LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Yazar "Baydoğan, Murat" ile LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeToz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinin sıcak daldırma yöntemiyle alüminyum kaplama sonrası yüzey karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-09-20) Çalışkan, Anıl ; Baydoğan, Murat ; 506181404 ; Malzeme MühendisliğiTeknolojinin gelişmesi, üretim adetlerindeki artış, kimyasal bileşimlerine çeşitli alaşım elementleri eklenerek daha mukavemetli hale gelmesi ile çeliklerden de beklenen özellikler artmaktadır. Bu sebeple, imalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan modern takım çeliklerinin yerini toz metalurjisi ile üretilmiş takım çelikleri almaktadır. Geleneksel çelik üretim yöntemi ile kıyaslandığında, toz metalurjisi ile üretilen çeliklerin daha homojen bir mikroyapıya sahip olduğu görülmektedir. Bu avantajın yanı sıra daha yüksek karbür yapıcı elementlerin varlığı da üretilen çeliğin mekanik özelliklerinde çok ciddi bir artışa neden olmaktadır. Isıl işlem sonrası yüksek sertleşebilme özelliği, özellikle sürtünmeli bölgelerde kullanılan geleneksel takım çeliklerine göre toz metalurjisi ile üretilen takım çeliklerinden yapılan parça ve kalıp ömürlerinin ciddi bir şekilde arttırılmasında da yardımcı bir rol oynamaktadır. Toz metalurjisi ile üretilen ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği, yapısında bulunan güçlü karbür yapıcı elementler ve üretim teknolojisi sayesinde homojen bir mikroyapıya sahiptir. Diğer toz metalurjisi ile üretilmiş çeliklere göre daha yüksek tokluğa sahip olan ASP 2012, özellikle darbe ve yük altında çalışan parçalarda, kesme ve sıvama kalıplarında kullanılmaktadır. ASP 2012 takım çeliğinin diğer modern takım çeliklerine göre bir diğer avantajı ise yüksek sertleşebilme kabiliyetidir. Isıl işlem sonrası sertliği 60 HRC'ye kadar artabilmektedir. Endüstride kullanılan nitrasyon, karbürleme ve borlama gibi diğer yüzey işlemlerine de uygundur. Kimyasal bileşiminde bulunan yüksek karbon ve güçlü karbür yapıcı elementler sayesinde, yüksek aşınma direncine sahip bir diğer toz metalurjisi ile üretilmiş soğuk iş takım çeliği ise ASP 2053'tür. İnce taneli ve homojen bir mikroyapıya sahip olan ASP 2053, yüksek sertliklere ulaşabilmesi sayesinde, özellikle kesici takımlarda kullanılmaktadır. İmalat ve kalıpçılık sektöründe kullanılan bu çeliklerde parça ömründeki iyileşmenin yanı sıra uygulanan kaplama işlemlerinin yeterliliğinin geliştirilmesi ve ekonomik olarak malzemelerden alınan performansın da arttırılması hedeflenmektedir. Bu çalışmada ASP 2012 ve ASP 2053 takım çeliklerine uygulanan sıcak daldırma alüminyum kaplama işlemi sonrasında elde edilen yüzeyin yapısal karakterizasyonu yapılmış ve kaplama tabakasının sertliği ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında; toz metalurjisi ile üretilmiş ASP 2012 ve ASP 2053 takım çelikleri kullanılmıştır. Bu takım çelikleri, sıcak daldırma yöntemi ile saf alüminyum ve Al-ağ. %12Si alaşımı ile kaplanarak, iki farklı kimyasal bileşime sahip takım çeliğinin kaplama tabakasının karakterizasyonu yapılmıştır. Diğer alüminyum kaplama işlemleri, termal sprey yöntemi, giydirme yöntemi, elektroliz ile kaplama yöntemi, vakum yöntemi, buhar biriktirme yöntemi ve elektroforez yöntemidir. Bu çalışma kullanılan sıcak daldırma yönteminin seçilmesindeki en önemli kriter ise nispeten kısa işlem sürelerinde kalın ve altlık malzemeye iyi yapışan bir kaplama tabakası elde edilebilmesidir. Sıcak daldırma yöntemi ile kaplama işlemi, sade karbonlu ve alaşımlı çelikler, titanyum alaşımları ve süperalaşımlara uygulanmakta ve bu konudaki akademik çalışmalar halen devam etmektedir. Kaplama işleminde kullanılan kaplama malzemesi, sıcaklık, süre ve altlık malzeme gibi parametreler değiştirilerek geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Endüstride kullanılan diğer kaplama işlemleri ile kıyaslandığında ise alüminyum kaplama işlemi yüksek sertlik ve sürekliliği yüksek bir kaplama bölgesi imkânı sunmaktadır. Özellikle borlama gibi yüksek sıcaklık ihtiyacı bulunan bir kaplamaya göre daha ekonomiktir. Bu tez çalışmasında yapılan kaplama işlemleri, her iki malzeme için de 700 oC sıcaklıkta ergimiş saf alüminyum ya da Al-ağ. %12Si alaşımının bulunduğu grafit pota içerisinde gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi 3 dakika süreyle yapılmıştır. Bu çalışmada her iki çelik kalitesi için de çeliklerin östenitlenme sıcaklığının altında bir difüzyon tavlaması sıcaklığı belirlenmiştir. ASP 2012 kalite soğuk iş takım çeliği için östenitlenme sıcaklığı 1100 oC iken, ASP 2053 kalite soğuk iş takım çeliği için ise bu değer 1180 oC'dir. Kaplama sıcaklığının bu değerlerden düşük seçilmesinin nedeni, alüminid fazlarındaki Fe ve Al oranlarındaki değişimin belirlenmesidir. Kaplama işlem sonrasında 800 oC'de 1 saat difüzyon tavlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonrasında, tavlama fırınından çıkarılan numuneler oda sıcaklığında soğumaya bırakılmıştır. Kaplama ve difüzyon tavlaması işlemleri tamamlandıktan sonra XRD analizi ile her iki kalite soğuk iş takım çeliğinin yapısal karakterizasyonu yapılmıştır. Numunelerden alınan kesitler incelenerek difüzyon öncesi ve sonrası kaplama tabakasında gözlemlenen faz ve arayüzey değişimleri noktasal ve elementel haritalama EDS analizleriyle değerlendirilmiştir. Optik mikroskop altında kaplanmış̧ ve kaplama işleminden sonra difüzyon tavlaması yapılmış takım çeliklerinde farklı fazlarda yapılar gözlemlenmiş ve bu bölgelerin sertlik deneyleri yapılarak kaplama tabakasının farklı bölgelerinin sertlik değerleri elde edilmiştir.
-
ÖgeWear behaviour analysis of different metals by the finite element method(Institute of Science And Technology, 2020-06-15) Demir, Canay ; Baydoğan, Murat ; 506171407 ; Materials Engineering ; Materials EngineeringMaterial losses occur because of the damage caused by friction between materials relatively moving in contact with each other. Wear damage can significantly reduce the life cycle of the materials and can significantly affect their operating performance. To prevent or minimize this damage, wear mechanisms of material and material pairs must be determined under certain service conditions. Accordingly, wear testing and wear prediction have gained great importance. Wear is a very common type of damage in systems operating in motion. Wear can take place with more than one different mechanism. These are mainly classified as adhesive wear, abrasive wear, fatigue wear and corrosive wear. There are many factors that affect the wear phenomenon: crystal lattice structure, hardness, elasticity modulus, work-hardening, plastic deformation behavior, surface roughness of the materials etc. and they depend on the properties of materials. Additionally, the service or ambient conditions (temperature, humidity, etc.) very effective for the wear behavior. In order to minimize wear damage, wear behavior must be carefully examined. However, the most common is the method of determining the friction coefficient by the wear of the pin or ball, which is constantly under a certain force on the rotating disk with the pin-on-disk assembly, or vice versa. With this method, the wear loss is determined by measuring the wear traces on the wear disc or pin / ball. This experiment can be carried out under different loads, at different sliding speeds and distances, even at different temperatures. In all cases, it may not be possible to access all materials or wear surfaces can be complex geometries. In such cases, it is possible to obtain an approach to experimental results in cases where it is not possible to experiment using the Finite Element Method (FEA) as a numerical analysis method. Studies on wear modeling have been developed taking into account the classical wear theory put forward by Archard. In wear analysis using finite element analysis, Archard wear theory is still the most commonly used method today. The aim of this study is to obtain ball-on-disc type wear test results carried out in a laboratory environment via modeling in 3-dimensional in finite element analysis software. In this context, Inconel 718, 316L stainless steel, grey cast iron, spherical graphite cast iron, Zamak, Ti6Al4V, 7075 and 6082 aluminum alloys, AZ91 magnesium alloy and pure copper as metals with different crystal structure, hardness and microstructure have been subjected to wear test against alumina (Al2O3) ball. It is expected to verify that the validity of the finite element model used by comparing the results obtained from these experiments with the 3-dimensional wear model created with ANSYS Workbench and the results obtained by using Archard theory. In this way, it is aimed to make accurate predictions about the results of the wear analysis by using the finite element method. In line with the determination of wear loss in the specified materials, Inconel 718, 316L stainless steel, grey cast iron, spherical graphite cast iron, Ti6Al4V, 7075, AZ91, Zamak, 6082 and pure copper metals were tested under different loads in ball-on-disc wear test configuration. The wear loss is used in Archard`s wear equation to calculate the wear coefficient K and the coefficient of friction is used as an input to the simulation with hardness of material. SEM and Raman spectroscopy analysis of wear tracks were done. Using the 3-dimensional model of the ball-on-disc test setup was used to perform numerical analysis. Results from the numerical analysis were compared to the experimental analysis. There was a good correlation with the results in general. However, relatively higher error values were recorded for some metals like 7075 alloy and grey cast iron. The difference between these results were investigated both experimentally and numerically. First, the simulation is accepting that all surfaces are perfect. Secondly, the contact pressure was calculated as constant during the simulation. However, the in experiments the contact area is changing throughout the sliding thus, the contact pressure is expected to decrease. Furthermore, the contact pressure values calculated at the numerical model is differs from the Hertzian contact theory. Because in simulation assumes that bodies are elastic. Another reason is that oxide formations were found in wear tracks on sliding surfaces. The oxides created lubrication effect for the coefficient of friction of grey cast iron; however, it was kept constant during the simulation. Similarly, the metallic layer formation on the alumina ball against the Ti-6Al-4V resulted to metal-metal wear and the experimental K values was became different than the K value calculated from the Archard's equations. There are any many factors that can be found for accuracy of the simulation. Despite all that, the results were very promising to create a simulation tool for wear analysis of different materials.