Aşındırıcı su jeti yöntemi ile delinen karbon fiber takviyeli polimer malzemede kriyojenik işlemin delaminasyon deformasyonuna etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of cryogenic treatment on delamination deformation in carbon fiber reinforced polymer material drilled by abrasive water jet method
Yazar: EMRE SAPARCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF ARSLAN
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Karbon fiber takviyeli polimer malzemeye uygulanan kriyojenik işlemin aşındırıcı su jeti yöntemi ile delinmesinde deliklerde oluşan deformasyonlara etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın başlangıcında CFRP malzemeler -180 °C'de azot gazı kullanılarak 6 saat (6Kİ), 12 saat (12Kİ), 18 saat (18Kİ) olmak üzere farklı bekleme sürelerinde kriyojenik işlem uygulanmıştır. Ayrıca deliklerde oluşan deformasyonu karşılaştırmak amacı ile kriyojenik işlem uygulanmayan numunelerde (0Kİ) hazırlanmıştır. Kriyojenik işlem uygulanmış ve uygulanmamış tüm numunelere ASJ yöntemiyle; 3800 bar su basıncı, 1 mm nozul mesafesi, 750 mm/dak, 80 mesh garnet, aşındırıcı akış oranı 350 gr/dak, 0.76 mm iç çapa nozul ile sabit delme parametrelerinde 8, 12, 16 mm çaplarında delikler delinmiştir. Delme işlemlerinde oluşan deformasyonlar CMM cihazı, yüzey pürüzlülük cihazı ve mikro yapı görüntüleme cihazları kullanılarak tespit edilmiştir. Yapılan ölçümler, değerlendirmeler sonucunda; 8 mm çaptaki delikler için ortalama dairesellik hatası 0Kİ numunelere göre 6Kİ numunelerde %14 iyileşme olduğu görülmüştür. 12 mm çaptaki delikler için ortalama dairesellik hatası 0Kİ numunelere göre 6Kİ, 12Kİ numunelerde %37 iyileşme olduğu görülmüştür. 16 mm çaptaki delikler için ortalama dairesellik hatası 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %20 iyileşme olduğu görülmüştür. 8 mm çaptaki delikler için ortalama kerf açısı 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %8 iyileşme olduğu tespit edilmiştir. 12 mm çaptaki delikler için ortalama kerf açısı 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %15 iyileşme olduğu görülmüştür. 16 mm çaptaki delikler için ortalama kerf açısı 0Kİ numunelere göre 12Kİ numunelerde %5 iyileşme olduğu görülmüştür. 8 mm çaptaki delikler için ortalama delaminasyon hatası en düşük 18Kİ numunede 1,018 oranı, en yüksek 12Kİ numunede 1,022 olarak tespit edilmiştir. 12 mm çaptaki delikler için ortalama delaminasyon hatası en düşük 18Kİ numunede 1,012 oranı, en yüksek oran 0Kİ numunelerde 1,016 olarak tespit edilmiştir. 16 mm çaptaki delikler için ortalama delaminasyon hatası en düşük 6Kİ, 12Kİ, 18Kİ numunelerde 1,009 oranı, en yüksek oran 0Kİ numunede 1,01 olarak tespit edilmiştir. 8 mm çaptaki delikler için ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinde 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %17 iyileşme olduğu görülmüştür. 12 mm çaptaki delikler için ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinde 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %33 iyileşme olduğu görülmüştür. 16 mm çaptaki delikler için ortalama yüzey pürüzlülüğü değerinde 0Kİ numunelere göre 18Kİ numunelerde %44 iyileşme olduğu görülmüştür.

Abstract:
The effects of cryogenic treatment applied to carbon fiber reinforced polymer material on the deformations occurring in the holes during drilling with the abrasive water jet method were investigated. At the beginning of the study, CFRP materials were cryogenically processed using nitrogen gas at -180 °C for different waiting times of 6 hours (6Kİ), 12 hours (12Kİ) and 18 hours (18Kİ). Additionally, samples without cryogenic treatment were prepared in order to compare (0Kİ) the deformation occurring in the holes. All samples, whether cryogenically treated or not, were analyzed using the ASJ method; At constant drilling parameters with 3800 bar water pressure, 1 mm nozzle distance, 750 mm/min cutting feed rate, 80 mesh garnet, abrasive flow rate of 350 g/min and a nozzle with 0.76 mm inner diameter; Holes with diameters of 8 mm, 12 mm and 16 mm were drilled. Deformations occurring during drilling operations were detected using CMM device, surface roughness device and microstructure imaging devices. As a result of the measurements and evaluations made; It was determined that the average circularity error for 8 mm diameter holes was improved by 14% in 6KI samples compared to 0KI samples. It was determined that the average circularity error for 12 mm diameter holes was improved by 37% in 6KI and 12KI samples compared to 0KI samples. It was determined that the average circularity error for 16 mm diameter holes was improved by 20% in 18KI samples compared to 0KI samples. It was determined that there was an 8% improvement in the average kerf angle for 8 mm diameter holes in 18KI samples compared to 0KI samples. It was determined that there was a 15% improvement in the average kerf angle for 12 mm diameter holes in 18KI samples compared to 0KI samples. It was determined that the average kerf angle for 16 mm diameter holes was improved by 5% in 12KI samples compared to 0KI samples. For 8 mm diameter holes, the lowest average delamination error was found to be 1.018 in the sample that was cryogenically treated for 18 hours, and the highest was 1.022 in the sample that was cryogenically treated for 12 hours. For 12 mm diameter holes, the lowest average delamination error was found to be 1.012 in the sample that was cryogenically treated for 18 hours, and the highest rate was 1.016 in the samples that were not cryogenically treated. For 16 mm diameter holes, the lowest average delamination error was found to be 1.009 in the samples subjected to 6 hours, 12 hours and 18 hours of cryogenic treatment, and the highest rate was 1.01 in the sample without cryogenic treatment. It was determined that there was a 17% improvement in the average surface roughness value for 8 mm diameter holes in 18KI samples compared to 0KI samples. It was determined that there was a 33% improvement in the average surface roughness value for 12 mm diameter holes in 18KI samples compared to 0KI samples. It was determined that there was a 44% improvement in the average surface roughness value for 16 mm diameter holes in 18KI samples compared to 0KI samples.