Lazer toz yataklı ergitme eklemeli imalat yöntemiyle üretilen AD730 alaşımı ile dövme UDI720LI alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerinin karşılaştırılması

Abstract

Gaz türbinli motorlar, modern havacılığın temel itki sistemlerindendir ve yüksek mekanik yükler ile sıcaklık altında çalışırlar. Bu motorların en kritik bileşenlerinden biri olan yüksek basınç türbin diskleri (HPT), yüksek sıcaklık ve çevrimsel termal gerilmeler altında şekil ve dayanımını korumalıdır. Bu tür uygulamalar için tercih edilen malzemelerin başında, yüksek sıcaklık dayanımı, oksidasyon direnci ve mikroyapısal kararlılığı ile öne çıkan nikel bazlı süperalaşımlar gelir. Geleneksel olarak, bu tür süperalaşımlar sıcak dövme yöntemi ile üretilmektedir. Dövme yöntemi, tane yönlenmesinin yükleme yönüyle hizalanmasını sağlayarak yorulma ve sürünme performansını iyileştirir. Ancak dövme yöntemi; uzun üretim süreleri, yüksek takım maliyetleri ve karmaşık geometrilerin üretiminde yaşanan zorluklar gibi sınırlamalara sahiptir. Bu nedenle, havacılık sektöründe geometri esnekliği, iç yapı oluşturma yeteneği ve üretim hızında iyileşme sağlayacak alternatif yöntem arayışları artmaktadır. Katmanlı imalat (Additive Manufacturing) teknolojilerinden Lazer Toz Yataklı Ergitme (L-PBF), bu bağlamda öne çıkan yöntemlerden biridir. L-PBF, dijital bir 3D model doğrultusunda toz yatak üzerinde seçici lazer ergitme işlemiyle katman katman üretim yapılmasını sağlar. Bu yöntem; yüksek tasarım özgürlüğü, düşük malzeme israfı, entegre soğutma kanalları oluşturma imkânı ve prototipleme sürecinde hız gibi avantajlar sunmaktadır. Ancak bu yöntemin dezavantajları da vardır. Hızlı katılaşma nedeniyle oluşan artık gerilmeler, yönlenmiş mikroyapı, katman kaynaklı hataların birikmesi ve gözeneklilik gibi kusurlar; malzeme performansını olumsuz etkileyebilir. Bu tez çalışmasında, L-PBF yöntemi ile üretilen AD730 süperalaşımı ile sıcak dövme yöntemi ile üretilen UDI720Li süperalaşımının mekanik ve metalurjik özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. AD730 alaşımı gaz atomizasyonu ile üretilmiş tozlardan L-PBF yöntemiyle; UDI720Li ise dövme yöntemiyle üretilmiştir. ASTM E112 standardına göre yapılan tane boyutu analizinde, dövülmüş UDI720Li daha ince (ASTM no: 8–9), AD730 ise daha iri taneli (ASTM no: 3,5–4) yapı sunmuştur. AD730 tozları için yoğunluk, akışkanlık ve partikül boyutu gibi ölçümler yapılmıştır. Her iki alaşım için SEM ve EDS analizleri ile mikroyapı ve çökelti fazları incelenmiş, HRC sertlik ölçümleri yapılmıştır. Oda sıcaklığı, 650 °C ve 750 °C'de çekme testleri; gerilme kopması testleri ile Düşük Çevrimli Yorulma ve Yüksek Çevrimli Yorulma testleri uygulanmıştır. Genel olarak UDI720Li alaşımı, özellikle yüksek sıcaklıklarda AD730'a kıyasla daha yüksek akma ve kopma dayanımı göstermiştir. AD730 alaşımı ise bazı koşullarda daha iyi süneklik değerleri sunmuştur. Kırık yüzey analizinde yüksek sıcaklıkta daha belirgin oksidasyon izlerine rastlanmıştır. Sonuçlar, dövme yöntemi ile üretilen UDI720Li alaşımının daha üstün mekanik özellikler gösterdiğini ortaya koyarken; L-PBF yöntemiyle üretilen AD730'un da uygun üretim sonrası işlemlerle havacılık uygulamaları için rekabetçi olabileceğini göstermektedir. Özellikle geometrik karmaşıklık, düşük üretim adedi ve entegre yapı ihtiyacı olan uygulamalarda L-PBF yöntemi umut vadetmektedir.