Titanyum sac malzemede sıcaklığın ve deformasyon hızının süperplastik şekillendirmeye etkisinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the impact of temperature anddeformation rate on superplastic forming in titanium sheet
Yazar: MEHMET YASİN DEMİREL
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM KARAAĞAÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Metal şekillendirme = Metal forming ; Sac-metal = Sheet-metal

Özet:
Ti6Al4V (Ti-64) alaşımı, sahip olduğu yüksek mukavemet özellikleri ve geri esneme eğilimi nedeniyle geleneksel yöntemler ile oda sıcaklığında şekillendirilmesi sınırlıdır. Karmaşık geometrili titanyum alaşımından üretilen malzemeler ancak süper plastik şekillendirme (SPF) adı verilen yöntemle şekillendirilebilmektedirler. Bu çalışmada Ti-64 sac malzemenin SP yöntemle derin çekme ile şekillendirilebilirliği deneysel olarak araştırılmıştır. Deney parametreleri olarak sıcaklık (670, 770, 870, 890, 910, 930, 950, 970 ve 990 °C) ve deformasyon hızı (10-2 ile 10-3 s-1) belirlenmiştir. Farklı sıcaklık ve farklı deformasyon hızlarının derin çekme ile şekillendirilebilirliğe, çekme oranına ve kalınlık değişimine etkisi incelenmiştir. Gerçekleştirilen tek eksenli sıcak çekme testlerinde 870 °C sıcaklıkta ve 10-2 s-1 deformasyon hızı parametrelerinde % 1489,2 uzama elde edilmiştir. Ayrıca SP şekillendirme esnasındaki deformasyon mekanizmaları ve mikroyapılarındaki deformasyonlar taramalı elektron mikroskobu altında incelenmiştir. Alaşımın mikro yapılarında deney parametrelerine ve soğuma hızlarına bağlı olarak α ve β fazlarında farklı yapılar oluştuğu gözlemlenmiştir. Daha hızlı soğuma durumunda mikro yapıda Widmanstätten yapısı meydana gelirken, daha uzun soğuma sürelerinde kaba küresel tanecikleri oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu deney parametreleri kullanılarak SP derin çekme prosesi ABAQUS ortamında modellenmiş, maksimum şekillendirme derinliği belirlenmiştir. Sayısal sonuçlara göre imal edilen SPF kalıpları ile deneysel olarak SP derin çekme işlemi gerçekleştirilmiştir. 3 çekme oranı ve en büyük % 91 incelme ile sac malzeme şekillendirme kusuru bulunmadan şekillendirilmiştir. Deney sonuçları ile sayısal sonuçların % 98 oranında uyumlu olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The Ti6Al4V (Ti-64) alloy faces limitations in conventional forming at room temperature due to its high strength properties and tendency to spring back. Materials with complex geometries made from titanium alloy can only be shaped using the method known as superplastic forming (SPF). This study experimentally investigates the formability of Ti-64 sheet material through deep drawing using the SPF method. Experimental parameters included temperature (670, 770, 870, 890, 910, 930, 950, 970, and 990 °C) and deformation rate (10-2 and 10-3 s-1). The effects of different temperatures and deformation rates on deep drawing formability, drawing rate, and thickness change were examined. Uniaxial hot tensile tests were performed, achieving 1489.2% elongation at 870 °C and a deformation rate of 10- 2 s-1. Additionally, the deformation mechanisms and microstructure deformations during SPF forming were examined under a scanning electron microscope. Different structures were observed in the α and β phases of the alloy's microstructures, depending on the experimental parameters and cooling rates. It was observed that a Widmanstätten structure forms in the microstructure with faster cooling, while coarse spherical particles form with longer cooling times. Using these experimental parameters, the SPF deep drawing process was modeled in the ABAQUS environment, determining the maximum forming depth. The SPF deep drawing process was carried out experimentally with SPF molds manufactured according to numerical results. With a drawing ratio of 3 and a maximum thinning of 91%, the sheet material was formed without any defects. It was determined that the experimental results
and numerical results were 98% compatible.