Elastisite modülünün belirlenmesi

Bu bölümde TRIP800 çeliğinin elastisite modülünün ve bu özelliğin deformasyon ile değişimi belirlenmeye çalışılmıştır. Sac metal şekillendirme işlemlerinde şekillendirme işlemi sonrası elde edilen boyutsal farklılık geri esneme olarak isimlendirilmektedir. Son yıllarda şekillendirme işlemleri sonrası gözlemlenen geri esneme miktarının tahmin edilmesine yönelik uygulanan şekillendirme simülasyonlarının doğruluğunun artırılması üzerine yapılan çalışmalarda, malzemelerin elastisite modülünün deformasyon ile değişkenlik göstermesinin geri esneme simülasyon sonuçlarını önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir (Kubli vd., 2008; Kim vd., 2011; Fei vd., 2006). Genel olarak malzemelerin elastisite modülleri malzemelerin göre değişmekte olup ve atomlar arası bağ kuvvetlerine bağlıdır. Çelikler için elastisite modülü 180-225 GPa arasında

71

değişmektedir ve bu değer özellikle haddelenmiş numuneler için yöne bağlı olarak ta değişmektedir. Ayrıca malzemelerin kimyasal kompozisyonuna ve uygulanan ısıl işleme de bağlı olarak değişmektedir.

Ön deformasyon bağımlı elastisite modülü zaman bağımlı elastik davranış (anelastik) etkisi ile açıklanabilmektedir. Anelastik deformasyon ise, deformasyon ile malzeme içerisinde oluşan dislokasyonların, malzeme üzerine uygulanan yükün kaldırılması sonunda dislokasyonların yükleme yönün tersine hareket etmesi ile oluşmaktadır. Bu tersine yönelik hareketin artması, deformasyon esnasında artan dislokasyonların oluşturduğu pile-ups’lar bir yay mekanizması gibi davranarak yükün kaldırılması ile dislokasyonları ters yönde elastik olarak hareket ettirmektedir. Zamana bağlı olarak gelişen bu davranışlar genel olarak viskoelastik davranış olarak izah edilmektedir (Geoffroy vd., 1993). Yapılan deneysel çalışmalar yükün kaldırılıması sonrasında zamanla geri esneme miktarının değiştiğini kanıtlamaktadır. Geoffroy vd., (1993) ve Ryde (1995) yapmış oldukları deneysel çalışmalarda elastisite modülünün ön birim deformasyon ile değişimini hem çekme deneyi hem de rezonans deneyi ile belirlemeye çalışmışlardır. Sonuç olarak çekme deneyi ile yapılan deneylerde elastisite modülünün ön birim deformasyon ile azaldığını tespit etmişlerdir buna karşın rezonans deneyinden elde edilen verilerde başlangıç duruma göre herhangi bir değişim olmadığı tespit edilmiştir.

Yapılan simülasyonlarda kullanılan malzeme modellerinde elastisite modülünün uygulanan plastik birim deformasyon ile değişken olduğunun tanımlaması yapılarak simülasyonların geri esneme tahminlerini iyileştiebilmektedir. Özellikle TRIP etkisi gösteren çeliklerde deformasyon ile birlikte içyapıda oluşan martenzitik dönüşüme bağlı olarak elastisite modülünün de değiştiği gözlemlenmiştir (Fei vd., 2006). Şekil 3.30’da Fei ve Hodgson (2006) ’nun yapmış olduğu çalışmalarda TRIP malzeme için yaptığı üç nokta eğme deneyinin sonuçları ile değişken ve sabit elastisite modülü kabulü yapılarak elde edilen nümerik sonuçlar karşılaştırılmaktadır. Buradan da görüleceği üzere nümerik çalışmalarda değişken elastisite modülü kullanımının geri esneme tahmini üzerinde pozitif etkisi bulunmaktadır.

72

Şekil 3.30. Değişken elastisite modülünün geri esneme tahmini üzerindeki etkisi (Fei vd., 2006)

Cleveland ve Ghosh (2002), alüminyum alalşımları ile yüksek mukavemetli çeliklerin geri esneme etkisini deneysel olarak incelemişlerdir. Yapmış oldukları deneylerde malzemelerin ortalama elastisite modüllerini yükleme ve boşaltma durumları için ayrı ayrı belirlemişlerdir. Sonuç olarak ise elastisite modülünün uygulanan deformasyon ile düştüğünü belirlemişlerdir. Buna ilave olarak ta malzeme üzerine uygulanan yükün kaldırılması neticesinde ölçülen elastisite modülünün yükleme durumuna göre daha fazla azaldığını tespit etmişlerdir. Bu durumu ise yükleme esnasında birbirlerine baskı uygulayan dislokasyonların (örnek olarak, pile-ups, dislokasyon yumağı veya dislokasyon alanları) geriye doğru olan hareketinin etkisi ile açıklanmaktadır. Ayrıca Luo ve Ghosh (2003) DQSK çeliği için yükün boşaltılması durumundaki elastisite modülünün daha fazla düşmesini çok küçük ölçüdeki disloaksyon hareketleri vasıtası ile artan plastik deformasyon ile açıklamaktadırlar.

Tez kapsamında TRIP800 çeliğinin statik elastisite modülünün deformasyon ile birlikte değişiminin belirlenmesi amacı ile haddeleme yönüne paralel olarak hazırlanmış deney numunesine %2’lik artırımlarla yükleme boşaltma işlemi uygulanmıştır. Burada malzemeye ilk etapta %3 plastik deformasyon uygulanmış daha sonra üzerindeki yük kaldırılmıştır. Daha sonra bu durum her %2’lik plastik deformasyon artışı için tekrarlanmıştır. Deformasyon hızı olarak ta elastik bölgede yeteri kadar veri alabilmek

73

için 1 mm/dk seçilmiştir. Ayrıca elastisite modülü belirleme yönteminin geçerliliğinin incelenmesi adına farklı cins malzemeler içinde deneyler tekrarlanmıştır. Yapılan deney neticesinde elde edilen gerilme-birim deformasyon eğrisi Şekil 3.31’de verilmiştir.

Şekil 3.31. TRIP800 çeliğinin yükleme boşaltma deneyi neticesinde elde edilen gerilme- birim deformasyon eğrisi

TRIP800 çeliği için deneyler 3 kez tekrarlanmış olup kırmızı renkte gösterilmiştir. Diğer malzemeler için deneyler tek tekrarlı olarak oluşturulmuştur. Malzemelerin elastisite modüllerinin hesaplanmasında, her bir tekrar yükleme esnasında elde edilen pik gerilemelerinin %10-30’luk kısımları arasında kalan bölgeler kullanılmıştır. Daha sonra bu bölgelere uydurulmuş lineer eğrilerin eğiminin hesaplanması ile elastisite modülleri belirlenmiştir. 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0 200 400 600 800 1000 1050 Al AZ31 Mg 5754 Al HSLA 340 TRIP800-1 TRIP800-2 TRIP800-3 Mü he nd islik ger ilmesi ( MPa)

74 0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 1050 Al alaşımı AZ31 Mg alaşımı 5754 Al-Mg alaşımı HSLA340 Ortalama TRIP800 Statik e lastisite mo dü lü ( GPa) Ön birim deformasyon (mm/mm)

Şekil 3.32. TRIP800 çeliğinin elastisite modülünün deformasyon ile değişimi

Şekil 3.32’de deneyleri gerçekleştirilmiş malzemelerin elastisite modülünün deformasyon ile değişiminin grafiği verilmektedir. Şekilden de görüleceği üzere malzemenin elastisite modülü uygulanan yükleme durumları ile birlikte azalma göstermektedir. Yapılan çalışmada TRIP800 çeliğine uygulanan %23’lük deformasyon sonucunda elastisite modülünün yaklaşık olarak %30 civarında azaldığı tespit edilmiştir. Bu durum çoklu şekillendirme işlemi uygulanan proseslerde malzemelerin geri esneme özelliklerinin belirlenmesinde büyük önem arz etmektedir.