Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen paslanmaz çelik parçalarının mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of stainless steel parts produced by additive manufacturing method
Yazar: HARUN KAHYA
Danışman: PROF. DR. HAKAN GÜRÜN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Paslanmaz çelik = Stainless steel ; İleri imalat teknolojisi =

Özet:
Bu tez çalışmasında, Doğrudan Enerji ile Yığma (DED) yönteminde  lazer gücü (2000, 2250, 2500 W), tarama hızı (0.6, 0.8, 1 m/dak) ve toz besleme hızı (10, 12.5, 15 g/dak) parametreleri kullanılarak üretilen 316L paslanmaz çelik malzemelerinin mekanik özellikleri araştırılmıştır. Optimum işlem parametreleri Flow 3D+Weld yazılımından faydalanılarak belirlenmiştir. Eklemeli imalat süreçlerinin uzun ve maliyetli olması sebebiyle; parametreler Taguchi L9 ortogonal test metodu kullanılarak optimize edilmiştir. Yapılmak istenen tüm testlerdeki etkileri görebilmek için numuneler, olduğu gibi (OG) ve yeniden ergitme (YE) metodları uygulanarak üretilmiştir. Üretilen numuneler, yoğunluk ve tomografi gibi test yöntemleri ile incelenmiştir Sonuçların değerlendirilmesinde mikro yapısal özelliklerin yanı sıra nicel ilişkiyi araştırmak için regresyon istatistiksel analizi kullanılmıştır. Tek çizgi yığma yüksekliklerinin deneysel ve analiz sonuçları kıyaslandığında birbirlerine yakın değerler elde edilmiştir. OG numunelerinin gözeneklilik oluşumlarını etkileyen parametrelerin, enerji yoğunluğu ve toz besleme hızı olduğu görülmüştür. YE numunelerinde ise, yeniden lazer uygulanması mevcut katmandaki bazı bileşenlerin buharlaşmasını sağlayarak gözeneklik artışını açıklamaktadır. İstatistiksel analizler de lazer gücünün gözeneklilik üzerinde etkisi olduğunu doğrulamaktadır. Mikro yapı analizlerinde OG numunelerinde tane büyüklükleri 5-10 µm olup eş eksenli şekildedir. YE numunelerinin yeniden ergitme bölgelerinde normal bölgelere göre 3 kat'a yakın tane büyümesi tespit edilmiştir. Mikro sertliği lazer gücü ve toz besleme hızı etkilemekte olup YE numunelerinde düşük lazer gücü ve tarama hızlarında daha yüksek mikro sertlik değerleri görülmüştür. OG numunelerinin darbe dayanımı sonuçları geleneksel imalat ile üretilenlere yakın değerler göstermiştir. YE numunelerinde ise darbe dayanımında azalma olmuştur. Darbe dayanımındaki bu düşüşe yeniden ergitme kaynaklı mikro yapıdaki mikro kırılma oluşumlarının sebep olduğu öngörülmüştür. Akma dayanımı, çekme dayanımı ve uzama açısından YE numunelerinin, OG numunelerine kıyasla daha yüksek mukavemet sağladığı bulunmuştur. Bu durum katmanlar arasında uygulanan ısıl girdilerin o bölgedeki tane yapısını değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. Yapılan analiz ve deneysel çalışmaların sonuçları, etkin yığma parametrelerinin belirlenmesinde yol gösterici niteliktedir.

Abstract:
In this study, the effects of producing 316L stainless steel using the Direct Energy Deposition (DED) method using laser power (2000, 2250, 2500 W), scanning speed (0.6, 0.8, 1 m/min) and powder feeding rate (10, 12.5, 15 g/min) on the mechanical properties were investigated. Optimum process parameters were determined using Flow 3D+Weld software. Due to the fact that AM processes are long and costly, parameters were optimized using Taguchi L9 orthogonal testing method. In order to see the effects of all the desired tests, the specimens were produced by applying the as-build (AB) and re-melting (RE) methods. The specimens, density and tomography were examined using test methods. Regression analysis was used to investigate the quantitative relationship in addition to the evaluation of  the results of microstructural features. When experimental and statistical analysis results of single clad heights were compared, values were close. It has been observed that the parameters affecting the porosity formation of AB specimens are energy density and powder feeding. In RE specimens, the evaporation of some components in the existing layer due to RE explains the increase in porosity. Statistical analyses also confirm that laser power has an effect on porosity. In microstructure analysis, grain sizes in AB specimens are 5-10 µm and equiaxed. In RE specimen, approximately 3x the grain growth was detected in the RE regions compared to the AB regions. Microhardness is affected by laser power and powder feeding speed, and higher microhardness values were observed in RE specimens at low laser power and scanning speeds. Impact strength results of AB samples showed values close to those produced by traditional manufacturing. There was a decrease in charpy strength in YE samples. It was predicted that this decrease in charpy strength was caused by remelting-induced microfracture formations in the microstructure. It was found that RE samples provided higher strength compared to AB samples in terms of yield strength, tensile strength and elongation. This is due to the change in the grain structure in that region due to the thermal input applied between the layers. The results of the experimental and statistical analyses are promising for  determining effective deposition parameters.