Titanyum alaşımına uygulanan bilyalı sertleştirme işlemi parametrelerinin sayısal yöntemler ile incelenmesi

Metal eklemeli imalat teknolojisi son yıllarda önemli bir gelişme göstermiş ve imalat sanayinde yeni bir devrim yaratmıştır. Bu teknoloji sayesinde, geleneksel yöntemlerle üretilmesi zor ve maliyetli olan parçaların üretimi kolaylaşmış ve aynı zamanda karmaşık geometriye sahip, topoloji optimizasyonundan dolayı açık gözenekleri bulunan parçaların üretimi mümkün hale gelmiştir. Bu avantajlar, özellikle havacılık ve biyomedikal endüstrilerinde, yüksek dayanımlı titanyum alaşımları gibi zorlu uygulamalarda büyük bir önem taşımaktadır. Elektron demeti ile ergitme (EDE) ve lazer demeti ile ergitme (LDE) gibi metal katkılı üretim teknolojileri, bu alanda en çok kullanılan ve hızla gelişen teknolojiler arasındadır. Ancak, eklemeli imalat teknolojisiyle üretilen parçalarının düşük yüzey kalitesi ve iç yapı kusurlarının daha fazla bulunması sebebiyle, yorulma ömrünün geleneksel yöntemlerle üretilen işparçalarına göre daha düşük olması önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, eklemeli imalat yöntemleriyle üretilen Ti-6Al-4V gibi yüksek dayanımlı titanyum alaşımlarının yorulma özelliklerinin iyileştirilmesi için bilyalı sertleştirme işlemi uygulanmaktadır. Bilyalı sertleştirme işleminin etkin bir şekilde uygulanabilmesinde optimum işlem parametrelerinin belirlenmesi sonuçların öngörülebilirliği açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, farklı imalat yöntemleri ile üretilmiş titanyum metali ve Ti-6Al-4V alaşımına uygulanan bilyalı sertleştirme işlemi ile oluşan kalınlı gerilmeleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Tek bilya atışından oluşan bir sonlu elemanlar modeli oluşturularak, bilyalı sertleştirme işleminin bilya hızı, bilya çapı ve bilya atış açısı olmak üzere farklı parametreleri ile işparçasının kalıntı gerilmesi profili arasındaki ilişki analiz edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, Ti-6Al-4V alaşımında titanyum malzemesi ile aynı kalıntı gerilmeleri elde etmek için daha düşük bilya hızı kullanmanın yeterli olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, EDE yöntemi ile üretilen Ti-6Al-4V alaşımının geleneksel yöntemler ile üretilen Ti-6Al-4V alaşımı ile bilyalı sertleştirme işlemi sonrasında normalize kalıntı gerilmesinde aynı artışı elde edebilmek için bilya çapınının 1 mm yerine 2 mm kullanılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca, Ti-6Al-4V alaşımı geleneksel yöntemler ile veya EDE yöntemi ile üretildiğinde, basma yönündeki maksimum kalıntı gerilmesini aynı oranda arttırmak için bilya hızını 50 m/s'den 125 m/s'ye, titanyum malzemesinde ise kalıntı gerilmesi üzerinde aynı artışı sağlamak için bilya hızını 50 m/s'den 75 m/s'ye çıkartmak gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada, geleneksel üretim yöntemleri ile ve metal eklemeli imalat teknolojisiyle üretilen Ti-6Al-4V alaşımı ile titanyum malzemesinin yorulma ömrünü istenen ölçüde iyileştirebilecek bilyalı sertleştirme işlemi parametrelerinin belirlenmesini amaçlayan araştırmalar için temel oluşturmaktadır. Ek olarak, bu çalışmada sunulan bulgular, havacılık ve biyomedikal endüstrilerinde yüksek dayanımlı parçaların tasarımında ve üretiminde kullanılabilir. Ayrıca, temel parametrelerin ve hassas modelleme tekniklerinin uygulanması yoluyla tasarlanan bilyalı sertleştirme işleminin daha verimli bir şekilde uygulanmasına olanak sağlar ve verimliliğin arttırılmasını sağlar.