High temperature mechanical properties of ceramic dispersoid reinforced 17-4 PH stainless steel produced by selective laser melting
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ANDAÇ ÖZSOY
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Arcan Fehmi Dericioğlu
Eş Danışman: Eda Aydoğan Güngör
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Seçici Lazer Ergitme (SLE), metal tozlarının bir lazer ısı kaynağı ile eritilmesi yoluyla karmaşık şekilli parçaların üretimine olanak sağlayan bir metal eklemeli imalat yöntemidir. Bu yöntem, tasarım özgürlüğü, montajda parça azaltımı, çabuk prototipleme, ağırlık azaltma gibi çeşitli avantajlar sunar. Paslanmaz çelikler ise SLE yöntemi ile parça üretimi için ilk tercihlerden biri konumundadır. Bunlar arasında ise 17-4 PH çökelti sertleştirmeli paslanmaz çelik korozyon dayanımı, kaynaklanabilirliği ve yüksek sıcaklık mukavemeti ile öne çıkmaktadır. Bu nedenle, 17-4 PH paslanmaz çeliğin SLE yöntemi ile üretilmesi, teknolojinin ilk zamanlarından beri üzerinde çalışılan bir konu olmuştur. Ancak SLE ile üretilen parçalar, mikroyapısal ve mekanik özellikler bakımından geleneksel yöntemlerle üretilen parçalardan farklılıklar barındırır. SLE ile üretilen parçalarda, genellikle anizotropik mekanik özellikler görülmesine sebep olan, üretim yönünde uzanan sütunlu bir tane yapısı gözlemlenmektedir. Ayrıca, SLE yöntemiyle üretilen 17-4 PH çeliğine ait faz dağılımının konvansiyonel ile kıyaslandığında önemli derecede farklı olduğu literatürde gösterilmiştir. Son olarak, 17-4 PH paslanmaz çeliği, 400°C üzerindeki sıcaklıklarda çökelti irileşmesi sebebiyle mukavemetini yitirmekte ve genelde bu sıcaklılarda daha pahalı olan nikel bazlı süper alaşımlar gibi alaşımlar viii kullanılmaktadır. Bu çalışmada, TiN takviyeli 17-4 PH paslanmaz çelik kompoziti SLE yöntemiyle üretilmiştir. Nano boyutlu TiN parçacıklarının hem doğrudan eş merkezli bir mikroyapı elde etmek için heterojen çekirdeklenme bölgeleri olarak, hem de çökelti irileşmesi nedeniyle mukavemetin düştüğü yüksek sıcaklıklarda dislokasyon bariyerleri olarak kullanılması amaçlanmıştır. TiN parçacıklarının matrise dahil edilmesi için çeşitli yöntemler kullanılmış ve toz karışımı için SLE proses parametreleri geliştirilmiştir. Doğrudan mekanik karıştırmanın bilyalı öğütmeye göre daha uygun bir seçim olduğu görülmüştür. Ayrıca, doğrudan TiN parçacıkları eklenerek yapılan katkılama, her iki durumda da aynı mikroyapısal ve mekanik özellikler sergilendiğinden, saf Ti ilavesi ve ardından nitrürlenmesi ile yapılan yerinde katkılamaya kıyasla daha uygun bulunmuştur. Literatürle uyumlu olarak, seramik parçacıkların eklenmesiyle yüksek yoğunluk sağlayan üretim aralığının daha yüksek enerji yoğunluklarına kaydığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, daha küçük noktalar arası mesafe değerlerinin sürekli bir ergi havuzu oluşturmayı desteklediği anlaşılmıştır. Yapılan incelemelerde, TiN takviyeli kompozit çok ince ve eş eksenli bir tane yapısı sergileyerek yönlü katılaşmayı ve bunun sonucunda oluşan anizotropiyi etkin bir şekilde ortadan kaldırmıştır. TiN takviyeli ve takviyesiz numunelerin yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleri, H900 ısıl işlem görmüş durumda karşılaştırılmıştır. TiN takviyeli kompozitler için 400°C'de mukavemette önemli bir artış ve süneklikte hafif bir düşüş gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, TiN takviyeli numuneler, 600°C'de kontrol numunelerine göre daha düşük mukavemet ve büyük ölçüde artan süneklik sergilemiştir. Bunun, ince taneli numunelerde etkisi daha da artan dinamik yeniden kristallenme olgusundan kaynaklandığı gösterilmiştir. Dolayısıyla, normalde 17-4 PH paslanmaz çeliğinin kullanıldığı sıcaklık aralığında TiN katkılamanın faydalı olabileceği, ancak matrisin fiziksel özelliklerinin yüksek sıcaklıklarda deformasyon davranışına hakim olmaya başladığı ve takviye ilavesiyle elde edilen avantajları ortadan kalktığı sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Eklemeli İmalat, Metal Matrisli Kompozit, Seçici Lazer Ergitme (SLE), Paslanmaz Çelik, Mekanik Özellikler, Yüksek Sıcaklık.