Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının mikro yapı ve mekanik davranışı üzerinde proses parametrelerinin etkisi

Abstract

Eklemeli imalat yöntemi, bilgisayar destekli tasarım verilerini kullanılarak, katman üzeri katman birleştirme metodu ile istenen ürünün elde edilmesine olanak sunar. Geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla kompleks parçaların üretilebilmesi ile yüksek derecede tasarım özgürlüğü sağlar. Başta uzay ve havacılık olmak üzere, otomotiv, biyomedikal, savunma sanayi ve enerji sektörü gibi kritik endüstrilerde parça imalatı için yaygın olarak kullanılmaktadır. Eklemeli imalat yöntemlerinden arasında yer alan seçici lazer ergitme (SLE) üretim süreçlerinde kullanılan parametreler, üretilen parçanın mekanik, metalurjik davranışının farklılaşmasında önemli bir etkiye sahiptir. Nihai ürünün özelliklerini ciddi derecede değiştirebilmektedir. Bu sebeple gerçekleştirilen deneysel çalışmada, lazer gücü, tarama hızı, tarama aralığı ve lazer tarama dönüş açısını kapsayan farklı değerlerde seçilen parametrelerin, SLE yöntemi ile Ti6Al4V alaşımı kullanılarak üretilmiş numunelerin nihai çekme dayanımı, sertlik değeri, darbe enerjisi, yüzey pürüzlülüğü, porozite oranı ve mikroyapıya olan etkisi incelenmiştir. Çekme dayanımının ve sertlik değerinin lazer gücünün belirli bir değere kadar artması ile arttığı, lazer gücü belirli sınır değeri geçtiğinde sonuçlarda aynı etkiyi göstermeyerek azalış trendine geçtiği tespit edilmiştir. Darbe enerjisinde, tarama dönüş açı değişimleri etkili olmuştur. En düşük darbe enerji değeri ise 8,7 J değeriyle 180° dönme açısında kaydedilmiştir. Yüzey pürüzlülüğünün lazer gücünün artmasıyla önemli ölçüde azaldığı, yüksek tarama hızlarında ise artış gösterdiği görülmüştür. 220 W lazer gücü seviyesinde, üretim yönüne paralel 8,9 µm ve üretim yönüne dik 8,35 µm yüzey pürüzlülük değerleri elde edilmiştir. Lazer gücü, porozite oranına etkisi nedeniyle malzeme yoğunluğunu belirlemede en etkili faktör olarak tespit edilip, 160 W lazer gücünde %0,48 ile nispeten yüksek bir porozite oranı kaydedilmiştir. Ayrıca, tarama hızındaki artış, porozite oranında da artışa sebep olmuştur.

Additive manufacturing is a method that enables the production of a desired product by using computer-aided design data and a layer-by-layer bonding method. Compared to traditional manufacturing methods, it offers a high degree of design freedom by enabling the production of complex parts. It is widely used for the production of parts in critical industries such as aerospace, automotive, biomedical, defense, and energy sectors. In selective laser melting (SLM), one of the additive manufacturing methods, the parameters used in the production process have a critical impact on the mechanical behavior and density of the product, thereby altering its properties. In this research, the influence of production parameters namely, laser power, scanning speed, hatch spacing, and laser scan rotation angle on the tensile strength, hardness, impact energy, surface roughness, porosity level, and microstructure of Ti6Al4V fabricated using the SLM technique was examined. It was found that the tensile strength and hardness increased with the increase in laser power up to a certain level, beyond which further increases in laser power did not yield the same effect. Changes in the scanning rotation angle were found to be effective on impact energy, with the lowest impact energy value recorded at 8.7 J with a 180° rotation angle. Elevating the laser power notably reduced the surface roughness, whereas increased scanning speeds led to a rise in it. At a laser power level of 220 W, surface roughness values of 8.9 µm parallel to the build direction and 8.35 µm perpendicular to the build direction were obtained. Laser power was identified as the most influential factor in determining the porosity rate, and consequently, the material density, with a high porosity rate of 0.48% recorded at 160 W laser power. Furthermore, a rise in scanning speed also resulted in a higher porosity rate.