Mikro/mezo şekillendirme işlemleri için bir malzeme modelinin oluşturulması

Son yıllarda metal şekillendirme uygulamalarında proses tasarım aşamasında sonlu elemanlar benzeşimlerinden gitgide daha çok yararlanılmakta ve gerçeğe yakın sonuçlar alınmaktadır. Geleneksel metal şekillendirme yöntemlerinin mikro-meso boyutta uygulanmasından ibaret olan mikro şekilllendirme işlemlerinde minyatürleşmenin doğal sonucu olarak ortaya çıkan boyut etkileri nedeniyle; geleneksel metal şekillendirme işlemlerinde kullanılan malzeme modelleri yetersiz kalmaktadır. Bu tez kapsamında Hall-Petch bağıntısı ve yüzey tabakası modeli birlikte kullanılarak mikroşekillendirme uygulamalarında kullanılabilecek bir malzeme modeli oluşturulmuştur. Yüzey tanelerinin deformasyonunun modellenmesinde Sachs Modeli, iç tanelerinin deformasyonunun modellenmesi içinde Taylor Modeli, Hall-Petch bağıntısı birlikte kullanılmıştır. Geliştirilen malzeme modeline göre, bir malzemeye ait Hall-Petch sabitlerinin bilinmesi durumunda, her hangi bir numune boyutu-tane boyutu kombinasyonu için malzemeye ait akma eğrileri hesaplanabilmektedir. Geliştirilen malzeme modeli, ayrıca, bir malzemenin belirli bir tane boyutuna ait bir akma eğrisinin bilinmesi durumunda, söz konusu tane boyutu için her hangi başka bir numune boyutuna ait akma eğrisinin hesaplanarak tahmin edilmesine izin vermektedir. Yeni geliştirilen malzeme modelini doğrulamak amacıyla CuZn30 alaşımından imal edilmiş farklı tane ve numune boyutuna sahip numunlere mikro basma deneyleri uygulanmış ve 12 farklı numune tane boyutu kombinasyonu için akma eğrileri elde edilmiştir. En büyük numune boyutuna ait üç akma eğrisi kullanılarak deney malzemesinin Hall-Petch sabitleri belirlenmiş ve bu Hall-Petch sabitlerinin malzeme modeline yerleştirilmesiyle, 12 deneysel akma eğrisi ortalama % 2,68 hata oranıyla tahmin edilmiştir. Ayrıca modelin doğruluğu literatürde farklı numune ve tane boyutu kombinasyonları için gerilme –genleme eğrileri mevcut iki farklı alaşıma ait gerilme- genleme eğrileri için de gösterilmiştir. Bu tez kapsamında oluşturulan yeni model ile hesaplanan tahmini akma gerilme değerlerinin, bu malzemelere ait deneysel akma eğrileri ile sırasıyla %3,45 ve %3,56 hata oranıyla uyumlu olduğu gösterilerek, modelin geçerliliği farklı malzemeler için de ilave olarak gösterilmiştir. Oluşturulan malzeme modelinin mikro-şekillendirme işlemlerinin benzeşimlerinde kullanışlılığının gösterilmesi amacıyla mikro-ekstrüzyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonrasında, malzeme modeli kullanılarak sonlu elemanlar analizleri yapılmış ve deneysel sonuçlar ortalama %3 hata oranıyla yakın bir biçimde tahmin edilmiştir. Bu sayede geliştirilen modelin mikro-şekillendirme uygulamalarında kullanılabileceği ortaya konulmuştur.