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_x000D_ daha da genişleyebilecek olan süper alaşımdır. Bu projede Inconel 718 süper alaşımının talaşlı_x000D_ imalat sonucunda yüzeyinde oluşan kalıntı gerilimler, sertlik değişimleri ve kesici takımda oluşan_x000D_ aşınmalar gözlenmiştir. Talaşlı imalat simülasyonları için kullanılan Deform 2D programına, klasik_x000D_ Johnson-Cook malzeme modeli yerine, kristal plastisite tabanlı çok ölçekli malzeme davranışı_x000D_ tanıtılarak daha kapsamlı ve deneysel veriye daha yakın analizler yapılmıştır. Bu konunun seçilme_x000D_ nedeni, gerçek deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar elde edilip beklenmedik üretim hataları_x000D_ ve denemeleri en aza indirebilecek bir yöntem geliştirmektir. Bugüne kadar gerçekleştirilen talaşlı_x000D_ imalat simülasyonlarında malzeme davranışı genellikle tek ölçekli gerinim pekleşmesi, gerinim_x000D_ hızı pekleşmesi ve sıcaklık yumuşamasını kapsayan Johnson-Cook malzeme modelleri ile_x000D_ gerçekleştirilmiştir ve bu modeller malzemelerin mikroyapısal girdilerini içermemektedir. Bu_x000D_ projede ise Johnson-Cook malzeme modeli ile ve karşılaştırmalı olarak çok ölçekli kristal plastisite_x000D_ tabanlı malzeme modeli ile 2D deform programında farklı kesme hızlarında ve farklı ilerleme_x000D_ hızlarında simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu projede ilk olarak, Inconel 718 malzemesinin_x000D_ talaşlı imalat deneylerini yapılarak sonuçları gözlenmiştir. Daha sonra Johnson-Cook malzeme_x000D_ modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyon sonuçları gözlenmiştir. Son olarak da Inconel 718_x000D_ süper alaşımının kristal plastisite modelinin yapılması ve mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal_x000D_ plastisite modeli ile çıkarılan çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının Deform 2D_x000D_ simülasyonlarına tanıtılarak simülasyonu gerçekleştirip, elde edilen sonuçlar gözlenmiştir._x000D_ Yapılan simülasyonlar ve deney sonucunda, iki farklı malzeme modelin deneysel sonuçlarla_x000D_ karşılaştırılması yapılmıştır. Mikroyapı girdileri ile elde edilen kristal plastisite modeli ile çıkarılan_x000D_ çok ölçekli ve çok eksenli malzeme davranışının, tek ölçekli malzeme davranışı ile_x000D_ karşılaştırıldığında deneysel sonuçlara daha yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Böylelikle_x000D_ çok ölçekli malzeme modellemesiyle gerçekleştirilen simülasyonların daha gerçekçi ve güvenilir_x000D_ sonuçlar gösterdiği kanıtlanmıştır.

Inconel 718 is a superalloy that is used in defense, aerospace and automotive industries, and the_x000D_ area of useage can be expanded in the future. In this project, residual stresses, hardness changes_x000D_ and wear on the cutting tool were observed on the surface of the Inconel 718 superalloy after_x000D_ 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_x000D_ simulations, to get more comprehensive and accurate results. The reason for choosing this topic is_x000D_ to develop a method that can achieve results closer to real experimental results and minimize_x000D_ unexpected manufacturing errors and trials. In the classical machining simulations, Johnson-Cook_x000D_ material models has generally been used, which generally include single-scale strain hardening,_x000D_ strain rate hardening, and temperature softening effects, and these models do not include the_x000D_ microstructural inputs of the materials. In this project, simulations at different cutting speeds and_x000D_ different feed rates were carried out in the Deform 2D program using both Johnson-Cook material_x000D_ model and crystal plasticity-based material model. In this project, firstly, machining of Inconel 718_x000D_ material was performed, and the results were obtained. Then, the machining simulation were_x000D_ conducted with Johnson-Cook material model. Finally, the crystal plasticity model of the Inconel_x000D_ 718 superalloy was made and machining simulations were carried out based on this material model._x000D_ As a result of the simulations and experiments, two different material models were compared with_x000D_ the experimental results. It was observed that the crystal plasticity based multi-scale and multi-axial_x000D_ 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_x000D_ modeling show more realistic and reliable results.