Seçici lazer ergitme tekniği ile üretilmiş bronz parçaların mikroyapısal, mekanik ve korozyon özelliklerinin incelenmesi

Abstract

TEŞEKKÜRYüksek lisans eğitimim ve tez çalışmalarım boyunca; bilgi ve birikiminden her aşamada yararlandığım, tecrübesi, alanındaki bilgi - donanımı, ilgisi ve sonsuz sabrı ile bu süreçte en büyük destekçim olan, saygıdeğer hocam ve tez danışmanım, Sayın Prof. Dr. H. Özkan GÜLSOY’a minnetlerimi ve teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca Metalürji ve Malzeme Mühendisliğine başlamamda yol gösteren ve desteklerini hiç esirgemeyen hocam Prof. Dr. Serdar SALMAN’a ve onun nezdinde bölümdeki diğer hocalarıma da teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarım süresince desteğini ve yardımlarını esirgemeyen; Sayın Öğr. Gör. Akay NEVCANOĞLU ve Arş. Gör. Semih ÖZBEY’e tez çalışmalarım boyunca birlikte çalıştığım arkadaşım Lütfi YAKUT’a ve bu yaşıma kadar eğitimimde emeği geçen tüm hocalarıma teşekkürü borç bilirim. Beni büyüten, eğitimim ve daha iyi şartlarda yaşamam için hiçbir fedakârlıktan kaçınmayan Anneme - aileme ve bu süreçte en büyük destekçim Eşim Gülsün TOP’a da sonsuz minnetlerimi sunarım. TEMMUZ 2020 MUSTAFA NACİ TOP İÇİNDEKİLERTEŞEKKÜR………………………………………………………………………...….iiiİÇİNDEKİLER…………………………………………………………………………ivÖZET…………………………………………………………………………………..viiABSTRACT…………………………………………………………………………..viiiSEMBOLLER………………………………………………………………………….ixKISALTMALAR……………………………………………………………………….xŞEKİL LİSTESİ………………………………………………………………………..xiTABLO LİSTESİ……………………………………………………………………..xiiiFORMÜLLER…………………………………………………………………….......xiv1. GİRİŞ…………………………………………………………………………………11.1. Demir Dışı Alaşımlar…………………………………………………………….31.1.1. Bakır ve Bakır Alaşımları…………………………………………………....61.1.2. Bronz 121.1.2.1. Alüminyum Bronzları 131.1.2.2. Nikel Bronzları 151.1.2.3.Kalay Bronzları……………………………………………………………171.1.3.Gaz Atomizasyon İle Üretilmiş %10 Kalay Bronzu (CuSn10)……………..221.2. Eklemeli İmalat Süreci (Hızlı Prototipleme)……………………………………241.2.1. Seçici Lazer Ergitme Metodu (SLM)…………………………………….…261.2.2. Seçici Lazer Ergitme (SLM) Parametreler291.2.2.1. SLM Tarama Stratejisi301.2.2.2. Tarama Deseni301.2.2.3. Üst Kabuk ve Alt Kabuk311.2.3. Metal Eklemeli İmalatın Avantajları311.2.4. Metal Eklemeli İmalatın Dezavantajları32 1.3. Konu ile İlgili Daha Önce Yapılan Çalışmalar331.3.1. Mikroyapı İncelemeleri 331.3.2. Mekanik Özellikler İncelemeleri341.3.3. Anizotropi İncelemeleri361.3.4. Artık Gerilme İncelemeleri 371.3.5. Yüzey Pürüzlülüğü İncelemeleri372.MATERYAL ve YÖNTEM………………………………………………………….392.1. Araştırmada Kullanılan Malzeme392.2. Cihaz ve Ekipmanlar412.2.1. Partikül Boyutu Ölçümü412.2.2. Ağırlık Ölçümü412.2.3. Yoğunluk Ölçümleri412.2.4. Rhınoceros 4.0 Cad sma Mysınt100 Pm Adlı Üç Boyutlu Metal Yazıcı (SLM Cihazı)422.2.6. Hassas Kesim Cihazı442.2.7. Metalografik Çalışmalar442.2.8. Sertlik Ölçümü 452.2.9. Çekme Deneyleri462.2.10. SEM Görüntüleme Cihazı 462.2.11. XRD Analizleri 472.2.12. Korozyon Deneyleri 48 2.3. Numunelerin Hazırlanması 482.3.1. Bilgisayar Ortamında Numunelerin Modellenmesi482.3.2. Üç Boyutlu Metal Yazıcıda Numunelerin Oluşturulması492.3.2.1. Üretim Parametrelerin Cihaza Girilmesi ve İşlenmesi502.3.2.2. Tarama Yönünün Belirlenmesi512.3.3. Üretilen Numunelerin Hassas Kesim Cihazında Dilimlenmesi523. BULGULAR ve TARTIŞMA……………………………………………………….533.1. Numunelerden Alınan Sonuçlar533.2. Yoğunluk Sonuçları 543.3. Çekme Deneyi Sonuçları543.4. Sertlik Deneyi Sonuçları573.5. Metalografik Sonuçlar 583.6. Kırık Yüzey İncelemeleri 603.7. SEM Görüntülemeleri 613.8. XRD Sonuçları 643.9. Korozyon Sonuçları 654. SONUÇLAR ve ÖNERİLER………………………………………………………..674.1. Sonuçlar674.2. Öneriler69KAYNAKLAR…………………………………………………………………………70ÖZGEÇMİŞ…………………………………………………………………………….76ÖZETSEÇİCİ LAZER ERGİTME TEKNİĞİ İLE ÜRETİLMİŞ BRONZ PARÇALARIN MİKROYAPISAL, MEKANİK VE KOROZYON ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİGeçmişte üretilmesi çok zor olduğu düşünülen parçalar, günümüzde eklemeli üretim teknolojisinin kullanılmasıyla hızlı ve seri bir şekilde üretilebilmektedir. Eklemeli imalat (Eİ) çok geniş bir malzeme yelpazesine sahiptir. Bunlar toz halinde (metal, polimer, seramik, kompozit vb. tozları kullanılarak üretilen bileşenler) olacağı gibi katı veya sıvı haldeki malzemelerden de katman katman eklemeli üretim yapılabilir. Eklemeli imalat tekli veya çoklu karmaşık yapılar oluşturmakta, tasarım için serbestlik sunarak parçaların üretiminde birçok avantaj sağlamaktadır. Bu yöntem sayesinde karmaşık bir şekil ve içyapıya sahip, tek seferde imal edilebilen nesneler oluşturmaya olanak tanınır. Ayrıca tasarım ve imalat kısıtlamalarını da önemli oranda ortadan kaldırır. Eklemeli imalatın temel prensibi olan katman ekleme veya yığma prensibi diye adlandırılan bu sistemlerin en önemli avantajı imalat aşamasında malzeme kaybının en aza indirgenmesi ve bunun sayesinde de üretim maliyetlerinin düşmesidir. Karmaşık formlardaki nesnelerin üretimini çok kısa zamanda gerçekleştiren bu teknolojiler, otomotiv, havacılık, dental, tıp, denizcilik, kuyumculuk vs. gibi alanlara kadar birçok alanda tercih edilmeye ve kullanılmaya başlamıştır. Bu çalışmada, Eİ teknolojilerinden bir yöntem olan ve katmanlar halinde metal tozlarını sererek ve lazer ışını ile birleştirerek parça imalatını gerçekleştiren Seçici Lazer Ergitme (SLM) metodu ile malzeme üretimi gerçekleştirilmiştir. Metal tozu olarak bakırın önemli bir alaşımı olan toz halindeki bronzun, SLM yöntemi kullanılarak üretilmesi ve bu üretilen parçaların, mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Standart numunelerin hazırlanmasında bronz tozun partikül boyutu 10-35μm olarak seçilmiştir. Tozlar SLM tekniği kullanılarak farklı parametre aralıklarında (lazer gücü, toz katman kalınlığı, tarama hızı ve yönü) üretilmiş ve üretim sonrasında ısıl işlemlere tabi tutulmuştur. Hazırlanan numunelerin mikroyapısal gelişimleri mekanik ve korozyon özellikleri karakterize edilerek, elde edilen bulgular literatür ışığında tartışılmıştır.ABSTRACTINVESTIGATION OF MICROSTRUCTURAL, MECHANICAL AND CORROSION PROPERTIES OF BRONZE PARTS PRODUCED BY SELECTIVE LASER MELTING TECHNIQUEParts that are considered to be very difficult to produce in the past can be produced quickly and in series with the use of additive production technology. Additive manufacturing (AM) has a wide range of materials. They can be produced in powder form (components produced using metal, polymer, ceramic, composite, etc.) as well as in solid or liquid materials. Additive manufacturing creates single or multiple complex structures and offers many advantages in the production of parts by offering freedom for design. Thanks to this method, it is possible to create objects with a complex shape and internal structure that can be produced in one go. It also removes design and production constraints significantly. The most important advantage of these systems, which are called the layer addition or stacking principle, which is the basic principle of additive production, is to minimize material loss during the manufacturing phase and thus reduce production costs. These technologies, which realize the production of complex forms in a very short time, have been preferred and used in many fields such as automotive, aviation, dentistry, medicine, maritime, jewelery. In this study, Selective Laser Melting (SLM), which is a method of AM technologies and which manufactures parts by laying metal powders in layers and combining them with laser beam, is discussed. It is aimed to produce powdered bronze which is an important alloy of copper as metal powder by using SLM method and to investigate the microstructure, mechanical and corrosion properties of these produced parts. In the preparation of standard samples, the particle size of bronze powder was chosen as 10-35μm. Powders were produced in different parameter ranges (laser power, powder layer thickness, scanning speed and direction) using SLM technique and subjected to heat treatment after production. The microstructural mechanical and corrosion properties of the prepared samples were characterized and the findings were discussed in the light of the literature.