Direkt enerji girdili katmanlı imalatın proses ve malzeme karakterizasyonu

Abstract

Direkt enerji girdili ya da yönlendirilmiş enerji girdili olarak bilinen eklemeli imalat yöntemi (DED) havacılık, otomotiv, enerji gibi sektörlerde büyük parçaların üretimi ve onarımı amaçlı olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda DED içerisinde gelişen yöntemler ve kontrol sistemleri ile özellikle havacılık ve enerji sektöründe kullanılan titanyum ve nikel bazlı pahalı alaşımlı malzemeler ile parça üretimi için en uygun çözümlerden biri haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında titanyum malzeme ve toz hammaddeli lazer metal depozisyonu (LMD) yöntemi kullanılarak parça üretilmesi için gerekli olan prosesin optimizasyonu, proses ve malzeme karakterizasyonu, ardıl işlemler ile mekanik özelliklerin değişimi incelenmiştir. LMD yöntemi ile titanyum parça üretiminde yüksek sıcaklıklara çıkıldığından oksitlenmenin önlenmesi için robota özel argon kabini tasarlanarak, üretimi yapılmıştır. Uygun ortam şartları sağlanarak farklı lazer gücü, ilerleme hızı ve toz besleme hızı parametre seti ile tek kaynak dikişli çok katmanlı numuneler üretildikten sonra mikrosertlik, porozite oranı, porozitelerin büyüklüğü, verimlilik, nüfuziyet ve mikroyapıları incelenmiştir. Sonuçlar ve parametreler yanıt yüzey metodu (YYM) ile optimize edilerek optimum parametre belirlenmiştir. Bu parametre ile duvar geometri üretimi yapılarak çekme numuneleri çıkarılmıştır. Üretilmiş halde ısıl işlemsiz, sıcak preslemeli (HIP) ısıl işlem uygulanmış ve 24 - 36 saat sürelerinde kriyojenik işlem uygulanmış numuneler ayrı ayrı incelenerek mekanik özelliklere ve mikroyapı değişimine etkisi incelenmiştir. Sıcak presleme sonrası kriyojenik işlem uygulanmasının ısıl işlemden farklı olarak mukavemeti düşürmeden uzamayı bir miktar arttırdığı görülmüştür. Kriyojenik ısıl işlem uygulaması ile titanyum havacılık parçalarının daha sünek, yorulma, kırılmaya daha dayanıklı bir hale getirilebileceği ve mekanik özelliklerinin iyileştirilebileceği gösterilmiştir.

The additive manufacturing method (DED), known as direct energy deposition or directed energy deposition, is used for the production and repair of large parts in sectors such as aviation, automotive and energy. With the methods and control systems developed in DED in recent years, it has become one of the most suitable solutions for the production of parts with titanium and nickel-based expensive alloy materials used in the aviation and energy sectors. In this thesis, the optimization of the process, process and material characterization, and the change of mechanical properties with the subsequent processes, which are necessary for the production of parts using the laser metal deposition (LMD) method with titanium material and powder raw material, were examined. Since high temperatures are reached in the production of titanium parts with the LMD method, a robot-specific argon cabinet has been designed and produced to prevent oxidation. Microhardness, porosity ratio, porosity size, efficiency, dilution and microstructure were investigated after producing single welded multilayer samples with different laser power, laser scan speed and powder feed rate parameter set by providing suitable ambient conditions. The results and parameters were optimized by the response surface method (RSM) and the optimum parameter was determined. With this parameter, tensile samples were extracted by producing the wall geometry. Samples that were produced without heat treatment, hot isostatic pressed (HIP), heat-treated and cryogenically treated for 24-36 hours were examined separately, and their effects on mechanical properties and microstructural changes were investigated. It has been observed that the cryogenic treatment after hot isostatic pressed, slightly increases the elongation without reducing the strength, unlike the heat treatment.