Ti-6Al-4V alaşımının hasar durumunun deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında Ti-6Al-4V alaşımlı sacın çekme testi ve Hidroşekillendirme (HŞ) prosesindeki hasar davranışı deneysel ve nümerik olarak araştırılmıştır. Bu kapsamda 1, 3 ve 25 mm/dk çekme hızlarında farklı gerilme üç eksenliliği değerlerine sahip saf kayma, standart çentiksiz ve çentikli numunelerin çekme testleri yapılmıştır. Çekme testleri sonrasında deformasyon hızı ve gerilme üç eksenliliği değerleri açısından numunelerin kırılma yüzeyleri SEM görüntüleriyle incelenmiştir. Çekme testi numunelerinin kırılma yüzeylerinin genel olarak sünek kırılmayı gösteren morfolojilere sahip olduğu ve gerilim üç eksenliliği ile deformasyon hızından etkilendiği görülmüştür. Bu nedenle Sonlu Elemanlar Analizlerinde (SEA), sünek kırılma malzeme modellerinden biri olan gerilme durumunu ve deformasyon hızını dikkate alan Johnson-Cook (JC) pekleşme ve hasar kriterinin kullanılmasının uygun olduğu tespit edilmiştir. JC pekleşme ve hasar kriteri parametrelerinin optimum değerleri belirlenerek çekme testi ve HŞ prosesinin SEA'ları gerçekleştirilmiştir. Ti-6Al-4V alaşımının SEA'dan elde edilen çekme eğrileri deneysel eğrilerle büyük bir uyum göstermiştir. Hidrolik şişirme prosesinde patlama basıncı, şişme yüksekliği ve maksimum kalınlık incelmesi sırasıyla %76.2, %97 ve %96.8 oranla doğru tahmin edilmiştir. 10 mm kalıp yüksekliğinde gerçekleştirilen HŞ prosesinde hasar meydana gelmeden geri esneme sonrası dalgalanma mesafesi ve taban radyüsü deneysel sonuçlardan sırasıyla %0.73 ve %0.13 oranında ortalama sapma ile belirlenmiştir. 12 mm kalıp yüksekliğinde gerçekleştirilen HŞ prosesinde yırtılma basıncı %92.5 oranla doğru tahmin edilmiştir. Kalıp giriş radyüsü ve taban radyüsü sırasıyla % 95.5 ve %97.8 oranında başarıyla belirlenmiştir. Kalınlık dağılımı deneysel sonuçlarla büyük bir oranda eşleşmiştir. Her iki proseste de yırtılma bölgeleri deneysel sonuçlarla iyi bir uyum göstermiştir. Sonuçta, JC pekleşme ve hasar kriterinin Ti-6Al-4V alaşımlı sacın hidroşekillendirilmesinde, şekillendirilebilirlik ve hasar tahmini açısından başarıyla kullanılabileceği belirlenmiştir.

In this thesis, the damage behavior of the Ti-6Al-4V alloy sheet in the tensile test and hydroforming (HF) process was investigated experimentally and numerically. In this context, tensile tests of pure shear, standard unnotched, and notched samples with different stress triaxiality values at tensile speeds of 1, 3, and 25 mm/min were carried out. After the tensile tests, the fracture surfaces of the samples were examined with SEM images in terms of the deformation rate and stress triaxiality values. It has been observed that the fracture surfaces generally have morphologies showing ductile fracture, and fracture surfaces are affected by stress triaxiality and deformation rate. It has been observed that the fracture surfaces of the tensile test specimens generally have morphologies showing ductile fracture and are affected by stress triaxiality and deformation rate. For this reason, it has been determined that it is appropriate to use the Johnson-Cook (JC) hardening and damage criterion, which takes into account the stress state and deformation rate, which is one of the ductile fracture material models, in Finite Element Analysis (FEA). The tensile test and FEA of the HF process were performed by determining the optimum values of JC hardening and damage criterion parameters. The tensile curves of Ti-6Al-4V alloy obtained from FEA showed excellent agreement with the experimental curves. In the hydraulic bulging process, the burst pressure, bulge height, and maximum thickness reduction were predicted correctly with a rate of 76.2%, 97% and 96.8%, respectively. In the HF process performed at 10 mm die height, the undulation distance and base radius after springback without any damage were determined with an average deviation of 0.73% and 0.13%, respectively, from the experimental results. In the HF process performed at a die height of 12 mm, the tearing pressure was estimated correctly with a rate of 92.5%. Die entry radius and base radius were determined with a success rate of 95.5% and 97.8%, respectively. The thickness distribution largely matched the experimental results. The fracture zones in both processes showed good agreement with the experimental results. As a result, it has been determined that the JC hardening and damage criterion can be successfully used in hydroforming of Ti-6Al-4V alloyed sheet in terms of formability and damage prediction.