Elektron demetiyle ergitme yöntemi kullanılarak üretilen Ti-6Al-4V parçaların dinamik elastik malzeme özelliklerinin darbe ile uyarma test yöntemiyle belirlenmesi.
Determination of the dynamic elastic properties of Ti-6Al-4V parts manufactured with electron beam melting by impulse excitation technique
Yazar: İSMAİL ERCE ECE
Danışman: PROF. DR. SAMİ KARADENİZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ti-6Al-4V alaşımı yüksek dayanım, yüksek korozyon direnci ve düşük yoğunluğa sahip olmasından dolayı havacılık, otomotiv ve biyomedikal sektörlerinde geniş kullanıma sahiptir. Ti-6Al-4V parçaların geleneksel yöntemler ile işlenerek elde edilmesi zor ve pahalı olduğundan bu parçaların eklemeli imalat ile üretimi yaygınlaşmaktadır. Bu tez kapsamında geleneksel yöntemler ile üretilmiş Ti-6Al-4V parçaların yerine eklemeli imalat ile farklı inşa yönlerinde üretilen Ti-6Al-4V parçaların kullanılabilirliği araştırılacaktır. Bu kıyaslama parçaların dinamik elastik malzeme özellikleri ile yapılacaktır. Bu tezde eklemeli imalat ile parça üretimi için elektron demetiyle ergitme yöntemi kullanılmıştır. Elektron demetiyle ergitme yöntemiyle üretilen Ti-6Al-4V numunelerin dinamik Young's modülü, dinamik kayma modülü ve dinamik Poisson Oranı gibi dinamik elastik malzeme özellikleri darbe ile uyarma test yöntemi ile belirlenmiştir. 
Eklemeli imalat yöntemiyle üretilen test numunelerinin boyutları sonlu elemanlar analizi yardımıyla belirlenmiştir. Elektron demetiyle ergitme yöntemi ile Ti-6Al-4V numunelerin üretimi sırasında inşa yönünün malzeme özelliklerine etkisinin araştırılabilmesi için numuneler yatay ve dikey inşa yönlerinde üretilmişlerdir. Elektron demetiyle ergitme yöntemi kullanılarak üretilen numunelerin darbe ile uyarma test yöntemine uygun hale getirilebilmesi için numuneler ön ısıl işleme gerek duyulmadan talaşlı imalat işlenerek son ölçülerine getirilmiştir.
Darbe ile uyarma test yönteminin uygulanmasında ve malzemelerin dinamik elastik özelliklerinin belirlenmesinde ASTM E1876-15 standardı referans alınmıştır. Darbe ile uyarma test yöntemi kullanılarak numunelerin doğal frekansları ve Frekans Cevap Fonksiyonu (Frequency Response Function (FRF) grafikleri elde edilmiştir. Dinamik Young's modülünün formüller yardımıyla hesaplanması için numunenin eğilme durumundaki temel doğal frekansı kullanılmıştır. Dinamik kayma modülünün formüller yardımıyla hesaplanması için ise numunenin burulma durumundaki temel doğal frekansı kullanılmıştır. Dinamik Young's ve dinamik kayma modülü kullanılarak Poisson oranı hesaplanmıştır. 
Elektron demetiyle ergitme yöntemi kullanılarak üretilen Ti-6Al-4V alaşıma sahip plaka halinde numunelerin dinamik elastik malzeme özellikleri, geleneksel yöntemler ile üretilen Ti-6Al-4V plakaların SAE AMS4911R standardına göre sahip olması gereken minimum malzeme özelliklerini sağladığı görülmüştür. Dikey inşa yönünde üretilen numunelerin temel doğal frekanslarının yatay yönde inşa edilen numunelerin temel doğal frekanslarından daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Dikey yönde inşa edilen numunenin dinamik Young's modülü yatay yönde inşa edilen numunenin dinamik Young's modülünden az farkla daha yüksek çıktığı gözlemlenmiştir. Her bir mod için dikey inşa yönünde üretilen numunenin sönümleme faktörü değerleri, yatay inşa yönünde üretilen numunenin sönümleme faktörü değerlerinden daha düşüktür.

Abstract:
Ti-6Al-4V alloy is widely used in applications  of aerospace, dental and automotive  industries due to its high strength, high corrosion resistance and low density characteristics.  However, the parts manufactured through conventional methods require machining challenges such as long machining time, tool wear and high cost.  Because of these challenges it has restricted usage areas. Therefore, currently Ti-6Al-4V parts are manufactured by using one of the additive manufacturing methods. 
The main purpose of this thesis is  to investigate whether the samples produced by additive manufacturing in different orientations can be used as a counterpart for the samples produced by the traditional manufacturing methods in terms of dynamic elastic properties. 
In this study, the samples are produced by the electron beam melting (EBM) method. Dynamic Young's modulus and dynamic shear modulus of the samples manufactured by EBM  method were determined by the  impulse excitation technique. The optimum dimensions of the samples for the impulse excitation technique is determined by finite element analysis. In order to investigate the effects of build direction on the material properties of Ti-6Al-4V alloy, the  samples were fabricated in horizontal and vertical build directions. In order to make the samples produced by electron beam melting method suitable for the impulse excitation test method, the samples are machined without the need for pre-heating treatment.
The elastic properties are determined according to ASTM 1876-15. Natural frequencies and the frequency response function (FRF) plots of the samples were obtained by using the impulse excitation test method. The value of dynamic Young's modulus is calculated by using the natural (resonant) frequency in the fundamental flexural mode of vibration. Similarly, the dynamic shear modulus is determined by using the fundamental torsional resonant frequency. In order to compute the Poisson's ratio, the formula between dynamic shear modulus and dynamic Young's modulus is used.
As a result of this study it is found that the dynamic elastic material properties of the Ti-6Al-4V alloy plate samples produced by electron beam melting method provide the minimum material property requirements that the Ti-6Al-4V plates produced by the conventional methods according to SAE AMS4911R. The natural frequencies of the sample produced in the vertical built direction are higher than that of the  natural frequencies of the sample built in the horizontal direction. The dynamic Young's modulus of the sample produced in the vertical built direction are higher than the dynamic Young's modulus of the sample built in the horizontal direction. The damping factor values of the specimen manufactured in the vertical build direction for all modes are lower than the damping factor values of the specimen manufactured in the horizontal build direction.