Sürtünme karıştırma kaynak parametrelerinin kalıntı gerilmelere ve birleştirmenin mekanik özelliklerine
The effect of friction stir welding parameters on residual stresses and mechanical properties
Yazar: BEKİR ÇEVİK
Danışman: PROF. DR. YUSUF ÖZÇATALBAŞ ; DOÇ. DR. BEHÇET GÜLENÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, özellikle havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ve kaynaklanabilirlik problemi olan alüminyum alaşımının, sürtünme karıştırma kaynak yöntemi ile birleştirilmesi ve kaynak parametrelerinin birleştirmenin özelliklerine etkisi incelenmiştir. 
 
Kaynaklı numunelerin üretiminde 7075-T651 alüminyum alaşımı levha malzeme kullanılmıştır. Kaynak parametresi olarak üç farklı devir sayısı (900, 1250, 1600 dev/dak) ve her bir devir sayısı ile üç farklı kaynak ilerleme hızı (20, 40, 60 mm/dak) seçilmiştir. Ayrıca, kaynak işlemlerinde kullanılmak üzere aynı geometrik özelliklere sahip iki farklı karıştırıcı uç tasarlanıp üretilmiştir. Üretilen karıştırıcı uçlardan bir tanesi TiN ile kaplanmış ve bu takımla da bazı parametrelerde kaynaklı birleştirme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Kaynaklı birleştirme bölgesinde sıcaklık ölçümü yapılmış ve kaynak parametrelerinin kaynak bölgesinin sıcaklık dağılımına etkisi belirlenmiştir.

Üretilen kaynaklı bağlantıların mikroyapı, mekanik özellikleri (sertlik, çekme ve eğmeli yorulma) ve kalıntı gerilme dağılımı incelenmiştir. Metalografik testler ile kaynak bölgesinde meydana gelen mikroyapısal değişimler belirlenmiştir. Numunelerin kaynak çekirdeği, yüksek sıcaklık ve yoğun deformasyonun etkisiyle dinamik olarak yeniden kristalleşmiş ve ince taneli bir yapıdan oluşmuştur. Kaynağın ilerleme tarafındaki geçiş bölgeleri, yoğun deformasyon sebebi ile omuzun sürtündüğü yüzeye doğru yönlenmiş ve uzamış tanelerden oluşmuştur. Kaynaklı levhaların tümünde birleşme bölgelerinin "W" şeklinde sertlik dağılımına sahip olduğu tespit edilmiştir. Karıştırıcı ucun malzeme özellikleri, devir sayısı ve kaynak ilerleme hızının, kaynak bölgesinin sertlik dağılımı ve kaynak bölgesinin sıcaklık değişimlerinde rol oynadığı belirlenmiştir. Kaynak parametrelerinin bağlantının mekanik özelliklerini önemli derecede etkilediği belirlenmiştir. Düşük devir sayısı ve yüksek kaynak ilerleme hızı ile üretilen kaynaklı numunede yüksek çekme mukavemeti elde edilmiştir. TiN kaplamalı karıştırıcı uç ile üretilen numunelerde düşük mukavemet değerleri belirlenmiştir. Yüksek devir sayısı ve kaynak ilerleme hızı ile üretilen kaynaklı numunede maksimum yorulma ömrü elde edilmiştir. Karıştırıcı ucun malzeme özellikleri ve devir sayısı kaynaklı numunelerin kalıntı gerilme dağılımına etkidiği belirlenmiştir. Maksimum boyuna kalıntı gerilme, düşük devir sayısı (900 dev/dak) ve kaplamasız karıştırıcı uç ile birleştirilen numunede tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the effect of friction stir welding parameters on the mechanical behaviour and residual stresses were aimed to investigate for aluminium alloys which  particularly used aerospace industry and having commonly weldability problems. 

All specimens were produced from 7075-T651 Al-alloys. Three different rotational speeds (900, 1250, 1600 rev/min) and three different feeding speeds (20, 40, 60 mm/min) were chosen.  Also, two different pin tips were designed and produced for the joining processes. One of the pin tip is coated with TiN and it is used for some experiments. The effect of welding parameters on temperature distribution around welding nugget was determined. 

Microstructure, mechanical behaviours (hardness, tensile and bending fatigue) and residual stresses were investigated. In the welding region; microstructural changes were determined by metallographic tests. The welding nuggets of the specimens were occurred dynamically re-crystallized fine-grained structure by the effect of high temperature and extensive deformation. The transition regions in advancement side of the welds were composed toward shoulder friction surface directed and prolonged grains due to the extensive deformation. Hardness distribution of joining region "W" shape for all welded specimens. Material properties of stirring tool, rotation speed and welding speed were determined to play a role in welding regions hardness distributions and temperature changes. Welding parameters were determined to affect significantly influence on the mechanical properties of specimens. The highest tensile strength was obtained by low rotation speed and high welding speed specimen.  The lower tensile strength was determined by TiN coated stirring tool. The maximum fatigue life was obtained by high rotation speed and welding speed specimen. Material properties of stirring tool and rotation speed were determined to affect on residual stress distributions of welded specimens. Maximum longitudinal residual stresses were identified on the specimen joined by low rotation speed (900 rev/min) and uncoated stirring tool.