Farklı titanyum alaşımlarının tel ark katmanlı imalat yöntemiyle üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of different titanium alloys by wire arc additive manufacturing and investigation of mechanical properties
Yazar: ERSİN ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ULUTAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Katmanlı imalat, geleneksel imalat yöntemlerine alternatif olarak geliştirilmiş üç 
boyutlu (3D) yazıcı teknolojisi olarak da adlandırılan yenilikçi bir imalat yöntemidir. Tel 
hammaddenin kullanıldığı Tel ark katmanlı imalat (TAKİ) yöntemi yüksek birikim oranları,
net şekle yakın imalat ve ucuz kurulum maliyetleri ile önemli araştırma konusu olmuştur. 
Bu çalışmada düşük yoğunluğu ve yüksek mukavemeti sebebiyle havacılık endüstrisi 
ve biyomedikal sanayi alanlarında önemli kullanım alanlarına sahip titanyum alaşımları 
çalışılmıştır. Saf titanyum (Gr2), Ti6Al4V (Gr5) ve Ti15V3Cr3Al3Sn olarak üç farklı tip (α, 
α+β ve β) titanyum alaşımı Plazma tel ark katmanlı imalat (PTAKİ) yöntemi ile üretilerek
mikroyapıları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Büyük parçaların imal edilebildiği tel 
beslemeli katmanlı imalat yöntemlerinde birikimin yapıldığı altlık, tasarım aşamasında elde 
edilmesi planlanan model ile beraber düşünülmektedir. Altlığın katmanlı imalat bölgesi ile 
kullanımının araştırılması için saf titanyum (Gr2) ve Ti6Al4V (Gr5) alaşımlarında altlık ve 
katmanlı imalat geçiş bölgeleri mekanik özellikleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. 
Ti15V3Cr3Al3Sn alaşımı için PTAKİ imalat yönteminin uygulanabilirliği ile imalat sonrası 
ısıl işlem etkileri araştırılmıştır.
PTAKİ yöntemi ile saf titanyum (Gr2) imalatında çekme dayanımı altlık malzemeye 
göre %60 oranında daha iyi olarak tespit edilmiştir. Ayrıca sertlik değeri artmış ancak
aşınma direnci değişmemiştir. Ti6Al4V alaşımında PTAKİ yöntemi ile elde edilen 
malzemenin sertliği altlığa göre %80 daha iyi olmasına rağmen imalatta oluşan titanyum 
oksitler sebebiyle çekme dayanımı ve aşınma direnci düşük olarak belirlenmiştir.
Ti15V3Cr3Al3Sn alaşımında imalat sonrası çözeltiye alma ısıl işlemi ile çekme dayanımının 
arttığı ve çözeltiye alma + yaşlandırma ısıl işlemi ile sertlik değerinde ~50 HV artma 
sağlandığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The additive manufacturing is a novel method has been developed as an alternative 
to conventional manufacturing methods, also called a three-dimensional (3D) printing 
technology. Wire arc additive manufacturing (WAAM) which wire is used as raw material, 
has become an important research subject with its high deposition rates, close to near net 
shape manufacturing and cheap set up prices. In this study, titanium alloys were used, which 
have important usage areas in the aerospace and biomedical industries due to low density 
and high strengths. Three different types of titanium alloys (α, α+β and β) as pure titanium 
(Gr2), Ti6Al4V (Gr5) and Ti15V3Cr3Al3Sn were manufactured by Plasma wire arc additive 
manufacturing (PWAAM) method and their microstructures and mechanical properties were 
investigated. Large parts can be manufacture by using WAAM method, the substrate on 
which the accumulation is made is considered together with the model planned to be 
obtained at the designing stage. For pure titanium and Ti6Al4V alloys to investigate the use 
of the substate with the additive manufacturing, the transition zone in deposition, 
microstructure and mechanical properties were examined and compared. For 
Ti15V3Cr3Al3Sn alloy, the applicability of PWAAM method and post deposition heat 
treatment effects were investigated. It has been determined that the tensile strength of pure 
titanium manufacturing with PWAAM is 60% better than the substrate. In addition, better 
hardness and same wear resistance values were obtained. In Ti6Al4V alloy, although the 
hardness of material obtained by PWAAM is 80% better than substrate, the tensile strength 
and wear resistance are lower due to titanium oxide formed in during manufacturing. The 
Ti15V3Cr3Al3Sn alloy was determined that tensile strength increased with post manufacturing solution heat treatment and the hardness value increased by ~50 HV with the
solution + aging heat treatment.