Alüminyum-silisyum alaşımlarının ve alçak basınçlı döküm prosesinin simülasyon destekli tasarımı
Simulation assisted design of aluminum-silicon alloys and low pressure die casting process
Yazar: TUĞÇE YAĞCI
Danışman: PROF. DR. ÜMİT CÖCEN ; PROF. DR. OSMAN ÇULHA
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: İstatistiksel deney tasarımı = Statistical experimental design

Özet:
Bu çalışmanın amacı, alüminyum jant üretiminde, bütünleşik hesaplamalı malzeme mühendisliği yönteminin kullanılmasıyla alaşım geliştirme, alçak basınçlı döküm ve bu süreçteki yapısal analizlerin değerlendirilmesi ve jant imalatında optimum verilerinin elde edilmesiyle jant üretim sürecinin ekonomik bir modeli oluşturularak, ısıl işlem gerektirmeyen yeni nesil proses tasarımı gerçekleştirmektir. Böylece ham madde ve üretim parametrelerinin son ürünün performansına etkisi, pilot uygulamadan önce elde edilecek ve üretim bilgiye dayalı gerçekleştirilecektir. Tez kapsamında, alüminyum alaşımları ve alçak basınçlı döküm prosesi için, malzeme teknolojilerinde yeni nesil yaklaşımlardan bütünleşik hesaplamalı malzeme mühendisliğinin kullanılabilirliği, ülkemizde ilk kez çalışılmıştır. 
Doktora tezi, deneysel tasarım, bilgisayar destekli üretim, pilot üretim, test ve karakterizasyon çalışmaları olmak üzere dört aşamada planlanmıştır. Deney tasarımı aşamasında, tam faktöriyel deney tasarımı yöntemiyle alaşım kompozisyonu seçimi gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar destekli üretimde, hesaplamalı malzeme mühendisliği yazılımlarıyla, jant üretiminde kullanılan AlSi7Mg0.3 alaşımına eşdeğer olacak şekilde, alaşım elementleri çeşit ve miktarlarında özgün ötektik altı kompozisyonlar belirlenerek alaşım tasarımları gerçekleştirilmiş ve veri bankası oluşturulmuştur. Ardından bu veriler, doğrudan döküm simülasyonu yazılımına aktarılmış ve yeni alaşım kompozisyonlarıyla döküm simüle edilmiştir. Böylece, bütünleşik hesaplamalı malzeme mühendisliği yaklaşımlarının kullanılmasıyla, janta ait mikroyapısal ve mekanik özellikler, alaşım kompozisyonu bazında bilgisayar ortamında elde edilmiştir. İkinci aşamada, tasarlanan alaşım kompozisyonları hazırlanarak, endüstriyel ölçekte alçak basınçlı döküm yöntemiyle örnek jant imalatları gerçekleştirilmiştir. Test ve karakterizasyon aşamasında ise, spektral analizler, makro ve mikroyapısal incelemeler, sertlik ve çekme testleri gerçekleştirilmiştir.
Özetle, tez çalışmasında, alçak basınçlı dökümle alüminyum esaslı jant üretimi için bütünleşik hesaplamalı malzeme mühendisliği üretim verileri, gerçek üretim verileriyle karşılaştırılmış ve alaşım kompozisyonuna bağlı olarak tasarım doğrulama çalışmaları yapılmıştır.

Abstract:
The aim of this study is to realize a new generation process design that does not required heat treatment by creating an economic model of the wheel production process by using the integrated computational material engineering method in the production of aluminum wheels, by evaluating the alloy development, low pressure die casting and structural analysis in this process, and by obtaining the optimum data in wheel manufacturing. Thus, the effect of raw material and production parameters on the performance of the final product will be obtained before the pilot application and the production will be based on knowledge. Within the scope of the thesis, the usability of integrated computational materials engineering, which is one of the new generation approaches in material technologies, for aluminum alloys and low pressure die casting process has been studied for the first time in our country.
The doctoral thesis has been planned in four stages as experimental design, computer aided production, pilot production and testing and characterization studies. In the design of experiment phase, alloy composition selection was carried out using the full factorial experimental design method. In computer-aided production, with computational materials engineering software, unique hypoeutectic compositions were determined in types and amounts of alloying elements, equivalent to the AlSi7Mg0.3 alloy used in wheel production, and alloy designs were realized and a database was created. This data was then transferred directly to the casting simulation software and the casting was simulated with the new alloy compositions. Thus, using integrated computational materials engineering approaches, the microstructural and mechanical properties of the wheel were obtained in computer environment on the basis of alloy composition. In the second stage, the designed alloy compositions were prepared and sample wheels were manufactured by low pressure die casting method on an industrial scale. In the testing and characterization phase, spectral analyzes, macro and microstructural examinations, hardness and tensile tests were carried out.
In summary, in the thesis study, the integrated computational materials engineering production data for the production of aluminum-based wheels by low pressure die casting were compared with the manufacturing scale production data and design verification studies were carried out depending on the alloy composition.