Theses supervised by Doç. Dr. Nuri Şen
10 theses · Düzce University
Yüksek ve ultra yüksek mukavemetli çeliklerin ılık şekillendirme sıcaklıklarındaki deformasyon davranışlarının karakterize edilmesi
Günümüzde gerek fosil yakıt kaynaklarının azalması ve gerekse de bunların çevreye vermiş olduğu zararlı etkenlerden dolayı özellikle yeni nesil araçlarda hafif ve yüksek mukavemetli malzemeler tercih edilmeye başlanmıştır. Bu bağlamda, yüksek ve ultra yüksek mukavemetli çelikler, düşük alaşımlı çeliklere göre sahip oldukları yüksek mukavemetleri sayesinde otomotiv parçalarının daha ince üretilebilmesine olanak sağlamış ve otomotiv sektörünün geleceğinin şekillenmesinde önemli bir yer edinmiştir. Buna karşın yüksek ve ultra yüksek mukavemetli çeliklerin göstermiş olduğu yüksek mukavemet değerleri, bu malzemelerin şekillendirilebilmesi açısından zorlukları da beraberinde getirmekte ve daha karmaşık geometriye sahip parçaların şekillendirilmesindeki kullanımlarını kısıtlamaktadır. Ilık şekillendirme yöntemiyle birlikte, bu çeliklerin şekillendirilebilme kabiliyetleri bir miktar daha arttırılabilmektedir. Fakat öncelikle bu çeliklerin ılık sıcaklıklar etkisi altındaki deformasyon davranışının karakterize edilip, ılık sıcaklıkların bu çeliklerin deformasyonunda nasıl bir etkene sahip olduğunun anlaşılması gerekmektedir. Bu sebeple, bu çalışmada DP600 ve DP800 yüksek mukavemetli çelikler oda sıcaklığı (OS), 75 °C, 175 °C, 275 °C ve 375 °C, MART1200 ve MART1400 ultra yüksek mukavemetli çelikler ise OS, 175 °C, 275 °C, 375 °C ve 475 °C sıcaklıklar altında ve iki farklı gerinim hızı değerlerinde (0,05 s-1 ve 0,005 s-1) çekme testlerine tabi tutulmuştur. Çekme deneylerinden elde edilen verilerle birlikte çeliklerin anlık deformasyon yaşlanması ve anlık deformasyon hız hassasiyetlerindeki değişimleri, sertleşme ve uzama kapasitelerindeki değişimleri, ve mikroyapıda oluşan değişiklikler araştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre her iki malzeme içinde 175 °C ve 275 °C sıcaklık değerlerinde dinamik deformasyon yaşlanması (DSA) belirtilerine rastlanmış ve bu sıcaklıklar altında gerçekleştirilecek olan deformasyon işlemlerinin şekillendirilebilirlik açısından avantajlı olmayacağı sonucuna varılmıştır. Yüksek mukavemetli çeliklerde 75 °C ve 375 °C sıcaklıklar altında gerçekleştirilen çekme deneylerinde çeliklerin uzama kapasitelerinde önemli bir artış görülürken, ultra yüksek mukavemetli çeliklerde bu artış 375 °C ve 475 °C sıcaklıklarda gözlemlenmiştir. Yüksek mukavemetli çeliklerde gözlemlenen bu artışın malzemenin mikroyapısında bulunan ferrit ve martenzit taneleri arasındaki sertlik farkındaki düşüşten dolayı meydana gelebileceği, ultra yüksek mukavemetli çeliklerde ise martenzit yapısının temperlenmesinden dolayı meydana gelebileceği sonucuna varılmıştır.
Yüksek mukavemetli çift fazlı ve martenzit çeliklerin delik genişletme oranına zımba konik açısının ve ilk delik çapının etkisi
Gelişmiş yüksek mukavemetli çelikler (AHSS), imal edilen araçların yüksek mukavemetlerinden dolayı hem güvenliğini arttırırken hem de daha düşük kalınlıklarda üretilebilmesine olanak sağlamıştır. Kalınlıktaki düşüş aracın ağırlıklarının azalmasına buda yakıt ekonomisinin iyileşmesinde önemli bir rol oynamıştır. Yüksek mukavemet-ağırlık oranları nedeniyle son yılda otomotiv endüstrisinde çok fazla ilgi çekmiştir. Fakat bu sacların yüksek mukavemetleri çeşitli şekillendirme problemlerini ortaya çıkarmıştır. Özellikle DP ve MART tipi AHSS çeliklerinin şekillendirme işlemleri sırasında kenar çatlama hatalarına ciddi bir eğilimi olduğu bilinmektedir. Sac malzemelerin kenar çatlama davranışları sıklıkla ISO 16630 standardında belirtildiği üzere 10 mm'lik sabit bir iç delik çapının 60°'lik bir konik zımba ile genişletilmesi ile test edilir. Fakat, bu çalışmada DP ve MART çeliklerinin kenar çatlama davranışlarını gözlemlemek amacıyla üç farklı başlangıç delik çapına sahip olan (14, 16, 18 mm) DP ve MART sac malzemeler üç farklı açıdaki (30°, 60° ve 90°) konik zımbalar ile delik genişletme testleri (DGT) yapılmıştır. DP ve MART saclarının konik zımba açısının ve ilk başlangıç delik çapındaki değişimlerin delik genişletme oranlarına olan etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre DP ve MART çeliklerinin delik genişletme oranlarının (DGO), konik zımba açısı ve başlangıç delik çapları ile önemli bir seviyede değişmediği gözlemlenmiştir. Bu durum DP ve MART çeliklerinin sahip oldukları düşük kırılma geriniminden kaynaklanmış olabileceği düşünülmüştür. DP ve MART çeliklerin kenar çatlama davranışlarındaki önemli faktörün konik zımba açıları ve ilk delik çapından ziyade mikroyapı bileşiminin daha etkili olduğu sonucuna varılmıştır.
AA5754 alüminyum alaşımının farklı sıcaklık ve gerinim hızlarının deformasyon davranışına olan etkilerinin incelenmesi
Alüminyum gelişen teknolojiyle birlikte önem kazanan malzemelerden biridir. Otomotiv endüstrileri araç ve gereçleri tasarlamadan önce yüksek sıcaklıklarda alüminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğinin iyileştirilmesinin karakterizasyonuyla çok ilgilenmektedir. Ilık sıcaklıklarda şekillendirme yapılarak alüminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetleri arttırılabilir. Bu nedenle önce Alüminyum alaşımlarının ılık sıcaklıklarda göstermiş olduğu deformasyon davranışının incelenip, ılık sıcaklıkların Alüminyum alaşımlarının deformasyonunda nasıl bir rol oynadığının belirlenmesi gerekmektedir. Bahsedilen konudan yola çıkarak bu çalışmada gerinim hızı ve sıcaklığın AA5754 Alüminyum alaşımının deformasyon davranışına olan etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada oda sıcaklığı (OS), 200 °C, 250 °C, 300 °C ve 350 °C sıcaklıklarında ve üç farklı gerinim hızı değerlerinde (0,001 s^(-1) , 0,01s^(-1) ve 0,05 s^(-1)) çekme testleri uygulanmıştır. Deneyler sonucu elde edilen verilerden faydalanılarak AA5754 alaşımının uzama kapasitesindeki değişim, sertleşme kapasitesindeki değişim, deformasyon yaşlanması ve deformasyon hız hassasiyetlerindeki değişimler incelenmiştir. Ayrıca sonlu elemanlar analizinde Backofen ve Voce sertleşme modelleriyle akış eğrileri tahmin edilmiş ve gerçek verilerle karşılaştırılıp hata oranları elde edilmiştir. Deneyler sonucunda sıcaklık artışının, genel olarak AA5754 alaşımının akma ve çekme mukavemeti değerlerinde bir düşüşe neden olduğu görülmüştür. Ancak hem akma hem de çekme dayanımı değerlerindeki azalma, en düşük gerinim hızı için çok daha yüksek olurken, en yüksek gerinim hızı için daha düşük olmuştur. Yüksek gerinim hızlarında oluşan daha yüksek deformasyon yaşlanması etkisiyle uzama kapasitesinde azalmaya neden olmuştur. Sonlu elemanlar analizinde sıcaklık arttıkça, Backofen modelinin akış eğrilerini doğru tahmin edebilme yüzdesinde düşüş meydana geldiği gözlemlenmiştir. Backofen modelinde modelinin 0,05 s^(-1) ve 0,01 s^(-1) için 250 °C'ye kadar deneysel akış eğrilerini doğru bir şekilde tahmin edebildiği tespit edilmiştir. En düşük gerinim hızında 250°C sıcaklığa kadar meydana gelen maksimum hata oranın % 14,40 olduğu görülmüştür. Voce modelinin malzeme davranışını 0.01 s^(-1) ve 0.05 s^(-1) gerinme hızları için tüm sıcaklıklarda doğru bir şekilde tahmin edebildiği görülmektedir. Voce yapısal modelinin, F&B'ye göre daha iyi tahmin yeteneğine sahip olduğu gözlemlenmiştir.
Yüksek mukavemetli sac metal malzemelerin farklı deformasyon parametreleri altındaki geri esneme davranışlarının incelenmesi
Sac malzemelerin şekillendirilmesinde sıkça kullanılan yöntemlerden biri bükme işlemidir. Sacın büküm işlemi tamamlandıktan sonra geri esnemesi imalat verimini önemli ölçüde düşürmektedir. Geri esneme davranışını etkileyen faktörler, şekillendirilmiş metal levhalar üzerindeki geri esnemeyi kontrol etmek ve sınırlamak için iyi araştırılmalıdır. Bu çalışmada MART1200 ve MART1400 Ultra Yüksek Mukavemetli Çelikler üzerinde şapka şeklinde bükme deneyleri yapılmıştır. Farklı yağlama koşullarının geri esneme üzerindeki etkisini araştırmak için yapılan deneylerde üç farklı yağlayıcı türü (Teflon film, Grafit ve Teflon film + Grafit) kullanılmıştır. Kuvvet tutma süresinin geri esnemeye etkisini gözlemlemek için bükme darbesinin sonunda 6.5 tonluk sabit bir dip kuvveti uygulanmış ve numuneler üzerinde kuvvet 0, 10s ve 60s tutulmuştur. Ek olarak MART1400 çeliğinin baskı plakası kuvvetinin geri esneme üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Baskı plakası kuvveti ve kalıp ile sac arayüzleri arasındaki sürtünmenin azalmasının, yan duvarlar ve flanş bölgelerindeki geri esnemeyi önemli ölçüde azalttığı gözlemlenmiştir. Ek olarak yan duvar kıvrılmasını da azalttığı görülmüştür. Ancak kuvvet tutma süresi geri esneme için anlamlı bir fark yaratmamıştır. Bu çalışmada sac tabanının daha düşük sürtünme koşullarında ve baskı plakası kuvvetinde daha büyük bir deformasyona uğradığı ve geri esnemenin azalmasına neden olduğu sonlu elemanlar analizi ile ortaya konulmuştur. Anahtar Sözcükler: Geri Esneme, Mart Çelikleri, Şapka Şeklinde Bükme, FEA, Gerilme Analizi
DP800 ve MART1400 gelişmiş yüksek mukavemetli çeliklerin farklı kalıp açılarındaki derin çekilebilirliğinin araştırılması
Derin çekme, önemli ve geniş çapta uygulanan sac şekillendirme yöntemlerinden birisidir. Bu yüzden sac metallerin derin çekilebilirliğinde elde edilen küçük iyileştirmeler bile, sac metalin daha karmaşık ürünlere dönüştürülme kabiliyetini önemli ölçüde artırmaktadır. Gelişmiş yüksek mukavemetli çelikler (AHSS'ler), yüksek dayanımlarından dolayı otomotiv endüstrisinde en popüler kullanılan çeliklerden birisidir. Bununla birlikte, düşük süneklikleri sebebiyle bu çeliklerin derin çekme işlemi sırasında zımba radyüs bölgesi yakınında önemli yırtılma sorunlarınlarıyla karşılaşılmaktadır. Bu çalışmada, AHSS'ler için açılı kalıplarda derin çekme ile daha yüksek bir derin çekme oranının (DÇO) elde edilip edilemeyeceğini araştırmak amacıyla DP800 ve MART1400 çelikleri, dört farklı açılı (0⁰, 7.5⁰, 12.5⁰ ve 20⁰) açılı kalıplarda derin çekme deneyleri yapılmıştır. Ek olarak, farklı açılı kalıp kurulumlarındaki her iki çelik türü için DÇO'yu tahmin etmek amacıyla sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılmıştır. MART1400 çeliğinin derin çekilebilirliğinin açılı kalıp düzeneklerinin hiçbirinde DÇO'nun gelişmediği görülmüştür. Ancak DP800'ün DÇO'su, 20⁰ kalıp açısınde %2,46 oranında bir miktar artış göstermiştir. Gerçekleştirilen sayısal ve deneysel sonuçlar birbirleriyle yakın bir uyum göstermiştir.
DP800 çeliği için MMC hasar modelinin çeşitli sertleşme modelleri ve akma kriterleri altında kalibrasyonu
Sonlu Elemanlar Analizinin (FEA) sac şekillendirme proseslerinde kullanımı her geçen gün artmaktadır. Son yıllarda yapılan çalışmalarda, Lode açısı parametresi ve gerilim üç eksenliliğinin etkilerini içeren hasar modelleri, saclarda kırılma başlangıcını tahmin etmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak sertleşme modelinin ve akma kriterinin seçimi, oluşturulan kırılma yüzeyi üzerinde önemli etkilere sahip olabilir ve doğru şekilde kalibre edilmediği takdirde hatalı kırılma tahminlerine yol açabilir. Bu çalışmada, Modifiye Mohr-Coulomb (MMC) hasar modeli, iki farklı sertleşme modeli (Hollomon ve Voce) ve iki farklı akma kriteri (Von-Mises ve Hill-48) kullanılarak DP800 çeliği için kalibre edilmiştir. Sertleşme modellerinin ve akma kriterlerinin MMC'nın öngörülen kırılma yüzeyi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı deformasyon modları (tek eksenli gerilim, düzlem gerinim ve kayma) için kuvvet-yer değiştirme eğrilerini tahmin etme yetenekleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre her iki sertleşme modelinin tahminlerinde %6'ya varan hata payı olduğu ancak Voce sertleşme modelinin kuvvet-yer değiştirme davranışlarını tahmin etmedeki doğruluğunun yanı sıra kırılma davranışını tahmin etmede de başarılı olduğu görülmüştür.
Alüminyum sıcak dövme prosesinde dövme sıcaklığı ve ısıl işlem parametrelerinin mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Alüminyum alaşımları, hafif yapıları, iyi işlenebilirlik özellikleri ve korozyona karşı dirençleri nedeniyle sanayide geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu malzemeler başta otomotiv, havacılık-uzay, ulaşım, elektronik ve imalat sanayii olmak üzere birçok sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektroliz prosesiyle ingot (külçe) halinde üretilen alüminyum alaşımları, kullanım alanlarına göre çeşitli üretim teknikleriyle istenilen şekillere dönüştürülmektedir. Bu teknikler genel olarak ekstrüzyon, döküm, dövme, haddeleme ve yarı katı formda şekillendirme olmak üzere beş temel başlık altında toplanmaktadır. Özellikle dövme işlemi, alüminyum malzemelerde mekanik özelliklerin ve yorulma dayanımının iyileştirilmesinde en etkili yöntemlerden biri olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, 6082 alüminyum alaşımının sıcak dövme prosesi sırasında uygulanan farklı dövme sıcaklıkları ve sonrasında gerçekleştirilen ısıl işlem parametrelerinin, malzemenin mikroyapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda iki farklı dövme sıcaklığında (150℃ ve 450℃) AA6082 alaşımı dövülmüş ve sonrasında sabit bir sıcaklıkta (530℃) üç farklı süre (60 dk, 90 dk ve 120 dk) boyunca çözeltiye alınmıştır. Daha sonrasında numuneler 180 ℃ sıcaklıkta 8 saat boyunca yapay yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Elde edilen ürünlerden alınan çekme testi numuneleri ile malzemelerin mekanik özellikleri incelenmiş, sertlik değerleri ve mikroyapı görüntüleri analiz edilmiştir. Ayrıca, dövme prosesinde ilk hammadde üretim yönteminin (ekstrüzyon, yatay döküm ve dikey döküm) dövme prosesi sonrasında malzemelerin mekanik özellikleri ve tane boyutlarına olan etkileri de araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde 150 °C'de dövülen ve T6 tipi ısıl işleme tabi tutulan numunelerin optimum mikroyapı ve mekanik özellikleri sergilediği belirlenmiştir.
Yüksek mukavemetli DP800 çeliğinin ılık şekillendirme sonrası geri esneme davranışının ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Geri esneme, şekillendirilmiş ürünlerin montajını bozarak zaman ve enerji kaybına yol açtığı için bükme işleminin en istenmeyen sonuçlarından biri olarak bilinir. Bükme işleminden önce sac metali ısıtmak, geri geri esnemenın istenmeyen etkilerini hafifletmek için endüstride kullanılan yaygın bir uygulamadır. Ancak birçok durumda, sıcak veya ılık bükme işleminin bükülmüş ürünlerin mekanik özellikleri üzerindeki sonuçları tam olarak dikkate alınmaz. Bu çalışmada, sıcak bükme işleminin, baskı plaka kuvveti ve yağlama gibi işlem parametreleriyle birleştirilmesinin DP800 çeliğinin geri geri esneme davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ek olarak, bükülmüş numunelerin mekanik sonrası özellikleri araştırılmıştır. Bunun için, DP800 çelik saclar dört farklı sıcaklıkta (25 ℃, 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃), üç farklı baskı plaka kuvveti (25bar, 75bar, 125 bar) ve iki farklı yağlayıcı (grafit ve teflon) kullanılarak şapka biçimli bir ürüne bükülmüştür. Sonuçlara göre, baskı plaka kuvvetinin azaltılması ve daha iyi bir yağlayıcı (teflon) uygulanmasının daha düşük bir geri geri esneme elde etmede önemli bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. Ek olarak, sıcaklığın artırılması geri geri esnemeyı olumlu etkilerken, sıcak sıcaklıklarda bükülmüş sacların mekanik sonrası mukavemetinin önemli bir azalma göstermediği bulunmuştur.
SS304-SS430 paslanmaz çeliklerin mekanik özelliklerinin incelenmesi ve simülasyon ortamında farklı akma kriterleri ile modellenmesi
Günümüzde paslanmaz çelik malzemeler özellikle otomotiv, gıda ve beyaz eşya sektörlerinde, kimyasal ve mekanik özelliklerinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanımının bu denli yoğun olması, bu malzemelerin kapsamlı bir şekilde karakterize edilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmada iki farklı paslanmaz çelik malzemenin (SS304 ve SS430) çekme testleri ile iki farklı gerinim hızındaki (0.001 s-1 ve 0.01 s-1) karakterizasyonu yapılmıştır. Bununla birlikte malzemenin 0°, 45° ve 90° yönelimlerinde de çekme testleri yapılarak anizotropik davranışı tespit edilmiştir. Sonlu elamanlar analizlerinde (FMA) sıklıkla kullanılan Hill48 r-tabanlı, Hill48 σ-tabanlı ve Barlat91 akma kriterlerinin bu malzemelerin 0°, 45° ve 90° yönelimlerinde elde edilen kuvvet – deplasman verilerini tahmin edebilme kabiliyetleri karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre SS340 çeliğinin östenitik yapısı sayesinde, SS430 çeliğine göre çok daha yüksek mukavemet seviyelerine ulaşabildiği ve daha iyi bir uzama sergileyebildiği görülmüştür. Yapılan analizler neticesinde Hill48 r-tabanlı model'in her iki malzeme içinde kuvvet – deplasman verilerini en doğru tahmin eden model olduğu görülmüştür.
Sae 5140 küresel mafsalın indüksiyon sertleştirme sonrası meydana gelen sertlik derinliğinin ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Binek araçların gelişim sürecine baktığımızda daha güvenli, daha konforlu bir tasarım için sürekli araştırma ve geliştirme yapıldığı görülmektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda tasarımların değiştiği ve gerekli durumlarda malzemede de değişikliğe gidilerek dinamik ya da statik çalışma şartlarında mekanik davranışlar incelenmektedir. Optimum çalışma şartlarına göre yapılan deneysel testler bize daha güvenli mekanik parçalar üretmeye imkân sağlamaktadır. Özellikle araçlarda sürüş güvenliği ve konforu açısından vazgeçilmez bir durumda olan süspansiyon parçalarının üretimim tasarımı ve testleri hayati önem taşımaktadır. Süspansiyon parçalarının birbirleriyle uyum içerisinde çalışması ve sürüş esnasında zeminden gelen titreşim hareketlerini sönümlemek hem sürücü hem de yolcuların konforu için ayrı bir önem taşımaktadır. Süspansiyon parçaları içerisinde rotil parçasının ana bileşenlerden biri de küresel mafsallardır. Küresel mafsalın emniyeti açısından önemlidir ve tekerlekler ile süspansiyon arasındaki bağlantıyı ve aracın yönlendirilmesini ayrıca rahat bir sürüş deneyimi sağlar. Küresel mafsalın farklı düzlemlerde ve açılarda döndüğünden dolayı yüksek oranda gerilime ve aşınmaya maruz kalırlar. Aşınmayı ve hasarı önlemek amacıyla küresel mafsalın dış yüzeyine belirli derinlikte indüksiyon sertleştirme uygulaması yapılmaktadır. Bu yöntem lokal olarak istenilen yüzeylerin sertliği için büyük avantaj taşımaktadır. Bu çalışmada SAE5140 malzemesinden üretilen küresel mafsal için yeni bir bobin tasarımı yapıldı.2,3,4,5 s ısıtma süresi ve 3,4,5 s soğutma işlemine tutulan küresel mafsalların sertlik derinliği, sertlik değeri, bükme test sonuçları ve mikro yapısı incelenmiş olup ısıtma süresi artıkça indüksiyon derinliği ve bükme kuvvetinin artığı, sonlu elemanlar yönteminde yapılan analiz sonucuna göre ısıtma süresi artıkça boyun bölgesindeki eşdeğer gerilme değerinin artığı görülmüştür. En yüksek sertlik değeri, bükme kuvveti ve sonlu elamanlar yöntemine göre boyun bölgesi eşdeğer gerilme değeri 5 s ısıtma ve 5 s soğutma işleminde görülmüştür.