Tel ark eklemeli imalat yönteminde ısıl çevrimlerin mikroyapı oluşumuna etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of the thermal cycles on microstructural evolution in wire arc additive manufacturing
- Tez No: 994678
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ATEŞ, PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Metallurgical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Eklemeli üretim, Katmanlı üretim, İleri üretim teknolojisi, Additive manufacturing, Advanced production technology
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tel-Ark Eklemeli İmalat (WAAM), elektriği ısıya, metalik teli yapıya dönüştürerek metal parçaları katmanlar hâlinde üreten bir teknolojidir. WAAM, özellikle büyük, yoğun ve yapısal parçaların üretiminde yüksek biriktirme hızı ve malzeme verimliliğiyle öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, yüzey pürüzlülüğü, metalurjik bağlanma zorlukları ve artık gerilmeler gibi bazı sınırlılıklar da söz konusudur. WAAM süreçlerinde tekrarlayan ısınma–soğuma döngüleri, mikroyapı ve faz oluşumunu doğrudan etkilemekte; bu nedenle, bu etkilerin hesaplamalı soğuma diyagramları aracılığıyla incelenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) ER70S-6 çeliği kullanılarak MIG–CMT tabanlı WAAM yöntemiyle farklı ısı girdilerinde numuneler üretilmiş ve mikroyapı ile mekanik özellikler incelenmiştir. Elektron mikroskopisi, EBSD, termal kamera ölçümleri ve Thermo-Calc tabanlı hesaplamalarla elde edilen veriler karşılaştırılarak ısı girdisinin mikroyapı evrimi ve faz dönüşümleri üzerindeki etkisi ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, farklı ısı girdileriyle üretilen numunelerde ölçülen mikrosertlik değerleri arasında anlamlı bir fark gözlenmemiştir; ortalama mikrosertlik değerleri 235–248 HV aralığında değişmiştir. Elektron mikroskopisi ve CCT diyagramları üzerinden belirlenen poligonal/quasi poligonal ferrit, asiküler ferrit ve beynit fazlarının dağılımı, bu mikrosertlik sonuçlarıyla uyum göstermiştir. On katmanlı üretimlerde, üç farklı ısı girdisinde elde edilen duvar numunelerinin orta bölgelerinde ortalama tane boyutunun 11,8–13,2 µm aralığında, ortalama en-boy oranının ise 1,6–1,8 aralığında olduğu tespit edilmiştir. Bu değerler, mikroyapının ağırlıklı olarak eş eksenli karakterde olduğunu göstermektedir. 30 katman şeklinde imal edilen numunelerden alınan EBSD analiz sonuçları neticesinde yapının dipten kepe HMK-Fe fazında olduğu görülmüştür. Deneysel bulguların analizi sonucunda, ısı girdisi ile mikroyapı ve mekanik özellikler arasında doğrudan bir bağıntı kurulmuştur. Katmanlı imalatın doğasında bulunan karmaşık ısıl çevrimler nedeniyle klasik soğuma eğrilerinin faz dönüşümlerini doğru yansıtmadığı görülmüş; bu durumu daha doğru modelleyebilmek için hesaplamalı bir yaklaşım önerilmiştir. Katmanlı imalatın karmaşık ısıl durumu göz önünde bulundurulduğunda klasik soğuma eğrileri üzerinden faz tahmini yapmanın doğru sonuçlara ulaştırmayacağı tespit edilmiş olup bu durum için bir yaklaşım önerisinde bulunulmuştur. Üretimin ısıl kamera ile izlenmesi ve çalışılan malzeme özelinde ICME programı üzerinden elde edilecek TTT diyagramları kullanılarak üretim yapılmadan karşılaşılabilecek fazlara ilişkin öngörülerde bulunmanın deney tekrarlarını azaltma ve araştırma süreçlerine esneklik kazandırma gibi avantajlarıyla eklemeli imalat uygulamaları için umut vadeden bir araç olarak değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Additive manufacturing by wire and arc (WAAM) is a technology that transforms electricity into heat and metallic wire into structure, producing metal components layer by layer. WAAM stands out with its high deposition rate and material efficiency, particularly in the fabrication of large, dense, and structural parts. However, certain limitations—such as surface roughness, metallurgical bonding challenges, and residual stresses—remain present. The cyclic thermal behavior inherent to WAAM processes, characterized by repetitive heating and cooling, directly influences microstructure and phase formation; therefore, investigating these effects through computational cooling diagrams is of significant importance. In this study, high-strength low-alloy (HSLA) ER70S-6 steel was processed using a MIG–CMT-based WAAM system under different heat input conditions to examine the relationships between process parameters, microstructure, and mechanical properties. Data obtained from electron microscopy, EBSD, thermal imaging, and Thermo-Calc–based calculations were compared to reveal the influence of heat input on microstructural evolution and phase transformations. The results showed no statistically significant variation in microhardness among samples produced at different heat inputs, with average values ranging between 235 and 248 HV. The distribution of polygonal/quasi-polygonal ferrite, acicular ferrite, and bainite phases identified through electron microscopy and CCT diagrams was consistent with the hardness findings. In ten-layer builds, the average grain size in the mid-wall region ranged between 11.8 and 13.2 µm, with an aspect ratio of 1.6–1.8, indicating a predominantly equiaxed microstructure. EBSD analyses of thirty-layer samples revealed that the structure from the bottom to the top primarily consisted of the BCC-Fe phase. The analysis of experimental findings demonstrated a direct correlation between heat input, microstructure, and mechanical behavior. Owing to the complex thermal cycles inherent in additive manufacturing, conventional cooling curves were found inadequate for accurately predicting phase transformations; thus, a computational approach was proposed for improved modeling. Monitoring the build process via thermal imaging and employing TTT diagrams generated from ICME-based simulations prior to manufacturing were found to provide predictive insights into possible phase formations. This approach has been evaluated as a promising tool for WAAM applications, offering advantages such as reduced experimental iterations and greater flexibility in research design.
Benzer Tezler
- Tel ark eklemli imalatla üretilmiş numunelerin tribolojik performansının incelenmesi
Investigation of tribological performance of wire arc additive manufactured components
BAKİ BERKAY UĞUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ÖNLER
- Tel ark eklemeli imalat yönteminde masif ve özlü tellerle üretilen yüksek mukavemetli çeliklerin boyutsal, termal, mekanik ve metalurjik özelliklerinin incelenmesi
An investigation into dimensional, thermal, mechanical and metallurgical properties of high strength steels produced by solid and flux cored wires in wire arc additive manufacturing methods
MUSTAFA HARMAN
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMİL ÇETİNKAYA
- Tel beslemeli ark ergitmeli eklemeli imalat yöntemiyle üretilen parçaların ısıl davranış, geometrik, mekanik ve metalürjik özelliklerinin araştırılması
Investigation of thermal behavior, geometrical, mechanical and metallurgical properties of wire arc additive manufactured parts
AHMET SUAT YILDIZ
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
- Investigation of the microstructural and mechanical properties of Al/TiB2 composites produced by cold spray additive manufacturing
Soğuk sprey eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Al/TiB2 kompozitlerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
NERGİZ İLHAMİ MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tel ark eklemeli imalat yönteminde proses parametrelerinin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of process parameters in wire arc additive manufacturing method
MEHMET NURİ ERTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mekatronik MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CELALETTİN YÜCE