Yazar
Aljashaami, Dhyai Hassan Jawad
Basım Tarihi
2019-08-20
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
41f1ae3e-3165-4717-b672-1fb2f64e8087
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2019-08-20
Örnek Metin
Birikmeli Rulo Bağlama Yoluyla İşlenen Katmanlı Metalik Kompozitlerin Mekanik Performansı.--Çok katmanlı metal kompozitler, gelişmiş mekanik ve fiziksel özelliklerinden dolayı büyük ilgi görmüştür. Mevcut çalışma, şiddetli plastik deformasyon (SPD) tekniği olarak birikimli rulo bağlama (ARB) işlemini kullanarak benzer ve farklı kompozitlerin ultra ince taneli kombinasyonunu üretmeye yönelik deneysel bir çalışmadır. Deneysel çalışma iki bölüm halinde düzenlendi. İlk bölüm, Al2024 ve Al6061'in benzer ve farklı alüminyum kompozitlerdeki kombinasyonunu anlatırken, ikinci bölüm, çeşitli istifleme dizilerinde Al6061, Al2024 ve ara yersiz (IF) çelik dahil olmak üzere farklı Al/IF çelik kompozitlerine sahiptir. İşlenen malzemelerin sırasıyla yüzey ve toplu mekanik özelliklerini analiz etmek için mikro sertlik ve tek eksenli çekme testleri uygulandı. Bu çalışma sadece çok katmanlı metal kompozitlerin monotonik mekanik davranışını araştırmakla kalmayıp, aynı zamanda yorulma testi kullanarak hazırlanan kompozitlerin döngüsel davranışını da incelemektedir. Katmanlı metalik kompozitlerin yüksek çevrimli yorulma (HCF) özellikleri, pozitif ortalama gerilimle stres kontrolü altında döngüsel testlerle araştırıldı. İlk kısım için, dört geçişten sonra işlenmiş yapı ARB, Al2024 ve Al6061'in çeşitli katman kombinasyonlarını içeriyordu. ARB geçiş sayısının artmasıyla numunelerin sertlik düzeyinde dikkate değer bir artış gözlendi. Buna göre Al2024 ve Al6061 katmanlarında sırasıyla 1,5 ve 2 kata varan iyileşme seviyeleri kaydedildi. Birbiriyle değişen katman mimarisine sahip kompozitin gerilme mukavemeti, iki döngüden sonra 320 MPa'nın üzerine çıktı; bu, alındığı haliyle Al6061'in iki katından fazlasına denk geldi. Yorulma ömrü de özellikle yüksek gerilim genliğinde iyileştirildi. Mikroyapısal gözlemler, çekme gerilmesi altında olası kırılma mekanizmalarının açıklanmasıyla birlikte, daha ileri ARB işlemlerinde önemli bir tane incelmesi ortaya çıkardı. Ayrıca işlenmiş malzemelerin mekanik özellikleri kesme zımba testi (SPT) kullanılarak değerlendirildi. Çekme deneylerinin sonuçları ile kesme dayanımları arasındaki korelasyon hesaplandı. Deneysel sonuçlar, ARB geçişlerinin sayısının artmasıyla kesme dayanımının arttığını göstermiştir. Ancak ARB geçişlerinin sayısı arttığında kesme uzamasında kayda değer bir azalma görülmüştür. Çekme ve SPT sonuçlarının incelenmesi, bunların hem mukavemet hem de süneklik açısından benzer bir eğilim izlediklerini ortaya çıkardı. Bu nedenle kesme zımba testinin ARBed numunelerin mekanik analizinde faydalı ve tamamlayıcı bir araç olduğu ileri sürülebilir. SEM mikrograflarına göre, çok geçişli ARB prosesinde, atomik difüzyonun iyileştirilmesi ve sonraki geçişlerde yüksek basınç nedeniyle önceki geçişin arayüzü bir sonraki döngüde güçlü bir şekilde bağlanır. İlk ARB geçişi orta derecede bir gerilim uyguladı ve malzemeler mikro boşluklar ve çukurlar içeren sünek bir kırılma gösterdi. Artan döngülerle birlikte kırılma modu, kayma kopması ve çukurların varlığıyla birlikte sünek kaldı. Bununla birlikte, bu çukurlar, Al6061'de gözlemlenenlerle karşılaştırıldığında özellikle Al2024 katmanları için sığ ve uzundu. İkinci kısımda, üç geçişli ARB işleminin ardından yapılan makroyapısal gözlemde IF çelik tabakalarında boyun verme ve kırılma tespit edildi. Ayrıca, beş ARB geçişinden sonra, tüm IF/Al6061 istiflemeleri için alüminyum matris içinde homojen olarak dağıtılmış IF çelik topaklarına sahip çok katmanlı bir IF çelik/Al kompoziti elde edildi. Ancak Al2024 ve IF çeliğinin sertliği arasındaki düşük fark, Al2024/IF çelik kompozitlerinde aynı olayın oluşmasını engeller. Böylece IF/Al2024'ün tüm istiflemelerinde üçüncü ve dördüncü geçişlerden sonraki katmanların devamlılığı korunmuştur. Dördüncü katman mimarisinin mikro yapısı ve mekanik özellikleri, bir dizi ARB geçişiyle analiz edildi. Sonuçlar, tüm farklı kompozitlerin monotonik ve döngüsel davranışının, temel alüminyum alaşımlarına kıyasla önemli ölçüde arttığını, dış alüminyum katmanlara sahip kompozitlerin ise daha yumuşaktan daha sert katmana doğru yayıldığında arayüz bölgesinde çatlak dallanması nedeniyle en yüksek yorulma ömrünü sergilediğini ortaya çıkardı. Numunelerin yorulma kırılma yüzeyleri ve çatlak yayılma yolları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gözlemlendi. Ayrıca kırılma morfolojisi analizi, dış katmanlardaki yüzey çatlaklarına rağmen, aslında arayüz katmanlarındaki yorulma çatlaklarının numunelerin kırılmasından kaynaklandığını gösterdi. ARB süreci sonlu elemanlar analizi kullanılarak simüle edildi. ARBed levhaların kalınlığı boyunca efektif gerilme ve eşdeğer gerinimin dağılımları belirlendi. Sonuçlar sayısal simülasyonlar ve deneysel bulgular arasında önemli bir uyum olduğunu gösterdi. Son olarak, yüksek çevrimli yorulma analizi gerçekleştirildi ve simülasyonların sonuçları, yorulma ömrü açısından ampirik verilerle oldukça uyumluydu. Ayrıca, beklendiği gibi, numune yüzeyindeki mikro çatlak ve çiziklerin varlığına bağlı olarak tüm koşullar için deneysel yorulma ömrü değerleri simülasyonlardan daha düşüktü. Bu tez çalışmasının amacı, benzer ve farklı kompozitlerin ultra-ince taneli incelenmesinin birikmeli hadde yapıştırması (BHY) işlemi kullanılarak aşırı plastik deformasyon (APD) makineleri ile çalıştırılmasıdır. Deneysel çalışma iki bölüm halinde düzenlenmiştir. İlk bölüm benzer ve farklı alüminyum kompozitlerde Al2024 ve Al6061 kayıtnu tarif edilirken, ikinci bölüm farklı istifleme düzeni ile Al6061, Al2024 ve arayer atomu bölümleri (IF) çelikler de dahil olmak üzere farklı Al/IF çelik kompozitleri yer almaktadır. İşlenik malzemelerin yüzeysel ve bütünsel mekanik özelliklerinin analiz edilmesi için sırasıyla mikro sertlik ve tek eksenli çekme testleri yapılmıştır. Bu çalışma sadece çok katmanlı metal kompozitlerin monotonik mekanik sarflarını genişletmekle kalmakta, aynı zamanda yorulma testi aracı ile dinamik güçler da incelenmektedir. Katmanlı metalik kompozitlerin yüksek çevrimli yorulma özellikleri gerilme kontrollü pozitif ortalama gerilmeli testleri ile. İlk bölümde, dört kez BHY ile işlemden sonra gelen yapı Al2024 ve Al6061'in çeşitli katman ayrıntılarını içermektedir. Artan BHY paso sayıları ile malzemelerin mikro verim değerlerinde kaydedilen değer artışları gözlemlenmiştir. Buna göre sırasıyla Al2024 ve Al6061 katmanları için 1.5 ve 2 kata varan iyileştirme seviyeleri oluşturulmuştur. Değişmeli katman yapısına sahip kompozitin kopması, iki geçişten sonra orijinal Al6061'in iki katından fazlasına denk gelen 320MPa, seviye üzerine ulaştı. Özellikle yüksek gerilme genliğinde, malzeme yorulma ömrü de iyileşmemiştir. Mikroyapısal incelemede, BHY işleminde ortaya çıkan tane incelmesinin dışında çekme gerilmesi muhtemel kırılma nı sergilenmiştir. Ayrıca işleme malzemelerinin mekanik özellikleri kesme zımba testi aracı ile değerlendirilmiştir. Çekme ve kesme zımba deneyleri arasındaki ilişki hesaplandı. Deneyler sonucu artan BHY paso kesilmelerini kesmediğini arttırdığı ancak kesme beklemesini izlediği gözlemlendi. Çekme ve kesme testi sonuçlarına dayanım ve süneklik açısından benzer bir durum ortaya çıkmıştır. Bu nedenle, kesme zımba testinin BHY numunelerinin mekanik analizinde kullanışlı ve tamamlayıcı olduğu ileri sürülebilir. SEM mikrograflarına göre, çok pasolu BHY işleminde, önceki pasoda oluşan tarife atomik difüzyon ve yüksek basınç sayesinde sonraki döngüde daha güçlü bir şekilde bağlanmaktadır. İlk olarak BHY pasosu numunelerine orta düzeyde gerinim uygulamış ve mikro çökeltiler ve çukurlar nedeni ile sünek kırılmalar sergilenmiştir. Geçiş kırılmasıyla kırılma şekli kayma kopması ve çukurların varlığıyla sünek karakterde kalır. Bununla birlikte, buçukurların özellikle Al6061'de gözlenenlere kıyasla Al2024 katmanları için sığ ve uzamış olduğu gözlemlendi. İkinci bölümde üç BHY pasosunun ardından yapılan makro yapısal gözlemlerde IF çelik katmanlarında boyun verme ve kırılma tespit edildi. Ayrıca, beş BHY pasosu sonrasında, tüm IF/Al6061 istiflemeleri için alüminyum matris içinde homojen olarak dağılmış IF çelik öbeklere sahip çok katlı IF çelik /Al kompozit elde edilmiştir. Ancak, Al2024 ve IF çeliği üremelerinin birbirine yakın olması, Al2024/IF çelik kompozitlerinde benzer yapının oluşması engellendi. Böylece üçüncü ve dördüncü pasolardan sonra katmanların sürekliliği, tüm IF/Al2024 istiflemeleri korunur. Dördüncü katman yapısının mikroyapı ve mekanik özellikleri, bir dizi ARB geçişi içinde analiz edildi.. Sonuçlar, farklı tüm kompozitlerin monotonik ve dinamik davranışlarının, ana alüminyum alaşımına kıyasla değer düzeyinde arttığını ortaya çıkardığı ortaya çıktı. Ayrıca, alüminyum katmanlara sahip olan kompozitlerde, yorulma çatlaklarının yumuşaktan sert katmana doğru yırtılması, ara bölgede dallanmasından dolayı en yüksek yorulma kırılmaları gözlemlenmiştir. Numunelerin yorulma sonrasında kırılma yüzeyleri ve çatlak ilerleme yolları taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. Ayrıca kırılma morfolojisi analizi, numunelerin dış katmanlarındaki yüzey çatlakları nedeni ile değil, aslen ara yüz katmanlarında ortaya çıkan kırılma çatlakları nedeni ile kırıldığı görülmüştür. BHY işlemi sonlu eleman analizi kullanılarak simüle edildi. BHY katmanları boyunca gerilme ve eşdeğer gerinim dağılımları belirlendi. Sonlar, dijital benzetimler ile uçlardaki bulgular arasında görülmeyen değer bir bağlaşıklık gösterildi. Ayrıca, yüksek çevrimli yorulma analizleri yapılmış ve benzetim sonuçlarının, yorulma ömrü açısından ampirik verilerle iyi bir uyum içinde olduğu yerlerde olduğu görülmüştür. Ayrıca beklendiği gibi, tüm koşullar için kırıntılı yorulma ömrü, değerlerinin benzetimelere göre daha düşük olması numunelerdeki mikro çatlaklara ve yüzey parçalarına bağlanmıştır.
