Soğuk püskürtme yöntemi ile üretilen Inconel 718 malzemelerin akıtarak sıvama yöntemi kullanılarak şekillendirilmesi ve karakterizasyonu
Forming and characterization of Inconel 718 materials produced by cold spray method using flow forming method
Yazar: AHMET KÜRŞAT ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL KERTİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Akıtarak sıvama yöntemi, boru şeklindeki bir parçanın döndürülürken, makaralar aracılığıyla dış yüzeyine baskı gerilmeleri uygulanarak akmaya zorlandığı bir şekillendirme işlemi olarak tanımlanabilir. Yöntem; otomotiv, havacılık, savunma ve uzay sanayisi üretimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek hassasiyetli parçaların üretiminde kullanılabilen bu yöntem ile malzemelerin et kalınlığı azalırken boyu uzamakta ve mekanik özellikleri gelişmektedir. Akıtarak sıvama yöntemi ile ilgili literatürde çok sayıda araştırma bulunmasının yanında, soğuk püskürtme yöntemi ile üretilen malzemelerin akıtarak sıvama ile şekillendirilmesini inceleyen çalışmalar sınırlı sayıdadır.
Bu tezde, metal eklemeli imalat yöntemlerinden olan soğuk püskürtme yöntemi ile üretilen Inconel 718 alaşımının, geri yönlü akıtarak sıvama yöntemi ile şekillendirilebilirliği, ayrıca mekanik ve malzeme özelliklerindeki değişimin incelenmesi amaçlanmıştır. İlk olarak, akıtarak sıvama yöntemi ile ilerleme hızı ve deformasyon oranı parametrelerindeki değişimin şekillendirilebilirliğe etkileri
xiii
gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçların literatürle uyum içerisinde olduğu, ilerleme hızı ve deformasyon oranındaki azalmanın, şekillendirilebilirliği olumlu yönde etkilediği tespit edilmiştir. Deformasyon oranının azaltılmasında bir alt limit olduğu belirlenmiş, bu limitin altına inildiğinde ise chevron çatlaklarına rastlanmıştır. Şekillendirilebilen parça için uygun parametrelerin; 25 mm/dk ilerleme hızı, 125 rpm dönüş hızı ve %25 deformasyon oranı olduğu görülmüştür. Devamında, akıtarak sıvama işlemi öncesinde ve sonrasında malzeme üzerinde çekme testi, sertlik testi ve mikroyapı analizleri gerçekleştirilerek, mekanik ve malzeme özelliklerindeki değişim incelenmiştir. Çekme testinden elde edilen sonuçlara göre malzemenin akma mukavemetinin 449 MPa değerinden 1065 MPa değerine, çekme mukavemetinin ise 789 MPa değerinden 1224 MPa değerine yükseldiği görülmüştür. Şekillendirme sonucu malzeme sertliğinin, 250 HV değerlerinden 440 HV değerlerine yükseldiği tespit edilmiştir. Mikroyapı incelemelerinde, iş parçasında görülen küresel tanelerde, sıvama işlemi sonunda şekillendirme yönünde tane yönlenmesi tespit edilmiştir. Bununla birlikte, tane sınırlarında NbC partikülleri ve yapıda %1.07 oranında porozite gözlenmiş olup bu durumun deformasyon oranındaki artışta sınırlamalara yol açarak, şekillendirilebilirliği olumsuz etkilediği belirtilmiştir.

Abstract:
The flow forming process is a metal-forming method wherein a tubular component is formed by applying compressive stresses from its outer surface to its inner surface using rotating rollers. This method is widely used in the automotive, aerospace, and defence industries, particularly for creating high-precision parts with enhanced mechanical properties by reducing material thickness to increase material length. Despite extensive research on the flow forming process, there is limited exploration of applying this method to materials produced by the cold spray additive manufacturing process.
This thesis aims to investigate the formability of Inconel 718 alloy, produced through cold spray, using the backward flow forming process. The study also examines the resulting changes in mechanical and material properties. Initial analyses focus on how variations in feed rate and deformation ratio parameters impact formability during the flow forming process. The findings align with existing literature, indicating that decreasing the feed rate and deformation ratio positively influences formability. Additionally, a minimum reduction ratio is identified to prevent Chevron cracks. Subsequent to the formability analysis, the optimal parameters are determined as a feed rate of 25 mm/min, a rotation speed of 125 rpm, and a deformation ratio of 25%.
Subsequent to the flow forming process, the study conducts tensile tests, hardness tests, and microstructure analyses are conducted on the Inconel 718 alloy. Tensile tests reveal an increase in yield strength from 449 MPa to 1065 MPa and tensile strength from 789 MPa to 1224 MPa. The Vickers hardness also rises from 250 HV to 440 HV after forming. Microstructure examinations revealed that directional grain growth in the formed direction, along with the presence of NbC particles and a porous structure, which imposes a limitation on the increase in deformation rate and negatively affects formability.