Seçici lazer ergitme metodu ile üretilmiş parçalarda termal kalinti gerilme karakterizasyonu ve malzeme metalurjik özellikleriyle ilişkilendirilmesi
Thermal residual stress characterization of parts produced by selective laser melting method and its relationship with material metallurgical properties
Yazar: AKIN DAĞKOLU
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ergitme = Smelting ; Kalıntı gerilmeleri = Residual stresses ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Eklemeli imalat teknolojileri üzerine yapılan akademik çalışmaların yüksek oranda artmasıyla bu proseslerin endüstriyel, medikal, havacılık uygulamalarında kullanımı da artmaktadır. Topoloji optimizasyonu ve karmaşık tasarımlar ile parça hafifletme çalışmaları, yerinde ve merkezsizleştirilmiş üretim ile hızlı ve düşük maliyetli parça üretimleri, birden fazla fonksiyona sahip olabilen parçaların tasarlanabilmesi ve hasarlı parçaların tamir olanakları gibi avantajlar da eklemeli imalatın havacılık ve uzay sektöründe kullanımını kaçınılmaz hale getirmiştir. Bu tez çalışmasında da havacılık ve uzay uygulamalarında yaygın olarak kullanılan Ti-6Al-4V alaşımı ile toz yataklı metal eklemeli imalat metoduyla üretilen parçalarda oluşan termal kalıntı gerilmelerin karakterizasyonu ve malzeme metalurjisiyle olan ilişkisi incelenmiştir. Delik delme ve XRD metotlarıyla üretim yönüne bağlı kalıntı gerilmeler ölçülmüş ve katılaşma fenomeninin kalıntı gerilme oluşumuna etkileri açıklanmıştır. Mikroyapı ölçümleri ve XRD faz analizleriyle malzeme iç yapısı incelenmiş ve kalıntı gerilmelerin oluşma şekilleriyle ilişkilendirme yapılmıştır. Malzeme iç yapısının %98,7 oranında α', %1,3 oranında öncül β fazından oluştuğu bulunmuştur. Tanelerin sütunsu yapıda olup üretim yönüne paralel olarak yönlendiği görülmüştür. Gerilim giderme ısıl işleminin malzeme iç yapısına etkisi, ölçülen mikroyapı unsurlarının boyutsal olarak büyümesi ve iğnemsi yapıların kalınlaşması olarak bulunmuştur. Üretime paralel yöndeki kalıntı gerilmeler (143MPa, 1155MPa), kullanılan her iki metotta da üretime dik yöndeki kalıntı gerilmelerin (77MPa, 424MPa) 2-3 katı büyüklüğünde ölçülmüştür.

Abstract:
The use of the additive manufacturing processes in industrial, medical and aerospace applications is increasing with the increasing number of academic studies in this field. Advantages such as weight reduction with topology optimization and complex part designs, agile and low-cost manufacturing with decentralized on-site production, the ability to design parts to have multiple functions, and the possibility of repairing damaged parts has made the use of additive manufacturing in aerospace applications inevitable. In this thesis work, the characterization of the thermal residual stresses and their relationship with the material metallurgy of the L-PBF manufactured Ti-6Al-4V alloy were investigated. Residual stresses related to build direction were measured by hole drilling and XRD methods and the effects of solidification phenomenon on residual stress formation were explained. The internal structure of the material was examined by optical microstructure measurements and XRD phase analysis, and a correlation was made with the formation of residual stresses. It was found that the internal structure of the material consists of 98.7% α' phase and 1.3% prior β phase. It was observed that the grains were in a columnar structure and were oriented parallel to the build direction. The effect of stress relieving heat treatment on the internal structure of the material was found to be the biaxial growth of the measured microstructure elements and the thickening of the acicular structures. The residual stresses, parallel to the build direction (143 MPa, 1155 MPa) were measured 2-3 times of the residual stresses, perpendicular to the build direction (77 MPa, 424 MPa) with both methods used.