The influence of additive manufacturing process parameters on residual stress of 17-4 PH stainless steel parts manufactured by laser powder bed fusion additive manufacturing system
Seçici lazer toz yatağı eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş 17-4 PH paslanmaz çeliğinde eklemeli imalat proses parametrelerinin kalıntı gerilimler etkisi
- Tez No: 781630
- Danışmanlar: PROF. DR. CEMİL HAKAN GÜR, DOÇ. DR. CANER ŞİMŞİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Lazer Toz Yatak Füzyon (LTYF) prosesi, metal toz malzemeden, karmaşık ve fonksiyonel parçaların üretimi için en iyi bilinen eklemeli üretim yöntemlerinden biridir. Parça üzerinde oluşan kalıntı gerilimleri, LTYF prosesine engel oluşturmakta ve özellikle ileri teknoloji uygulamalarında parçaların kullanılabilmesini kısıtlayabilmektedir. Eklemeli imalat prosesinde, proses parametrelerinin kalıntı gerilimleri üzerine önemli etkisi vardır ve kalıntı gerilimleri malzeme özelliklerinin güvenilirliğini değiştirmektedir. Bu sebeple, tasarım ve üretimde güvenilir mekanik özellikler sağlamak için LTYF prosesinde, proses parametrelerinin kalıntı gerilimleri üzerindeki etkilerinin araştırılması gerekmektedir. 17-4 PH paslanmaz çelik malzemeler, üstün yüksek mukavemet, sertlik ve korozyon dayanım özelliklerinden dolayı uzay, havacılık, enerji ve kimya endüstrileri de dahil olmak üzere çeşitli alanlarda, paslanmaz çelik malzemeler arasında tercih edilmektedir. Ayrıca, 17-4 PH paslanmaz çelikler, çözeltiye alma ısıl işlemi görmüş durumda kolayca işlenebilir. Bu çeliklerin yüksek kaynaklanabilirlik ve korozyon direncine sahip olması, onları endüstride kullanımını cazip kılmaktadır. Proses parametrelerinin yüzey kalıntı gerilimlerine etkisi, yüzey ve yüzey altı kalıntı gerilimlerine karşı çok hassas olan XRD kalıntı gerilim ölçüm yöntemi ile analiz edilebilir. LTYF prosesiyle üretilen kalıntı gerilimlerinin, geleneksel yöntemlerle üretilmiş olan çubuk malzemeye kıyasla elli kat fazla olması, LTYF ile üretilen parçalarda kalıntı gerilimi araştırılmasının önemini göstermiştir. Bu tezde; tarama stratejilerinin etkisi, lazer gücü, maruz kalma süresi, hacimsel enerji yoğunluğu, tarama mesafesi, nokta atış mesafesi, katman kalınlığı, alt plakanın ön ısıtması, alt plakadan ayrılma etkisi, LTYF eklemeli imalat yöntemi ile üretilen 17-4 PH paslanmaz çelikleri ile yüzeyde ve çok yüzeye yakın bölgede kalıntı gerilimi birikimi açısından X Işını Kırınım (XRD) yöntemi ile analiz edilmiştir. Analizler, hacimsel enerji yoğunluğunun (HEY), lazer gücünün ve maruz kalma süresi optimizasyonunun kalıntı gerilimin en aza indirilmesinde çok önemli bir rol oynadığını göstermektedir. HEY parametre optimizasyonu, malzeme üzerinde genel penetrasyon ve yüzey kalıntı gerilimi oluşumunda oldukça önemlidir. Tanımlanan parametre aralığı ve belirtilen HEY değeri dahilinde yüksek lazer gücü ve daha az maruz kalma süresi, bir malzemenin yüzeyinde kalıntı gerilimi birikimi açısından optimum işlem parametresi olabilmektedir. Öte yandan, tanımlanmış aralıklar içinde nokta atış mesafesi ve tarama mesafesinin; hacimsel enerji yoğunluğu, lazer gücü ve maruz kalma süresinin etkisine kıyasla daha az bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. Üretilen parçalarda proses parametre optimizasyonuyla kalıntı gerilimlerinin ~%67'ye kadar azaltılabileceği ancak, malzemenin çekme ve akma mukavemetinde sırasıyla %14 ve %12'e kadar düşüş yaşanabileceği görülmüştür. Bu nedenle, mühendislik açısından, yüzey kalıntı gerilim değerleri ile mekanik dayanım arasındaki denge dikkate alınmalıdır.
Özet (Çeviri)
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process is one of the most well-known additive manufacturing methods for the production of complex and functional parts from metal powder material. Residual stresses cause a major setback in the LPBF process and restrict the serviceability of the parts, particularly in advanced technology applications. Process parameters have a crucial impact on residual stress formation and residual stresses alter the reliability of material properties. Therefore, the influence of process parameters on residual stresses needed to be investigated to provide more accurate mechanical properties for design and production optimization for the LPBF process. 17-4 PH stainless steel is desirable among the stainless steels for various fields, including aerospace, aviation, energy, and chemical industries, due to their superior high strength, hardness, and corrosion properties. Moreover, 17-4 PH stainless steels are easily machinable at solution heat treated condition. Their high weldability with high corrosion resistance properties makes them very attractive for industries. The process parameters' effect on surface residual stresses could be performed by XRD residual stress measurement method which is very sensitive to surface and subsurface residual stresses. Residual stress specimens produced by LPBF process in as built condition had more than fifty times surface residual stresses compared to the conventionally produced bar specimens which indicated the importance of the investigation of surface residual stresses of LPBF parts. In this thesis; the influence of scanning strategies, laser power, exposure time, volumetric energy density, hatch distance, point distance, layer thickness, preheating of the baseplate, and separation from the base plate were analyzed for 17-4 Precipitation Hardened (PH) stainless steel parts manufactured by LPBF additive manufacturing system in terms of residual stress accumulation on the surface and close to the very surface region by X-Ray Diffraction (XRD) method. The analyses show that, volumetric energy density (VED), laser power, and exposure time optimization played a crucial role in residual stress minimization. VED parameter optimization was crucial for overall penetration and surface residual stress formation on material. High laser power and less exposure time within the defined parameter range and specified VED value could be the optimum process parameter in terms of residual stress accumulation on the surface of a material. On the other hand, point distance and hatch distance had a slight influence when compared with the effect of volumetric energy density, laser power, and exposure time within the defined ranges. The as built parts' residual stresses could be reduced by up to ~67%. However, the tensile strength and yield strength of a material could also be decreased by 14% and 12%, respectively. Therefore, from an engineering standpoint, a trade-off between lower surface residual stress values and mechanical strength shall be taken into account.
Benzer Tezler
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Plastik enjeksiyon kalıplarının tasarımı ve üretimi
Başlık çevirisi yok
AHMET RAHMİ ALKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEOMAN KURTAY
- Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının mikro yapı ve mekanik davranışı üzerinde proses parametrelerinin etkisi
Effect of process parameters on microstructure and mechanical behavior of Ti6Al4V alloy fabricated by selective laser melting
NİYAZİ BASKIN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CELALETTİN YÜCE
- Effect of surface roughness on tensile properties of additively manufactured thin-walled structures
Yüzey pürüzlülüğünün eklemeli imalat ile üretilen ince cidarlı yapıların çekme özellikleri üzerindeki etkisi
ABDUL VAHAP YOĞURTÇUOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- An experimental and numerical study on the effects of nanoadditives and material extrusion parameters on the mechanical and flexural characteristics of ABS/PVC blend polymer core sandwich panels
ABS/PVC karışık polimer çekirdekli sandviç panellerin mekanik ve eğılme karakteristikleri üzerine nano katkı maddeleri ve malzeme ekstrüzyon parametrelerinin deneysel ve sayısal incelemesi
DENİZ GÜRAY GENCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MIRSADEGH SEYEDZAVVAR
PROF. DR. CEM BOĞA