Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş parçaların karakterizasyonu ve ardıl süreçlerin parça özelliklerine etkisinin incelenmesi
Characterisation of additively manufactured parts and investigation of postprocess effects on material properties
Yazar: REMZİ ECMEL ECE
Danışman: PROF. DR. ÖMER KELEŞ ; PROF. DR. BEKİR SAMİ YILBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Ergitme = Smelting ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Soğuk izostatik presleme = Cold isostatic pressing ; Yapay yaşlandırma = Artificial aging ; Yaşlandırma = Ageing

Özet:
Bu tez çalışmasında, toz yataklı eklemeli imalat yöntemi (Seçici Lazer Ergitme; SLE) ile üretilmiş AlSi10Mg malzemesine havacılıkta geleneksel üretim yönteminde en çok uygulanan ardıl işlemler olan doğal (T4) / yapay (T6) yaşlandırma ve henüz havacılıkta yaygınlaşmamış bir yöntem olan sıcak izostatik presleme (SİP) ardıl işlemleri uygulanarak mekanik ve metalurjik açıdan malzemede gerçekleşen değişimler incelenmiştir. Çalışma, bu ardıl işlemlerin sıcaklık, zaman ve üretim yönüne bağlı değişkenlerini de kapsayacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Malzemelerin mekanik özellikleri mukavemet, sertlik ve yoğunluk değişimi açısından incelenmiştir. Mukavemeti değiştiren etkenler taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve X ışını difraksiyonu (XRD) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Yaşlandırma işlemi sonrasında baz numunelere kıyasla ortalama %35 mukavemet azalmasına karşılık süneklikte ortalama 2 katı artış gözlemlenmiştir. Benzer şekilde SİP uygulanan nunumelerde malzemenin mukavemet değerlerindeki 3 kat azalmaya karşılık uzamada 3 katı artış gözlemlenmiştir. Ayrıca SEM görüntülerinden elde edilen görüntülerde gözeneklerin de minimize olduğu görülmüştür. En iyi mekanik sonuçlar, baz numunelere SİP uygulanıp ardından T6 uygulandığında elde edilmiştir. Isıl işlemler sonrası alüminyumun kristalografik yönelimine ve silisyumun çökelme oranlarına hızlı katılaşmanın ciddi oranda etkisi bulunmaktadır. Isıl işlem sonrası silisyum çökelmesinin malzemenin mukavemetini arttırıcı etkisi olduğu, ayrıca tane sınırlarında magnezyum ve silisyumun birlikte çökelmesinin dislokasyonlara engel oluşturarak mukavemete katkısı bulunduğu gösterilmiştir.  Tez kapsamında kupon seviyesi testlere ek olarak, SLE yöntemiyle hava aracı komponenti üretimi gerçekleştirilip mekanik testlerden elde edilen sonuçlara göre uygun bir ardıl işlem uygulanarak belirli yük koşullarında performansı incelenmiştir. Sonuç olarak SLE yöntemiyle üretilmiş parçaların da uygun ardıl işlemler ile birlikte hava araçlarında kullanımının uygun olabileceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
In this thesis, natural (T4) / artificial (T6) aging, which is the common post-processing method for the aerospace industry, and hot isostatic pressing (HIP), which is a method that has not yet become widespread in aerospace, are applied to the AlSi10Mg samples produced by powder bed additive manufacturing method (Selective Laser Melting; SLM). The evolutions in the material in terms of mechanical and metallurgical were examined. The study was carried out in a way to cover the temperature, time and build direction-dependent variables of these successive processes. The mechanical properties of the materials were examined in terms of strength, hardness, and density variation. The strength varying factors were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray diffraction (XRD) methods. After the aging process, an average of 35% decrease in strength was observed compared to the base samples, but an average of 2 times increase in ductility was observed. Similarly, in the samples applied HIP, a 3 times increase in elongation was observed, despite a 3 times decrease in the strength values of the material. In addition, it was observed that the porosities were minimized as seen from the SEM images. The best mechanical results were obtained when the base samples were treated with HIP followed by T6. Rapid solidification has a significant effect on the crystallographic orientation of aluminum and the precipitation rates of silicon after heat treatments. It has been shown that the precipitation of silicon after heat treatment has the effect of increasing the strength of the material, and the co-precipitation of magnesium and silicon at the grain boundaries contributes to the strength by preventing dislocations. In the scope of the thesis, in addition to the coupon level tests, aircraft components were produced by the SLM method, and a suitable post-treatment was carried out according to the results obtained from the mechanical tests, and their performance under certain load conditions was examined. As a result, it is considered that the parts produced by the SLE method may be suitable for use in aircraft with appropriate post-processing