Design and implementation of a measurement system to measure residual stress in aluminum casted vehicle parts
Alüminyum döküm araç parçalarında kalıntı gerilmeyi ölçmek için bir ölçüm sisteminin tasarımı ve uygulaması
- Tez No: 1016614
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYTAÇ GÖREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Dinamiği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora çalışması, alçak basınçlı döküm (LPDC) yöntemiyle üretilen AlSi11Mg alüminyum alaşımlı jantlarda döküm ve ısıl işlem süreçlerinin mikro yapı, mekanik özellikler ve kalıntı gerilmeler üzerindeki etkilerini incelemektedir. Çalışmanın amacı, jant üretim süreçlerini optimize ederek mekanik performansı artırmak, kalıntı gerilmelerden kaynaklanan arızaları en aza indirmek ve endüstriyel ile otomotiv standartlarına uyumu sağlamaktır. Araştırma, malzeme karakterizasyonu, deneysel testler ve sayısal simülasyonları kapsayan kapsamlı bir metodoloji ile yürütülmüştür. AlSi11Mg alaşımının kimyasal bileşimi, optik emisyon spektroskopisi (OES) ile doğrulanmış ve literatürde belirtilen sınırlar ile endüstri spesifikasyonlarına uygunluğu tespit edilmiştir. Makroyapı analizleri, tanelerin homojen dağılımını ortaya koyarken, mikroyapı incelemeleri, as-cast jantlarda görülen kaba dendritik yapıların T6 ısıl işlem sonrası daha ince ve spheroidize Si parçacıklarına dönüştüğünü göstermiştir. Bu mikro yapısal değişimler, alaşımın mekanik davranışını doğrudan etkilemiştir. Çekme ve Brinell sertlik testleri, jantın kritik bölgeleri olan iç flanş, dış flanş ve spoke bölgelerinde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, döküm sonrası jantların en düşük çekme dayanımı, akma dayanımı ve sertliğe sahip olduğunu, T6 işlem görmüş jantların ise belirgin iyileşmeler gösterdiğini ortaya koymuştur. Isıl işlem varyasyonları arasında, 120 dakikalık yapay yaşlandırma uygulanan T6, en dengeli kombinasyon olan dayanım, sertlik ve uzama değerlerini sağlamıştır. Kısmi yaşlandırma uygulanan jantlar orta düzeyde iyileşme gösterirken, döküm sonrası jantlar göreceli olarak zayıf kalmıştır. Bu bulgular, kontrollü ısıl işlemin optimal mekanik performans için önemini vurgulamaktadır. Kalıntı gerilme değerlendirmesi, Magmastress modülü ile sayısal simülasyonlar ve deneysel delik delme yöntemini birleştirerek yapılmıştır. Analitik ve deneysel sonuçlar, T6 işlemli jantlarda quenching sonrası daha yüksek kalıntı gerilmelerin oluştuğunu, yapay yaşlandırma sırasında ise kısmen rahatladığını göstermiştir. Göbek ve göbek–kol bölgeleri, yüksek gerilme yoğunluğu oluşan kritik alanlar olarak öne çıkmış ve hedefli gerilme giderme stratejilerinin önemini vurgulamıştır. Gerilme giderme tavlaması ve optimize edilmiş yaşlandırma, mekanik özellikleri koruyarak kalıntı gerilmeleri azaltmada etkili olmuştur. Sonuç olarak, bu araştırma döküm parametreleri, ısıl işlem koşulları, mikro yapı değişimi, mekanik performans ve kalıntı gerilmeler arasında açık bir ilişki ortaya koymaktadır. Çalışma, jant üretimini optimize etmeye yönelik pratik rehberler sunmakta, otomotiv uygulamalarında güvenlik, dayanıklılık ve performansı artırmaktadır. Gelecek çalışmalar, alternatif alaşım kompozisyonları, tam alan kalıntı gerilme ölçümleri, öngörücü modelleme ve operasyonel koşullarda performans değerlendirmelerini içerebilir. Bu bulgular, hem akademik bilgi birikimine hem de endüstriyel uygulamalara katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates the influence of casting and heat treatment processes on the microstructure, mechanical properties, and residual stress development in AlSi11Mg aluminum alloy wheels produced via low-pressure die casting (LPDC). The research aims to optimize wheel manufacturing processes to enhance mechanical performance, minimize residual stress-induced failures, and ensure compliance with industrial and automotive standards. The study employed a comprehensive methodology encompassing material characterization, experimental testing, and numerical simulations. The chemical composition of the AlSi11Mg alloy was verified using optical emission spectroscopy (OES), confirming compliance with both literature-reported limits and industry specifications. Macrostructural analysis revealed uniform grain distribution, while microstructural evaluation demonstrated a transformation from coarse dendritic structures in as-cast wheels to refined and spheroidized silicon particles after T6 heat treatment. These microstructural changes directly influenced the mechanical behavior of the alloy. Mechanical testing, including tensile and Brinell hardness measurements, was performed on critical wheel regions, such as the inner flange, outer flange, and spoke. Results indicated that as-cast wheels exhibited the lowest ultimate tensile strength, yield strength, and hardness, whereas T6-treated wheels showed significant improvements. Among the heat treatment variations, T6 treatment with 120 minutes of artificial aging provided the most balanced combination of strength, hardness, and elongation. Partially aged wheels exhibited moderate improvements, while as-cast wheels remained relatively weak. These findings highlight the importance of controlled heat treatment in achieving optimal mechanical performance. Residual stress evaluation combined numerical simulations using the Magmastress module of Magmasoft with experimental hole drilling methods. Analytical and experimental results consistently showed that T6-treated wheels developed higher residual stresses following quenching, which were partially relieved during artificial aging. The hub and hub–spoke regions emerged as critical zones with higher stress concentration, emphasizing the need for targeted stress-relief strategies. Stress-relief annealing and optimized aging were effective in reducing residual stresses, improving component durability without compromising mechanical properties. Overall, this research establishes a clear link between casting parameters, heat treatment schedules, microstructural evolution, mechanical performance, and residual stress development. The study provides practical guidelines for optimizing wheel production, ensuring safety, reliability, and performance in automotive applications. Future work may include evaluating alternative alloy compositions, full-field residual stress mapping, predictive modeling, and in-service performance assessment under operational conditions. The findings contribute to both academic understanding and industrial practice, advancing the knowledge of aluminum wheel manufacturing and heat treatment optimization.
Benzer Tezler
- Esnek rotorlarda dengeleme probleminin incelenmesi
The Analysis of the balancing problem in flexible rotors
HAKAN ÇİFTÇİ
- Measurement-based antenna misalignment analysis and angle of arrival estimation for terahertz wireless communication systems
Kablosuz haberleşme sistemlerinde ölçüm tabanlı hatalı anten hizalaması analizi ve geliş açısı kestirimi
HASAN NAYİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Kazıkların eksenel ve yatay yük taşıma kapasiteleri
The bearing capacity of piles under axial and lateral loading
NİLAY DURLANIK
- Design and implementation of an open-source optically stimulated luminescence measurement system
Optik uyarmalı luminesans ölçüm sisteminin açık kaynaklı tasarımı ve gerçekleştirilmesi
DİREN MARABA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENVER BULUR
- Yeni bir elektromekanik tahıl nem sensörü tasarımı ve otomasyon sisteminde uygulanması
Design of a new electromechanical grain moisture sensor and its implementation in automation system
İSMAİL ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN PEHLİVAN