TRIP800 Çeliğinin Geri Esneme Davranışının Belirlenmesi

Malzemelerde geri esneme, şekillendirme esnasında kullanılan takımların uyguladığı yükün malzeme üzerinden kaldırılması neticesinde oluşan elastik şekil değişimi olarak tanımlanabilmektedir. Esasında bu durum şekillendirme işlemi neticesinde oluşan gerilme hallerinden kaynaklanan karmaşık bir fiziksel olaydır. Ürün geometrisine ve deformasyon işlemine bağlı olarak sac metal şekillendirme işlemlerinde eğilme, membran, çarpılma ve hem eğilme hem de çarpılmanın birlikte oluştuğu geri esneme türleri mevcuttur (Wang, 2002). Saf bükme geri esnemesi genelde düzlem birim deformasyon altında yapılan eğme işlemi neticesinde oluşur ki tez kapsamında da bu tip geri esnemenin deneysel ve sonlu elemanlarda ki tahmininin çalışması

75

gerçekleştirilmiştir. Membran tip geri esneme ise düzlem içi gerilme veya basma hali oluşan malzemelerin yük boşalması esnasında oluşmaktadır. Çarpılma tipli geri esneme durumu ise numune üzerinde şekillendirme işlemi ile oluşan plastik birim deformasyon miktarlarının çok farklı olduğu durumlarda oluşmaktadır. Eğme ve membran tipli geri esneme davranışın birlikte oluştuğu durum endüstriyel uygulamalarda daha sık görülmektedir. Ürün geometrisi genelde çok karmaşık bir haldedir ve bu geometrilerde genelde germe ve basma gerilmeleri aynı anda oluşabilmektedir.

Şekil 3.33. Malzemelerin geri esneme davranışının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan deneysel yöntemler

Geri esneme davranışının doğru bir şekilde modellenebilmesi için bu durumun iyi bir şekilde anlaşılması gerekmektedir. Malzemelerin geri esneme davranışlarının bir takım işlem parametrelerine olan bağımlılığını belirleyebilmek adına basit deneyler uygulanmaktadır. Bu deneyler içerisinde en popüler ve yaygın olanları silindirik eğme (Yang vd., 2002), U-eğme (Chou ve Hung, 1999; Han ve Park, 1999), V-eğme (Han ve Park, 1999; Tekiner, 2004; Zhang vd., 1997) ve flanşlama (Livatyalı vd., 2002)’dır. Bu metotlar geri esnemenin büyük ve ölçümünün kolay olmasından dolayı oldukça çekicidir. Bu deneyler için gerçekleştirilen sonlu elemanlar analizlerinde elde edilen verilerin deneysel sonuçlara olan yakınsama miktarı, seçilen modeller ve malzeme parametreleri belirlenerek gerçek geometrilere uyarlanabilmektedir. Sonlu elemanlar analizi esnasında seçilen malzeme modellerinin uygunluğu ve güvenilirliği bu basit deneyler için belirlendikten sonra gerçek kalıplarda yapılan şekillendirme işlemlerinden elde edilen verilere olan güvenilirlikte artmaktadır. Daha sonrasında elde edilen bu verilere göre kalıplar tekrar tasarlanarak ve/veya işlem parametreleri tekrar

76

düzenlenerek malzemelerdeki geri esneme durumu büyük oranda ortadan kaldırılabilmektedir.

Malzemelerde şekillendirme işlemi neticesinde oluşan geri esneme davranışı; akma dayanımı, maksimum çekme dayanımı, elasitisite modülü, anizotropi değerleri vs. gibi malzeme özelliklerine, deformasyon hızı ve sıcaklığı gibi şekillendirme işleminin özelliklerine ve iş parçası kalınlığı, kullanılan kalıplardaki köşe bölgelerdeki çaplama oranları gibi iş parçası ve kalıp geometrileri gibi birçok parametreye bağlı bulunmaktadır. Elde edilen simülasyon sonuçlarının büyük oranda deneysel geri esneme değerlerine yakın sonuçlar verebilmesi için sistemin ve malzemelerin iyi bir şekilde modellenmesi gerekmektedir.

Tez kapsamında V-eğme şeklindeki geri esneme kabiliyetinin belirlenmesi adına 60o’lik V kalıbı üretilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler Shimadzu marka çekme/basma cihazında şekillendirme mesafesi kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. Deney sistemine ait kalıp geometrileri ve deneyler için kestirilmiş numunelerin teknik çizimi sırası ile Şekil 3.34 ve Şekil 3.35’de gösterilmiştir. Deney düzeneği ise Fotoğraf 3.12’de gösterilmektedir. Numuneler 200x35x1.5 mm ebatlarında haddeleme yönüne paralel olarak kestirilmiştir.

Şekil 3.34. 60o

77

Şekil 3.35. V-eğme için hazırlanmış deney numunesi ölçüleri

Fotoğraf 3.11. V-eğme deney düzeneği

Sac metal şekillendirme işlemleri pek çok zaman çoklu şekillendirme işlemi gerektirebilmektedir. Yani iş parçasının belirli bir özelliği bir kalıpta kazandırılırken başka bir geometrik özellik diğer bir kalıpta kazandırılabilmektedir. Daha öncesinde belirli oranlarda plastik şekil değişimine maruz kalan iş parçaların mekanik özellikleri ikinci işleme değişmiş olarak gelmektedir. Bu durumda şekillendirme işlemi öncesindeki malzeme özelliklerinin ikinci veya daha ileriki adımlarında da kullanmak analizler açısından yanıltıcı olacaktır. Tez kapsamında bu durumun geri esneme üzerindeki etkisinin belirlenebilmesi için deney numunelerine çekme durumu halinde %6, 9, 15 ve 20’lik ön birim deformasyonlar uygulanmış ve sonrasında da eğme işlemi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak her bir numunenin geri esneme değerleri belirlenerek

78

ön birim deformasyona tabi tutulmamış numune ile kıyaslamada bulunulmuştur. İş parçalarındaki geri esneme ölçümleri Fotoğraf 3.13’de gösterilen bir açıölçer vasıtası ile gerçekleştirilmiştir.

Fotoğraf 3.12. Geri esneme açısı ölçümü

0 4 8 12 16 20 24

12 16 20 24

TRIP800 Geri esneme

Ger i esn em e m iktar ı   Ön birim deformasyon (%)

Şekil 3.36. TRIP 800 çeliğinin geri esneme miktarının ön birim deformasyon ile değişimi

Şekil 3.36’da yüksek mukavemetli TRIP800 çeliğin V-eğme şeklindeki geri esneme miktarının ön birim deformasyon ile değişimi gösterilmektedir. Şekilden de görüleceği üzere iş parçasına uygulanan ön birim deformasyon ile malzemedeki geri esneme değeri giderek artmaktadır. Bu durumun başlıca sebebi ise malzemenin bir takım mekanik özelliklerinin değişimi olarak gösterilebilir. Malzemelerin geri esneme özelliğine

79

elastisite modülünün etkisi oldukça büyüktür ve elastisite modülü düşük olan malzemelerde genel itibari ile daha fazla geri esneme davranışı gözlemlenmektedir. Elastisite modülünün küçük olmasının yanı sıra malzemenin akma noktası büyük olursa bu tip malzemelerde çok büyük oranda geri esneme davranışı elde edilebilmektedir. Bunun başlıca sebebi ise elastik bölge içerisinde depolanan enerji miktarının giderek artması olarak gösterilebilir. Örnek olarak elastisite modülü 110 GPa ve akma dayanımı 1000 MPa olan titanyum alaşımı ile elastisite modülü 70 GPa ve akma gerilmesi yaklaşık 110 MPa olan alüminyum alaşımının geri esneme davranışları kıyaslandığında Ti alaşımı çok büyük oranda geri esneme davranışı gösterebilmektedir. Bu durum elastik bölgede depolanan ve yükün kaldırılması ile geri verilen enerji miktarı ile açıklanabilmektedir. Malzemelerde uygulanan plastik deformasyon ile birlikte elastik deformasyonda devam etmektedir. Deformasyonun ilerleyen bölgelerinde yükün kaldırılması ile malzemedeki depolanan elastik enerji geri verilmektedir ve bu durum malzemelerin geri esneme davranışı göstermesine sebep olmaktadır. Şekil 3.30 incelendiğinde malzeme üzerine uygulanan yükün kaldırılması ile gerilme değeri yaklaşık olarak başlangıçtaki elastik bölgeye paralel olarak azalmakta ve beklemeksizin yapılan tekrar yükleme durumunda ise yaklaşık olarak yükün boşaltıldığı noktadan devam etmektedir. Tekrar yükleme durumunda ki bu artış malzemenin akma dayanımının arttığını göstermektedir. Bununla birlikte malzememizin elastisite modülü ise uygulanan plastik birim deformasyon ile azaldığı bir önceki bölümde gösterilmişti. Malzemedeki bu değişiklikler dikkate alındığında geri esneme davranışında ki artış, beklenen bir sonuç olarak karşımıza çıkmaktadır. Şekil 3.27’de TRIP800 çeliğinin plastik deformasyon ile elde edilen elastik şekil değişimi gösterilmektedir. Şekilden de görüleceği üzere malzemenin elastik şekil değişimi uygulanan plastik deformasyon ile artış göstermektedir. Bununla birlikte artan gerilme değeri depolanan elastik enerjinin önemli ölçüde arttığını göstermektedir.