Salınımlı şekillendirmede malzeme davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Bu doktora tezinde sınırlı şekillenme kabiliyetine sahip olan Ti 6Al 4V titanyum alaşımının oda sıcaklığında şekillendirilebilirliğini artırmak için salınımlı şekillendirme prosesi üzerine deneysel ve sayısal araştırmalar yapılmıştır. Salınımlı şekillendirme işlemleri, sistem alt yapısında değişiklik yapmaya ihtiyaç duyulmadan, malzemelerin gerilme seviyesinin azaltılıp tekrar artırılmasını sağlayacak şekilde yükleme yapılmasıyla uygulanmaktadır. Bu yönüyle uygulaması düşük maliyetli bir çözüm olan salınımlı şekillendirme işlemleriyle farklı malzemelerin şekillendirilme kabiliyetindeki artışın incelendiği çalışmalar literatürde bulunmaktadır. Bu çalışmada literatürden farklı olarak havacılık ve uzay sanayinde yaygın olarak kullanılan Ti-6Al-4V titanyum alaşımının farklı salınımlı yükleme şartlarında plastik deformasyon davranışı çekme deneyleri ile incelenmiştir. Salınımlı çekme deneyleri yük boşaltma ve gerilme gevşemesi olmak üzere iki farklı yöntem ve 0,5 mm ve 2,65 mm olmak üzere iki farklı kalınlıktaki malzeme için gerçekleştirilmiştir. Sonuçta malzemenin yüzde uzamasında %50'ye varan oranda artışın mümkün olduğu bulunmuştur. Salınımlı şekillendirme yönteminin malzemenin şekillendirilebilme kabiliyetini artırmasının arkasında yatan mikroyapısal sebeplerin belirlenmesi için XRD analizleri ile dislokasyon yoğunlukları hesaplanmış ve SEM analizleri ile de malzemelerin kırılma yüzeyleri incelenmiştir. Salınımlı şekillendirme proseslerinin genelleştirilebilmesi için öncelikle Yoshida Uemori pekleşme modeli ile Sonlu Elemanlar Analizleri (SEA) gerçekleştirilmiştir. Ancak bu modelin gerilme gevşemesini ve buna bağlı olarak şekillendirilebilirlik artışını tahmin etme yeteneği olmadığı için tezin bir diğer özgün yönünü oluşturan, malzemenin salınımlı şekillendirme davranışını ve şekillendirilebilirlik artışını tahmin edebilen yeni bir SEA modeli geliştirilmiştir. Bu kapsamda dislokasyon tabanlı Bergström pekleşme modelinde ve hasar noktasını tahmin eden Gurson Tvergaard Needleman hasar kriterinde modifikasyonlar yapılmıştır. Önerilen model kullanılarak yapılan SEA sonuçları salınımlı hidro şekillendirme deneylerinin sonuçları ile kıyaslanarak simülasyonların tahmin başarısı yaklaşık %92 olarak belirlenmiştir. Salınımlı şekillenme sırasında Ti-6Al-4V malzemenin içyapısında meydana gelen değişiklikler iki boyutlu gerçek mikroyapı ve üç boyutlu sentetik mikroyapı sonlu elemanlar analizleri yapılarak da tespit edilmiştir. Buna göre mikroyapıda meydana gelen deformasyonla birlikte her bir faz ve taneler için ortaya çıkan deformasyon oranları, gerilme dağılımları ve dislokasyon yoğunluğu dağılımları tespit edilebilmiştir.