CGI malzemeye ait malzeme modelinin deneysel ve analitik yolla geliştirilmesi

Otomotiv endüstrisi başta olmak üzere birçok alanda önemi artan vermiküler grafitli dökme demir, İngilizce bilinen adıyla Compact Graphite Cast Iron (CGI), daha iyi mekanik özelliklere ve yüksek ısı iletimine sahip olması sayesinde geliştirilmesi her geçen gün daha da önem taşıyan motor bloklarında daha ince cidarlı yapıların önünü açmakta ve araçları daha hafif, daha yüksek performanslı kılmaktadır. Özellikleri bakımından dökülebilirliği, işlenebilirliği, sönüm becerisi ve ısıl iletkenliği yüksek olan yapraksı grafit yapılı kır dökme demir (KDD) ile daha iyi mekanik özelliklere sahip olan ve küresel grafit yapısına sahip olan küresel grafitli dökme demirin seçilmesi konusunda karar verilemeyen durumlarda bu iki malzemenin de özelliklerini barındıran bir ara forma ihtiyaç duyulmuştur. Aslında keşfedilmesi KDD ile aynı zamana, yani 1940'lara dayanan ama son yıllarda büyük ilgi gören VGDD bu arzı karşılayacak kapasitede olduğunu göstermiş fakat işlenebilirliğinde bazı sorunlar barındırmasıyla; üzerinde biraz daha çalışma gerektirmiştir. Dizel motorlarında daha fazla performans, daha az emisyon ve daha verimli yanmanın sağlanması için motor bloklarında oluşan yanma basıncının artırılması gerekliliğinden ötürü VGDD malzemenin işlenebilirlik problemi akademik makalelere konu oluşturmuş ve bu alanda çalışmalara, iyileştirmelere ihtiyaç duyulmuştur. Gelişen bilgisayar teknolojisi ile birlikte malzemelerin modelleme süreçleri de iyileşmiştir. Deneysel olarak malzemelerin yüksek sıcaklık koşullarında ve yüksek deformasyon hızlarında davranışlarını incelemek hem daha çok zaman hem de daha çok maddi harcamalara neden olmaktaydı. Bu çalışma sayesinde bilgisayar simülasyonlarında kullanılmak üzere vermiküler grafitli dökme demire ait Johnson-Cook parametreleri elde edilip literatüre katılmıştır. Bu yüksek lisans tezinde CGI malzemenin Johnson-Cook malzeme modeline ait olan parametreleri hesaplanarak malzeme modelinin deneysel ve analitik yolla geliştirilmesi sağlanmıştır. 20, 300, 400, 500 ve 700 0C derece sıcaklık koşullarında yapılan yarı statik (quasi static test) çekme deneylerinden alınan veriler ile yüksek birim şekil değiştirme hızındaki değerleri alabilmek için uygulanan Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) testi numuneleri de hazırlandıktan sonra 1530, 1550, 2000 ve 2200 s-1 hızlarında testler yapılıp, bu sonuçlar kullanılarak bulunan A, B, C, n ve m parametreleri elde edilmiş olup sonlu elemanlar yöntemi ile ortogonal kesme simülasyonlarında kullanılmaya hazır hale getirilmiş, plastik şekil değiştirmenin, birim şekil değiştirme hızının ve sıcaklık değişiminin gerilme üzerindeki etkilerinin bir formülde görülmesi sağlanmıştır. 20 0C sıcaklık ve yarı statik koşullarında yapılan çekme deneyi sayesinde akma dayanımı anlamına da gelen A parametresi bulunduktan sonra, aynı değerlerden yola çıkılarak B ve n parametreleri de bulunmuştur. Daha sonrasında yüksek deformasyon hızlarında yapılan SHPB testi ile C parametresi de elde edilmiş ve farklı sıcaklıklarda yapılan statik deneyler sayesinde de en son m parametresi elde edilmiştir. Ortaya çıkan neticeyi daha da iyileştirmek adına 1s-1 deformasyon hızında basma deneyi yapılarak bulunmuş olan parametreler iyileştirilmiş ve mekanik özellikleri bakımından aralarında bulunan Kır Dökme Demire ve Küresel Grafitli Dökme Demire ait Johnson-Cook parametreleri ile karşılaştırılmıştır.