Eklemeli imalat ve döküm yöntemi ile üretilen AlSi10Mg alaşımlarının kriyojenik ortamlardaki erozyon aşınma davranışlarının incelenmesi

Bu tez çalışmasında, son yıllarda hızla yaygın kullanımı artarak havacılık, uzay, otomotiv, tarım, madencilik, medikal ve dişçilik gibi sektörlerde tercih edilen metal eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş AlSi10Mg alaşımlarının erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Eklemeli ve geleneksel imalat yöntemlerinin karşılaştırılabilmesi amacıyla deney numuneleri, toz temelli eklemeli imalat uygulaması olan seçici lazer ergitme yöntemi ve alüminyum enjeksiyon döküm yöntemiyle ürettirilmiştir. Tekrarlı testler için ürettirilen numunelerin bir grubuna ısıl işlem (T6) uygulanarak ısıl işlemin, erozyon davranışına etkisi araştırılmıştır. Partikül etkisinin erozyon deneylerinde etkisinin belirlenmesinde ~350 µm boyutuna sahip Silisyum Karbür (SiC) aşındırıcı partiküller kullanılmış olup farklı parametreler özelinde katı partikül erozyon aşınma sonuçlarına ulaşılmıştır. Aşındırıcı partiküllerin, hedef malzeme yüzeyine çarpma hızlarının belirlenebilmesinde hava akış hızı, sensör yardımıyla 60 m/s olarak bulunmuştur. Partiküllerin havaya karışma anındaki hızlarının tespiti içinde Ayrık Elemanlar Metoduna (AEM) bağlı simülasyonlarla, serbest düşme hızı yaklaşık 2,24 m/s olarak tespit edilmiştir. Simülasyon ve sensör yardımıyla ölçülen değerler, Euler'in Langerian Parçacık Takibi (LPT) akış modeliyle birleştirilerek, partiküllerin çarpma hızları teorik olarak ~25 m/s olarak hesaplanmıştır. Partikül çarpma hızı aynı zamanda çift disk metoduyla da ölçülerek teorik ve deneysel yakınsama sonuçlarına ulaşılmıştır. Katı partikül erozyon aşınma parametreleri arasında bir diğer önemli parametre olan çarpma açısı karşılaştırmalarında ise altı farklı çarpma açısından (15° ile 90° sabit artış) faydalanılmıştır. Deneyler oda sıcaklığında ve kriyojenik ortam şartlarında (≤–100°C) gerçekleştirilmiş olup kriyojenik ortam şartlarının sağlanabilmesi amacıyla belli gruptaki deney numunelerinin devar kabı özelliğini temsil etme yeteneğine sahip strafor kapalı hazne içerisinde sıvı azot (-196°C) ile kontrollü olarak teması sağlanarak sensör hassasiyeti ile kriyojenik şartlar doğrulanmıştır. Deneyler ASTM G76/G211 standartları yeteneğine sahip özel olarak tasarlanmış test cihazında gerçekleştirilmiş olup ağırlık kaybı verileri ile uluslararası literatür uyumluluğu önceliğinde alternatif imalat yöntemi, ısıl işlem etkisi karşılaştırmaları sonunda çarpma açısı – erozyon oranı grafikleri oluşturulmuştur. Deney numunelerinin erozyon aşınma davranışlarını anlamlandırmak ve istatiksel veri ortaya koymak adına korelasyon analizi uygulanmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçların karşılaştırılması için ısıl işlem uygulanmamış eklemeli imalat numuneleri üzerinden Ansys Rocky DEM yazılımı ile ayrık elemanlar temelli simülasyon faaliyetleri yürütülerek simülasyona bağlı erozyon oranları hesaplanmış olup erozyon oranının tespitinde ilgili yazılımın çeşitli sınırlar dahilinde kullanışlı olabileceği anlaşılmıştır. Üç tekrarlı olacak şekilde tüm deneylerin tamamlanmasından sonra aşınmış numunelerin yüzeylerinden çeşitli büyültme ölçeklerinden SEM görüntüleri alınmış ve numunelere XRD analizi uygulanmıştır. Yüzey incelemeleri sonucunda, yüzeylerde yoğun olarak plastik deformasyona bağlı yüzey yapısının bozulduğu ve partiküllerle etkileşim sonucunda yüzeylerde çökmelere, partikül gömülmesine ve ezilme izlerine rastlanılmıştır. Ortaya çıkan yüzey hasarları, erozyon deneylerinden elde edilen sünek ve tam sünek malzeme karakteristiğini desteklemektedir. Bu tez çalışmasına ait çıktıların ortaya konulması kapsamında ise deneysel faaliyetlere ve simülasyon çalışmalarına bağlı olarak eklemeli imalat ile üretilmiş AlSiMg10 alaşımlarının katı partikül erozyon aşınma sonuçları açısından geleneksel imalatla üretilen yöntemlerden daha fazla erozyon direnci sağlayabildiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca T6 ısıl işleminin özellikle eklemeli imalat ile üretilmiş AlSi10Mg numunelerin erozyon aşınma direncini de iyileştirdiği belirlenmiştir. Son olarak kriyojenik ortam şartlarının da katı partikül erozyon aşınma miktarını artırdığı verisine ulaşılmıştır.