Süperplastik Zn-22Al  alaşımının oda sıcaklığındaki mikro şekillendirilebilirliğinin incelenmesi
The investigation of micro formability of superplastic Zn-22Al  alloy on room temperature
Yazar: MEHMET EMİN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. HASAN SOFUOĞLU ; YRD. DOÇ. DR. ÖMER NECATİ CORA
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Metal şekillendirme = Metal forming ; Plastik deformasyon = Plastic deformation ; Soğuk deformasyon = Cold deformation

Özet:
Bu tez çalışması ile süperplastik özellik gösteren Zn-22Al alaşımının oda sıcaklığındaki deformasyon davranışı ve şekillendirilebilirliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, alaşımın iç yapısında farklı tane boyutları elde edebilmek amacıyla önce iki adımlı eş kanallı açısal ekstrüzyona (EKAE) ve sonrasında farklı sürelerde ısıl işleme tabî tutulmuştur.  Böylece, mikron altı tane boyutu seviyesinden mikron üstü tane boyutuna kadar farklı tane büyüklüğüne sahip mikroyapılar elde edilmiştir Alaşıma EKAE uygulandıktan hemen sonra ortalama tane boyutu 200 nm, farklı sürelerde ve 250 ºC'de uygulanan ısıl işlemlerden sonra ise tane boyutu yaklaşık 2,60 µm olarak elde edilmiştir. İstenen tane boyutlarının elde edilişinden sonra alaşımın oda sıcaklığındaki deformasyon davranışı tek eksenli (çekme testi), iki eksenli (Erichsen testi) gerilme hali ve şekillendirilebilirliği de mikro-derin çekme yöntemi ile deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal analiz için sonlu elemanlar yöntemi kullanılmış ve analizler LS-Dyna ticari yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. İncelenen tane boyutu aralığında, tane boyutunun artmasıyla birlikte maksimum uzama ve sınır tepe yüksekliği (STY) değerlerinde azalma gözlenmiş ve sonuç olarak mikron altı tane boyutuna sahip numunelerin kopmaya kadar en yüksek uzama ( % 400) ve STY değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. .Öte yandan alaşım mikro derin çekme işlemine tabi tutulmuş ve 1,66, 1,84, 2 ve 2,25 sınır çekme oranlarında başarılı bir şekilde şekillendirilebilmiştir. Deneysel ve sayısal olarak gerçekleştirilen mikro derin çekme işlemi sonuçları süperplastik Zn-22Al alaşımının mikro imalat için tercih edilebilir bir malzeme olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
This thesis aims to determine the deformation behavior and formability of Zn-22Al alloy, which shows superplastic properties at room temperature. For this purpose, two-step equal channel angular extrusion (ECAE) and subsequent heat treatments were performed to obtain different grain sizes in the microstructure. Thus, microstructures with grain sizes ranging from micron to submicron size were obtained. The average grain size was obtained as 200 nm upon ECAE while the grain size of 2,60 µm was achieved after heat treatments carried out 250 ºC for different durations. Upon achieving the desired grain sizes, the deformation behavior of the alloy at room temperature was investigated experimentally and numerically under uni-axial loading (tensile test) and bi-axial loading (Erichsen test) conditions, and also formability of the alloy was studied by micro deep drawing method. The finite element method was used for the numerical analysis, and the analyses were performed with LS-Dyna commercial package. The maximum elongation and limiting dome height (LDH) values decreased with increasing grain size, and it was determined that the samples with submicron size had the highest elongation (400%) and LDH values until failure. The alloy, on the other hand, was subjected to micro-deep drawing experiments and formed successfully with limiting drawing ratios of 1.66, 1.84, 2 and 2.25. Experimental and numerical micro-deep drawing results imply that the superplastic Zn-22Al alloy can be preferred for micro manufacturing.