Eklemeli imalat ve döküm yöntemi ile üretilen AlSi10Mg alaşımlarının kriyojenik ortamlardaki erozyon aşınma davranışlarının incelenmesi
Examination of erosion wear behavior of AlSi10Mg alloy produced by additive manufacturing and casting methods in cryogenic environments
- Tez No: 946784
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BAĞCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 164
Özet
Bu tez çalışmasında, son yıllarda hızla yaygın kullanımı artarak havacılık, uzay, otomotiv, tarım, madencilik, medikal ve dişçilik gibi sektörlerde tercih edilen metal eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş AlSi10Mg alaşımlarının erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Eklemeli ve geleneksel imalat yöntemlerinin karşılaştırılabilmesi amacıyla deney numuneleri, toz temelli eklemeli imalat uygulaması olan seçici lazer ergitme yöntemi ve alüminyum enjeksiyon döküm yöntemiyle ürettirilmiştir. Tekrarlı testler için ürettirilen numunelerin bir grubuna ısıl işlem (T6) uygulanarak ısıl işlemin, erozyon davranışına etkisi araştırılmıştır. Partikül etkisinin erozyon deneylerinde etkisinin belirlenmesinde ~350 µm boyutuna sahip Silisyum Karbür (SiC) aşındırıcı partiküller kullanılmış olup farklı parametreler özelinde katı partikül erozyon aşınma sonuçlarına ulaşılmıştır. Aşındırıcı partiküllerin, hedef malzeme yüzeyine çarpma hızlarının belirlenebilmesinde hava akış hızı, sensör yardımıyla 60 m/s olarak bulunmuştur. Partiküllerin havaya karışma anındaki hızlarının tespiti içinde Ayrık Elemanlar Metoduna (AEM) bağlı simülasyonlarla, serbest düşme hızı yaklaşık 2,24 m/s olarak tespit edilmiştir. Simülasyon ve sensör yardımıyla ölçülen değerler, Euler'in Langerian Parçacık Takibi (LPT) akış modeliyle birleştirilerek, partiküllerin çarpma hızları teorik olarak ~25 m/s olarak hesaplanmıştır. Partikül çarpma hızı aynı zamanda çift disk metoduyla da ölçülerek teorik ve deneysel yakınsama sonuçlarına ulaşılmıştır. Katı partikül erozyon aşınma parametreleri arasında bir diğer önemli parametre olan çarpma açısı karşılaştırmalarında ise altı farklı çarpma açısından (15° ile 90° sabit artış) faydalanılmıştır. Deneyler oda sıcaklığında ve kriyojenik ortam şartlarında (≤–100°C) gerçekleştirilmiş olup kriyojenik ortam şartlarının sağlanabilmesi amacıyla belli gruptaki deney numunelerinin devar kabı özelliğini temsil etme yeteneğine sahip strafor kapalı hazne içerisinde sıvı azot (-196°C) ile kontrollü olarak teması sağlanarak sensör hassasiyeti ile kriyojenik şartlar doğrulanmıştır. Deneyler ASTM G76/G211 standartları yeteneğine sahip özel olarak tasarlanmış test cihazında gerçekleştirilmiş olup ağırlık kaybı verileri ile uluslararası literatür uyumluluğu önceliğinde alternatif imalat yöntemi, ısıl işlem etkisi karşılaştırmaları sonunda çarpma açısı – erozyon oranı grafikleri oluşturulmuştur. Deney numunelerinin erozyon aşınma davranışlarını anlamlandırmak ve istatiksel veri ortaya koymak adına korelasyon analizi uygulanmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçların karşılaştırılması için ısıl işlem uygulanmamış eklemeli imalat numuneleri üzerinden Ansys Rocky DEM yazılımı ile ayrık elemanlar temelli simülasyon faaliyetleri yürütülerek simülasyona bağlı erozyon oranları hesaplanmış olup erozyon oranının tespitinde ilgili yazılımın çeşitli sınırlar dahilinde kullanışlı olabileceği anlaşılmıştır. Üç tekrarlı olacak şekilde tüm deneylerin tamamlanmasından sonra aşınmış numunelerin yüzeylerinden çeşitli büyültme ölçeklerinden SEM görüntüleri alınmış ve numunelere XRD analizi uygulanmıştır. Yüzey incelemeleri sonucunda, yüzeylerde yoğun olarak plastik deformasyona bağlı yüzey yapısının bozulduğu ve partiküllerle etkileşim sonucunda yüzeylerde çökmelere, partikül gömülmesine ve ezilme izlerine rastlanılmıştır. Ortaya çıkan yüzey hasarları, erozyon deneylerinden elde edilen sünek ve tam sünek malzeme karakteristiğini desteklemektedir. Bu tez çalışmasına ait çıktıların ortaya konulması kapsamında ise deneysel faaliyetlere ve simülasyon çalışmalarına bağlı olarak eklemeli imalat ile üretilmiş AlSiMg10 alaşımlarının katı partikül erozyon aşınma sonuçları açısından geleneksel imalatla üretilen yöntemlerden daha fazla erozyon direnci sağlayabildiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca T6 ısıl işleminin özellikle eklemeli imalat ile üretilmiş AlSi10Mg numunelerin erozyon aşınma direncini de iyileştirdiği belirlenmiştir. Son olarak kriyojenik ortam şartlarının da katı partikül erozyon aşınma miktarını artırdığı verisine ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the erosion wear behaviour of AlSi10Mg alloys produced by metal additive manufacturing method, which is preferred in sectors such as aviation, aerospace, automotive, agriculture, mining, medical and dentistry, has been investigated. In order to compare additive and conventional manufacturing methods, test specimens were produced by selective laser melting method and aluminium injection casting method, which are powder-based additive manufacturing applications. The effect of heat treatment on erosion behaviour was investigated by applying heat treatment (T6) to a group of specimens produced for repeated tests. Silicon Carbide (SiC) erosive particles with a size of ~350 µm were used to determine the effect of particle effect in erosion tests and solid particle erosion wear results were obtained for different parameters. In order to determine the impact velocity of erosive particles on the surface of the target material, the air flow velocity was found to be 60 m/s with a sensor. In the determination of the velocities of particles at the moment of mixing with air, the free fall velocity was determined to be approximately 2,24 m/s by simulations based on Discrete Element Method (DEM). The values measured by simulation and sensor were combined with Euler's Langerian Particle Tracking (LPT) flow model to theoretically calculate the particle impact velocity of ~25 m/s. Particle impact velocity was also measured by double disc method and theoretical and experimental convergence results were obtained. Another important parameter among the solid particle erosion wear parameters, the impact angle, was compared using six different impact angles (15° to 90° constant increase). The experiments were carried out at room temperature and cryogenic ambient conditions (≤-100°C). In order to ensure cryogenic conditions, cryogenic conditions were verified with sensor sensitivity by providing controlled contact of the test samples in certain groups with liquid nitrogen (-196°C) in a styrofoam closed chamber capable of representing the container feature. The experiments were carried out on a specially designed test machine capable of ASTM G76/G211 standards and the impact angle- erosion rate graphs were created at end of the impact angle- erosion rate graphs at end of the weight loss data and alternative manufacturing method, heat treatment effect comparisons in the priority of international literature compatibility. Correlation analysis was applied in order to make sense of the erosion wear behaviour of the test specimens and to provide statistical data. In order to compare the results obtained from the experiments, discrete element based simulation activities were carried out with Ansys Rocky DEM software on non-heat treated additive manufacturing specimens and simulation related erosion rates were calculated and it was understood that the relevant software can be useful within various limits in determining the erosion rate. After the completion of all experiments with three repetitions, SEM images were taken from the surfaces of the eroded samples at various magnification scales and XRD analysis was applied to the samples. As a result of the surface analyses, it was observed that surface structure was intensely degraded due to plastic deformation on the surfaces and collapses, particle embedment and crushing marks were observed on the surfaces as a result of interaction with particles. The resulting surface damages support the ductile and fully ductile material characteristics obtained from erosion tests. Within the scope of presenting outputs of this thesis study, it has been concluded that AlSiMg10 alloys produced by additive manufacturing can provide more erosion resistance than those produced by conventional manufacturing methods in terms of solid particle erosion wear results depending on experimental activities and simulation studies. It is also determined that T6 heat treatment improves the erosion wear resistance of AlSi10Mg samples produced by additive manufacturing. Finally, cryogenic conditions were also found to increase the amount of solid particle erosion wear.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat ile üretilen alüminyum alaşımlarının MIG kaynağı ile birleştirilmesinde kaynak parametrelerinin bağlantı üzerine etkilerinin incelenmesi ve kaynak parametrelerinin optimizasyonu
Investigation of the effects of MIG welding parameters on the joining of aluminum alloys produced by additive manufacturing and optimization of the welding parameters
CEMİL IŞILAK
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AGAH UĞUZ
- AlSi10Mg alaşımının seçici lazer ergitme ve basınç destekli sinterleme ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of AlSi10Mg alloy by selective laser melting and hot pressing
YAĞIZ AKYILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RIDVAN YAMANOĞLU
- Investigation of hot corrosion behavior of superalloys
Süper alaşımların yüksek sıcaklık korozyon davranışlarının incelenmesi
BATUHAN BAŞBOZKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- Motor braketinin topoloji optimizasyonu ve eklemeli imalat süreçlerinin incelenmesi
Investigation of topology optimization and additive manufacturing processes of engine bracket
KAZIM ÖZEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİNNUR SAĞBAŞ
- Toz yataklı laser sinterleme ile üretilmiş 316 kalite paslanmaz çeliklerin laser kaynağı
Laser welding of 316-grade stainless steels produced by powder bed laser sintering
RAMAZAN ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Gedik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KARAASLAN