Ti-6Al-4V alaşımının şekillendirme sınır eğrisinin çeşitli yöntemlerle ve yükleme koşullarında elde edilmesi

Abstract

2000'li yıllarda yüksek mukavemet, termal kararlılık, korozyon direnci gibi üstün özellikleri ile öne çıkan titanyum alaşımlarının endüstriyel uygulamalarda kullanımı yaygınlaşmıştır. Ti 6Al-4V, titanyum alaşımları içerisinde en çok kullanılan tür olarak dikkat çekmektedir. Ti-6Al-4V havacılık ve enerji sektörlerinde gaz türbinleri, tıp alanında eklem implantları gibi kritik uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu yüksek lisans tezinde oda sıcaklığında sınırlı şekillendirilebilirliğe sahip Ti 6Al 4V levhaların şekillendirme sınır eğrisi (ŞSE) deneysel olarak bulunmuştur. ŞSE'nin çizilebilmesi için Nakajima ve hidrolik şişirme deneyi olarak iki farklı yöntem kullanılmıştır. Hidrolik şişirme deneyi ile ŞSE verileri üretilirken şekillendirilebilirliği artırdığı bilinen salınımlı yükleme de uygulanmıştır. Hidrolik şişirme deneyi ile bulunan ŞSE, salınımlı yükleme uygulandığında %23.7 oranında artış göstermiştir. Ayrıca Nakajima testi ile belirlenen ŞSE'nin, hidrolik şişirme deneyi ile belirlenen ŞSE'ye göre daha yüksek seviyelere ulaştığı görülmüştür. Bu sonuçların sebeplerini incelemek üzere durum çalışmaları yapılmıştır. Nakajima testinin sürtünme içermesi sebebiyle hasarı geciktirdiği görülmüştür. Sürtünme içeren bir şekillendirme yöntemi olan dişi hidro şekillendirme (DHŞ) yöntemiyle endüstriyel parçalar imal edilmiş ve bu parçaların birim şekil değişimi (BŞD) ölçülmüş ve sonuçlar Nakajima testi ile belirlenen ŞSE'yi doğrulamıştır. Hidrolik şişirme testi ile belirlenen ŞSE'yi doğrulamak için hidrolik şişirme yöntemiyle küresel kubbeler imal edilmiştir. Bu işlem hem monoton hem de salınımlı yükleme ile yapılmıştır. Ölçülen BŞD dağılımları incelenmiş ve sonuçlar hidrolik şişirme testi ile elde edilen ŞSE'yi doğrulamıştır. Ayrıca salınımlı yükleme ile üretilen küresel kubbenin BŞD dağılımları, salınımlı yüklemeyle elde edilen ŞSE'de olduğu gibi artmıştır. Bunun sonucunda sürtünme etkileri içeren üretim yöntemlerinde Nakajima testi ile belirlenen ŞSE'nin, sürtünme etkileri içermeyen üretim yöntemlerinde hidrolik şişirme deneyi ile belirlenen ŞSE'nin kullanılmasının daha uygun olacağı ve salınımlı şekillendirmenin şekillendirilebilirlikte önemli bir artış sağladığı sonucuna ulaşılmıştır.

The use of titanium alloys, which stand out with their superior properties such as high strength, thermal stability, and corrosion resistance, has become widespread in industrial applications in the last two decades. Ti-6Al-4V draws attention as the most widely used type among titanium alloys. Ti-6Al-4V alloy is used in critical applications such as gas turbines in the energy and aviation industries, and joint implants in the medical field. In this master's thesis, the forming limit curve (FLC) of Ti-6Al-4V alloy, which has limited formability at room temperature, was produced. Two different methods including the Nakajima and the hydraulic bulging tests were used in the process. Pulsating, which is known to increase formability, was also used during the hydraulic bulging tests. The FLC found by the hydraulic bulging test shifted upwards by 23.7% when pulsating was applied. In addition, it was observed that the FLC produced by the Nakajima test reached higher levels than the one from the hydraulic bulge test, and the reasons for this were investigated by running a case study. It has been seen that damage is delayed due to friction in the Nakajima test. Cylindrical parts were made by female-die hydroforming, in which friction is dominant, and strain distribution was measured on these parts. These strain measurements confirmed the Nakajima test FLC. Spherical domes were fabricated by hydraulic bulge method to verify the FLC determined by the hydraulic bulge test. This process was performed with both monotonous and pulsating loading. The measured strain distributions were examined, and the results confirmed the FLC obtained by the hydraulic bulge test. In addition, the strain distributions of the spherical dome produced with pulsating loading increased as in the FLC obtained with pulsating loading. Consequently, the Nakajima test FLC is usable in sheet metal forming processes with dominant friction effects, the FLCs developed by the hydraulic bulge tests are valid for hydroforming processes and pulsating forming provides a significant increase in formability.