Malzeme karakterizasyonu üzerine yapılan çalışmalar

Uygun ılık hidro-şekillendirme stratejilerinin geliştirilebilmesi için öncelikle şekillendirmede kullanılacak malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki davranışını belirlemek gerekmektedir. Bu nedenle malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki davranışı özellikle çekme ve hidrolik şişirme deneyleri ile tespit edilmektedir. Sadece malzeme karakterizasyonunu kapsayan çalışmalar olduğu gibi (Novotny ve Geiger, 2003; Li ve Ghosh, 2003; Kaya ve ark. 2008), ılık hidro-şekillendirme ile ilgili çalışmalarda da bu konu araştırılmıştır (Mahabunphachai ve Koç, 2010; Groche ve ark., 2002; Siegert ve Jager, 2004b; Xu ve ark., 2004).

Novotny ve Geiger (2003) çalışmalarında tek eksenli çekme, hidrolik şişirme ve şerit çekme deneylerinin laboratuvar sistemlerini kurarak ılık sıvı basınçlı hidro- şekillendirme üretim sistemi tasarımını gerçekleştirmişlerdir. Testler ayrıca SEA ile simüle edilerek bu üretim stratejisinin simülasyonundaki sınırlamaları ve potansiyelleri gösterilmiştir. Hidro-şekillendirme prosesinin kalıpları ve sıvı ortamı

parçaya sıcaklık aktarma aracı olarak kullanılarak sac malzemelerin yüksek sıcaklıklarda daha fazla şekillendirilebileceği belirtilmiştir. Çalışmadaki malzemelere oda sıcaklığından 300 ˚C ye kadar değişken sıcaklık aralığında çekme ve şişirme testleri uygulanmış ve 5XXX malzemede 300 derecenin üstünde tane büyümesi, 6016 malzemede ise 240 derecenin üzerinde termal olarak aktifleşen yaşlanma meydana geldiği bulunmuştur. Malzeme özelliklerinin şekillendirme prosesini negatif olarak etkilemesi istenmediğinden bu sıcaklıklar proses sınırını oluşturmuştur. 5182 alaşımının yüzde uzaması sıcaklıkla birlikte önemli derece artarken 6016 alaşımı 200 dereceye kadar küçük bir artış gösterdikten sonra bu sıcaklığın üzerinde yeniden oda sıcaklığındaki seviyesine düşmüştür. Bu farklı malzeme davranışlarının proses tasarımında farklı yaklaşımları gerekli kıldığı sonucuna ulaşılmıştır. Şişirme testinden elde edilen akma eğrileri çekme testinden elde edilenlerle iyi bir uyum içerisinde çıkmıştır. Şişirme testindeki sıcaklıkla birlikte BŞD’de meydana gelen yükselme çekme testindekinden çok düşük bulunmuştur. Bu da BŞD halinin (tek ve iki eksenli olması hali) malzemenin maksimum uzamasına önemli derecede etki ettiğini gösterir. Çalışmada iki farklı BŞD halinin elde edilmesiyle sıcaklığın Şekillendirme Sınır Diyagramına (ŞSD) etkisi de belirlenmiştir. Çalışmada ayrıca kalıp malzemesi ve yağlayıcının ileri sıcaklıklarda yapılan şekillendirmelerdeki uygunluğuna karar verebilmek için var olan şerit çekme deneyi bir ısıtma cihazıyla modifiye edilmiştir. Deneylerde yağ ve gres gibi sıvı yağlayıcıların oda sıcaklığındaki viskoziteleri yüksekse oda sıcaklığında ve ileri sıcaklıklarda düşük sürtünme kuvvetleri oluşturdukları bulunmuştur. Tam eşleşmiş termal-gerilme analizlerinin kullanılması şekillendirme sırasındaki ısı akışındaki değişim uygun olarak modellenebildiği için kabul edilebilir sonuçlar vermiştir fakat bu uzun hesap sürelerine ve büyük modellere neden olmuştur.

Li ve Ghosh (2003) çalışmalarında üç farklı alaşımlı alüminyumun ılık sıcaklıklarda (200-350 °C arasında) ve farklı BŞD hızlarındaki deformasyon davranışını çekme testinde incelerken Kaya ve ark. (2008) ise AZ31 alaşımlı magnezyumun ılık sıcaklıklardaki ve farklı şekillendirme hızlarındaki davranışını (225°C’ye kadar) hidrolik şişirme deneyi ile incelemişlerdir. Li ve Ghosh (2003) çekme testleri sonucuna alaşımlı alüminyumun yüzde uzamasının sıcaklıklar birlikte önemli oranda arttığını ve BŞD hızıyla birlikte azaldığını bulmuşlardır. Malzemelerin ileri sıcaklıklarda sünekliklerinin artması, üniform olmayan

44

deformasyonun ileri sıcaklıklarda ve/veya düşük BŞD hızlarında baskın olması ile meydana gelmiştir. Sünekliğin ileri sıcaklıklarda artmasının bir nedeni olarak da BŞD hızı duyarlılığındaki artış gösterilmiştir. Deformasyonla sertleştirilmiş alaşımlı alüminyumların, çökelme sertleşmesi davranışı gösterenlere göre daha iyi şekillendirilebilirliğe sahip oldukları bulunmuştur. Kaya ve ark. (2008) hidrolik şişirme deneylerini, sacda homojen bir sıcaklık dağılımı sağlamak için yağ içerisine daldırılmış kalıplarda gerçekleştirmişlerdir. Alaşımlı magnezyumun ileri sıcaklıklarda şekillendirilebilirliğinin önemli ölçüde arttığını bulmuşlardır ve benzer şartlardaki çekme testinde 0.3 BŞD’ye kadar elde edilen akma eğrilerini hidrolik şişirme deneyiyle 0.7 değerine kadar elde etmişlerdir. Çalışmada ayrıca hidrolik şişirme deneylerinde kalınlığı ve radyüsü hesaplamak için kullanılan analitik modellerin, şişirme yüksekliğinin kalıp çapına oranı olan 0.2 değerine kadar kabul edilebilir sonuçlar verdiği belirtilmiştir. Daha yüksek şişirme değerlerinde kalınlık ve radyüsün ölçülen ve hesaplanan değerleri arasında sırasıyla %8 ve %6 fark bulunmuştur.

Mahabunphachai ve Koç (2010) çalışmalarında AA 5052 ve AA 6061 malzemelerinin deformasyon karakteristiği 300 ˚C sıcaklığa kadar ve 0.0013 ila 0.013 s-1 BŞD hızları arasında tek ve iki eksenli durumlarda araştırmışlardır. Hidrolik şişirme testinden elde edilen akma eğrileri %60-70 yüzde uzama değerlerine kadar çıkarken tek eksenli çekme testinde ancak %30’lara kadar elde edilebilmiştir. Çalışmada mikro yapı analizleri ile yüksek sıcaklıklarda ve BŞD hızlarında tane boyutundaki değişmenin önemli olmadığı bulunmuştur. Bu nedenle yüksek sıcaklıklarda akma gerilmesindeki düşüşün termal olarak aktifleşen dislokasyon hatları nedeniyle meydana geldiği belirtilmiştir. Groche ve ark. (2002) IHDÇ yönteminde gerekli proses parametrelerini ve optimize edilmiş takım geometrisini SEA ile bulmuşlardır ve SEA için gerekli olan akma eğrilerini hidrolik şişirme deneyi ile elde etmişlerdir. Siegert ve Jager (2004b) çalışmasında, AZ31 alaşımlı magnezyumun 350 ˚C’ye kadar olan sıcaklıklardaki şekillendirilebilirliği araştırılmıştır. Bu kapsamda malzemeye ait gerilme-BŞD eğrileri ve ŞSD’leri belirlenmiştir. Malzemeye ait akma eğrisi öncelikle çekme deneyi ile elde edilmiştir. Malzeme oda sıcaklığında %17 uzama gösterirken 350 ˚C’de uzaması %65’e çıkmıştır fakat üniform uzaması bu arada %17’den %12’ye düşmüştür. Buradan boyunlaşma anındaki uzamanın sıcaklıkla birlikte arttığı sonucuna varılmıştır. Üniform deformasyonun ötesinde, gerilme durumu tek eksenli olmadığı için çekme

testi ile gerilme-BŞD eğrisinin elde edilmesi, uygun değildir. Bu nedenle gerilme- BŞD eğrisinin pnömatik yâda hidrolik şişirme deneyi ile elde edilmesinin daha uygun olduğu sonucuna varılmış ve farklı şekillendirme sıcaklıklarındaki gerilme- BŞD eğrileri pnömatik şişirme testi ile belirlenmiştir. Bu deneylerde daha yüksek BŞD’lere boyunlaşma oluşmadan önce ulaşılabildiği görülmüştür. ŞSD’nin sağ tarafını farklı sıcaklıklarda elde etmek için düzlem BŞD çekme deneyi ve şişirme deneyleri yapılmıştır. Sıcaklıkla birlikte ŞSE’nin yükseldiği belirlenmiştir. Xu ve ark. (2004) çalışmasında malzemenin akma mukavemeti, pekleşme üssü (n) ve anizotropi katsayısına (r) sıcaklığın etkisi 30 ila 150 °C arasında gerçekleştirilen çekme deneyleri ile araştırılmıştır. Sıcaklıkla birlikte akma mukavemeti azalmıştır. En düşük n değeri 90 °C sıcaklıkta elde edilmiştir ve r değeri sıcaklıkla birlikte artma eğilimindedir. Bu durumun da derin çekme için faydalı olduğu belirtilmiştir. Tüm bu sonuçlardan IHDÇ prosesi gerçekleştirilmeden önce malzeme karakterizayonunun yapılması gerektiği anlaşılmaktadır.