Bilyalı dövme işleminin eklemeli imalat yöntemi ile üretilen  Ti6Al4V malzemenin yüzey ve mekanik özelliklerine etkisi
The investigation of the effects of shot peening on the surface and mechanical properties of  Ti6Al4V alloy produced by additive manufacturing method
Yazar: GİZEM ATEŞ ÇÖMLEKÇİOĞLU
Danışman: PROF. DR. REMZİ VAROL
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Eklemeli İmalat Yöntemlerinden biri olan Direkt Metal Lazer Sinterleme (DMLS) yöntemi ile üretilen Ti6Al4V parçalarının mikroyapıları ve mekanik özelliklerine, gerilim giderme tavlaması sonrası uygulanan farklı bilyalı dövme şiddetlerinin etkileri incelenmiştir. 

Eklemeli imalat yöntemleri ile üretilen malzemelerde yüksek gözeneklilik ve yüzey pürüzlülük değerleri oluşmaktadır. Ayrıca üretimden kaynaklanan yüksek enerji yoğunluğu ve kısa sürelerde soğumalardan dolayı artık gerilmeler meydana gelmektedir. Değişken yüklere maruz kalan yüksek gerilmeli uygulamalar için sınırlama yaratabilecek olan imalat yönteminden kaynaklanan artık gerilmelerin azaltılması amacıyla Ti6Al4V numunelerine argon gazı atmosferi altında 650°C'de gerilim giderme tavlaması uygulanarak fırında soğuma gerçekleştirilmiştir. 

Isıl işlem sonrası numunelerin dış yüzeylerine soğuk plastik deformasyona neden olan bilyalı dövme işlemi uygulanmıştır. Basınçlı hava kullanılarak bilyalı dövmede 4 farklı Almen şiddeti parametresi uygulanmıştır. En düşük ve en yüksek Almen şiddeti parametreleri (A12-14 ve A24-26) için %100 ve %200 doyurma oranları olmak üzere iki farklı parametre kullanılmıştır. Farklı parametreler altında bilyalı dövülen numunelerin dövme parametrelerinin yüzey ve yüzeyaltına olan etkisi Micro Vickers Sertlik ölçümü cihazı kullanılarak elde edilen sertlik sonuçları ile ortaya konulmuştur. Dövülmemiş numunelerin ortalama yüzey sertliği 415,9 HV değerinde ve A24-26 şiddetinde bilyalı dövülen numune grubu için ortalama sertlik değeri 480,1 HV olarak ölçülmüş olup yüzey sertliğinin yaklaşık %15 oranında artış gösterdiği belirlenmiştir. Dövülmemiş, A12-14 ve A24-26 şiddetinde dövülmüş numunelerin yüzeylerinde XRD ile artık gerilme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte numunelerin enine kesitinden alınan optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülerinde yüzeyde ve yüzeyin hemen altındaki bölgelerde plastik deformasyonun oluştuğu ve buna bağlı olarak da ince taneli yapıların varlığına rastlanılmıştır. XRD ile dövülmüş yüzeylerde kristalit tane boyutu ölçümleri gerçekleştirilerek artan Almen şiddeti ile kristalit tane boyutunun azaldığı ortaya konulmuştur. Üç nokta eğme testi sonrasında dövülmemiş numunelerin ortalama eğme dayanımı değeri 2132 MPa olarak elde edilmiştir. En yüksek eğme dayanımı değeri 2178 MPa olup A20-22 şiddetinde dövülmüş numune grubuna aittir. Üç nokta eğme testi sonrasında gerçekleştirilen numune kırık yüzeylerinin SEM incelemelerinde boşlukların, ergimemiş tozların ve yetersiz ergime bölgelerinin olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of different shot peening intensities applied after stress relief annealing on the microstructures and mechanical properties of Ti6Al4V parts produced by the Direct Metal Laser Sintering (DMLS) method, one of the Additive Manufacturing Methods, were examined. 

High porosity and surface roughness values occur in materials produced by additive manufacturing methods. In addition, residual stresses occur due to the high energy density resulting from production and short cooling times. Stress relief annealing was carried out to reduce residual stresses resulting from the manufacturing method, which may create limitations for high-stress applications exposed to variable loads. Stress relief annealing applied to Ti6Al4V samples was applied at 650°C under argon gas atmosphere and cooling was carried out in the furnace.

After the heat treatment, shot peening process was applied, which causes cold plastic deformation on the outer surface layers. Four different Almen intensity parameters were applied in shot peening using compressed air. Two different parameters, 100% and 200% coverage rates, were used for the lowest and highest Almen intensity parameters (A12-14 and A24-26). The effect of different shot peening parameters on the surface and subsurface was revealed with the hardness results obtained using the Micro Vickers Hardness measurement device. The average surface hardness of the non-shot peened samples was measured as 415.9 HV, and the average hardness value for the A24-26 shot peened sample group was measured as 480.1 HV, and it was determined that the surface hardness increased by approximately 15%. Residual stress measurements were carried out by XRD on the surfaces of non-shot peened and shot peened samples with A12-14 and A24-26 Almen intensity. In addition, images were taken from the cross-section of the samples using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). It is observed that there are fine-grained structures on the surface and subsurface due to extreme plastic deformation. Crystallite grain size measurements were carried out on shot-peened surfaces using XRD and it was revealed that the crystallite grain size decreased with increasing Almen intensity. After the three-point bending test, the average bending strength value of the non-shot peened samples was obtained as 2132 MPa. The highest bending strength value is 2178 MPa and belongs to the shot peened sample group with A20-22 Almen intensity. After tensile tests, scanning electron microscope was used to study fractured surface. It is observed that the fracture surface are characterized by many voids, unmelted powders and lack of fusion area.