Salınımlı Sac Hidro Şekillendirme Prosesiyle Ti-6Al-4V Alaşımının Şekillendirilebilirliğinin İyileştirilmesi ve Mikroyapıyla İlişkilendirilmesi


Türköz M.(Yürütücü), Livatyalı H., Dilmeç M., Kotan H., Halkacı H. S.

TÜBİTAK Projesi, 2020 - 2023

  • Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
  • Başlama Tarihi: Temmuz 2020
  • Bitiş Tarihi: Ocak 2023

Proje Özeti

Sac metaller mukavemet/ağırlık oranının önem taşıdığı otomotiv ve havacılık vb. endüstrilerde yaygın kullanılmaktadır. Bu sektörlerde parça ağırlıklarının azaltılması amacıyla hafif alaşımlar tercih edilmektedir. Ancak alüminyum, magnezyum ve titanyum gibi hafif alaşımların oda sıcaklığındaki sınırlı şekillendirilebilirlikleri yenilikçi imalat yöntemleri üzerine araştırma yapmayı gerektirmektedir. Bu yöntemlerden biri metallerin sıvı basıncı etkisiyle şekillendirildiği hidro-şekillendirmedir (HŞ). Klasik yöntemlere göre pek çok avantaja sahip olan HŞ yöntemi düşük maliyet ve yüksek ürün kalitesi sağlamaktadır. Başarılı şekillendirme için, proses parametrelerinin iyileştirilmesi ve yeni HŞ yöntemlerinin geliştirilmesi yönünde çalışmalar yapılmaktadır. Proje ekibinin önceki çalışmalarında erkek kalıpla sac HŞ, ılık HŞ gibi proseslerde şekillendirilebilirlik iyileştirilmiştir. Ancak bu proseslerin uygulanması zahmetli, maliyetli ve proses parametrelerinin optimum tasarımı oldukça zordur. Ayrıca oda sıcaklığında sınırlı şekillendirilebilirliğe sahip titanyum alaşımı gibi malzemelerin şekillendirmesinde ılık HŞ bir alternatif olsa da, yüksek maliyeti ve uygulama zorluklarından dolayı tercih edilmemektedir.

Bu projede oda sıcaklığında şekillendirilebilirliğin iyileştirilmesi için dişi kalıpla sac HŞ prosesinde basıncın sürekli olarak artırılması yerine, salınımlı (sinüzoidal) olarak uygulanması amaçlanmaktadır. Literatürde basıncın belirli bir genlik ve frekansa sahip olacak şekilde sinüzoidal bir eğri olarak uygulanmasıyla şekillendirilebilirliğin iyileştirilebildiği sınırlı sayıda çalışmada ortaya konulmuştur. Ancak bu çalışmaların tamamı, parça şekli ve proses bakımından sac HŞ yönteminden tamamen farklı olan tüp hidroşekillendirme (THŞ) ile ilgilidir. Sac HŞ yönteminde sıvı basıncının salınımlı olarak uygulandığı herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Literatürde şekillendirilebilirliği iyileştirici mekanizmalar araştırılırken çekme testlerinden faydalanılmış ve kesintili uygulanan çekme testlerinden elde edilen gerilme-birim şekil değişimi eğrilerinde sünekliğin arttığı gözlenmiştir. Bunun nedeni, çekme gerilmesindeki düşüşlerin içyapı içerisindeki dislokasyonları daha kararlı alt sınırlar şeklinde yeniden düzene sokması sonucu ortaya çıkan gerilme gevşemesiyle açıklanmıştır. Bu projede de uygulanacak düşük frekanslı salınımla, gerilme gevşemesine benzer tarzda, şekillendirilebilirlikte iyileştirici bir etkinin elde edileceği düşünülmektedir.

Bu projede, salınımlı sac HŞ prosesinde sıvı basıncının genlik ve frekansı ile başlangıç basıncı parametrelerinin ürüne olan etkisi araştırılarak en uygun değerleri belirlenecektir. Böylece basıncın salınımlı uygulanmasının şekillendirilebilirliğe ve parça kalitesine etkisi araştırılacaktır. Malzeme olarak oda sıcaklığında sınırlı şekillendirilebilirliğe sahip ve havacılık sanayiinde yaygın olarak kullanılan Ti‑6Al‑4V alaşımı seçilmiştir. THŞ’de bile incelenmeyen şekillendirilebilirlikteki artışın mikroyapısal nedenleri, bu proje kapsamında salınımlı sac HŞ prosesi için araştırılacak ve farklı başlangıç mikroyapılarının optimum salınım parametrelerine etkisi ortaya konulacaktır. Proje aşamaları şöyle özetlenebilir:

1-Malzemenin mekanik özelliklerinin deneysel analizi

2-SEA ile salınımlı sac HŞ prosesinin tasarımı

3-Şekillendirme sınır analizi

4-Deneysel doğrulama

Proje, Malzeme, Makine ve Mekatronik Mühendisliği alanlarını kapsayan disiplinler arası bir çalışmadır. Salınımlı sac HŞ prosesinin tasarımı, deney düzeneklerinin kurulması, optimum salınım parametrelerinin araştırılması, sonlu elemanlar modellemesinin ve benzetimlerinin yapılması makine; mikroyapıların incelenmesi ve şekillendirilebilirlikle ilişkilendirilmesi malzeme; deney cihazının otomasyonu ve programlanması da mekatronik mühendisliğiyle ilgilidir.

Salınımlı sac HŞ prosesinin, özellikle havacılık, savunma ve otomotiv sanayinde Ti-6Al-4V gibi sınırlı şekillendirilebilirliğe sahip malzemelerin şekillendirilmesinde tercih edilen bir yöntem olma potansiyeli bulunmaktadır. Bu yöntemin uygulanacağı preslerin yerli üretimiyle ülke ekonomisine katkı sağlaması beklenmektedir.