Boron çelikleri ile imal edilen yeni nesil araç gövde bileşenlerinde tasarım ve imalat değişkenlerinin incelenmesi
Investigation of design and manufacturing variables in new generation vehicle body components manufactured with boron steel
Yazar: EBRU BARUT
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmar Usülleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Otomotiv sektörünün gelişmesi ile birlikte artan araç çeşitliliği ve bireysel araç kullanımı talepleri doğrultusunda; yolcu veya sürücüler için kaza oranları da ciddi bir artış göstermektedir. Kaza istatistiklerine bakıldığında otomotiv mühendislerinin ilk odak noktası araç güvenliği, ardından yakıt verimliliği ve ağırlığın azaltılması olarak görülmektedir. Belirtilen amaçlar ile birlikte otomotivde yolcu güvenliği beklentisi için hem hafif hem de gerekli güvenlik standartlarını sağlayacak bileşenlerin tasarımı ve imalatı ön plana çıkmıştır. Otomotiv üreticileri yeni malzemelerin geliştirilmesi, yeni tasarımlar ve bu tasarımlar için uygun malzeme seçimi ile seçilen malzemelerin çarpışma performansı testlerine odaklanmıştır. 
Düşük alaşımlarla yüksek mekanik özellikler elde edilebilmesi ve dolayısıyla daha hafif ve mukavemeti yüksek yeni nesil malzemelerin imalatı için malzeme mikroyapısını değiştirebilmek adına sıcak şekillendirme yöntemleri kullanılmaktadır. Sıcak şekillendirme esnasında yer alan ısıtma, soğutma ve şekillendirme aşamalarında malzemenin nihai mikroyapısını etkileyen farklı imalat değişkenleri bulunmaktadır. Her malzemenin sahip olduğu kimyasal kompozisyona göre zaman-sıcaklık-dönüşüm diyagramları farklılık göstereceği için özellikle yeni geliştirilen malzemelere ait optimum imalat koşulları optimizasyonu yapılmalıdır.
Doktora çalışması kapsamında; yeni nesil B segment bir araç gövdesinin güvenlik parçası olan B sütunu seçilerek bu parça için daha hafif ve mevcut duruma göre yüksek mekanik özellikler sağlayacak yeni nesil bir çelik kullanılmıştır. Çalışmanın ilk adımı olarak; önerilen tasarım ve çelik ile EuroNCAP standartlarına uygun yanal çarpışma testi simülasyonları gerçekleştirilmiş ve yeni tasarımın ilgili standartlara uygunluğu değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında önerilen çelik, üreticiler tarafından yeni geliştirildiği için imalat koşulları tam olarak bilinmemektedir. Sıcak şekillendirme esnasındaki optimum koşulları belirlemek adına bu çalışmada seçilen fırın sıcaklığı, fırında bekleme süresi, soğutma sıvısı kapasitesi, preste şekillendirme süresi ve pres baskı kuvvetine ait farklı seviyelerde denemeler yapılması amaçlanarak Taguchi deneysel tasarım metodu ile deney numuneleri imal edilmiştir. Elde edilen numuneler için; çekme, sertlik ölçümü, eğme mukavemeti ve darbe enerjisi gibi mekanik değerler incelenmiş ve numunelerin mikroyapıları SEM incelemeleri ile değerlendirilerek optimum imalat koşulları hakkında yorum yapılmış ve ağırlık azaltımı değerlendirilmiştir.

Abstract:
There has been a notable increase in vehicle diversity and individual vehicle usage demands with the advancement of the automotive industry, resulting in a significant rise in accident rates for passengers or drivers. Accident statistics show that automotive engineers primarily focus on vehicle safety, followed by fuel efficiency and weight reduction. In line with these objectives, designing and manufacturing components that are both lightweight and meet necessary safety standards have become crucial for passenger safety expectations in the automotive industry.
Manufacturers have been focusing on the development of new materials, designs, and suitable material selection, with a particular emphasis on collision performance testing of selected materials. Hot forming methods alter the material microstructure to achieve high mechanical properties with low alloys, thereby enabling the production of lighter and higher-strength next-generation materials. However, various manufacturing variables during hot forming, such as heating, cooling, and shaping stages, affect the final microstructure of the material. Since time-temperature-transformation diagrams vary depending on the chemical composition of each material, especially for newly developed materials, optimizing the optimum manufacturing conditions is essential.
As part of a doctoral study, a new generation steel, which is lighter and provides high mechanical properties, was used for a safety component of a B-segment vehicle body's B-pillar. The first step of the study involved conducting side crash test simulations according to EuroNCAP standards to evaluate the new design's compliance with relevant standards. However, since the manufacturing conditions of the proposed steel are not fully known, experiments were conducted to determine the optimum conditions during hot forming using Taguchi method. The mechanical properties including tensile strength, hardness, bending strength, and impact energy are evaluated. The microstructures were assessed through the use of scanning electron microscopy. The results provided insights into the optimum manufacturing conditions and allowed for potential assessments regarding weight reduction.