İnvestigation on mechanical properties of magnesium and copper alloys processed by expansion equal channel angular extrusion - Öğüt, Serkan (My University, 2021)
Bu çalışmada, eşit kanallı açısal presleme (EKAP), genişlemeli eşit kanallı açısal presleme (Gen.-EKAP) ve hibrit eşit kanallı açısal presleme (Hibrit-EKAP) gibi aşırı plastik deformasyon (APD) prosesleri saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımlarına uygulanmıştır. Hibrit-EKAP olarak adlandırılan proses EKAP prosesine tabi tutulmuş numunelerin devamında Gen.-EKAP prosesine tabi tutulmasından ibarettir. Bu sayede EKAP sonrası uygulanan Gen.-EKAP prosesinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi yeni bir yaklaşım olarak bu çalışmada incelenmiştir. Aynı şekilde EKAP ve Gen.-EKAP proseslerinin tek başlarına uygulandığı durumda da saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkileri de incelenmiştir. Gen.-EKAP ve Hibrit-EKAP proseslerinde kullanılan Gen.-EKAP kalıbı proses esnasında ortaya çıkan gerinim dağılımının inhomojenizasyonunu ve proses esnasında oluşan presleme yükünü minimize edecek şekilde optimize edilmiştir. Gen.-EKAP kalıbının optimizasyon sürecini yürütmek adına EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için sonlu eleman analizleri (SEA) yapılmıştır. Optimizasyon sürecinde SEA’ya ek olarak yapay sinir ağları (YSA) ve genetik algoritma (GA) araçları da kullanılmıştır. Optimum kalıbın üretilmesi ve üç prosesin uygulanmasının ardından mikroyapı özelliklerini incelemek için optik miksrokobu (OM) görüntüleme, tarayıcı elektron mikroskobu (TEM) görüntüleme, geçirimli elektron mikroskobu (GEM) görüntüleme ve X-ışını kırınımı (XIK) çalışmaları yapılmıştır. Mekanik testler olarak ise çekme ve sertlik testleri yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde Gen.-EKAP prosesinin EKAP prosesine göre daha küçük tanelerden oluşan bir mikroyapı ve daha yüksek mekanik özellikler sağladığı görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesinde uygulanan bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane yapılarında küçülmeye ve mekanik özelliklerde iyileşmeye sebep olduğu gözlemlenmiştir. Bu üç prosesin bahsi geçen özelliklerdeki etkilerinin incelenmesinin yanı sıra, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımlarına etkileri de gözlemlenerek hangi yöntemin daha homojen bir mikroyapı sağladığı incelenmiştir. SEA analizlerinden elde edilen ve gerinim dağılımını istatistiksel olarak ifade eden değerler EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için hesaplanmıştır. Bu değerler ile EKAP ve Gen.-EKAP prosesine tabi tutulan numunelerdeki tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımı değerlerini gösteren istatistiksel değerler kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucunda Gen.-EKAP prosesinin bir pasosunun EKAP prosesinin bir pasosuna göre gerinim dağılımı, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımında daha homojen bir yapı sunduğu görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesi kapsamında bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane büyüklükleri ve sertlik dağılımındaki inhomojenizasyonu azalttığı görülmüştür.Hazırlanan tez çalışması, Hibrit-EKAP yönteminin ilk defa uygulanması, Gen.-EKAP prosesinin saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımları için ilk defa uygulanması sonucu literatürdeki bazı eksiklikleri gidermiştir. Ayrıca, Gen.-EKAP kalıbının optimizasyonu daha önce literatürde yapılmış olsa da gerinim dağılımı inhomojenizasyonun ve proses esnasında ortaya çıkan maksimum yük değerinin eşit derecede minimize edildiği bir kalıp daha önce tasarlanmamış ve üretilmemiştir. Belirtilen amaçlar doğrultusunda üretilmiş bir Gen.-EKAP kalıbının saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımına etkisi de yapılan tez kapsamında incelenmiştir. Yapılan bu incelemeler sayesinde literatürdeki bir diğer eksiklik daha giderilmiştir.

In this study, Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Expansion Equal-Channel Angular Pressing (Exp.-ECAP) and Hybrid Equal-Channel Angular Pressing (Hybrid-ECAP) were applied to pure copper and AZ31 magnesium alloys as severe plastic deformation (SPD) processes. The process called Hybrid-ECAP consists of applying the Exp.-ECAP process to the specimens that have been subjected earlier to the ECAP process. In this way, the effect of the Exp.-ECAP process applied after ECAP on the microstructure and mechanical properties was investigated in this study as a new approach. Likewise, the effects of ECAP and Exp.-ECAP on microstructure and mechanical properties of pure copper and AZ31 magnesium alloy were also investigated after these processes were applied separately. The die used in the Exp.-ECAP and Hybrid-ECAP processes has been optimized to minimize the inhomogenization of the strain distribution and the maximum pressing load that occurs during the process. In order to carry out the optimization process of the Exp.-ECAP die, finite element analyzes (FEA) were performed for the ECAP and Exp.-ECAP processes. In addition to FEA, artificial neural networks (ANN) and genetic algorithm (GA) tools were also used in the optimization process. Optical microscope (OM) imaging, scanning electron microscope (SEM) imaging, transmission electron microscope (TEM) imaging and X-ray diffraction (XRD) studies were performed to examine the microstructural properties after the optimum die was produced and three processes were applied. Tensile tests and hardness tests were performed as mechanical tests. When the results were examined, it was seen that the Exp.-ECAP process provided a microstructure consisting of smaller grains and higher mechanical properties compared to the ECAP process. It has been observed that, within the scope of Hybrid-ECAP, one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes cause reduction in average grain size and improvement in mechanical properties. In addition to studying the influence of these three processes on the mentioned properties, their influence on grain size distribution and hardness distribution was also observed, and it was investigated which method provides a more uniform microstructure. The values obtained from the FEA and expressing the strain distribution statistically were calculated for the ECAP and Exp.-ECAP processes. These values were compared with the statistical values showing the grain size distribution and hardness distribution values in the specimens subjected to ECAP and Exp.-ECAP processes. As a result of this comparison, it has been seen that one pass of the Exp.-ECAP process provides a more homogeneous structure in strain distribution, grain size distribution and hardness distribution compared to one pass of the ECAP process. It has been observed that one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes within the scope of the Hybrid-ECAP process reduce the inhomogenization in grain size and hardness distribution.The thesis study, the first application of the Hybrid-ECAP method, and the application of the Exp.-ECAP process for the first time for pure copper and AZ31 magnesium alloys, eliminated some of the deficiencies in the literature. In addition, although the optimization of the Exp.-ECAP die has been done in the literature before, a die in which the strain distribution inhomogenization and the maximum load value during the process are equally minimized has not been designed and produced before. The effect of a Exp.-ECAP die produced for the stated purposes on pure copper and AZ31 magnesium alloy was also investigated within the scope of the thesis. Thanks to these studies, another gap in the literature has been filled.
Keywords: APD Hybrid-ECAP; AZ31 Mg; ECAP; EKAP; Exp.-ECAP; Gen.-EKAP; Hibrit-EKAP; Makine mühendisliği; Mechanical engineering; Pure Copper; Saf Bakır; SPD