Çok Ölçekli Malzeme Modellemesi Yoluyla Talaşlı İmalat Çıktılarının Daha Kapsamlı Ve Doğru Analizi

Abstract

İnconel 718 savunma sanayi, uzay-havacılık ve otomotiv için kullanılan ve ileride kullanım alanı daha da genişleyebilecek olan süper alaşımdır. Bu projede Inconel 718 süper alaşımının talaşlı imalat sonucunda yüzeyinde oluşan kalıntı gerilimler, sertlik değişimleri ve kesici takımda oluşan aşınmalar gözlenmiştir. Talaşlı imalat simülasyonları için kullanılan Deform 2D programına, klasik Johnson-Cook malzeme modeli yerine, kristal plastisite tabanlı çok ölçekli malzeme davranışı tanıtılarak daha kapsamlı ve deneysel veriye daha yakın analizler yapılmıştır. Bu konunun seçilme nedeni, gerçek deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar elde edilip beklenmedik üretim hataları ve denemeleri en aza indirebilecek bir yöntem geliştirmektir. Bugüne kadar gerçekleştirilen talaşlı imalat simülasyonlarında malzeme davranışı genellikle tek ölçekli gerinim pekleşmesi, gerinim hızı pekleşmesi ve sıcaklık yumuşamasını kapsayan Johnson-Cook malzeme modelleri ile gerçekleştirilmiştir ve bu modeller malzemelerin mikroyapısal girdilerini içermemektedir. Bu projede ise Johnson-Cook malzeme modeli ile ve karşılaştırmalı olarak çok ölçekli kristal plastisite tabanlı malzeme modeli ile 2D deform programında farklı kesme hızlarında ve farklı ilerleme hızlarında simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu projede ilk olarak, Inconel 718 malzemesinin talaşlı imalat deneylerini yapılarak sonuçları gözlenmiştir. Daha sonra Johnson-Cook malzeme modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyon sonuçları gözlenmiştir. Son olarak da Inconel 718 süper alaşımının kristal plastisite modelinin yapılması ve mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal plastisite modeli ile çıkarılan çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının Deform 2D simülasyonlarına tanıtılarak simülasyonu gerçekleştirip, elde edilen sonuçlar gözlenmiştir. Yapılan simülasyonlar ve deney sonucunda, iki farklı malzeme modelin deneysel sonuçlarla karşılaştırılması yapılmıştır. Mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal plastisite modeli ile çıkarılan çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının, tek ölçekli malzeme davranışı ile karşılaştırıldığında deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Böylelikle çok ölçekli malzeme modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyonların daha gerçekçi ve güvenilir sonuçlar gösterdiği kanıtlanmıştır.

Inconel 718 is a superalloy that is used in defense, aerospace and automotive industries, and the area of useage can be expanded in the future. In this project, residual stresses, hardness changes and wear on the cutting tool were observed on the surface of the Inconel 718 superalloy after machining. Crystal plasticity based multi-scale material behavior instead of the classical JohnsonCook material model has been introduced to the Deform 2D program, which is used for machining simulations, to get more comprehensive and accurate results. The reason for choosing this topic is to develop a method that can achieve results closer to real experimental results and minimize unexpected manufacturing errors and trials. In the classical machining simulations, Johnson-Cook material models has generally been used, which generally include single-scale strain hardening, strain rate hardening, and temperature softening effects, and these models do not include the microstructural inputs of the materials. In this project, simulations at different cutting speeds and different feed rates were carried out in the Deform 2D program using both Johnson-Cook material model and crystal plasticity-based material model. In this project, firstly, machining of Inconel 718 material was performed, and the results were obtained. Then, the machining simulation were conducted with Johnson-Cook material model. Finally, the crystal plasticity model of the Inconel 718 superalloy was made and machining simulations were carried out based on this material model. As a result of the simulations and experiments, two different material models were compared with the experimental results. It was observed that the crystal plasticity based multi-scale and multi-axial material model gave closer results to the experimental results when compared with the JohnsonCook material model. Thus, it has been proven that simulations performed with multi-scale material modeling show more realistic and reliable results.