Constitutive modelling and micro-machinability evaluation of wrought and additively manufactured Ti6Al4V alloys: Experimental characterization and numerical simulation
Dövme ve eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımlarının yapısal modellemesi ve mikro işlenebilirlilik değerlendirmesi: Deneysel karakterizasyon ve nümerik simülasyon
- Tez No: 834987
- Danışmanlar: PROF. DR. ADEM ÇİÇEK, PROF. DR. KUBİLAY ASLANTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, lazerle toz yatağında füzyon (LPBF) ile üretilen Ti6Al4V alaşımının Johnson-Cook (J-C) malzeme modeli katsayılarının deneysel olarak belirlenmesi ve ortogonal mikro işleme ve 2D/3D mikro frezeleme operasyonlarının nümerik simülasyonunu sunmaktadır. Ayrıca elde edilen bulgular dövme Ti6Al4V ile de kıyaslanmıştır. Bu amaçla, dövme ve LPBF Ti6Al4V malzeme davranışları, yarı statik çekme testleri ile farklı sıcaklıklarda (0.001 s−1; 20, 400, 600 °C) ve parçalı Hopkinson basma çubuğu (SHPB) testleri ile yüksek gerinim hızlarında (∼1000-5000 s−1; 20, 400 °C) incelenmiştir. İş parçası malzemeleri ve WC-Co arasındaki kayma hızına bağlı sürtünme katsayıları, açık tribometre koşulları altında testler ve nümerik simülasyonlar ile belirlenmiştir. Mikro işleme simülasyonları, dövme ve LPBF Ti6Al4V için deneysel olarak elde edilen J-C modelleri ile gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları ile kıyaslamak amacıyla, farklı kesme hızı (75, 100, 150 m/dak) ve kesilmemiş talaş kalınlığı değerlerinde (2,5, 5, 7,5, 10 μm) bir dizi ortogonal mikro kesme testi gerçekleştirilmiş ve deneysel ve nümerik kesme kuvvetleri ve talaş sıkıştırma oranı (CCR) kıyaslanmıştır. Farklı ilerleme (2, 4 µm/diş) ve iş mili hızlarında (12000, 24000 dev/dak) mikro frezeleme testleri gerçekleştirilmiş ve kesme performansı yüzey bütünlüğü ve takım aşınması açısından değerlendirilmiştir. Kesme kuvvetleri, CCR ve ortalama yüzey kalıntı gerilmeleri için uygun tahminler elde edilmiştir. Test sonuçlarına göre, daha yüksek mukavemeti, daha gevrek davranışı ve kendine özgü mikroyapısı nedeniyle LPBF Ti6Al4V, dövme olana kıyasla daha yüksek kesme kuvvetleri, takım aşınması, üst çapak genişliği, basma tipi kalıntı gerilmeler, daha fazla etkilenmiş yüzey altı mikroyapısı ve daha düşük yüzey pürüzlülüğü göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This study presents the experimental determination of the coefficients of the Johnson-Cook (J-C) constitutive model and the numerical simulation of orthogonal micro-cutting and 2D/3D micro-milling processes of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Ti6Al4V. Besides, the results were also compared to the wrought Ti6Al4V. For that purpose, quasi-static and dynamic behaviors of wrought and LPBF Ti6Al4V were investigated by quasi-static tensile tests at several temperatures (0.001 s−1 at 20, 400, 600 °C) and at high strain rates using the split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests (∼1000-5000 s−1 at 20, 400 °C). Sliding speed-dependent friction coefficients between WC-Co tool and workpiece material under open tribometer conditions were determined with tribological tests combined with numerical simulations. Micro-cutting simulations were performed using experimentally obtained J-C models of wrought and LPBF Ti6Al4V. A series of orthogonal micro cutting tests at different cutting speeds (75, 100, 150 m/min) and uncut chip thickness values (2.5, 5, 7.5, 10 μm) were performed to compare the measured forces and chip compression ratio (CCR) with those obtained by simulation. Micro-milling tests at different feeds (2, 4 µm/tooth) and spindle speeds (12000, 24000 rev/min) were carried out and cutting performance was evaluated in terms of surface integrity and tool wear. Good predictions of cutting forces, CCR, and average surface residual stresses were obtained for both materials. According to test results, due to its higher strength, more brittle behavior, and specific microstructure, LPBF Ti6Al4V showed higher cutting forces, tool wear, top burr width, compressive residual stresses, more affected subsurface microstructure, and lower surface roughness compared to wrought one.
Benzer Tezler
- Constitutive failure modelling and analysis of steel wire rope structures subjected to impact loading
Çelik tel halat yapılarının darbe yükü altında hasar modellenmesi ve incelenmesi
ADEM CANDAŞ
Doktora
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Second-gradient mathematical modelling of pantographic structuresand determination of optimum constitutive parameters
Başlık çevirisi yok
MUHAMMED YÜCEL
- Out-of-plane behaviour assessment of double-leaf masonry walls and numerical model for nonlinear analysis
Çift yapraklı yığma duvarların düzlem dışı davranışlarının değerlendirilmesi ve doğrusal olmayan analiz için sayısal model önerilmesi
ALVAND MOSHFEGHI
Doktora
İngilizce
2025
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN ENGİN BAL
- Yumuşak kilde zamana bağlı davranışın mikromekanik olarak modellenmesi
Microstructural modelling of the time dependent behaviour of soft clay
İBRAHİM YİĞİT
Doktora
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAFİYE FEYZA ÇİNİCİOĞLU
- Nanoteknolojide yerel olmayan çubuk teorisinin statik ve dinamik problemleri
Static and dynamic problems of nonlocal beam theory in nanotechnology
OLCAY OLDAÇ
Doktora
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ