Salınımlı hidroşekillendirmenin deneysel incelenmesi ve mikroyapısal karakterizasyonu
Experimental investigation and microstructural characterization of pulsating hydroforming
Yazar: OSMAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK HALKACI ; DOÇ. DR. HASAN KOTAN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Karakterizasyon = Characterization ; Membranlar = Membranes ; Sac işleme = Sheet working ; Şekil verme yöntemleri = Shaping methods ; Şişirme = Swelling

Özet:
Bu tezin temel amacı, salınımlı hidrolik şişirme testi (HŞT) kullanarak oda sıcaklığında sınırlı şekillendirilebilirliği olan Ti 6Al 4V alaşımının şekillendirilebilirliğini artırmaktır. Tezin ikincil amacı, artan şekillendirilebilirliğin mikroyapısal nedenlerini araştırmaktır. Deney aşamasında salınımlı hidrolik şişirme testleri yapılmış ve sonuçlar monoton şişirme testine ait deney numuneleri ile kalınlık dağılımı ve şişme yüksekliği açısından karşılaştırılmıştır. Karakterizasyon aşamasında, artan şekillendirilebilirliği mikroyapısal değişikliklerle ilişkilendirmek için dislokasyon yoğunluğu ölçüme dayalı olarak hesaplanmış, kırılma yüzeyi analizi, kalınlık ve mikro sertlik dağılımları karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, salınımlı basıncın daha homojen bir kalınlık dağılımı ile daha yüksek bir kalınlık azalması sağladığını göstermiştir. Şişme yüksekliği ve patlama basıncı monoton şekillendirmeye göre %15.4 ve %17 artmış, bu da malzemenin kırılmasının geciktirildiğini göstermiştir. Salınımlı test sonuçları, Ti 6Al 4V alaşımının oda sıcaklığında şekillendirilebilirliğinin birim şekil değişimi açısından %47 arttığını göstermektedir. Ayrıca, salınımlı basıncın, oda sıcaklığında şekillendirilmesi zor malzemelerin şekillendirilebilirliğini geliştirdiği ve bunun da monoton basınca kıyasla daha homojen bir kalınlık dağılımına yol açtığı gösterilmiştir. Malzeme karakterizasyonunun sonuçları, salınımlı HŞT sırasında gerilme gevşemesi durumunun gerçekleştiğini göstermektedir. Gerilme gevşemesi neticesinde dislokasyon yoğunluğunun azaldığı, XRD ölçümleri ve yapılan hesaplamalarla ortaya konulmuştur. Dislokasyon yoğunluğunun azalması  dislokasyonların kilitlenmesini engellemiş ve hasarın oluşmasını geciktirmiş, böylece şişme yüksekliğinin artmasına neden olmuştur. Artan şekillendirilebilirlikten kaynaklanan daha fazla plastik deformasyon, kesit boyunca sertliği de artırmıştır. Sonuç olarak salınımlı şekillendirme ile; sünekliği düşük, pekleşmeyen ve hekzagonal sıkı paket kristal yapının baskın olduğu Ti 6Al 4V alaşımının şekillendirilebilirliği belirgin olarak artırılmış ve bu artışın mikroyapısal nedenleri ortaya konulmuştur.

Abstract:
The main purpose of this dissertation is to increase the limited formability of Ti 6Al 4V alloy sheet at room temperature using the pulsating hydraulic bulge test. The secondary purpose of this research is to investigate the microstructural reasons for the increased formability. During the experimental phase, hydraulic bulge tests were conducted, and the results were compared with the monotonic bulge test specimens concerning thickness distribution and bulge height. In the characterization phase, dislocation density estimations, fracture surface analysis, the thickness and micro hardness distributions were used to associate the increased formability with the microstructural changes. The results have indicated that the pulsating pressure introduces a higher thickness reduction with a more homogenous thickness distribution. The bulge height and the burst pressure increased by 15.4 % and 17 %, when compared to monotonic forming which means failure of the material is delayed. Test results with pulsation suggest that the formability of the Ti 6Al 4V sheet at room temperature is increased by 47% in terms of elongation. The reported results demonstrate that pulsating pressure improves the formability of difficult-to-form materials at room temperature leading to a more homogeneous thickness distribution as compared to the monotonic pressure. Results of the material characterization suggests that stress relaxation phenomenon took place during the pulsating HBT. For the microstructural characterization; the decrease in the dislocation density in the early stage of forming prevented the locking of the dislocations and delayed the occurrence of the damage, i.e., leading to increased bulge height. The more plastic deformation resulting from the increased formability also increased the hardness along the cross section. As a result, with pulsating forming, the formability of the Ti 6Al 4V sheets with low ductility, non-hardening, and hexagonal close packed dominant crystal structure can be significantly increased, and the microstructural reasons for this improvement has been revealed.