Metal toz yataklı ergitme işlemlerinin ısıl modellerinin geliştirilmesi ve mikroyapıya etkilerinin araştırılması
Development of thermal models of powder bed fusion processes and investigation of its effects on microstructure
- Tez No: 751587
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Füzyon, Isıl işlem, Katmanlı üretim, Metal tozları, Mikroyapı, Fusion, Heat treatment, Additive manufacturing, Metal powders, Microstructure
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, toz yataklı füzyon proseslerinin ısıl davranışı ve bu ısıl davranışın mikroyapı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, ilk olarak, iki temel toz yatağı prosesi olan seçici lazer ergitme ve elektron demeti ergitmenin yapısı araştırılmıştır. Daha sonra bu prosesler matematiksel olarak modellenmiş ve bazı iyileştirmeler yapılmıştır. Seçici lazer ergitme işleminde Ti-6Al-4V alaşımı için yeni bir hacimsel ısı kaynağı modeli ve ampirik bir emilim korelasyonu geliştirilmiştir. Elektron demeti ergitme işleminde ise buharlaşma olgusu üzerinde durulmuştur. Bu amaçla, buharlaşma enerji kaybı ve buharlaşmanın ergiyik havuzu profili üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Ergiyik havuzdaki buharlaşma ısı kaybını ve geri tepme basıncını tanımlamaya yönelik olarak Anisimov yöntemi için matematiksel bir ifade türetilmiştir. Her iki proses için de deneysel çalışmalar yapılmış ve muhtelif Ti-6Al-4V numuneleri üretilmiştir. Seçici lazer ergitme işlemi ile oluşan mikro yapılar incelenmiş ve sayısal analiz ile elde edilen termal çıktılar ile ilişkilendirilmiştir. Böylece 20 K/s altı, 20 ila 410 K/s, 410 ila 1900 K/s ve 1900 K/s üzeri olmak üzere dört soğuma hızı rejimi belirlenmiştir. Elektron demeti ergitme işleminde vakum ortamında meydana gelen muhtemel geri tepme basıncı ve buharlaşma ısı kaybı, deneyden elde edilen katılaşmış eriyik havuzu profilleri ve sayısal analiz yardımıyla araştırılmıştır. Mutedil işlem parametreleriyle gerçekleştirilen taramalarda buharlaşma yollu ısı kaybının yaklaşık %10 civarında olduğu görülmüştür. Vakum ortamında, çeşitli koşullar ve proses parametrelerinde, çeşitli hız rejimlerinin oluşabileceği ve bu rejimler altında buharlaşma ısı kaybının artabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, the thermal behavior of powder bed fusion processes and the effect of this thermal behavior on the microstructure are discussed. For this purpose, the nature of the two principal powder bed processes, selective laser melting and electron beam melting, was investigated. Then, the processes were mathematically modeled, and some improvements were made. A new volumetric heat source model and an empirical absorptivity correlation have been developed for the Ti-6Al-4V alloy in the selective laser melting process. In the electron beam melting process, the evaporation phenomenon is emphasized. For this purpose, evaporative energy loss and the effects of evaporation on the melt pool profile were investigated. A mathematical expression has been derived for the Anisimov method to define the evaporation heat loss and the recoil pressure on the melt pool. Experimental work was carried out for both processes, and various Ti-6Al-4V samples were manufactured. The microstructures formed by the selective laser melting process were examined and correlated with the thermal outputs obtained by numerical analysis. Thus, four cooling rate regimes were determined as below 20 K/s, 20 to 410 K/s, 410 to 1900 K/s, and above 1900 K/s. The possible recoil pressure and evaporative heat loss occurring in the vacuum environment in the electron beam melting process were investigated via the solidified melt pool profiles obtained from the experiment and numerical analysis. In the scans with moderate process parameters, it was observed that the heat loss by evaporation was around 10%. It has been concluded that in a vacuum environment, various speed regimes may occur under various conditions and process parameters, and evaporation heat loss may increase under these regimes.
Benzer Tezler
- Fabrication and investigation of carbon nanotube reinforced aluminum matrix composite material
Karbon nanotüp takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzeme üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
BEDRİ ONUR KÜÇÜKYILDIRIM
Doktora
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Developing surface treatment processes by drag finishing for parts produced from Ti-6Al-4V alloy powders by electron beam melting
Ti-6Al-4V Alaşım Tozlarından Elektron Işını İle Ergitme Yöntemi Kullanılarak Üretilen Parçalar İçin Sürüklemeli Yüzey İşlem Süreçleri Geliştirme
KÜBRA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF KAYNAK
- Toz yataklı eklemeli imalat yöntemine uygun hidrolik fren kaliperi tasarımı ve imalatının araştırılması
Hydraulic brake caliper design for powder bed fusion additive manufacturing and investigation of manufacturing
MEHMET ÖZAKINCI
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
- Inconel 718 süper alaşımının vakum indüksiyon gaz atomizasyon (VIGA) ve lazer toz yataklı ergitme ile prosesi
Processing of inconel 718 super alloy with vacuum induction gas atomization (VIGA) and laser powder bed fusion
MÜCTEBA BURAK KARAKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ UZUNSOY
- Lazer toz yataklı füzyon yönteminde sürekli ve atımlı lazer ışınlarının karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of continuous and pulsed laser beams in the laser powder bed fusion method
BİRHAN UFKU GÜZEL
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ETEM SAKLAKOĞLU