğun bir şekilde sıcak hava kütlesini bastıracak etkili bir konveksiyon sistemi bulunması gerekir.

Kaplamanın kalınlık değişimlerinde ise camın ısınmasında düzensizlikler olacak ve sağlıklı temperleme yapılamayacaktır.

Not: Bütün kaplamalı camlar kaplama merdanelere temas etmeyecek şekilde temperlenmelidir.

6

CAM KESİMİCamın çekme dayanımının çok zayıf olmasını kesim sırasında görebiliriz. Camın yüzeyinde ince bir çizik oluşturmak (genellikle bir elmas ile) ve ardından camı bükmek, kolayca kırmak için yeterli olmaktadır. Çünkü elmasın oluşturduğu mikro çatlaklar bükme sırasında camın merkezine doğru ilerleyip kırılmayı gerçekleştirirler.Aşağıda iyi bir kesim örneği gösterilmiştir.

Eğer gereğinden fazla elmas basıncı uygulanır veya camın kalınlığına göre yanlış açıda elmas kullanılırsa, kötü bir koparma gerçekleşecektir ve ilave çatlak oluşumlarına sebep olacaktır. Daha sonra kenar işleme sırasında kesimde oluşan küçük çatlakların tamamı giderilemeyebilir ve temper prosesinde soğutma esnasında cam kırılmalarına neden olabilir. Kötü bir kesim örneği aşağıda verilmiştir.

Şekil 2. Düzgün bir kesim ve koparma

Şekil 3. Kötü bir kesim ve koparma

7

KENAR İŞLEMECamın kenarlarını zımparalama veya rodaj yapmanın sebebi temper sırasında sıkıntı yaratacak çatlakların, çapakların, keskin köşelerin tamamının temizlenmesidir.

Aşağıda resmi gösterilen 12mm Düz parlak rodajlı cam temperde soğutma sırasında kırılmıştır.Bu hataların önüne geçmenin yolları rodaj hızını düşürmek ve taşın baskısını düşürmektir.

Şekil 4. Kötü bir zımparaŞekil 5. İyi bir Rodaj örneği

Eğer zımpara işlemi uygulanacaksa zımpara kayışları sürekli ıslatılmalı ( su sürtünmeden dolayı ısınmayı engelleyecek, böylece kenarlarda mikro kırılmalara sebep olmayacaktır ) Ayrıca zımparalar düzenli aralıklarla değiştirilmelidir Aşınmış zımparalar kenarlarda mikro çatlak oluşumunu destekler.

Şekil 6. Soğutmada kırılmaya yol açabilen hata örnekleri

Çapak oluşumu Rodaj taş izi

8

CAM TEMPERLEME İŞLEMİTemper Prosesi çok basit bir prosestir. •Camı geçiş sıcaklığı (şekil alma sıcaklığı) üzerinde iyice ısıt, •Camı ısınırken düz olarak muhafaza et veya isteniyorsa şekil ver (bombe işlemi),•Camın üst ve alt yüzey sıcaklıklarını eşit olacak şekilde hızlıca soğut, •Ardından ortam sıcaklığına düşene kadar soğutmaya devam et.

Bu sıraladıklarım iyi bir temper işleminin esaslarıdır. Kaliteli bir temper işlemi için aşağıdakilerin de sağlanması gereklidir:•Cam fırını terk edip Quench (soğutma) bölümüne girerken her yeri eşit oranda ısınmış olmalı•Camın sıcaklığı şekil alma sıcaklığından yüksek olmalı (567 °C)•Camın sıcaklığı yumuşama noktasından düşük olmalı (710 °C)•Fırın içinde cam düz hareket etmeli•Camın Quench’e transferi sırasında fazla ısı kaybı yaşamamalı•Quench’te kontrollü bir hızla soğutulmalı•Toplama sıcaklığına kadar soğutmaya devam edilmeli

EĞİTİMLİ OPERATÖRÜN ÖNEMİBu kadar basit görünen bir işlemde Operatöre büyük iş düşüyor. Temper Prosesini iyice anlamış bir operatör, camın kalınlığındaki değişimlerde (örneğin 4mm cam kimi zaman 3,85 mm kimi zaman 4,00 mm kalınlıkta olabilir) camın geçiş sıcaklığına ulaşma hızının değişeceğini bilir. Ya da kimi üreticilerinin düz cam diğerlerine göre biraz daha fazla demir içermesinden dolayı rengi daha yeşildir. Bu da ısınma hızını biraz değiştirir. Ayrıca kenar işleme kalitesi soğutmada kırılma yüzünden oluşan kayıplarda etkilidir. Düşük kaliteli bir rodaja sahip bir camı daha fazla ısıtmak soğutmada kırılmaları azaltmak için çözüm olabilir. Operatörlerin temper prosesinin temel mantığını anlamaları önemlidir.

CAMI ISITMAKSıcak Temper Fırınına soğuk cam konulduğunda camın ısınma hızı fırın sıcaklığı ile cam sıcaklığı arasındaki fark ile doğru orantılıdır. Yani, başlangıçta cam soğukken ısı transferi hızlıdır, cam ısınmaya başladıkça ısı farkı azaldığından ısı transferi hızı da azalır. Camın Fırın içinde Isınma hızı eğrisi aşağıda verilmiştir.

9

Bir örnek verelim:700 °C’ye ısıtılmış bir fırında herhangi bir kalınlıktaki camımızın 625 °C olması için sabitimiz 2,2 dir.

Eğer 4mm düz cam temperliyor isek (düz cam için standart radyan fırın sabitimiz de 17,6 dir)Isıtma süresi = 2,22 x 4 x 17,6 = 156 sn10mm için ısıtma süresi = 2,22 x 10 x 17,6 = 390 sn.Düz camlar için bu formülü şöyle basitleştirebiliriz.

HER 1 mm KALINLIK İÇİN 40sn ISITMAK LAZIM…

Tabii ki bu düz şeffaf camlar için geçerli. Cam renkli olursa 17,6 olan sabit 16’ya düşer, yani ısıtma süresi %10 azaltılmalıdır, Kaplamalı olursa ise ısınmaya karşı direnç göstereceği için ısınma süresi uzatılmalıdır.

Yukarıda standart fırın sabiti olarak 17,6 almıştık. Eğer Fırınımız FUL KONVEKSİYON Fırın ise bu sabit 12,5 oluyor ve formüle yerleştirirsek;4mm için ısıtma süresi = 2,22 x 4 12,5 = 111 sn.Bir FCH (Ful Konveksiyon Fırın) fırında normalde daha düşük sıcaklıkta çalıştırarak (680 °C) 4mm düz cam için 120 sn sıtma süresi verilebilir.Bu grafik bize bir bilgi daha veriyor. Cam fırın içinde daha uzun kalırsa ısı transferi daha yavaş olur, ve camın düzgün ısınması ihtimali artar. Yani zaman sabitini 2,2 yerine 5 alırsak ve fırını 630 °C’ye ısıtırsak camımızın sıcaklığı 625 °C’ye 350 saniyede ulaşır.T= 5 x 4 x 17,6 = 352 sn.Demek ki fırının sıcaklığına göre süreyi hesaplamak elimizdedir.

Şekil 7. Isıtma Eğrisi

10

CAM ISINIRKEN NE OLUYOR ?Cam Temper Fırınına girdikten sonra 3 farklı şekilde ısı enerjisini absorbe eder.1- Camın yüzeyinden aldığı ve biraz camın içine doğru yayılan kızılötesi ışınım.2- Camın alt yüzünün seramik merdanelere temasından dolayı aldığı enerji iletimi3- Fırının içinde dolaşan hava kütlesinin camın her iki yüzeyine zorla teması ile aldığı enerji iletimi. Bu iki şekilde olabilir:a) Standart bir fırında basınçlı hava aspiratörleri ile ısıtmayı destekleyerekb) Konveksiyon fırında hava sirkülasyon fanlarının hava kütlesini hareket ettirmesi ile.Camın uygun şekilde ısıtılmasından sonra temper özelliğini kazanması için uygun hızla soğutulması da gereklidir.

CAM NASIL SOĞUTULMALIDaha önceki bölümlerde camı fırın içinde geçiş sıcaklığının üzerinde (567 °C) ama yumuşama sıcaklığının altında ( 710 °C) bir sıcaklığa ulaşana kadar ısıtmamız gerektiğini yazmıştık.

Aşağıdaki şekil 4mm camın temper ve soğutma grafiğini gösteriyor.

Cam ısıtılıp uygun hızda soğutulduktan sonra yüzeyinde sıkıştırma gerilimi (compressive stress) merkezinde ise çekme gerilimine (tensile stress) sahip olması gerekiyor.

Şekil 8. 4mm düz cam ısıtma ve soğutma çevrimi

11

Bunu sağlamak için fırından quench bölümüne giren cam alt ve üstten basınçlı soğuk hava ile şiddetle soğutulur ve önce alt/üst yüzeyler, sonrasında merkez hızla ısı kaybeder. Bu farkı muhafaza edebilmek için soğutma hızını kontrol etmemiz gerekli.

Cam temperlenince neden boyu uzar? İkinci temperde neden kısalır?Cam quench’teki ilk 2 saniyesinde her iki yüzeyinden de gerildiği için başlangıçtaki ölçüsünden daha büyüktür. Tipik olarak 1000mm uzunluktaki bir camda 0,6-0,7mm büyüme gerçekleşir.

Eğer temperlenmiş camı tekrar temperler isek, bu sefer cam fırına girerken üzerinde gerilim barındırdığı için fırına girdikten sonra yüzeyler geçiş sıcaklığına ulaştığında plastik deformasyon başlarken camın merkezinde hala çekme gerilimi olduğu için camı sıkıştırmaya çalışır ve boyunda ufalma olur. 1000mm olarak fırına verdiğimiz cam 1mm kadar küçük çıkabilir.

ISITMADA YAŞANAN PROBLEMLER

Şekil 9. Asimetrik ısıtma

Işıma ile ısı enerjisi

Işıma ile ısı enerjisi

Işıma ile ısı enerjisi

Temas ile ısıtma

Işıma ile ısı enerjisi

Şekil 10. Fırın içinde kamburlaşma

12

Cam ısınırken yüzeyler önce merkez sonra ısınır. Ama şekilde görüldüğü gibi camın alt yüzeyi ilave olarak seramik merdanelerin teması ile de ısındığı için üst yüzeye göre daha hızlı ısınacak ve çekme gerilimi üst yüzeye göre daha fazla olacağı için cam alttaki şekilde görüldüğü gibi bombe yaparak düzgünlüğünü yitirecektir.

Bunun önüne geçmek için camın üst yüzeyine etki eden ısıyı artırmak gerekecektir. Bunu başarmak için basınçlı hava aspiratörleri kullanılır. Ama hava ısındıkça hafiflediği için (25 °C de hava 1.2 kg/m³ iken 700°C’de 0,3kg/m³ ‘tür) aspiratörlerle hareket ettirilen ve cam yüzeyine üflenen hava hemen ısı kaybedecek ve yeniden sıcak fırın havası ile tazelenmesi gerekecektir. Full Force Convection bir fırında ise cam yüzeyine çarpan hava camın ağırlığından 8 kat ağırdır ve bu basıncı sağlayacak fanlar aracılığıyla üflenmektedir

Camın neden fırın içinde hareket ederken dümdüz olmasını istiyoruz? Eğer figürde görüldüğü gibi bombe yaparsa, merdaneler üzerindeki hareketi sırasında noktasal temas etmeye başlar ve camın ağırlığı ile oluşturduğu baskı camın alt yüzeyinde deforomasyona ve kalıcı izlere sebep olur. Bu problem genellikle fırın içinde ısınmaya direnç gösteren kaplamalı yüzeylere sahip (reflekteler, low-e camlar gibi) camlarda sonradan giderilemeyen ve fire oranını artıran hatalara neden olur.

KALIN CAMLARI TEMPERLERKEN YAŞANAN PROBLEMLERKalın bir cam ( 10mm ve üzeri ) fırına girdiğinde camın büyük kütlesinden dolayı ince camlara göre fırının sıcaklığı daha fazla düşer. Cam fırına girdikten 50-60 saniye sonra ısı kontrol sistemi ısıtma elemanlarını 100% güçle yoğun ısıtma moduna geçirir. Bu yoğun ısıtma camın yüzeyine çarpar, alt ısıtma elemanlarından gelen ışıma ise seramik merdaneler ve koruyucu paneller tarafından gölgelenir. Yani camın alt yüzeyi üst yüzeyin gördüğü yoğun şiddette ısıtma etkisine maruz kalmaz. Sonuçta üst yüzey daha fazla ısınır ve genişleyerek camı ters bombe (şemsiye şeklinde) haline getirir.

Camın tüm ağırlığı köşelerdedir ve cam fırın içinde seramik merdanelere çarparak hareket etmektedir. Bu çok risklidir, köşelerde oluşacak çapaklar camın içine doğru çatlaklar oluşturur ve camın fırın içerisinde kırılmasına neden olur.

Şekil 11. Köşe çapaklanma nedeni13

CAMI SOĞUTMADA YAŞANAN PROBLEMLERCam geçiş sıcaklığı (transition temperature – şekillenme sıcaklığı) üzerinde iken yüzeyleri ile merkezi arasında sıcaklık farkını oluşturmak için camın yüzeyinden çok hızlı bir şekilde sıcaklık almak gerekir. Temper fırınının soğutma bölümünde bunu gerçekleştirmek için camın yüzeyine soğuk hava üflenir.

İnce camları temperlemek çok daha zordur. Bunun nedeni camın merkezi ile yüzeyleri arasında az mesafe olduğu için kalın camlara göre merkez çok daha çabuk ısı kaybeder. Bu yüzden kalın camlara göre ince camları soğuturken çok daha hızlı soğuk hava üflemek gerekir.

Aşağıdaki grafikte camın kalınlığına göre uygulanması gereken üfleme basıncı gösterilmektedir. Dikkat ederseniz 15mm kalınlıkta bir cam için neredeyse hiç hava üflemeye gerek yok gibidir. Çünkü cam çok kalındır ve yüzeyi ortam sıcaklığında bile merkezine göre çok daha hızlı soğuyacaktır.

Kalın camları temperlerken hava üflenmesinin nedeni camın genel kamburluğunu engellemek içindir.Soğutma sırasında hava üflemek camın yüzeylerinin ışınım yolu ısı kaybetmesine yardımcı olur. Low-e kaplamalı camlar kaplamasız camlara göre daha düşük emisiviteye sahip oldukları için yüzeyden fazla ısı kaybetmeyeceklerdir. Bu yüzden böyle camları soğutma sırasında kaplamalı yüzeye daha yüksek basınçta hava üflemek gerekir.İnce Camları temperlerken (3-4 mm) üflemede çok yüksek basınçlı hava kullanılması gerektiği için üfleme bölgesinde camlar rulolar üzerinde dönebilir hatta havalanabilir. Üst ve alt üfleme nozullarının ayarlanması ile bu problemin önüne geçilebilir.

Şekil 12. Cam kalınlığına göre soğutma basıncı eğrisi

Quench basıncı vs Cam Kalınlığı

Que

nch

Bası

ncı (

inw

g)

Que

nch

Bası

ncı (

Pa)

Cam Kalınlığı (mm)

14

CAMDA GERİLİM OLUŞTURMAKTemper prosesinin esası camın yüzeyi ve merkezinin farklı hızda soğuması ile gerilim farkı yaratmaktır.

Geçiş sıcaklığı üzerinde ısınmış bir cam quench’e girdiğinde ani ve yüksek basınçta hava ile soğutulunca yüzeylerde sıkıştırma, sonra soğuyan merkezde ise çekme gerilimi oluşur.

Aşağıdaki resimde temperli cam kırığı bir parçaya yandan bakıldığında gerilim farkı oluşan bölgeler görülmektedir. Sıkıştırma gerilimi oluşan katman yaklaşık cam kalınlığının 1/6’sı kadardır. Bu yüzey kusursuz bir yüzeydir ve mikro çatlakları barındırmaz. Bu yüzden normal camın kırılmasına yetecek kuvvetlerin çok daha fazlasına kırılmadan dayanabilir.Ama eğer merkezdeki çekme gerilimli bölgede bir çatlak oluşur ise ( merkezden bir darbe, Nikel Sülfit parçacığı, vs) çekme kuvveti camın kırılmasına neden olacaktır.

Şekil 13. Temperli camda gerilim dağılımı

Katman kalınlığı

Sıkıştırma

Sıkıştırma

Çekme

Sıkıştırma ÇekmeCamdaki Gerilim MPa

Şekil 14. Temperli camın yan kesit görünüşü

Sıkıştırma katmanıNötr bölge

Maksimum çekme

Nötr bölgeSıkıştırma katmanı

15

5cm x 5cm ölçüsünde bir şablon hazırlanır cam üzerinde en büyük parçaların görüldüğü alan üzerinde 25cm²’lik bir kare çizilir. Ardından bu kare içinde kalan bütün parçalar sayılır. Karenin çevresine temas eden parçalar ise ½ parça olarak değerlendirilir. Toplam parça sayısı için aşağıdaki tabloya göre karar verilir.

Şekil 15. Kırma testi için vurma noktası (uzun kenarın ortasından 13mm içeri)

TEMPERLİ CAMIN KIRILMASITS EN 12150-1 “Termal olarak temperlenmiş soda kireç silikat emniyet camı” standardına göre camın kırılma testi aşağıdaki şekilde yapılır ve değerlendirilir.

Test edilecek cam aşağıdaki şekilde gösterilen noktadan vurarak kırılır:

Şekil 16. Parça sayımında hariç tutulan bölge (taralı alan)

Kırıldıktan sonra aşağıda taralı olarak gösterilen alanlar değerlendirme dışı bırakılır.

Şekil 17. Cam Kalınlığına göre minimum parça sayısı tablosu

16

Tipik bir temperli cam kırık resmi aşağıda verilmiştir.

Temperli cam kırılırken neler olur?Camın merkezindeki Çekme Gerilimli bölgede (tension stres layer) bir çatlak oluşunca camdaki gerilim bir şok dalgası yayar. Çatlak noktasından yayılan ve gözle fark edilemeyen bu dalganın hızı 3387metre/sn’dir. Camın her tarafı neredeyse aynı anda kırıldığı için buna camın patlaması da denmektedir.

ISIL TEMPER İLE KİMYASAL TEMPER KARŞILAŞTIRMASI

Şekil 18. Temperli cam (tipik kırılma)

potasyumiyonları

sodyumiyonları

Şekil 19. Kimyasal Temper

İyon değişimi öncesi İyon değişimi sonrası

cam yüzeyi

Kimyasal Temperlenen Cam

potasyum nitrat banyosu potasyum nitrat banyosu

cam yüzeyi

17

Kimyasal temperde cam bir Potasyum tuzu havuzuna daldırılır. Cam yüzeyine tutunan Potasyum iyonları çok ince bir katman oluştururlar. Bu katmanın çok yüksek bir sıkıştırma gerilimi (Compressive Stress) olduğu için merkeze de çekme gerilimi yüklenmiş olur.

Temperli camın kırılması camın merkezindeki çekme geriliminin (Tensile Stress) oluşan çatlağı hızlandırması ile gerçekleştiği için Kimyasal temperlenmiş bir camda benzer kırılmayı görmeyiz. Yukarıdaki Gerilim grafiğine bakıldığında Isıl temperli camın merkezinde Çekme geriliminin 50Mpa seviyelerindeyken Kimyasal temperlenmiş bir cam 5Mpa seviyesinde bir Çekme Gerilimine sahiptir. Bu yüzden Kimyasal temperli bir cam kırıldığında küçük parçalara ayrılmaz bu yüzden de bir emniyet camı sınıfında kabul edilmez.

YARI TEMPER NEDİR? (HEAT STRENGTHENING)

Şekli 20. Kimyasal temper ve ısıl temper gerilim dağılımı

Isıl temper

Kimyasal temper

Şekil 21. Yarı temper yapılmış camın tipik kırılması

Yarı Temperli cam kırılma şekli Temperli cam kırılma şekli

18

Tam temperlenmiş bir cam kırıldığında 50mm x 50mm alan içerisinde 40 parçadan fazla bulundurur. Yarı temper ile ilgili standart ise her kırık parçasının en az bir kenarının camın kenarına temas etmesi gerektiğini yani kırık parçaları arasında bir adacık oluşturan parça olmaması gerektiğini söyler. Bu durumda kırılma esnasında çerçeveden cam parçası düşmesi gerçekleşmez.

Yarı temperli cam daha düşük çekme gerilim olan cam demektir. Bu ise normal temperli cama göre daha düşük quench üfleme basıncı ile sağlanır. Genellikle normal üfleme basıncının %20’si kadar bir üfleme basıncı ile yarı temper sağlanabilir.

Aşağıdaki grafikte normal tempere göre yarı temper ve süper temper için gerekli üfleme basıncı oranları verilmiştir.

TEMPERLENMİŞ CAMDA KUSURLAR ( Batıklar, Puslu lekelenme)Özellikle kalın camlarda fırın içinde seramik merdaneler temiz olmadığı zaman noktasal “batık” adı verilen kusurlar oluşur. Bu kusurlar bazen portakal kabuğu gibi yaygın şekilde yüzey bozuklukları olarak ta görülürler.

Camın tam ortasında beyaz bulutsu lekelerde oluşabilir. Bunun nedeni camın fırın içinde kamburlaşması ve merdanelere uzun süre noktasal temas etmesidir.

Camı ısınma süresince düz durumda olmasını sağlamak puslu lekelerin oluşmasını engeller.

Üfleme basıncı değişimine göre camdaki gerilim

Üfle

me

bası

nç o

ranı

(nor

mal

cam

a gö

re)

Şekil 22. Soğutma basıncına göre yüzey gerilimi değişim grafiği

Cam yüzey gerilim değeri

Yarı temeprli cam içinideal gerilim değeri (50 MPa)

Temperli Cam gerilim değeri(90 MPa)

Süper temperli (yangın sınıfı)cam için gerilim değeri

(138 MPa)

19

SÜLFÜR DİOKSİT GAZISülfür dioksit gazı kullanılması ise batık hatalarının azalmasına yardımcı olur.

Sülfür dioksit gazı gerekmedikçe kullanmamak gerekir. Sülfür dioksit cam yüzeyindeki Sodyum (Na) birleşerek sodyum sülfat (NaSO2) oluşturur ve kolayca seramik merdaneler üzerinde yoğuşur. Fırın sıcaklıklarında sıvı durumdadır ve bu yüzden seramik merdaneler ile cam arasında kayganlaştırıcı bir rol oynar. Ancak fırın soğuk bakıma alındığı zaman Soyum sülfat katılaşır ve seramikten daha yüksek genleşme özelliği vardır. Eğer çok miktarda sülfür dioksit kullanıldıysa merdaneler üzerinde çok miktarda katılaşmış sodyum sülfat olacak ve merdane yüzeyinin zedelenmesine neden olacaktır. Eğer merdaneler yüzeyinde böyle birikmeler görürseniz en erken zamanda sıcak su (70°C) ile yıkamalısınız. Kesinlikle bıçak ile kazımayınız.

NİKEL SÜLFİT PARÇACIKLARITemperli cam için nikel sülfüt parçacıkları çok zararlıdır. Cam üretimi sırasında hammadde içinde bulunabilir. Bu parçacık çok küçüktür (yaklaşık 100 – 200 mikron) ve gözle görülmesi neredeyse imkansızdır. Cam temperlendiğinde camın içinde olan NiS parçacığı daha sonra kullanım yerinde camın ısınması ile birlikte genleşerek temperli camın patlamasına neden olmaktadır.

Madem ısınınca camı kırıyor, neden temper sırasında bir şey olmuyor? NiS’in 2 hali var. Sıcak Alfa Fazı ve 380°C altında Soğuk Beta Fazı. Cam üretilirken Sıcak Alfa Fazında oluşan NiS, tavlama fırınında yavaş ve kontrollü soğuma yüzünden Beta fazına kolayca dönüşüyor.Tempere girdiğinde ise ısınınca Alfa fazına tekrar geçen NiS, Quench’te ani soğutma sırasında henüz Beta Fazına dönüşemeden Alfa Fazında hapsoluyor. Ama bu malzeme uzun süre Alfa Fazında kalamıyor ve tekrar soğuk Beta Fazına dönmek istiyor. Bu dönüşüm sırasında boyutları %2-4 arası büyüyor ve bu genleşme sırasında temperli camın içinde mikro çatlaklara yol açıp camın kırılmasına neden oluyor.

Bu nedenle kırılma her an olabilir, saatler, günler, aylar hatta yıllar içinde olabilir ama mutlaka olur.

20

Nikel sülfit parçacığı yüzünden kırılmalar yukarıdaki resimde görüldüğü gibi olur. 8 şekli mutlaka fark edilir. Nikel sülfit parçacığının büyütülmüş fotoğrafı aşağıdadır.

NİKEL SÜLFİT PARÇACIĞI (NiS)Artık günümüzde Nikel Sülfit parçacıkları yüzünden kırılmalar giderek azalmıştır çünkü float hatları çok daha temiz ve kirlenmemiş hammaddeler ile üretim yapabilmektedirler. Yine de böyle bir riski ortadan kaldırmak için Isıl Banyo Testi yapılmaktadır.

ISIL BANYO TESTİ ( HEAT SOAK TEST )Temperli camlar 290 °C ‘de 2 saat boyunca bekletilir. (Cam 290°C’ye ulaştıktan sonra 2 saat bekletilmelidir). Bu fırınlama sırasında eğer Nikel sülfit parçacığı varsa faz değişimi hızlanır ve kırılma gerçekleşir. Eğer cam testten sağlam olarak çıktıysa, ya cam içinde Nikel sülfit parçacığı yoktur, ya o kadar küçük bir çapta vardır ki risk teşkil etmez, ya da parçacık sıkıştırma gerilimli (yüzeylerden birinde) alandadır ve camın kırılması için risk taşımıyordur. Yine de bu test riski minimuma indirse de tam bir garanti sağlamaz. Yapılan araştırmalar, 10.000’de 1 ihtimal ile testten geçmesine rağmen monte edildiği yerde camın bu sebeple kırılabileceğini göstermektedir.

Şekil 23. Nikel sülfit yüzünden kırılan cam. (8 şeklinde kırık başlangıcı)

21

TEMPERLİ CAMDA DİSTORSİYON (KAMBURLUK, MERDANE DALGASI, UÇ KENAR KIVRILMASI)Sistem mekanik olarak doğru ayarlandı ise, bütün ısıtma elemanları ve aspiraörler, fanlar doğru çalışıyorsa cam yüzeyinde görülecek her türlü distorsiyon camın ısıtma veya soğutmasında harici zorlamalara maruz kaldığı içindir. Çünkü iyi ısıtılmış ve soğutulmuş bir cam normal olarak dümdüz çıkar. Tek istisna merdane dalgası ve uç kenar kıvrılmasıdır.

Merdane dalgası & Uç Kenar kıvrılmasıMerdane dalgaları (Ondülasyon) ve uç kenar kıvrılması sadece ısıtmanın son birkaç dakikasında olur. Bu anlarda cam oldukça yumuşamıştır ve şekil alabilir.

Uç Kenarlarda kıvrılma ön ve arka kenarlar bir merdaneden diğerine geçerken camın ağırlığı ile kenarın aşağıya doğru sarkmasından dolayı olur. Merdanelerin dönüş hızı ve merdane sıklığı bu hatanın miktarını belirler. Yüksek hız ve sık merdanelerde bu hata daha az görünür.

Merdane dalgası (Ondülasyon)ise ekseni kayık merdaneler yüzünden olur. Daha yüksek seviyede olan merdane camı yukarı doğru iter ve dalganın uzunluğu hatalı merdanenin çapı kadardır.

Merdane dalgalarının neden olduğu distorsiyon özellikle cephelerde aşağıdaki gibi görsel bozukluklara neden olur.

Şekil 25. Merdane dalgası

Merdane dalgası(maximum 0,08mm olmalı)

Merdane çevresi

22

Kaçık Eksenli Merdane

Her iki hata için de cam ne kadar sıcak ise hata olma riski o kadar fazladır. Çünkü cam o kadar yumuşaktır ve kolayca şekil bozukluna uğrar.

Bu yüzden camı düşük sıcaklıklarda temperlemek bu tarz görsel hatalardan korunmak için iyi bir çözüm olsa da soğutmada kırılma riski de o oranda artacaktır. Sıcaklığı yükseltmenin de kenar işleme hataları nedeniyle soğutmada kırılmaların önüne geçilmesi için faydalı olduğunu da unutmamak gerekir.

Camdaki distorsiyonun operatör tarafından fark edilmesi için en iyi yöntem soğutma çıkışında Zebra desenli bir fon oluşturmaktır. Soğutmadan çıkan camın yüzeyindeki yansımadan camdaki merdane dalgaları kolaylıkla fark edilir.

Şekil 26. Merdane dalgasının neden olduğu görsel bozukluk

Şekil 27. Soğutma çıkışında Zebra desen pano23

Operatörün eğitimli olması ve temper prosesini iyi anlamış olmasının avantajı, bu gerçekleri bilerek duruma göre çözüm üretebilmesidir.

CAMDA KAMBURLUK (GENEL KAMBURLUK)Soğutma sonrasında eğer cam ‘şemsiye’ (yukarı doğru kambur) veya ‘kase’ (aşağı doğru kambur) şeklinde bir kamburluğa sahipse bunun nedeni soğutmada camın her iki yüzeyinin eşit hızda soğutulmamasıdır. Quench’te cam katılaştığı anda alt ve üst yüzey sıcaklıkları birbiri ile aynı olmalıdır.Soğuma devam ederken daha sıcak olan yüzey soğuk olana göre daha fazla çekecektir. Ve daha kısa olan yüzey camı kamburlaştıracaktır.

Bu hatanın giderilmesi için daha sıcak olan yüzeye daha fazla soğutma uygulanmalıdır.

Bu alt veya üst üfleme basıncını ve/veya oranını değiştirerek yapılabilir. Daha sık uygulanan çözüm ise daha fazla soğutma yapılması gereken yüzeye üfleme nozullarını yaklaştırmaktır.

GENEL KURAL = “ ÇUKURA DOĞRU ÜFLE “

Yani kamburlukta çukur olan yüzeye daha fazla hava üflemeli, veya o yüzeye nozulları daha fazla yaklaştırmalıdır.Genel Kamburluk için standartlara göre izin verilen oran %0,3 ‘tür. Yani 1000mm camda olabilecek maksimum kamburluk 3mm’dir.

Aşağıda TS 12150-1 satandardından kamburluk ölçme yöntemi ve kamburluk için sınırlar gösterilmiştir.

Şekil 28. Genel Kamburluk

Genel KamburlukEşit olmayan ısıtmanın etkileri (üstten alta)

Kase şeklinde kamburluk

24

‘S’ ŞEKLİNDE KAMBURLUKEğer cam soğutmaya girerken fırına doğru bir hava akımı varsa cam S şeklinde kamburluğa sahip olacaktır. Camın ön tarafı kase, arka tarafı şemsiye şeklinde bir kamburluğa sahip olacaktır. Bunun çözümü soğutma girişine bir hava perdesi (metal olması tavsiye edilir) koymaktır. Bu perde camın yüzeyinden 2-3mm yukarıya kadar inmelidir.

Şekil 29. Genel Kamburluk ölçeme metodu (TS EN 12150-1)

Şekil 30. Kamburluk kabul kriterleri ( TS EN 12150-1)

Şekil 31. S şeklinde kamburluk

Fırın

HAVA PERDESİ

Üfleme bölgesi

Camın hareket yönü

Camın üst yüzeyindenfırının içine doğru hava hareketicamın bir kısmı quenche girmeden başlamaz.O yüzden camın ön kısmı etkilenmez.

Kase şeklinde kamburluk

Şemsiye şeklinde kamburluk

Camın hareket yönü

Düzeltmek için: 1. Hava perdesini camın 2-3mm yukarısına kadar indirin.

2. Quenche giriş hızını artırın

Camın Son Şekli “S” şeklinde kamburluk

Üfleme bölgesi

25

1) Levhanın tamamını kaplayan kamburluğun hesaplaması için şekil bozukluğu2) B veya H veya köşegen uzunluğu3) Bölgesel kamburluk4) Uzunluk: 300 mm

34

21

DÜZENSİZ KAMBURLUKSadece büyük ölçüdeki camlarda görülür. Cam inceldikçe (3-4 mm) ve şekli kareye yaklaştıkça (en boy oranı 1’e yaklaştıkça) bu problem daha da kötüleşir. Cam uzun ve ince ise böyle bir problem görülmez.

Camın her yerinin eşit ısıtılamaması nedeniyle oluşur. Aşağıdaki şekilde iki farklı kamburluk için örnek verilmiştir.

Soldaki şekilde oluşan kamburluk camların peş peşe yüklenmesi sonucu merdanelerin orta kısımlarının ısı kaybetmesi nedeni ile oluşabilir. Çözümü fırın sıcaklığını düşürüp ısıtma süresini uzatmaktır.

Sağdaki şekilde kamburluğa nadiren rastlanır. Nedeni Quench’te camın ortasına yeteri kadar hava üfleyememek ve camın ortasının daha sıcak kalmasıdır. Bunun bir çözümü camı kenara yakın yüklemektir. Eğer sorun devam ediyorsa bir ısıtma problemi olabilir, fırın sıcaklığını düşürüp süreyi uzatmak özüm olacaktır.

KALİTELİ TEMPERLİ CAM İÇİN•FIRINI ELİNİZDEN GELDİĞİNCE SOĞUK ÇALIŞTIRIN•EKSANTRİK MERDANELERİNİZİ DEĞİŞTİRİN•KENAR İŞLEME (RODAJ / ZIMPARA) KALİTESİNE DİKKAT EDİN•CAMIN TEMİZLİĞİNE DİKKAT EDİN

Şekil 32. Düzensiz Kamburluk

Kamburluk (Düzensiz)Eşit olmayan ısıtmanın etkileri ( Sadece çok büyük ölçüde camlarda görülür)

26

DELİKLERCamın üzerinde delik olması ısıtma sırasında sorun yaratabilir.Deliklerin iç kenarları ısıyı soğuracağı için çevresini saran cam kütlesinden daha fazla genleşir. Bunun zararı nedir? Eğer kenara yakın bir delik varsa aralarında bir çekme gerilimi oluşacak, ve delik kenarında küçük çatlaklar varsa camın kırılmasına ya da çatlamasına yol açacaktır. Bu yüzden delik kenarlarının çapaksız olması, eğer mümkünse havşalı olması soğutmada muhtemel kırılmalı azaltacaktır.

TS EN 12150-1 standardında deliklerin çağları ve kenara olan mesafeleri ile ilgili tavsiye edilen hesaplar verilmiştir.

1- Delik Çapı: Genel olarak deliğin çapı cam kalınlığından küçük olmamalıdır.

2- Deliğin kenara mesafesi: Camın kalınlığının 2 katından az olmamalıdırd= camın kalınlığı

3- Delikler arası mesafe: Camın kalınlığının 2 katından az olmamalıdır.

b

2) İki deliğin kenarları arasındaki mesafe, b, 2d'den daha az olmamalıdır.

1) Deliğin kenarının cam kenarına olan mesafesi, a, 2'den daha az olmalıdır.

a

Şekil 33

Şekil 34

27

SONUÇ

Bu kitapçıktaki bilgiler cam temper prosesinin temel esaslarını, temper sırasında cama neler olduğunu, problemlerin neden oluştuğunu ve nasıl çözülebileceğini anlatabilmek amacıyla derlenmiştir. Kitabın başında belirtildiği gibi cam temper prosesi çok basittir; Camı eşit oranda geçiş sıcaklığının üzerinde ısıt, fırın içinde düz tut, soğutmaya gönder ve kontrollü bir hızla eşit oranda soğut, sonrasında toplamak için oda sıcaklığına kadar soğutmaya devam et.

28

...

Ansızca Köyü Hıdırcıbağlar Mevkii No:366 Kemalpaşa – İzmir

Tel:0 232 878 21 21 • Fax : 0 232 878 98 48 www.cammerkezi.com