Titanyum alaşımının (Ti6Al4V) indüksiyon ile sıcak şekillendirilmesinin sayısal ve deneysel analizi
Numerical and experimental analysis of induction hot forming of titanium alloy (Ti6Al4V)
- Tez No: 970625
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUN MENLİK, PROF. DR. ÇETİN KARATAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, havacılık sektöründe ağırlık azaltma ve ısı bariyeri amacıyla sıklıkla kullanılan Ti6Al4V (Ti64) titanyum alaşımının indüksiyonla sıcak şekillendirme yöntemi ile üretimi sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. İndüksiyon ile sıcak şekillendirme yöntemi, geleneksel fırın içinde sıcak şekillendirme yöntemine göre daha kısa sürede, temassız ve verimli bir ısıtma sağlama potansiyeline sahiptir. Çalışma iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, kalıp ısınmasının homojenliğini etkileyen indüksiyon parametreleri olan akım değeri ve bobin-kalıp mesafesi sonlu elemanlar (FEM) ile analiz edilmiştir. FEM analizlerinde 601 A, 726 A ve 828 A akım değerlerinde 200 dakikalık ısıtma süresi için zamana bağlı sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Sonuçlara göre, akım değeri arttıkça kalıbın maksimum sıcaklığı sırasıyla 529 °C, 645 °C ve 738 °C'ye yükselmiştir. Ancak sıcaklık farkı da artarak 828 A akım seviyesinde kalıp yüzeyinde 326 °C'ye ulaşmış, bu durum sıcaklık homojenliğinin bozulmasına yol açmıştır. Ayrıca bobin-kalıp mesafesindeki 3 mm'lik artış yaklaşık 106 °C'lik sıcaklık farkına neden olmuştur. Deneysel çalışmalarda tasarlanan endüstriyel ölçekli indüksiyon sistemi üzerinde sıcaklık ölçümleri alınmıştır. Deneysel sonuçlar genel eğilimde sayısal analizleri desteklemiş; daha düşük ısınma hızı ve ölçüm noktalarına bağlı yerel sıcaklık sapmaları gözlemlenmiştir. Bobin-kalıp mesafesi arttıkça hem ısıtma verimi azalmış hem de sıcaklık dağılımının homojenliği bozulmuştur. Bu bulgular, FEM analizlerinde ortaya konan homojenlik probleminin gerçek sistemde de kritik bir parametre olduğunu doğrulamıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, sıcaklık seviyesi, parçanın kalıp üzerinde bekleme süresi ve basınç altındaki basma süresinin form sonrası geometrik kaliteye etkisi incelenmiştir. Deneysel olarak farklı sıcaklık değerleri ve süre kombinasyonlarında form verme işlemleri yapılmış ve elde edilen parça kalınlık değişimleri değerlendirilmiştir. Sonuçlar, 600 °C sıcaklıkta, 10 dakika bekleme süresi ve 10 dakika basma süresi uygulandığında optimum geometri ve istenilen tolerans bandında kalınlık farkı elde edildiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the production of Ti6Al4V (Ti64) titanium alloy—widely used in the aerospace industry for weight reduction and thermal barrier applications—was investigated both numerically and experimentally via induction heating-based hot forming. Compared to conventional furnace-based hot forming, induction heating offers the potential for faster, contactless, and energy-efficient heating. The primary aim of this study is to evaluate the effects of induction system parameters—specifically current level and coil–die distance—on the homogeneity of die temperature distribution, and to improve part quality through optimization of forming parameters. The research was conducted in two main stages. In the first stage, parameters affecting die temperature uniformity were identified, and optimal current levels and coil–die distances were analyzed. Numerical analyses using the finite element method (FEM) were performed for current levels of 601 A, 726 A, and 828 A with a heating duration of 200 minutes, yielding time-dependent temperature distributions. Results showed that increasing the current level raised the maximum die temperatures to 529 °C, 645 °C, and 738 °C, respectively. However, the temperature gradient across the die also increased, reaching 326 °C at 828 A, indicating a loss of temperature uniformity. Additionally, a 3 mm increase in coil–die distance resulted in approximately a 106 °C increase in temperature difference. Experimental studies were conducted using a purpose-designed industrial-scale induction system, with temperature measurements recorded throughout. The experimental results demonstrated both the overall heating rate and local temperature deviations at specific measurement points. As the coil–die distance increased, the heating rate decreased and the homogeneity of the temperature distribution deteriorated. These findings confirmed that the homogeneity issue identified in FEM analyses is a critical parameter in the actual system. In the second stage of the study, the effects of temperature level, heating duration, and pressing time on post-forming geometric quality were investigated. Samples were formed experimentally under different temperature and time combinations, and part thickness measurements were evaluated. The results demonstrated that applying 600 °C with a 10-minute holding time and a 10-minute pressing time achieved optimum geometry and results within the desired tolerance band.
Benzer Tezler
- Ti6Al4V titanyum alaşımının ön ısıtmalı şartlarda frezelenmesinin araştırılması
An investigation of preheating milling of Ti4Al6V titanium alloys
EMRE HAMAMCI
Doktora
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CENGİZ KAYACAN
- Havacılık ve uzay sanayinde kullanılmak üzere yeni bir titanyum alaşımı geliştirilmesi ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Development and characterization of mechanical properties of a new titanium alloy for aerospace industry
ERDEM MERMER
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANİFİ ÇİNİCİ
PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
- Ti6Al4V titanyum alaşımının işlenebilirliğinin ısıl işlem yardımıyla arttırılması
Effect of heat treatment on machinability of Ti6Al4V alloy
SEDAT AKYOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. MUSTAFA BAKKAL
- Ti6Al4V titanyum alaşımının iç yapısı ve yüzey özellikleri üzerine termokimyasal işlem parametrelerinin etkisi
Influence of thermochemical treatment (carburizing) parameters on structure and properties of Ti6Al4V titanium alloy
GİZEM ATEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REMZİ VAROL
- Ti6al4v titanyum alaşımının fiber lazer ile işlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of the machinability of the Ti6Al4V titanium alloy's by fiber laser machining processes
FATİH YÜCELİŞLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MUSTAFA AY