AA1050 alüminyum alaşımının bilyalı dövme sonrası mekanik davranışlarının, yüzey morfolojilerinin ve yüzey topografyalarının incelenmesi
Investigation of mechanical behavior, surface morphologies and surface topographies of AA1050 aluminum alloy after shot peening
Yazar: BERKER BALA
Danışman: DOÇ. DR. EGEMEN AVCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Bilyalı dövme = Shot peening ; Kırılma = Fracture ; Mekanik davranış = Mechanical behavior ; Morfoloji = Morphology ; Yüzey topolojisi = Surface topology ; Çekme = Çekme

Özet:
Saf veya yüksek saflıkta metal alaşımlarının mekanik özelliklerinin (mukavemet, sertlik, yorulma direnci vb.) genel olarak yetersiz olduğu bilinmektedir. Bu durum mekanik özelliklerin önem arz ettiği uygulamalarda (örneğin otomotiv, makine, havacılık ve biyomedikal endüstrileri) bu alaşımların kullanımını önemli ölçüde sınırlamaktadır. Saf veya yüksek saflıkta metal alaşımlarının mekanik özelliklerin geliştirilmesi ve/veya eksikliklerin giderilmesi amacıyla plastik deformasyon yöntemlerinin kullanıldığı bilinmektedir. Bilyalı dövme, bir plastik deformasyon yöntemi olarak uygulandığı malzemenin mikroyapısal ve mekanik özelliklerinde birtakım değişikliklere neden olan mekanik bir yüzey işlemidir. Tez çalışmasında ticari olarak saf olarak nitelendirilen ve düşük mekanik dayanıma sahip AA1050 alaşımının çekme davranışına bilyalı dövmenin etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda ilk olarak AA1050 alaşımı numuneler 1 bar ve 5 bar basınçlarla %100 örtme oranı ile dövülmüştür. Bilyalı dövülen yüzeylerin yüzey morfolojisi ve topografyasının incelenmesi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik profilometre yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Sonrasında farklı dövme parametreleri ile bilyalı dövülen numuneler ile dövülmemiş numunelere çekme testi uygulanmış ve mühendislik gerilim-gerinim eğrileri oluşturulmuştur. Ayrıca elde edilen veriler doğrultusunda numunelere ait yüzde uzama, rezilyans ve tokluk değerleri hesaplanmıştır. Çekme testleri sonrası kırılan yüzeylerin makro ve mikro ölçekli görüntüleri alınmıştır.  Sonuçlar incelendiğinde; bilyalı dövme ile numune yüzeylerinde plastik deformasyon oluştuğu, bilya püskürtme basıncının artması ile deformasyon şiddetinin arttığı ve çatlakların oluştuğu belirlenmiştir. Yüzey topografyası incelemelerinde, bilyalı dövme ile ortalama alansal pürüzlülük değerlerinde artış gerçekleştiği ve püskürtme basıncının artması ile yüzeyde plastik deformasyona bağlı oluşan tepelerin yüksekliğinde ve çukurların derinliğinde artış gerçekleştiği analiz edilmiştir. Bilyalı dövülen numunelerin akma ve çekme dayanımları bilya püskürtme basıncı ile artış göstermiştir. 5 bar püskürtme basıncında bilyalı dövme sonrası akma ve çekme dayanımlarında sırasıyla %6,3 ve %15 artış gerçekleşmiştir. Toktuk değeri 1 bar püskürtme basıncında %7,9 artış göstermiştir. Fraktografi analizlerinde tüm numunelerde konik kırılma şeklide kırılma yüzeylerinin oluştuğu ve sünek kırılmanın gerçekleştiği anlaşılmıştır. Sonuç olarak bilyalı dövme işleminin farklı ticari saflıktaki metallerin mekanik özelliklerinin geliştirilmesi amacı ile kullanılabileceği belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: AA 1050 Alaşımı, Bilyalı Dövme, Çekme Testi, Kırılma, Yüzey Morfolojisi, Yüzey Topografyası

Abstract:
It is well acknowledged that the mechanical properties (strength, hardness, fatigue resistance, etc.) of pure or high purity metal alloys are insufficient. This severely restricts their use in applications where mechanical properties are essential (e.g. automotive, machinery, aerospace, and biomedical industries). It is well known that plastic deformation techniques are utilized to improve the mechanical properties of pure or high-purity metal alloys and/or eliminate defects. As a method of plastic deformation, shot peening is a mechanical surface treatment that alters the microstructure and mechanical properties of materials. In the thesis study, it is aimed to examine the influence of shot peening on the tensile behaviour of AA1050 alloy, which is known as commercially pure aluminium alloy and has low strength. In this direction, AA1050 alloy samples were shot peened with 100% coverage at 1 bar and 5 bar pressures. The surface morphology and topography of shot peened surfaces were examined using a scanning electron microscope (SEM) and an optical profilometer. The shot peened samples were then subjected to tensile testing, and engineering stress-strain curves were obtained. In accordance with the obtained data, the elongation, resilience, and toughness values of the samples were also calculated. Following the tensile tests, macro and micro images of the fractured surfaces were captured. It was determined that shot peening caused plastic deformation on the sample surfaces, that the intensity of the deformation increased with increasing shot pressure, causing crack formation. In surface topography analyses, it was determined that the mean areal roughness values increased with shot peening, where the height of the peaks and the depth of the valleys increased with the increase in shot pressure. With increasing shot pressure, the yield and tensile strengths of the shot peened samples increased. The yield and tensile strengths increased by 6.3 % and 15 %, respectively, after shot peening at 5 bar shot pressure. The toughness value increased by 7.9% at 1 bar shot pressure. Fracture surfaces were conical, and all samples had ductile fracture, as determined by fractography analysis. As a result, it has been found that the shot peeenig method can be utilized to improve the mechanical properties of a variety of commercially pure metals. 

Keywords: AA1050 Alloy, Fracture, Shot Peening, Surface Morphology, Surface Topography, Tensile Test