Seçici Lazer Ergitme Yöntemi İle Ti6al4v Alaşımlarının Üretimi: Proses Parametrelerinin Optimizasyonu, Kafes Yapıların ve İkincil İşlemlerin Yorulma Davranışı Üzerine Etkileri

Abstract

Seçici lazer ergitme (SLE) yöntemi, karmaşık geometriye sahip ürünlerin üretilmesine olanak sağlayan bir eklemeli üretim teknolojisidir. SLE yöntemiyle üretilen parçalarda yüzey pürüzlülüğü, yapıdaki boşluklar, erimemiş tozlar ve kalıntı gerilme gibi kusurlar parçanın yorulma ömrünü olumsuz etkiler. Mikro yapıyı optimize etmek, gerekli yorulma performansını elde etmek için genellikle proses parametrelerinin optimize edilmesine ve son işlemlere ihtiyaç duyulur. Tez çalışmasında SLE yöntemi kullanılarak Ti6Al4V için optimum üretim parametre seti belirlemek, kafes yapıların ve ikincil işlemlerin yorulma davranışlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Kafes yapılar birbirini tekrarlayan birim hücrelerden oluşan geometrilerdir. Üstün mukavemet/ağırlık oranına sahip olmalarının yanı sıra dayanıklılık ve enerji absorbe edebilme özelliklerinden dolayı birçok uygulamada kullanılmaktadır. Bu çalışmada sistematik bir şekilde parametre azaltılmasıyla optimum SLE üretim parametre seti belirlenmiştir. Bunun için yanıt yüzey metodu kullanılmış ve matematiksel model oluşturulmuştur. Farklı yana kayma değerlerinde üretilen çekme numunelerinin mekanik özellikleri incelenmiştir. MicroCT yöntemiyle belirlenen en yüksek dolulukta yorulma numuneleri üretilmiş ve ikincil işlemler (elektrokimyasal parlatma, ısıl işlem ve sıcak izostatik presleme) uygulanarak yorulma dayanımları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İşlemsiz numuneler 5,411 μm yüzey pürüzlülüğüne (Ra) sahipken, elektrokimyasal parlatma sonucu yüzey pürüzlülük değerlerinin 0,504 μm seviyesine indiği tespit edilmiştir. İşlemsiz ve ikincil işlemler uygulanmış numunelerin kalıntı gerilme değerleri ölçülerek elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Farklı kristal örgü yapılarına sahip kafes yapıları tasarlanarak bu yapıların statik basma dayanımları ve yorulma ömürleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kafes yapıların basma testinde kırılma davranışlarının katman katman çökme veya 45° açıyla kırılma şeklinde olduğu gözlenmiştir. Tüm kafes grupları arasında aynı porozite değerlerinde yorulma dayanımları en yüksek gyroid kafes yapılarında elde edilmiştir.The Selective Laser Melting (SLM) method is an additive manufacturing technology that enables the production of parts with complex geometries. However, SLM-produced parts may exhibit defects such as surface roughness, voids, unmelted powders, and residual stresses, which can adversely affect the fatigue performance of the component. To optimize the microstructure and achieve the necessary fatigue properties, post-processing treatments and optimization of process parameters are often required. In this study, it was aimed to determine the optimum production parameter set for Ti6Al4V using the SLM method and to determine the fatigue behavior of lattice structures and post processes. Lattice structures, composed of repeating unit cells, are used in various applications due to their superior strength-to-weight ratio, durability, and energy absorption capabilities. In this study, optimum SLM production parameter set was determined systematically through parameter reduction using the response surface method, and a mathematical model was developed. The mechanical properties of tensile specimens produced with different hatch spacing values were examined. Fatigue specimens with the highest density, determined by micro-CT, were produced, and post processes (electrochemical polishing, heat treatment, and hot isostatic pressing) were applied to compare their fatigue strengths. While untreated samples exhibited a surface roughness (Ra) of 5.411 μm, it was observed that electrochemical polishing reduced the surface roughness to 0.504 μm. The residual stress values of untreated and post-processed samples were measured, and the results were interpreted. Lattice structures with different crystal lattice configurations were designed, and their static compressive strength and fatigue life were compared. The fracture behavior in the compression tests of lattice structures was observed to be either layer-by-layer collapse or fracture at a 45° angle. Among all lattice groups, the highest fatigue strengths at the same porosity levels were obtained in gyroid lattice structures.