Inconel 718 süper alaşımının vakum indüksiyon gaz atomizasyon (VIGA) ve lazer toz yataklı ergitme ile prosesi

Mevcut çalışma ile, vakum indüksiyonlu gaz atomizasyon (VIGA), seçici lazer ergitme (SLM) ve ısıl işlemin bir kombinasyonuyla üretilen Inconel 718 süper alaşım numunelerinin üretim prosesleri/mikroyapı/mekanik davranış özelliklerinin incelenmesiyle ilgilidir. Bu çalışma kapsamında fiziksel, kimyasal, mikro yapısal ve mekanik özellikleri karakterize etmek için taramalı elektron mikroskobu (SEM), Helyum piknometresi, partikül boyut dağılım analizörü, karbon-kükürt ve oksijen-azot-hidrojen analizi, indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) karakterizasyonu, Arşimet yoğunluk ölçümü, optik mikroskop, Vickers sertlik ölçümü ve çekme testi yöntemleri kullanılmıştır. Yüksek sıcaklık uygulamalarındaki mukavemeti, yüksek korozyon direnci ve kaynaklanabilirliği dolayısıyla uzay ve havacılık endüstrisindeki yapısal bir malzeme olarak benimsenen ön alaşımlandırılmış Inconel 718 serisi süper alaşım ham maddesi kullanılarak VIGA ile eklemeli imalatın SLM teknolojisine uygun 20-45 µm partikül boyut dağılımına sahip lazer toz yataklı ergitme (LPBF) toz üretimi gerçekleştirilip sonrasında Inconel 718 tozuna fiziksel ve kimyasal karakterizasyon testleri yapılmıştır. Bu toz grubuyla yerli ENAVISION-250 metal eklemeli imalat SLM makinasıyla mekanik karakterizasyon yapmaya yönelik numuneler üretilmiştir. Üretilen numuneler ise imal edildiği gibi olan, çözeltiye alma yaşlandırma ve rekristalizasyon ısıl işlemleri uygulanmış numuneler olarak sınıflandırılmıştır. Aynı zamanda ısıl işlemin etkilerini gözlemlemek için mikroyapısal olarak incelemeler ile birlikte mekanik testler uygulanmıştır. Bu kapsamda, SLM ile numune üretiminde kullanılan değişken lazer gücü parametrelerinin her bir numune grubu özelindeki optimum parametre seti belirlenerek yerli Enavision-250 eklemeli imalat SLM makinası ile bir malzeme veri sayfası oluşturulması hedeflenmiştir. Belirli kimyasal kompozisyona sahip olarak temin edilen Inconel 718 ingotlarının atomizasyon sırasında ve/veya sonrasında potansiyel herhangi bir reaksiyon ya da kontaminasyon risklerine karşın kimyasal içeriğinde değişim olup olmadığını tespit etmek için karbon-kükürt, oksijen-azot-hidrojen ve ICP-OES ile kimyasal karakterizasyon analizleri yapılmıştır ve malzemenin herhangi bir kimyasal değişime uğramadığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra, Inconel 718 tozunun SLM ile proses edilebilirliğindeki diğer önemli etkenler olan tozun morfoloji incelenmiş; toz gurubunun tamamen küresele yakın, nispeten uydusuz bir toz üretildiği anlaşılmıştır. Tozun yoğunluğu, teorik yoğunluğa yakın %99,6 seviyesinde ölçülmesiyle birlikte tozun akış/serilebilme kabiliyetinin göstergesi olan Hausner oranı 1,08 olarak hesaplanarak tozun mükemmel bir akış/serilebilme kabiliyeti gösterdiği tespit edilmiş ve sırasıyla SEM, Helyum piknometresi, sıkıştırılmış yoğunluk/görünür yoğunlukların ölçülmesiyle bu özellikler karakterize edilmiştir. VIGA ile atomize edilmiş Inconel 718 tozlarıyla imal edildiği gibi olan, argon atmosferinde çözeltiye alma-yaşlandırma ve rekristalizasyon ısıl işlemleri uygulanmış numunelere mikroyapısal ve mekanik olarak değerlendirmelerde bulunmakla birlikte nihayetinde optimum proses parametre setinin oluşturulmasına yönelik tekli lazer taraması (single-line), çekme testi numuneleri ve küp şeklindeki numunelerin SLM ile üretimleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, optik mikroskop görüntüleri ile tekli lazer taramasıyla ergiyik havuzu süreklilikleri değerlendirildiğinde en düzgün ve kesintisiz tarama performansı sergileyen lazer güçleri 350W ve 430W ile olduğu gözlenmiştir. Çekme testleri kapsamında en yüksek akma gerilmesine imal edildiği gibi olan numune gurubunda 370W ile, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda 370W ile ve rekristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda ise 350W ile ulaşılmıştır. En yüksek çekme gerilmesine imal edildiği gibi olan numune gurubunda 390W ile, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda 390W ile ve rekristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda ise 430W ile ulaşılmıştır. Çalışma kapsamında %uzama değerlerinde çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemli numunelerin uzama değerleri beklentinin altında olduğu ilgili ısıl işlem yöntemi ile özellikle tane sınırlarında yoğun δ fazı biriktiği optik mikroskop incelemeleri ile tespit edilmiştir ve δ fazının keskin uçlu morfolojisi dolayısıyla yüksek sıcaklıklarda çentik etkisi göstermesi, çatlak büyümesi ve ilerlemesini tetikleyici bir etken olduğu anlaşılmış En yüksek %uzama değerlerine imal edildiği gibi olan numune gurubunda 350W ile, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda 390W ile ve rekristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda ise 430W ile ulaşılmıştır. Vickers sertlik ölçümü çerçevesinde ise en yüksek sertlik değerine imal edildiği gibi olan numune gurubunda 350W ile, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda 350W ile ve rekristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda ise 370W ile ulaşılmıştır. Arşimet yoğunluk ölçümleri ile maksimum yoğunluk seviyesine imal edildiği gibi olan numune gurubunda 350W ile, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda 390W ile ve rekristalizasyon ısıl işlemi uygulanmış numune gurubunda ise 370W ile ulaşılmıştır Elde edilen bu sonuçlar ile, yerli Enavision-250 metal eklemeli imalat SLM makinası ile LPBF Inconel 718 özelinde optimum proses parametreleri belirlenerek oluşturulması hedeflenen malzeme veri sayfasında değişken lazer güçleri ile imal edildiği gibi olan numuneler için optimum lazer gücü 350W, çözeltiye alma-yaşlandırma ısıl işlemli numuneler için 350W ve rekristalizasyon ısıl işlemli numune grubu için LPBF Inconel 718 parçalarının uygulama alanına göre talep edilen mekanik özelliklere göre parametre seti tercihi yapılabileceği sonucuna varılmıştır.