The effects of building direction on the mechanical properties of TI6AL4V parts manufactured by electron beam melting
Özet
In recent years, the additive manufacturing technology is used in many platforms like helicopters, airplanes, cars etc. The additive manufacturing technology has widespread advantages because of the low manufacturing costs and relatively short manufacturing time compared with the conventional manufacturing methods. The materials, the manufacturing technique and processes affect the material form that is used in proper platform. In the industrial sector, there are different additive manufacturing technologies such as Electron Beam Melting, Laser Beam Melting, Laser Metal Deposition, Laser Coating, and Additive Manufacturing. Among them, the manufacturing technique which uses powder bed technique like Electron Beam Melting technology is preferred in industry since the manufacturing technique is more suitable to produce parts having better surface quality, complicated geometric shaped products for the various designs. However, the additive manufacturing methods have some disadvantages such as the presence of the residual stresses and deformations of the end products.
In this thesis, both the static and dynamic mechanical properties of Ti6Al4V parts that were produced in vertical and horizontal building directions by the electron beam melting method were carried out experimentally and the results were compared with the corresponding properties of Ti6Al4V parts produced by conventional methods. In order to investigate the mechanical properties; the surface roughness tests; tensile tests and the Split-Hopkinson high strain rate compression tests of the parts were carried out. The differences in the mechanical properties of the samples manufactured in different building directions were investigated and the effects of microstructure on these properties were studied by examining the internal microstructure texture with a microscope technology. As a result of this study, it is found that the manufacturing direction affects the static and dynamic mechanical properties of the Ti6Al4V parts. The vertically manufactured parts have higher Yield Strength, Ultimate Tensile Strength and Elastic Modulus compared to horizontally manufactured parts. In addition, the parts that are manufactured by Electron Beam Melting method have lower Rockwell C hardness value than pure Ti6Al4V parts and also have some porosities inside the microstructure. Besides the manufacturing direction the porosities and defects have also effects on the mechanical properties of the parts.
Eklemeli imalat teknolojisi son yıllarda helikopter, uçak, araba vb. birçok platformda kullanılmaktadır. Eklemeli imalat teknolojisi, geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla düşük imalat maliyetleri ve nispeten daha kısa imalat süresi nedeniyle yaygın avantajlara sahiptir. Malzemeler, üretim tekniği ve süreçleri, uygun platformda kullanılan malzeme formunu etkilemektedir. Sanayi sektöründe Elektron Işını Eritme, Lazer Işını Eritme, Lazer Metal Biriktirme, Lazer Kaplama ve Eklemeli İmalat gibi farklı eklemeli imalat teknolojileri bulunmaktadır. Bunlardan Elektron Işını Eritme teknolojisi gibi toz yatak tekniğini kullanan üretim tekniği, çeşitli tasarımlar için daha iyi yüzey kalitesine sahip parçaları, karmaşık geometrik şekilli ürünleri üretmeye daha uygun olduğu için endüstride tercih edilmektedir. Ancak, eklemeli imalat yöntemlerinin, nihai ürünlerin kalıntı gerilmelerinin ve deformasyonlarının varlığı gibi bazı dezavantajları vardır.
Bu tezde, elektron ışını eritme yöntemi ile dikey ve yatay üretim yönlerinde üretilen Ti6Al4V parçalarının hem statik hem de dinamik mekanik özellikleri deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar, geleneksel yöntemlerle üretilen Ti6Al4V parçalarının karşılık gelen özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Mekanik özellikleri incelemek için; yüzey pürüzlülük testleri; parçaların çekme testleri ve Split-Hopkinson yüksek gerinim hızı testleri yapılmıştır. Farklı bina yönlerinde üretilen numunelerin mekanik özelliklerindeki farklılıklar araştırılmış ve mikroyapının bu özellikler üzerindeki etkileri mikroskop teknolojisi ile iç mikroyapı dokusu incelenmiştir. Bu çalışma sonucunda, üretim yönünün Ti6Al4V parçalarının statik ve dinamik mekanik özelliklerini etkilediği gözlemlenmiştir. Dikey olarak üretilen parçalar, yatay olarak üretilen parçalara kıyasla daha yüksek Akma Mukavemeti, Nihai Çekme Mukavemeti ve Elastik Modülüne sahiptir. Elektron Işını Eritme yöntemi ile üretilen parçaların, saf Ti6Al4V parçalara göre Rockwell C sertlik değeri daha düşüktür ve mikro yapı içinde bazı gözeneklere sahiptir. Üretim yönünün yanı sıra gözenekler ve kusurlar da parçaların mekanik özellikleri üzerinde etkilidir.