T. C. AL 2024 VE AL 5754 ALA IMLI ALÜM NYUM SACLARIN. Mevlüt TÜRKÖZ YÜKSEK L SANS TEZ KONYA, 2009

Transkript

1 T. C. SELÇUK ÜN VERS TES FEN B MLER ENST TÜSÜ AL 2024 VE AL 5754 ALA IMLI ALÜM NYUM SACLARIN EK LLEND LEB LME KAB YET N ARA TIRILMASI Mevlüt TÜRKÖZ YÜKSEK L SANS TEZ MAK NA MÜHEND SL ANA B M DALI KONYA, 2009 Bu tez 06 / 08 / 2009 tarihinde a daki jüri taraf ndan oybirli i / oyçoklu u ile kabul edilmi tir. Prof. Dr Doç. Dr. Yrd. Doç. Dr. H. Selçuk HALKACI Haydar L Haydar L VATYALI VAehç Behçet DA HAN (Dan man) (Üye) (Üye)

2 ÖZET Yüksek Lisans Tezi AL 2024 VE AL 5754 ALA IMLI ALÜM NYUM SACLARIN EK LLEND LEB LME KAB YET N ARA TIRILMASI Mevlüt TÜRKÖZ Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisli i Anabilim Dal Dan man: Prof. Dr. Hüseyin Selçuk HALKACI 2009, 129 Sayfa Jüri: Prof. Dr. H. Selçuk HALKACI Doç. Dr. Haydar L VATYALI Yrd. Doç. Dr. Behçet DA HAN Sac ekillendirme proseslerinde, sac n istenen ekli almas bölgesel boyunla ma ve y rt lma hasarlar taraf ndan s rlan r. Bu proseslerde malzeme davran tahmin etmek için bilgisayar modelleri geli tirilmi tir. Bu modellerin gerçek durumu temsil edebilmesi için malzeme parametrelerine ihtiyaç vard r. Bu parametreler genellikle çekme deneyi ve ekillendirme s r diyagramlar ndan elde edilir. Bu çal mada ala ml alüminyum saclardan Al 5754 ve Al 2024 malzemelerinin ekillendirilebilirlikleri ekillendirme s r diyagram ( SD) yard yla belirlenmi tir. SD lerin elde edilmesinde düzlem d ekillendirme deneylerinden Nakazima deneyi kullan lm r. Al 5754-O tavlanm durumda, ii

3 Al 2024-T4 de çökelme sertle mesi l i leminden sonra do al olarak ya land lm durumda kullan lm r. Malzemelerin ekillendirme s, y rt lma veya boyunla ma an na kadar ekillendirilen numunelerin üzerinde, serigrafi yöntemi ile olu turulmu gridlerden, özel bir otomatik gerinim ölçme yaz arac yla bulunmu tur. lgan bir malzeme olan Al 2024-T4 e ait s r birim ekil de tirme de erleri klasik yöntemlerle belirlenirken, sünek bir malzeme olan Al 5754-O için hasardan majör kesitten minör bulma ad nda daha sistematik yeni bir yöntem önerilmi tir. Ayr ca ekillendirilebilirli i belirlemede kullan lan di er bir araç olan s r kubbe yükseklikleri de bu çal mada verilmi tir. Anahtar Kelimeler: ekillendirilebilirlik, ekillendirme s r diyagramlar, SD, Nakazima Deneyi, Otomatik gerinim ölçümü, Grid, Çekme Deneyi, Al 5754-O, Al 2024-T4 iii

4 ABSTRACT Master Thesis INVESTIGATION ON FORMABILITY OF AA 2024 AND AA 5754 ALUMINIUM ALLOY SHEETS Mevlüt TÜRKÖZ Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Advisor: Prof. Dr. Hüseyin Selçuk HALKACI 2009, 129 Pages Jury: Prof. Dr. H. Selçuk HALKACI Assoc.Prof.Dr. Haydar L VATYALI Assist.Prof.Dr Behçet DA HAN Forming of sheet metals in desired shape is restricted by localized necking and fracture in sheet forming operations. Computer models have been developed to predict material behavior in such operations. For using these models to represent real manufacturing processes, experimental data are required. Generally, these data are obtained by tensile tests and forming limit diagram (FLD). In this study, formabilities of AA 5754 and AA 2024 aluminum alloy sheets were determined by using FLD. Nakazima test, a kind of out of plane forming experiments, is used to obtain FLD. AA 5754-O is used in annealed form and AA 2024-T4 is used as natural aged form after precipitation hardening heat treatment. iv

5 The forming limits of materials is found from grids, created by serigraphy method on the samples, which were formed until tearing and necking, by using a special automatic strain measurement software. While limit strain values for a brittle material AA 2024-T4 is determined by using classical methods, a new and more systematic method called by authors as major from failure, minor from crosssection is advised for a ductile material AA 5754-O. Additionally limiting dome heights, another way to determine formability, is also given in this study. Key words: Formability, Forming limit diagrams, Nakazima test, Automated strain measurement, Grid, Tensile test, AA 5754-O, AA 2024-T4 v

6 ÖNSÖZ Geçmi y llarda sac kal plar n üretimi aylar sürmekte ve parçalar n imalat ras nda ortaya ç kan kal p hatalar deneme yan lma yöntemi ile giderilmeye çal lmaktayd. Teknolojideki geli meyle birlikte sac kal plar n imalat nda yeni trend daha kal plar n üretimi yap lmadan bilgisayarda prosesin simülasyonu yap larak ortaya ç kabilecek kusurlar önceden tahmin etmeye yöneliktir. Böylece deneme yan lma yönteminde kaybolan zaman, emek ve masraflar azalt lmaya çal lmaktad r. Prosesin simülasyonunun veya analizinin gerçekle tirilebilmesi için imalat yap lacak i parças n kal plar n ekil ve boyutlar n yan nda malzeme özelliklerinin de simülasyonlar n yap ld sonlu elemanlar program na tan lmas gerekir. Programa girilen malzemenin akma e risi ile i parças ndaki gerilme ve birim ekil de tirme (B D) miktarlar hesaplanabilmektedir. Parçada hangi bölgelerde hasarlar n olabilece inin tahmin edilmesi için malzemenin ekillendirme r diyagramlar n ( SD) da programa girilmesi gerekir. Zamandan ve maliyetten önemli derecede tasarruf sa layan simülasyon yaparak kal p üretimi yöntemi ülkemizde sadece birkaç otomotiv firmas taraf ndan kullan lmaktad r. Bunlar da kulland klar SD leri yurt d ndan sat n almaktad r. ekillendirme s r diyagramlar n elde edilmesinin zahmetli ve maliyetli bir i olmas ndan dolay üniversitelerdeki birkaç ara rman n d nda ticari anlamda SD lerin elde edilmesine yönelik bir çal ma u ana kadar yoktur. Bu nedenle Ülkemizde özellikle yo un olarak kullan lan malzemelerden ba layarak tüm malzemelerin SD lerini içeren bir veri kayna n olu turulmas n di er ülkelerle rekabet aç ndan önemli oldu unu dü ünmekteyim. Bu çal mada da daha çok biri otomotiv, di eri de havac k sektöründe kullan lan iki farkl ala ml alüminyum sac malzemenin ekillendirme s r diyagramlar olu turuldu. Elde edilen SD lerin TÜB TAK destekli MAG 108M516 numaral Bask plakas na süzdürme çubu u eklenmesiyle ala ml alüminyum vi

7 saclar n hidro ekillendirme yöntemi ile ekillendirilebilme kabiliyetinin art lmas isimli ara rma projesinde yap lacak analizlerde kullan lmas hedeflenmektedir. DEB 2210 Destek Programlar kapsam nda verdi i bursla yüksek lisans renimim boyunca beni maddi olarak destekleyerek zaman sadece akademik çal malar ma ay rma imkân sunan, TÜB TAK Kurumuna te ekkürü bir borç bilirim. Selçuk Üniversitesi BAP Koordinatörlü ü nün Nolu BAP tez projesi kapsam nda verdi i destek için de te ekkürlerimi sunar m. Çal mada deney cihaz olarak kullan lan MTS presi, ASAME otomatik gerinim ölçme yaz ve çekme cihaz n kullan lmas nda hiç bir yard esirgemeyen Yrd.Doç.Dr.Fahrettin ÖZTÜRK ün ahs nda Ni de Üniversitesi Mühendislik ve Mimarl k Fakültesi Makine Mühendisli i Bölümü ne te ekkürlerimi sunar m. De erli yard m ve katk lar yla beni yönlendiren ba ta dan man m Prof. Dr. H. Selçuk HALKACI ya ve bu çal mada büyük destekleri olan Ara rma görevlisi Murat Dilmeç e en içten te ekkürlerimi sunar m. Gösterdikleri sab r, anlay ve destekle her zaman yan mda olan babam Abdurrahman, annem Meryem ve karde lerim Fatma Gül ile Mediha ya çok te ekkür ederim. Mevlüt TÜRKÖZ, 2009 vii

8 NDEK LER ÖZET... ABSTRACT... V ÖNSÖZ...V NDEK LER...V MGELER... X KAYNAK ARA TIRMASI ALA IMLI ALÜM NYUM SACLAR Al 5754 ala ml alüminyum sac Al 2024 ala ml alüminyum sac EK LLEND LEB RL BEL RLEMEDE KULLANILAN DENEYLER Benzetim deneyleri (Simulating Tests) Stampa ile gerdirme deneyleri Derin çekme deneyleri Birle tirilmi derin çekme deneyleri E me deneyi Gerdirerek e me deneyi S r Kubbe Yüksekli i (Limiting Dome Height) Deneyi Mekanik Deneyler ekillendirme S r Diyagramlar ( SD) EK LLEND RME SINIR D YAGRAMLARININ OLU TURULMASI Gridleme i lemi ekillendirme lemleri Gridlerin ölçülmesi EK LLEND RME SINIR D YAGRAMLARINI BEL RLEMEDE KULLANILAN TEOR K MODELLER Hill in lokal boyunla ma kriteri Swift in yay lm boyunla ma kriteri Marciniak ve Kuczynski kriteri Sünek k lma kriteri viii

9 Teorik Modellerin De erlendirilmesi EK LEND RME SINIR D YAGRAMLARINA ETK EDEN FAKTÖRLER Sac kal nl Grid boyutu B D yolu Pekle me B D h duyarl Anizotropi Homojensizlik MATERYAL VE METOT NUMUNELER N ISIL LEMLER Al 5754 malzemenin l i lemi Al 2024 malzemenin l i lemi ÇEKME DENEY DÜZLEMSEL A ZOTROP N BEL RLENMES NAKAZ MA DENEY Nakazima deney numunelerinin haz rlanmas ekillendirme i lemi G DLER N ÖLÇÜLMES VE EK LLEND RME SINIR D YAGRAMLARININ OLU TURULMASI Foto raflar n çekilmesi Foto raflar n i lenmesi S r B D lerin belirlenmesi ve SE lerinin çizilmesi Klasik yöntem: Y rt a veya boyuna kom u gridlerden belirleme Önerilen yeni yöntem: Hasardan majör kesitten minör bulma DENEY SONUÇLARI VE TARTI MA ÇEKME DENEY SONUÇLARI A ZOTROP ÖLÇÜMÜ SONUÇLARI NAKAZ MA DENEYLER N TEKRARLANAB RL Gridleme i leminin tekrarlanabilirli i ASAME ile ölçmenin tekrarlanabilirli i ekillendirme s n ve LDH n n belirlenmesinin tekrarlanabilirli i AL 5754-O N SD LER N Ç LMES Klasik yöntemle elde edilen SD Önerilen hasardan majör, kesitten minör bulma yöntemiyle elde edilen SD ix

10 4.4.3 Yöntemlerin kar la lmas Düzlemsel anizotropinin etkisi LDH De erleri AL 2024-T4 N SD LER N Ç LMES SONUÇ VE ÖNER LER KAYNAKÇA EKLER EK-A) EK LLEND LEB RL BEL RLEMEDE KULLANILAN BENZET M DENEYLER A.1. STAMPA LE GERD RME DENEYLER A.2. DER N ÇEKME DENEYLER A.3. B RLE LM DER N ÇEKME DENEYLER A.4. E ME DENEY A.5. GERD REREK E ME DENEY EK-B) SD LER BEL RLEMEDE KULLANILAN DENEYLER B.1. DÜZLEM D I EK LLEND RME DENEYLER B.2. DÜZLEM EK LLEND RME DENEYLER EK-C) GR D ÖLÇME YÖNTEMLER EK-D) FARKLI HADDE DO RULTULARINDA ELDE ED LEN SINIR B D DE ERLER EK-E) FARKLI HADDE DO RULTULARINDA EDE ED LEN SD LER EK-F) FARKLI HADDE DO RULTULARINDA EDE ED LEN LDH LAR EK-G) EK LLEND LM NAKAZ MA DENEY NUMUNELER EK-G1) AL 5754-O DENEY NUMUNELER EK-G2) AL 2024-T4 DENEY NUMUNELER EK-H) AL 2024 VE AL 5754 ÜN SD LER N KAR ILA TIRILMASI x

11 MGELER Simge Ad Birimi A 0 Numunenin ba lang ç kesit alan mm 2 D oran - dl Ölçü boyundaki anl k art mm R Düzlemsel anizotropi - E Elastiklik modülü GPa e m Mühendislik D si - f Sac metalin homojensizli i - F Çekme yükü N K Mukavemet katsay - l Numunenin anl k ölçü boyu mm l 0 Numunenin ba lang ç boyu mm m D h duyarl - n Pekle me üssü - R Anizotropi katsay - Rn Normal anizotropi - w 0 Numunenin ba lang ç geni li i mm g Gerçek gerilme MPa m Mühendislik gerilmesi MPa 0 Plastik B D nin ba lad de er - saltmalar SD SE FLD FLC B D ekillendirme S r Diyagram ekillendirme S r E risi Forming Limit Diagram Forming Limit Curve Birim ekil De tirme xi

12 1 1. Modern haddehaneler ile büyük miktarlarda sac metaller, dü ük maliyetli olarak üretilebilmektedir. Metallerin büyük bir bölümü s cak haddelenmi çubuk veya so uk haddelenmi sac olarak üretilmekte ve bu ürünler ikincil olarak ekillendirilerek otomobillerde, ev ve mutfak gereçlerinde, in aat sektöründe, uçaklarda, yiyecek ve içecek kutular ile bilinen birçok üründe kullan lmaktad r (Marciniak ve ark. 2002). Alüminyum ve ala ml alüminyum saclar ise hafifli i, iyi korozyon direnci, dayan, ürün çe itlili i ve yeniden kazan gibi birçok avantaj ndan dolay yukar da s ralanan sektörlerde yo un olarak kullan lmaktad r. Sac metal ekillendirme i lemi, düz bir sac metalin y rt lma ya da a bölgesel incelme olmadan istenen ekle sahip parçaya dönü türülmesi prosesidir. Bu proses basit bir e me i lemi olabilece i gibi seri üretim hatlar nda gerçekle tirilen karma k ekillendirme i lemleri de olabilir. Sac metal ekillendirme i lemlerinin ço unda, sac metal bask plakas ile tutulduktan sonra erkek ve di i kal p yard yla deforme edilir. Sac n di i kal p bo lu una do ru hareketi, bask plakas kuvveti ile kontrol edilir (Taylor 1993). ekillendirme i lemleri ço unlukla karma k olmas na ra men hemen hepsi me, gerdirme, derin çekme ve kesme i lemlerinin kombinasyonunu içerir ekil 1.1). Sac metallerin ekillendirilebilme kabiliyeti veya ekillendirilebilirli i, sac n belirtilen i lemler ile ekillendirilirken, y rt lma, bölgesel boyunla ma ve buru ma gibi bir hasara u ramadan istenen ekli alma kabiliyetidir. Bu hasarlara ait örnekler ekil 1.2 de verilmi tir. Saclar n ekillendirilebilirli ini belirlemede kullan lan birkaç araç vard r. Bunlar derin çekme prosesinde ilkel sac alan n kap alan na oran olan r çekme oran (LDR; Limiting Drawing Ratio), sac n yar küresel bir stampayla gerdirilmesi ile belirlenen s r kubbe yüksekli i (LDH; Limiting Dome Height) ve

13 2 a) b) c) ekil 1.1 Sac metal ekillendirme i lemleri a)e me, b) Gerdirme, c)derin çekme (Marciniak 2002) sac n hangi s rlara kadar uzayabilece i bilgisini veren SD; ekillendirme s r diyagram (FLD; Forming Limit Diagram) d r. Sac metal ekillendirme i lemlerinde, daha ekillendirme i lemi gerçekle tirilmeden önce bilgisayarda ekillendirme prosesini sonlu elemanlar yöntemi (FEM; Finite Element Method) ile modelleyerek ve analiz yaparak proses ras nda meydana gelebilecek y rt lma, buru ma ve geri yaylanma gibi problemleri tahmin etmek ve önlemler almak mümkündür. Böylece parça üretiminde deneme (a) (b) (c) ekil 1.2 Sac metal ekillendirmede hasarlar a)y rt lma, b)buru ma, c)bölgesel boyunla ma d)

14 3 yan lma say en aza indirilerek zamandan ve parça üretim maliyetlerinden tasarruf sa lanabilir. Sonlu elemanlar (FE) program ile analizlerin yap labilmesi için programa malzemenin tan lmas gerekir. Bunun için çekme deneyi ile elde edilen, sac malzemenin akma mukavemeti, çekme mukavemeti, pekle me kural ndaki pekle me üssü n ve mukavemet katsay K ile normal anizotropi R de erlerinin FE program na girilmesi gerekir. Bu bilgiler ile analiz yap larak parça üzerindeki her noktan n B D de eri hesap edilir. Bu B D de erlerinin y rt lmaya veya boyunla maya neden olup olmayaca tahmin etmek için ise, FE program na ayr ca malzemenin hangi s rlara kadar uzayabilece i bilgisini veren SD nin de tan lmas gerekir. Böylece ekil 1.3 de görüldü ü gibi ekillendirme s ras nda ortaya ç kabilecek hasarlar önceden tahmin edilebilir. Programlarda çe itli B D ler farkl renklerde gösterilmektedir. K rm ( ekilde siyah) ile gösterilen bölgeler rt lma, ye il renkli ( ekilde aç k gri) bölgeler güvenli, pembe olanlar da ( ekilde gri) buru ma bölgeleridir. Bu bölgeler aras ndaki geçi lerde di er gri tonlar nda görülmektedir. Bu çal man n amac yüksek mukavemeti, yüksek rijitli i ve iyi yorulma direnci ile havac k sektöründe, gövde ve kanatlarda kullan lan Al 2024 ve yüksek mukavemeti, korozyon direnci ile özellikle otomotiv sanayinde çok kullan lan Al 5754 ala ml alüminyum saclar n ekillendirilebilme kabiliyetini, ekillendirilebilirli i belirlemede en çok kullan lan araç olan, SD leri olu turarak belirlemektir. ekil 1.3 FEM ile yap lan analiz sonucu (

15 4 Çal man n 2. Bölümünde literatürde ekillendirilebilirli i belirlemek için kullan lan deneylerden, SD lerin nas l olu turuldu undan, SD leri belirlemede kullan lan teorik modellerden ve SD lere etki eden faktörlerden bahsedilmi tir. 3. Bölümde numunelere uygulana l i lemler, çekme deneyi, düzlemsel anizotropinin belirlenmesi, Nakazima deneyi, gridlerin ölçülmesi ve SD lerin olu turulmas anlat lm r. 4. Bölümde çekme deneyi ve anizotropi ölçümü sonuçlar, Nakazima deneyinin tekrarlanabilirli i ve malzemelere ait SD ler verilmi tir. 5. Bölümde de çal madan elde edilen sonuç ve öneriler verilmi tir.

16 5 2. KAYNAK ARA TIRMASI Bu bölümde önce çal mada kullan lan Al 2024 ve Al 5754 malzemeleri hakk nda bilgi verilmi tir. Sonra sac metallerin ekillendirilebilirli ini belirlemek için yap lan deneyler ile bu çal man n konusu olan ekillendirme s r diyagramlar anlat lm r. ekillendirme s r diyagramlar belirmede kullan lan teorik modellerden bahsedilmi ve son olarak ekillendirme s r diyagramlar na dolay yla ekillendirilebilirli e etki eden parametreler anlat lm r Ala ml Alüminyum Saclar Hava ta tlar n yan s ra demir yolu ve kara yolu ta tlar nda da a rl k azaltman n önemi tart lmazd r. Ta tlar üretilirken, yak t tüketimini azaltmak ve yük ta ma kapasitesini artt rmak en önde gelen tasar m özelliklerindendir. Ta tlarda egzoz gaz emisyonunun dü ürülmesi art k kanuni bir zorunluluk haline gelmektedir. Fakat bu yaln zca motorlarda iyile tirme yap larak ba ar lamaz. Ta t rl nda %10 luk bir azalman n yak t verimlili ini %5,5 iyile tirdi i hesaplanm r (Boogaard 2002). Yak t verimlili indeki azalmaya paralel olarak egzoz gaz emisyonu da dü er. Bu nedenle ta t üretiminde hem dayan kl ve hem de hafif malzemeler tercih edilmektedir. Bu tür malzemelerde yeni trend ala ml alüminyum malzemelerdir. Ta tlarda çeli in yerini alan ço u alüminyum parçada kal nl k artt lmak suretiyle çelikle ayn mukavemet sa lanabilmektedir. Yap sal uygulamalarda en çok kar la lan oran 1,5 tur. Örne in 0,8 mm kal nl ndaki çelik parça yerine 1,2 mm kal nl nda alüminyum kullan labilmektedir. Bu durumda rl k tasarrufu %50 olmaktad r. Alüminyumun bir özelli i de geri dönü ümünün kolay olmas r. Malzemenin kalitesi bozulmadan alüminyumun geri dönü ümü ba ar yla sa lanabilmektedir. Alüminyum ala mlar n otomotiv sektöründe kullan m oran ekil 2.1 de verilmi tir. Otomobillerde kasa, iç yüzey levhalar ve gövde panellerinde çelik sac

17 6 ekil 2.1 Otomotivde üretim tekni ine göre alüminyum (Özcömert 2006) yerine ala ml alüminyum sac kullan larak bu oran n art lmas hedeflenmektedir. Örne in Audi A8 model bir otomobilde, a rl n azaltmas amac yla ala ml alüminyum saclar n kullan ekil 2.2 de verilmi tir. Uçak iskeleti konstrüksiyonunda alüminyum en ba ta gelen malzeme türüdür. ekil 2.3 de alüminyumun uçak iskeletinde kullan lma oranlar verilmi tir. Gelecekte, uçaklarda kompozitlerin kullan m oran n artmas yla alüminyumun öneminin belki bir miktar azalaca gözükse de yüksek mukavemetli alüminyum ala mlar uçak iskeletinde önemli bir malzeme olmaya devam edecektir. Alüminyumun avantajlar dü ük maliyetli olmas, oldukça yüksek mukavemetlere l i lemle ula abilen hafif bir metal olmas ve yüksek performansl malzemelerin ekil 2.2 Audi A8 model otomobilde kullan lan alüminyum parçalar (Özcömert 2006)

18 7 ekil 2.3 Uçak iskeletinde alüminyum kullan (Campbell 2006) içinde, i lenebilirli i dü ük maliyetli olan malzemelerden biri olmas r (Campbell 2006). Alüminyum sac n ekillendirilebilirli i, normal proses artlar alt nda tipik bir yumu ak çeli inkinden daha dü üktür. Bunun anlam bir proses ad nda ayn deformasyon yolu boyunca alüminyumun ula abilece i maksimum B D miktar çeli inkinden daha azd r. Bu nedenle alüminyumun kal planma prosesi yumu ak çeli inkinden çok daha kritiktir. Bu çal mada incelenecek olan ala ml alüminyum saclardan; AL 5754 otomotiv sektöründe, AL 2024 de hava ta tlar nda en çok kullan lan malzemelerdir. AL 5754 l i lemle sertle emeyen, AL 2024 ise l i lemle sertle tirilebilen ala m grubuna girer. Bu malzemeler hakk nda daha detayl bilgi a da anlat lm r Al 5754 ala ml alüminyum sac 5000 serisinde (Al-Mg ala ) yer alan Al 5754 ala ml alüminyum sac n genel özellikleri orta dereceli mukavemete sahip olmas, muhte em korozyon direnci, yüksek tokluk ve iyi kaynaklanabilirlik olarak s ralanabilir. Bu özelliklerinden dolay Al 5754 in aat, otomotiv ve denizcik sektörlerinde kullan r. Özellikle otomotiv sektöründe yo un olarak kullan lan Al 5754 ün mukavemeti

19 8 dü ük karbonlu çeli inkine yak n olmas na ra men ekillendirilebilirli i ve rijitli i daha azd r (Boogaard 2002). Di er ala ml alüminyum saclarla kar la ld nda 5XXX serisi alüminyum saclar daha fazla ekillendirilebilirli e sahiptir. Bu ala mlar n bir dezavantaj ekillendirilmeleri sonucunda yüzeylerinde lüder bantlar ya da Hartman çizgileri olarak bilinen ve düzensiz bir görünüme neden olan bantlar n olu mas r. Malzeme gerdirilirken ekil 2.4a da görülen uzama-yük diyagram nda üst akma noktas na ula nda, deforme olmu metalin gerilme konsantrasyonu olan bölgesinde gözle görülür ekilde bir bant olu ur. Band n olu mas yla birlikte yük alt akma noktas na dü er ve bant numune boyunca ilerler. Akma noktas uzamas nda her ç nt yeni bir Lüder band na kar k gelir. Lüder bantlar n olu mas n nedeni malzemenin heterojen bir ekilde akmas r (Dieter 1988). Lüder banlar n olu umuna akma noktas uzamas n yan nda dinamik deformasyon ya lanmas ya da Portevin Le Chatelier etkisi olarak bilinen olay n da neden oldu u belirtilmi tir (Boogaard 2002). Bu olay oda s cakl nda Al-Mg ala mlar n akma e risinin t rt ll bir yap da olmas na neden olur ekil 2.4b). Dinamik deformasyon ya lanmas n fiziksel aç klamas dislokasyonlar ve ala mda çözünen atomlar aras ndaki etkile imle aç klanmaktad r. Buna göre dislokasyon hareketi çözünmü Mg atomlar taraf ndan engellenir ve böylece akma gerilmesi yükselir. E er dislokasyonlar yava hareket ederse (dü ük D h ) dislokasyonlar çözünmü atomlardan geçer fakat sonra di er engellerle (a) (b) ekil 2.4 Lüder bantlar n olu umu (a) Akma noktas uzamas, (b) Dinamik deformasyon ya lanmas (demirde) (Dieter 1988)

20 9 veya çözünmü atomlarla kar la r. Böylece dislokasyon hareketi daha fazla engellenir. Bu engelleme akma gerilmesini defalarca art r. Makroskobik ölçekte tek bir dislokasyonun davran gözlemlenemez ve akma gerilmesinde sürekli bir artma olur. Bu pekle me etkisi dinamik deformasyon ya lanmas olarak bilinir. Lüder bantlar n olu umunu engellemek için endüstride genelde kullan lan bir çözüm, metali ama noktas n ötesine kadar haddeledikten sonra ya lanmas na izin vermeden ekillendirmektir (Dieter 1988). AL 5754 l i lemle sertle meyen alüminyum ala mlar ndand r. Bu nedenle dayan, çökelme mukavemetlenmesi ile art lamad için, deformasyon sertle mesi ile art r. Bunun nedeni ala m içerisindeki Mg elementinin çözünürlü ünün %10 dan fazla olmas ndan dolay, Al 5754 ün içerisindeki % 3 civar ndaki Mg miktar yla kat çözelti halinde olmas ndand r. Al 5754 l i lem uygulanamaz ala mlar s na girse de burada kastedilen Al 5754 ün çökelme sertle mesi ile mukavemetinin art lamad r. Al 5754 için tavlama l i lemini uygulamak mümkündür. Deformasyonla metalin mikro yap de ir ve en önemlisi dislokasyon yo unlu u artarak malzeme pekle ir. Belirli bir periyotta s cakl k art rsa dislokasyon yo unlu u dü er ve en az ndan bölgesel olarak malzeme yumu ar. Bu olayda dislokasyonlar yeniden düzenlenerek en dü ük enerjili konuma geçerler ve dislokasyon yo unlu u bölgesel olarak azal r fakat malzeme yeniden kristalle mez. Bu olay Al-Mg ala mlar nda C aras nda bile gerçekle ebilir. Sadece yeniden kristalle me ile deformasyonun mekanik etkisi tümüyle yok edilebilir. Bu da Al-Mg ala mlar için 250 C nin üzerinde gerçekle ir (Boogaard 2002). Al 5754 so uk deformasyonla sertle tirildi i için yüksek s cakl k uygulamalar nda kullan lamaz. Çetin (2005) çal mas nda %76 deformasyon oran nda haddelenmi Al 5754 malzemeyi de ik s cakl klarda tavlayarak bunun mekanik özelliklere etkisini incelemi tir. 310 C ve 410 C aras nda de en tavlama s cakl klar nda malzemenin akma ve çekme mukavemetinde önemli bir de ikli in olmad belirtmi tir. Yüzde uzama de erleri olarak 310 C de yap lan tavlamada % 20,8 ve 380 C de yap lan tavlamada da % 22,65 uzama de erleri elde etmi tir. Sac malzemenin ekillendirilebilirli ini belirlemek için 4 saat tavlanm malzemelere uygulanan

21 Erichsen deneyi sonucunda 310 C de 9,05 mm; 410 C de ise 9,32 mm Erichsen derinli i elde edilmi tir Al 2024 ala ml alüminyum sac Al-Cu-Mg ala m grubu içerisinde yer alan ve uçak sanayinde çok kullan lan Al 2024 ala n mukavemet ve yüzde uzama de erleri l i lem durumuna göre de mekle birlikte, tipik olarak çekme mukavemeti 470 MPa, akma mukavemeti 325 MPa ve yüzde uzamas 20 dir. Al 2024 korozyon direnci di er ala mlar kadar iyi olmay p kaynaklanabilme kabiliyeti kötüdür. Bu nedenle daha çok mekanik olarak birle tirilir. Is l i lem uygulanabilen alüminyum ala mlar ndan olan Al 2024 ün mukavemeti çökelme sertle mesi l i lemi ile art labilir. Bu l i lemde Cu, CuAl 2 Mg bile i olarak tane s rlar nda çökelir. Bu çökeltiler dislokasyon hareketini zorla rarak mukavemetin artmas sa larlar (Askeland 2002). Çökelme sertle mesi do al ya land rma ile yap rsa malzeme T4, yapay ya land rma ile yap rsa da T6 temper i areti al r. Farkl alüminyum ala mlar nda T4 temperinin malzemelerin akma mukavemetine etkisi ekil 2.5 de görüldü ü gibi de ikler göstermektedir. Al 6061 ve Al 7075 ala mlar n akma mukavemeti do al ya lanma süresince sürekli olarak de irken, Al 2024 ün belirli bir do al ya lanma süresi sonras nda kararl hale gelmesi bu ala mlar n bir avantaj r. ekil 2.5 Farkl alüminyum ala mlar için do al ya land rma zaman ile akma mukavemetinin de imi (ASM Heat Treating Handbook)

22 ekillendirilebilirli i Belirlemede Kullan lan Deneyler Saclar n ekillendirilebilirli ini belirlemede kullan lan deneyleri Banabic (2000) dört gruba ay rm r. Bunlar: Benzetim deneyleri (Simulating tests): Bu deneylerde gerçek ekillendirme i lemlerindekine benzer deformasyonlar olu turulur. Mekanik deneyler: Çekme ve sertlik deneyleri r kubbe yüksekli inin (Limiting Dome Height) ölçüldü ü deneyler SD nin olu turuldu u deneyler Sac ekillendirme prosesleri iki temel deformasyon çe idi ile karakterize edilir. Bunlar çekme ve e me i lemleridir. Çekme i lemi, B D lerin durumuna göre gerdirme ( 1 0 ; 0 2 ) ve derin çekme ( 1 0 ; 0 ) olarak ikiye ayr r. Burada 2 1 ; ekillendirme s ras nda herhangi bir noktadaki en büyük B D de eri ve 2 ; 1 D sine dik do rultudaki B D de eridir. Bu deformasyon tiplerini olu turabilecek çe itli ekillendirilebilirlik deneyleri geli tirilmi tir. Bu deneyler a da detayl ca anlat lacakt r Benzetim deneyleri (Simulating Tests) Benzetim deneylerinde gerçek ekillendirme i lemlerindekine benzer deformasyonlar olu turulur. Bu deneylerin nas l yap ld, kullan lan tak m ekli ve boyutlar gibi detaylar EK-A da verilmi tir. A da da bu deneylerden k saca bahsedilmi tir Stampa ile gerdirme deneyleri Sac metallerin ekillendirilebilirli ini de erlendirmede ilk deney 1914 y nda Erichsen taraf ndan önerilmi tir. Bu deneyin kapsam bir sac numuneyi yar küresel bir stampa ile y rt ncaya kadar gerdirmekten ibarettir. Stampan n ilerleme miktar

23 12 ya da kubbe yüksekli i milimetre olarak Erichsen indeksi (IE) olarak bilinir ve ekillendirilebilirli in bir ölçüsüdür. Kubbe yüksekli i maksimum yüke ula lan anda ölçülür de Olsen, Erichsen deneyine benzer bir deney önermi tir fakat burada tak mlar n boyutlar farkl r. Bu deneylerin do rulu u küçük boyutlarda tak m kullanmalar, numunenin sa kl olarak sabitlenememesi ve kötü ya lamadan dolay dü üktür (Banabic 2000). Ayr ca Erichsen ve Olsen deneyinden elde edilen kubbe yüksekli i ile pekle me üssü n nin ili kili olmas gerekirken bu ili ki deneyler sonucunda bulunamam r (Taylor 1993). Ericsen ve Olsen deneylerindeki hatalar gidermek için Hecker 1974 de sac n daha büyük çapta bir stampa ile gerdirildi i ve süzdürme çubuklar yla tutuldu u bir deney önermi tir. Hecker deneyinde de ekillendirilebilirlik y rt lma ba lang na kadar ki stampa ilerlemesi ile belirlenir. Erichsen ve Olsen deneylerinde tekrarlanabilirlik dü ükken, Hecker deneyinde daha iyidir. Ço u karma k parçalar n derin çekilmesi i leminde hasarlar düzlem B D bölgesinde ortaya ç kar. Ghosh 1975 de bu B D hallerininin benzetimini yapmak için Hecker deneyinde modifikasyon önermi tir. Bu amaçla Hecker deneyinin deney düzene ini ve de ik geni likte numuneleri kullan larak LDH; Limiting Dome Height deneyi geli tirilmi tir. De ik geni likteki numunelerden düzlem B D art n olu tu u numunedeki y rt lma yüksekli ini kullanarak ekillendirilebilirli i belirlemi tir (Banabic 2000). Bu deney ileride daha detayl aç klanacakt r Derin çekme deneyleri 1930 da Sachs kama eklindeki bir numuneyi gerdirme yöntemiyle derin çekme prosesinin bir bölgesinin benzetimini yapmaya çal r. Günümüzde pek kullan lmayan bu deney, basit ekilli numunelerin kullan lmas ve deneyin basit tezgahlarda gerçekle tirilebilmesi aç ndan avantajl iken, gerçek derin çekme prosesindeki e me ve sürtünme artlar olu turamaz. Fukui 1939 da konik kap deneyi olarak bilinen ve konik di i kal p kullanarak yap lan bir derin çekme deneyi önermi tir. Bu deneyin avantaj ekillendirilebilirli in ölçüsü olan çap oran n D D0 (D: Y rt lma an nda kab n üst çap D 0 : lkel çap) tek bir deneyde elde edilebilmesidir.

24 13 Derin çekme artlar n olu turularak ekillendirilebilirli in belirlendi i en önemli deney 1954 y nda Swift taraf ndan önerilmi tir. Bu deneyde de ik çaplarda silindirik parçalar derin çekilerek s r çekme oranlar (LDR) belirlenir. LDR ba ar yla çekilen en büyük ilkel sac çap n, stampa çap na oran r (LDR=D max /d). Bu deneylerde, LDR ekillendirilebilirli in bir ölçüsü olarak al r. Uluslar aras derin çekme ara rma grubu (IDDRG) taraf ndan Swift metodu, standart bir deney olarak dü ünülerek çokça kullan lm r. Ancak Swift ve arkada lar n tek bir deney yaparak ekillendirilebilirlik için bir indeks elde etme çal malar ba ar z olmu tur. Yani en büyük ilkel çap deneme yolu ile bulunur. Bahsedilen derin çekme deneylerinden Swift in önerdi i deney en do ru sonuçlar veren en güvenilir deneydir (Banabic 2000) Birle tirilmi derin çekme deneyleri Ço u ekillendirme operasyonu gerdirme ve derin çekme i lemlerini beraberce içerir. Örne in kare kaplar kö elerinden derin çekilir yan taraflar ndan ise gerdirilir. Bu i lemlerin benzetimini yapmak için birle tirilmi derin çekme deneyleri geli tirilmi tir. Bu deneylerden en çok bilineni Swift ve Fukui taraf ndan önerilmi tir. Swift önerdi i deneyde, önceki bölümde önerilen derin çekme deneyinden farkl olarak silindirik stampa yerine yar küresel bir stampa kullanm ve böylece numunenin ortas n gerdirilmesini ve yan duvarlar n derin çekilmesini sa lam r. Bu deney de numune y rt ncaya ya da kuvvette bir dü me görülünceye kadar sürdürülür. Sonuçta kap yüksekli i ekillendirilebilirli in ölçüsü olarak al r. Swift deneyinin sonuçlar na göre kap yüksekli i R n, n ve sac kal nl ile artar. Fukui nin önerdi i deneyde, konik kap deneyinden farkl olarak küresel bir stampa uç kullanm r. Numuneler bask plakas ile ortalan p tutulduktan sonra, rt ncaya kadar ekillendirilir. ekillendirilebilirli i ölçmek için konik di i kal n taban çap n parçan n çap na oran kullan r (Banabic 2000).

25 E me deneyi Sac metalin gerdirme olmadan ne kadar e ilebildi ini belirlemek için e me deneyi yap r (ASTM E 290). Bu deneyin en basit yöntemi sac mengene de e me kal ile s rd ktan sonra elle ya da metalik olmayan bir tokmakla kal p üzerine do ru e mekten ibarettir. E er numune 180 den fazla e ilirse daha küçük radyüse sahip kal p kullan larak deney tekrarlan r. Bu deneyde ekillendirilebilirli in ölçüsü belirli bir radyüs için numunenin e ilme aç r Gerdirerek e me deneyi me ile birlikte gerdirmeye de maruz kalan saclar n ekillendirilebilirli ini de erlendirmek için 1981 de Demeri gerdirerek e me deneyini önermi tir. Bu deneyde ekillendirilebilirli in ölçüsü stampan n saca temas ettikten sonra, sac rt ncaya kadar ki ilerleme mesafesidir. Deneyler sonucunda sac n y rt lma yüksekli inin artan stampa radyüsü, sac kal nl ve ya lay kullan ile artt gözlemlenmi tir S r Kubbe Yüksekli i (Limiting Dome Height) Deneyi Hecker deneyinden farkl olarak Ghosh LDH deneyinde de ik geni li e sahip, dikdörtgen eklindeki numuneleri kullanmay önermi tir. Bu deneyde farkl geni likteki numuneler, daire eklinde süzdürme çubuklar ile tutularak 100 mm çapl ve kubbe ekilli bir stampa ile hasar olu uncaya kadar gerdirilir. Düzlem D nin olu tu u numunedeki, y rt lman n ba lad kubbe yüksekli i ekillendirilebilirlik ölçüsü olarak de erlendirilir. Düzlem B D; numune boyu uzarken sadece kal nl n azald dolay yla numune geni li inin de medi i ( 2 =0) durumdur. Prensip olarak bu deney geni bir aral kta y rt lma B D lerini elde etmede ve belirli operasyonlar için en uygun malzeme seçiminde kullan labilir. Esasen pratikte ço u üretim hasarlar düzlem B D halinde olu ur. Bu nedenle düzlem B D durumundaki kubbe yüksekli i LDH 0 ekillendirilebilirli in bir ölçüsü olarak al nmaktad r.

26 15 Düzlem B D halinin olu tu u numune geni li i malzemenin bir karakteristi idir. LDH 0 de erlerinin büyük ölçüde de mesinden dolay avantajlar na ra men LDH deneyi endüstride fazla kullan lmamaktad r. Wagoner bu problemi a mak için OSUFT yöntemini önermi tir. Bu yöntemde kal plar n ekli FE simülasyonlar ile mümkün oldu unca düzlem B D ye yak n B D durumlar elde etmek için optimize edilmi tir. Sonuçlar endüstriyel uygulamalarla iyi bir uyumun oldu unu ve da kl n giderildi ini göstermektedir (Banabic 2000) Mekanik Deneyler Benzetim deneyleri için özel ekipmanlar gereklidir ve elde edilen sonuçlar sadece özel ekillendirme proseslerinde kullan labilir. Elde edilen sonuçlar ekillendirme prosesleri için genelle tirilemez. ekillendirilebilirli i ölçmede malzeme parametreleri kullan larak bu olumsuzluklar n üstesinden gelinebilir. Lankford ve ark. (1950) anizotropi katsay R nin ve pekle me üssü n nin ekillendirilebilirlik ile büyük ölçüde ili kili oldu unu belirtmi lerdir. Çekme deneyi ile belirlenebilen bu parametrelerin ekillendirilebilirlikle ili kisi ileride detayl ca anlat lacakt r. ekillendirilebilirlik hakk nda bilgi veren di er mekanik deneylere sertlik ve düzlem B D çekme deneyi örnek olarak verilebilir ekillendirme S r Diyagramlar ( SD) Benzetim deneyleri (Olsen, Erichsen, Swift Cup, Hecker, Fukui vb.) ile gerçek ekillendirme operasyonlar na benzer artlar olu turularak (gerdirme ve derin çekme gibi) malzemenin ekillendirilebilirli i hakk nda yeterli kan ya var lamaz. Çünkü bu deneylerde üretim prosesleri tam olarak modellenemez, malzeme kalitesinin yan s ra kullan lan malzemenin boyutu, ya lama artlar, deney ekipman n standard da deneylerde elde edilen sonuçlar çok fazla etkiler.

27 16 elde edilen kap yüksekli i veya s r çekme oran gibi bir bilgi malzemenin kal plama performans hakk nda fazla bilgi veremez Benzetim deneyleri ancak farkl malzemelerin ekillendirilebilirliklerini kar la rmak amac yla kullan labilir. Mekanik deneyler de malzemenin ekillendirilebilirli i hakk nda kaba bir bilgi verir. Buna kar n, ekillendirme s r diyagramlar ( SD) ekillendirilebilirli i belirlemede etkin bir araç olup, bu grafiklerin simülasyonlarda kullan lmas yla malzemenin kal plama performans hakk nda büyük ölçüde bir fikir elde edilebilir. Sac metaller bölgesel boyunla ma ve y rt lma olu madan önce, ancak belirli s rlara kadar deforme edilebilirler. Bu s r sacda olu an B D lerin kombinasyonuna örne in büyük (majör, 1) ve küçük (minör, 2 ) B D lerin oran na ba r (Taylor 1993). Saclardaki majör ve minör s r B D ler hesap edilerek, sac metallerin ekillendirilebilirli ini belirlemede ve ekillendirme prosesini de erlendirmede en çok kullan lan araç olan ekillendirme s r diyagramlar olu turulur (NGTC 2005). Örnek bir SD ekil 2.6 da verilmi tir. Grafikte belirtilen çizgiye ekillendirme s r risi (FLC; Forming Limit Curve) denilmektedir. Basit olarak SD bir sac n hangi s rlara kadar y rt lmadan uzayabilece ini belirtir. SD de ekillendirme s r risini olu turan 1 ve 2 B D leri, sac üzerinde daire veya kare eklinde olu turulan ve grid ad verilen ablonlar n, sac n y rt lma an na kadar ekillendirilmesi sonunda, y rt lma bölgesindeki gridlerin ölçülmesi yoluyla hesap edilir. SE nin alt ndaki B D ler güvenilir de erleri, üzerindeki B D ler ise rt lmalar n olu tu u de erleri vermektedir. Yani gerçek bir ekillendirme leminde parçan n farkl bölgelerinde olu an de ik B D ler bu çizginin üzerinde kald zaman sacda y rt lma olu ur. 2 de erinin s r oldu u B D haline düzlem D (plane strain) hali denir ve sac ekillendirmede ço u y rt lma hasar bu B D halinin olu tu u durumda meydana gelir. Y rt lman n olu tu u bu de er SD 0 ile gösterilir.

28 17 ekil 2.6 Çelik için tipik SD Bu alandaki ara rmalar ilk olarak 1961 y nda Keeler taraf ndan ba lat lm r. Keeler ve Bachofen (1963) ba lang çta daire eklinde olup sonra elips eklini alan gridler yard yla, de ik ya lama artlar ve stampa ekli için iki eksenli gerdirmeden( 1 >0, 2 >0) sonra y rt lma an ndaki maksimum asal B D ye kar k gelen minimum asal B D leri bulmu lard r. Bu yolla Keeler s r B D de erlerini gösteren bir e ri elde etmi tir ( ekil 2.7). Keeler dan sonra Goodwin 1968 de yapt çal mada de ik mekanik deneyler kullanarak çekme/basma bölgesi ( 1 >0, 2<0) için bir e ri elde etmi tir. Keeler ve Goodwin in grafikleri, birlikte y rt lma an ndaki 1 ve 2 de erlerini vermektedir. Bu halen ekillendirme s r diyagram ( SD) olarak an lmaktad r ekil 2.8). SD leri sacda de ik B D yollar olu turularak elde edilir. Örne in ekil 2.9 de görülen B D yollar ndan (1) saf kayma gerilmesi, (2) tek eksenli ekil 2.7 Keeler taraf ndan elde edilen SD (Keeler 1961) ekil 2.8 Keeler ve Goodwin taraf ndan tan mlanan SD (Goodwin 1968)

29 18 ekil 2.9 SD'de de ik B D yollar (Quaak 2008) gerilme, (3) düzlem gerilme ve (4) de iki eksenli gerilme halinde ortaya ç kar. Bu D yollar farkl geometri ve boyuttaki numunelerin ve kal plar n kullan lmas ile elde edilir. SD ler bir malzemenin ekillendirilebilirli ini göstermenin yan nda endüstride parça üretiminde ba ar z tasar mlardan sak nmak için de kullan r. Bu yöntemle derin çekme için güvenli aral k, boyunla man n ve y rt lman n olu aca muhtemel bölgeler, B D nin derecesi yani ekillendirme s na ne kadar yakla ld ve uygun çal ma artlar (bask plakas, ya lama vs.) belirlenebilir. Bu yöntem pratikte uygulan rken, ilk olarak tasar mc taraf ndan imal edilecek parça için ekil, ölçüler, malzeme, ekillendirme yöntemi ve kal plar belirlenir. Bu amadan sonra parçada ekillendirme s ras nda olu acak maksimum B D lerin belirlenmesi amac yla sonlu elemanlar program ile analizler yap r ve parçada olu acak B D de erleri hesaplan r. Sonra bu de erler daha önce sonlu elemanlar program na girilmi olan malzemenin SD ile kar la r. Sonuçta ekillendirme ras nda olu acak boyunla ma ve y rt lma bölgeleri tahmin edilir. Yap lan analiz sonucunda parçada hasar beklenmiyorsa ekillendirmenin derecesi yani B D lerin ekillendirme s na uzakl belirlenir. E er parçada hasar olu aca tespit edilmi ise çal ma artlar (bask plakas kuvveti, ya lama), parçan n tasar (radyüsler, aç lar) veya malzeme (kalite, kal nl k) de tirilerek hasars z bir üretim için modifikasyonlar yap r. Sonlu elemanlar program na SD nin yan nda buru ma r diyagram da girilerek buru ma bölgeleri de tahmin edilebilir.

30 19 SD lerden ba ka sac malzemelerde deformasyon s belirlemede kullan lan bir yöntem de ekillendirme s r gerilme diyagramlar r (FLSD; Forming Limit Stress Diagram). SD ler ile ön gerinim uygulanm ve ekillendirme s ras nda B D yolu (minör B D nin majör B D ye oran ; 2 1 ) de en malzemeler için deformasyon s do ru bir ekilde tahmin edilememektedir. Bu nedenle karma k ekillendirme i lemlerinin analizinde SD ler kullan lamamaktad r. Literatürde FLSD nin önceki deformasyonlardan ve deformasyon yolundan ba ms z oldu u için kullan lmas gerekti i belirtilmi tir (Kaluza ve ark. 2002). ekil 2.10 da örnek bir FLSD görülmektedir. Bu grafikte belirtilen noktalar sac n y rt ld andaki maksimum ve minimum asal gerilmeleri göstermektedir. FLSD çekme deneyinden elde edilen bilgiler ve y rt lma an ndaki D de erleri yani SD kullan larak Arrieux (1982) taraf ndan önerilen bir matematik model yard yla olu turulur. ekil 2.10 ekillendirme S r Gerilme Diyagram (Kaluza ve ark. 2002)

31 ekillendirme S r Diyagramlar n Olu turulmas SD lerin olu turulabilmesi için sac malzemenin boyunla ma ba lang na kadar olan B D s n belirlenmesi gerekir. SD lerin elde edilmesi i lemi üç amadan olu ur. lk olarak belirli ekle ve boyuta sahip numuneler üzerinde deformasyon miktar n ölçülebilmesi amac yla daire veya kare eklinde gridler olu turulur. Sonra gridlenmi sacda boyunla ma veya y rt lma olu uncaya kadar sac deforme edilir. Son olarak da deformasyon sonucu boyunla ma bölgesindeki veya rt lma bölgesine kom u, ekil de tirmi gridler yard yla minör ve majör asal eksen do rultular ndaki deformasyon miktarlar ölçülerek 1 ve 2 asal B D leri hesap edilir. Bu de erler SD üzerinde i aretlenerek ekillendirme s r e risi (Forming Limit Curve) olu turulur. Geni aral kta bir SE elde edilebilmesi için numune geni likleri de tirilerek farkl B D yollar ve de erleri elde edilir Gridleme i lemi Sac üzerinde küçük çapl dairelerin olu turularak ekillendirilebilirli in belirlendi i grid analiz sistemi ilk defa Keeler taraf ndan 1965 y nda önerilmi tir. Keeler (1968) grid analiz sisteminin esas olarak iki amaçla kullan ld belirtmi tir. Birincisi sac n ekillendirilmesi sonucunda olu an a r deformasyon bölgelerinin ve maksimum B D lerin yönünün ve büyüklü ünün ve B D da n görsel olarak belirlenmesidir. kincisi ise SD yard yla sacda y rt lma hasar na ne kadar yakla ld n hesaplanmas r. Grid analizi için sacda de ik boyut ve ekillerde ablonlar olu turulabilir. ekil 2.11 de örnekleri görülen bu ablonlar n boyutlar 1,25~ 6 mm aral nda de mektedir. Küçük boyutta grid kullan ld zaman, boyunla bölge içerisinde ölçüm yap lmas olas vard r. Büyük boyutta gridler kullan ld zaman da yeterli do ruluk elde edilememektedir (Smith ve Lee 1998). Bu nedenle genelde 2,5 mm boyutunda gridler kullan lmaktad r. E rilik yar çap 50 mm oldu u zaman 2,5 mm

32 21 Nokta Kare Daire Benek Kombinasyon ekil 2.11 Genellikle kullan lan grid ablonlar ölçüsüne kadar olan gridlerde, e rili in neden olaca hata, kabul edilebilir s rlar içerisinde kalmaktad r (ASTM E2218). Grid olu turma i leminin serigrafi ( pek bask ), fotokimyasal gridleme, elektrokimyasal gridleme ve lazer gridleme gibi yöntemleri vard r. Her yöntemin kendine göre avantaj ve dezavantaj bulunmaktad r. Sac n yüzeyinde olu turulan gridlerin, deformasyondan etkilenmemesi, sürtünme ve ya lama gibi proses artlar na kar direnç göstermesi gerekir. Bunun yan nda gridlerin yüksek do rulukta, yüksek çözünürlükte elde edilmesi ve yöntemin uygun maliyetli olmas da gerekir. Bu özellikler dikkate al nd nda gridleme yöntemlerinden en uygunu serigrafi yöntemi olmaktad r. Yukar da belirtilen gridleme i lemlerinin uygulan, avantaj ve dezavantajlar Ozturk ve ark. (2009) yapt klar çal mada detayl ca anlatm lard r ekillendirme lemleri SD ler mümkün oldu unca, endüstride sac ekillendirme proseslerinde olu an B D leri kapsamal r. Bu nedenle deney sonucu elde edilen diyagramlar dengelenmi iki eksenli gerilme durumundan ( 1 2 ), saf kayma gerilmesi durumuna ( 1 2 ) de ik yükleme yollar kapsamal r. Bu durumu sa lamak için çe itli ara rmac lar n yapt farkl kal plar, deney numuneleri ve ekillendirme yöntemleri a da anlat lm, daha detayl bilgiler de EK B de verilmi tir.

33 22 Düzlem D ekillendirme Deneyleri Düzlem d ekillendirme deneylerinde sac küresel veya yar küresel bir stampa ile ekillendirilir. Bu deneylerde sürtünme etkilidir. Ayr ca büyüklü ü sac kal nl ile e rili e ba olan e me B D leri olu ur. Sürtünme ve e rilik büyük D gradyanlar n olu mas na yol açar (Raghavan 1995). Bu deney ilk olarak Keeler ve Bachofen (1963) taraf ndan önerilmi tir. Keeler ve Bachofen çal malar nda de ik B D yollar elde edebilmek için stampa eklini de tirmi ler ayr ca kuru ve teflon film ile ya lama artlar nda deneylerini gerçekle tirmi lerdir. Hasek, deneyinde de ik B D yollar elde edebilmek için daire eklinde numunelerde, farkl radyüslerde çentik olu turulur. Bu yöntem numunelerin haz rlan bak ndan zordur. Nakazima deneyinde de ik geni likte, dikdörtgen eklinde numuneler kullan r. Numune geni liklerinin ve ya lama artlar n de tirilmesiyle SD nin sol ve sa taraf elde edilir. Bu deneyin avantaj kullan lan kal n ve numunelerin üretiminin basit olmas ve SD nin tüm bölgesinin elde edilebilmesidir. Kubbe gerdirme deneyi (Dome stretching test) olarak da bilinen bu deney yöntemi günümüzde en çok kullan lan düzlem d ekillendirme deneyidir (Banabic 2000). Düzlem ekillendirme Deneyleri Düzlem ekillendirme deneylerinden en çok kullan lan Marciniak ve Kuczynski (1967) taraf ndan önerilen ve dairesel geometride bir sac n silindirik bir stampa ile direkt olarak de il de ortas delik bir ara sac yard yla y rt lma olu uncaya kadar deforme edildi i deneydir. Daha sonra Raghavan (1995) Marciniak deneyini temel alarak yeni bir deney önermi tir. Bu deneyde de ik geometri ve geni likte deney numuneleri ve ara sac kullanarak geni aral kl bir SD elde etmeye çal r. Holmberg ve ark. (2004) SD nin h zl ve basit bir ekilde belirlenebilmesi için çekme deneyi cihaz nda yap lan ba ka bir düzlemsel deney geli tirmi lerdir. Bu deneyde deney numunelerinin ölçüleri de tirilerek SD nin sadece sol taraf elde edilebilmi tir. Di er deneylere göre avantajlar h zl ve basit bir ekilde yap lmas, çekme cihaz d nda ba ka bir ekipmana ihtiyaç olmamas ve sonuçlarda sürtünmenin etkisinin olmamas r.

34 23 Bu yöntemlerden en çok kullan lanlar Nakazima Deneyi ve Marciniak deneyidir. Marciniak deneyinde numune ve ara sac geometrilerinin üretiminin zor olu u nedeniyle pratikte SD leri belirlemek için daha çok Nakazima deneyi kullan r. Bu nedenle yap lan bu çal mada da SD leri belirlemede Nakazima deneyi kullan lm r Gridlerin ölçülmesi SD lerin çizilebilmesi için sac üzerinde olu turulan gridler yard yla ekillendirme s gösteren bölgelerdeki deformasyon miktar n do ru bir ekilde ölçülmesi gerekir. Sac malzemelerin ekillendirme s boyunla ma ba lang n oldu u B D de erleridir. Boyunla ma ba lang (incipient necking) lokal olarak alan daralmas n olu tu u yani deformasyonun hissedilebildi i fakat gözle görülemedi i olayd r (Smith 1998). Gerek düzlem ekillendirme deneylerinde gerekse düzlem d ekillendirme deneylerinde, deneyin sac n boyunla maya ba lad anda durdurulup, bu bölgeden B D de erlerinin ölçülmesi SD lerin ideal olarak olu turulmas için gereklidir. Fakat boyunla ma ba lang n fark edilmesinin zor olu undan dolay deneyler ancak y rt lman n ya da tam boyunla man n olu tu u anda durdurulabilmektedir. Bu ekilde yap lan deneyler sonucu ekillendirme s belirlemek üzere gerçek y rt lma, geli mi boyunla ma, boyunla ma ba lang ve güvenli bölgelerdeki gridlerin ölçülebilece i belirtilmi tir (Smith 1998). Gerçek k lma bölgesindeki B D lerin ölçülebilmesi için iki yol vard r. Birincisi y rt lm gridlerin birle tirilerek ölçüm yap lmas r. Bu yöntemin do rulu u azd r. kincisi y rt a kom u gridlerin ölçülmesidir. Bu yöntem ile yap lan ölçümlerde B D de erlerinin çok de ken olmas ve y rt lma bölgesinden uzakta olu u nedeniyle gerçek y rt lma B D si de erleri ifade edilememektedir. Boyunla ma ba lang n meydana geldi i B D de erlerinin tespit edilebilmesi için boyunla ya da y rt lm bölgenin kar taraf ndan ölçüm yap lmas gerekir (Smith 1998). Gridlerin ölçülmesi için iki ana yöntem vard r. Birincisinde gridler manüel olarak skalal mikroskop, ölçekli büyüteç veya Mylar eridi kullan larak ölçülür.

35 24 Di er yöntemde ise otomatik grid ölçme sistemleri kullan r. Bu sistemlerde gridler foto raf üzerinden görüntü i leme yaz mlar ile ölçülür. Manüel grid ölçme yöntemlerinin çok fazla u ra gerektirmesi, hatalardan kaç nmak için nitelikli personel gerektirmeleri ve do ruluklar n az olu u nedeniyle daha çok otomatik grid ölçme sistemleri, kullan lmaktad r. Grid ölçme yöntemlerinin çe itleri, özellikleri ve do ruluklar ile ilgili daha detayl bilgi yazar n da aralar nda bulundu u Ozturk ve arkada lar n çal mas nda (2009) ve EK C de bulunabilir ekillendirme S r Diyagramlar Belirlemede Kullan lan Teorik Modeller SD leri deneysel olarak olu turmak, özel ekipmanlar isteyen, zaman al ve zahmetli bir i oldu undan, sac metallerde B D s hesaplayarak SD lerin olu turulmas üzerine çe itli çal malar yap lm r ve sonuçta birçok matematik model geli tirilmi tir. lk teorik SD modelleri Hill in lokal boyunla ma ve Swift in yay lm boyunla ma modelleridir (Paraianu ve ark 2005). Bu teorik modellerde sac homojen kabul edilir. Daha sonra Marciniak ve Kuczynski (1967) sac metalde geometrik ve yap sal bir homojensizli i dikkate alarak teorik bir model geli tirmi lerdir. Sonraki y llarda M-K (Marciniak ve Kuczynski) ve Swift in modelleri temel al narak birçok çal ma yap lm r. Bu çal malar Banabic ve ark. (2007) ile Paraianu ve ark. (2005) taraf ndan özetlenmi tir. SD nin hesaplanmas ndaki ba ka bir yöntem de sac metalin y rt lma an na kadar depolad enerjinin hesap edilmesini temel alan sünek k lma kriteridir Hill in lokal boyunla ma kriteri Hill in kriterine göre lokal boyunla ma s r uzamaya sahip bir hat boyunca meydana gelir (Paraianu ve ark 2005). Bu varsay m Hill in teorisinin SD nin sol taraf için geçerli olmas na neden olur ve a daki gibi aç klanabilir. ekil 2.12 de 2' yönünde olu an lokal boyunla ma hatt nda d 0 d r. 2

36 d d cos d sin 0 olur. d 1 d tan mlan rsa 2 d d cos d sin olur. sin 2 1 tan 2 2 cos ve tan 1 ekil 2.12 Lokal boyunla man n olu mas bulunur. Burada sadece nun negatif de erleri için gerçek bir de ere sahip olur. Bu da 2 nin negatif olmas anlam na gelir. n K pekle me kural için Hill in teorisine göre B D s formülüyle bulunur. 1 n Swift in yay lm boyunla ma kriteri Yay lm boyunla ma için Swift in teorisi maksimum kuvvet kriterine (MFC; Maximum Force Criterion) dayan r. MFC ye göre yay lm boyunla ma, sac n daha fazla gerdirilmesine ra men kuvvetin artmad anda meydana gelir. B D nin d 1 kararl bir ekilde devam etmesi için art sa lanmal r (Boogaard 2002). 1 d SD nin sa taraf için Swift in geli tirdi i teoriye göre yay lm boyunla ma n(1 ) 2 ( 1)(2 2) oldu u zaman meydana gelir (Öztürk 2002).

37 Marciniak ve Kuczynski kriteri D s tahmin etmede en çok kullan lan model Marciniak ve Kuczynski nin geli tirdi i teoridir (Marciniak ve Kuczynski 1967). Bu teoriye göre karars zl n olu mas yani B D s de erine ula lmas, bir olu un büyük asal gerilmeye dik ekilde meydana gelip ilerlemesi ile olu ur ( ekil 2.13). Karars zl k an nda oluk içindeki B D art oluk d ndakinden çok daha fazlad r. Bu B D oran 10 oldu u zaman oluk d ndaki B D de eri s r B D olarak al r. M-K çal malar nda B D s (i) sac metalin homojensizli i b a f t0 t0, (ii) pekle me üssü n (iii) normal anizotropi R ve (iv) plastik B D nin ba lad de erin 0 bir fonksiyonu olarak ifade etmi tir. M-K e göre tüm sac metallerde kal nl n de mesinden dolay bir homojensizlik yani kusur vard r ve s r B D ye en çok ekil 2.13 Geometik M-K Modeli etki eden parametre f dir. Çal mada f, n, R ve 0 de erlerinin B D s na etkilerini gösteren grafikler verilmi tir. M-K teorisi orijinalde SD nin sa taraf için geli tirilmi tir. Bu aç dan sac metaldeki kusurun yönelimi sabittir. Hutchinson ve Neale (1978) taraf ndan M-K teorisi SD nin sol taraf hesaplayacak ekilde geni letilmi tir. Bu yakla mda kusur hatt n 2 yönüne göre belirli bir aç da ( ) yöneldi i varsay larak, daha önce tan mlanan her D yolu için en dü ük s r B D ye yol açan de erleri belirlenir Sünek k lma kriteri Sünek k lma kriterini kullanarak SD lerin tahmin edilmesine yönelik çe itli ara rmalar yap lm r. Bu tahmin, sünek k lma kriteri ile y rt lman n olu tu u D de erinin hesaplanmas na dayan r. Ozturk ve Lee (2004) çe itli ara rmac lar n önerdikleri sünek k lma kriterlerini kullanarak SD ler

38 27 olu turmu lar ve bunu deneysel SD ile de kar la rm lard r. Ara rmac lar n yapt klar çal mada ilk olarak çekme deneyinden elde ettikleri verilerle, en genel hali f 0 d C eklinde olan genelle tirilmi plastik i kriteri ile C katsay hesaplanm r. Sonra sonlu elemanlar program nda düzlem d deneyin simülasyonu yap larak buradan elde edilen e de er gerilme ve e de er B D de erleri ile yeni bir C katsay hesaplanm r. Simülasyonda stampan n her ilerleyi inde hesaplanan de er ile deneysel olarak elde edilen de erler kar la larak hesaplanan de erin deneysel olarak elde edilen de ere e it olmas durumunda y rt lman n olu tu kabul edilmi tir. Hesaplamalarda hem Hill hem de Von-Mises akma kriterleri kullan lm r. Simülasyonlarda kritik de ere ula lan eleman n majör ve minör B D de erleri kullan larak SD olu turulmu tur. Bu i lem çal mada belirtilen tüm sünek k lma kriterleri için tekrarlanm r. Sonuçta sünek k lma kriteri kullan larak SD nin sol taraf için k lma tahminlerinin oldukça ba ar oldu u ancak SD nin sa taraf için ayn ba ar n elde edilemedi i bulunmu tur. Ara rmac lar bu kriterlerin sac metaller için SD tahmininde direkt olarak kullan lamayaca daha çok modifikasyon ve incelemelerin yap lmas gerekti ini belirtmi lerdir Teorik Modellerin De erlendirilmesi SD lerin tahmin edilmesine yönelik birçok teorik model geli tirilmesine ra men tüm malzemeler için uygulanabilen genel bir model yoktur. Ayr ca SD nin tahmini yo un bir matematik ve mekanik bilgisi ile çok karma k hesaplamalar gerektirmektedir (Slota ve Spisak 2005). Bunun yan nda ço u model SD nin tüm bölgesini tahmin edememektedir. Örne in Hill in kriteri SD nin sol taraf, Swift in kriteri de sa taraf tahmin edebilmektedir. Ozturk ve Lee (2004) sünek lma kriteri ile SD tahmininin sadece sol taraf için ba ar oldu unu belirtmi lerdir. Teorik modellerin hiç biri SD yi güvenilir olarak tahmin

39 edememektedir. Bu nedenlerden dolay teorik modellerle olu turulan SD lerin deneysel verilerle do rulanmas gerekir ekilendirme S r Diyagramlar na Etki Eden Faktörler Sac metallerin özellikleri ana metal (alüminyum, çelik, bak r vb.), ala m elementleri, l i lem ve so uk deformasyonun derecesine göre büyük oranda de ir (Taylor 1993). Buna ba olarak ekillendirilebilirli e dolay yla da SD ye etki eden çe itli faktörler vard r. Sac kal nl, grid boyutu, B D yolu, pekle me, B D h duyarl, anizotropi ve homojensizlik olarak say labilecek bu faktörler B D s de tirerek ekillendirme s r e risini ( SE) yükseltir veya alçalt rlar. Bu faktörler a da detayl ca anlat lm r Sac kal nl Banabic (2000) sac kal nl ndaki art la ekillendirme s r e risinin ( SE) yükselece ini fakat lineer bir B D yolu boyunca SE deki yükselmenin kal nl kla orant olarak artarken, bu art n kritik bir de erin üzerinde s rlanaca belirtmi tir. Raghavan (1995) yapt çal mada iki farkl kal nl ktaki sac malzeme için düzlem (sac n silindirik bir stampa ile gerdirildi i deney) ve düzlem d (sac n yar kubbesel bir stampa ile gerdirildi i deney) ekillendirme deneyi ile SD leri olu turmu tur. Sonuçta ekil 2.14 deki grafikleri elde etmi tir. Sonuçlar incelendi inde her iki deneyden elde edilen grafiklerde de kal nl ktaki art la SE nin yakla k %10 B D de erinde artt görülmü tür. Bu sonuçtan ayr ca düzlem d deneyin neden oldu u e me B D si, sürtünme ve e rili in sac kal nl ve B D s aras ndaki ili kiyi büyük ölçüde etkilemedi i görülmektedir. Makalenin at fta bulundu u bir çal mada, kal nl n SD ye etkisinin nedeni olarak ince ve kal n saclardaki boyunla ma ilerleyi inin farkl oldu u belirtilmi tir. Bu görü e göre ince saclarda boyunla man n ba lad B D de eri ile y rt lman n olu tu u B D de eri aras nda önemli bir fark yoktur. Kal n saclarda ise B D

40 29 (a) (b) ekil ,76 ve 1,5 mm kal nl kl sac malzemelerden (a) Düzlem ve (b) Düzlem d deney ile elde edilen SE (Raghavan 1995) lokalle mesi boyunla man n ba lamas ndan sonra h zla ilerlemez. Yani y rt lma ve lokal boyunla ma B D leri aras ndaki fark daha çoktur. Bu durum deneysel olarak SD olu tururken B D s olarak boyun ba lang ndan ziyade y rt lmaya yak n D de erlerinin kullan lmas na neden olur. Böylece kal nl k art yla birlikte ekillendirme s da artar. Kal nl kla birlikte ekillendirme s ndaki art n bir di er aç klamas Raghavan n n (1995) çal mas nda u ekilde verilmi tir. Kal n saclarda lokal boyunla ma ince saclara göre daha geni olmaktad r. SD olu turulurken kal n ve ince saclarda grid boyutu ayn de erde al nd zaman, geni boyun bölgesi içerisinde kalan gridlerde B D daha büyük olaca için kal n saclarda B D s daha fazla ç kmaktad r.

41 Grid boyutu D s, sac üzerinde olu turulan grid boyutu kadar bir bölgenin ortalama B D sidir. Bu nedenle B D gradyan n büyük oldu u bölgelerde küçük boyutlu grid kullanmak do rulu u art r. Ancak grid boyutunun çok küçük olmas durumunda da, tam boyunla bölge içerisine dü en gridlerin ölçülmesi nedeniyle normalden daha fazla B D s elde edilir. Grid boyutu ile SE nin de imi ekil 2.15 de gösterilmi tir. Buna göre grid boyutu azald kça SE yükselmi tir. ekil 2.15 De ik grid boyutu ile SE'nin de imi (Banabic 2000) B D yolu Basit ekillendirme proseslerinde D yolu ( 2 1) yakla k olarak ekil 2.16 B D yolunun SD'ye etkisi (Banabic 2000) lineerdir. Fakat karma k ve ön B D uygulanm parçalar n ekillendirme proseslerinde B D yolu lineer olmaz. B D yolunun de mesinin SD üzerinde önemli bir etkisi vard r (Banabic 2000). 0 2 B D sine neden olan bir ekillendirme i leminden sonra (örne in basma, çekme veya derin çekme i lemi) iki eksenli gerdirme i lemi uygulan rsa ekil 2.16 da yeni durumdaki SE II, SE I den yüksek olur. Tersine 2 0

42 D sine neden olan ekillendirme i leminden sonra çekme veya basma i lemi uygulan rsa SE III normal durumdaki SE I in alt nda olur Pekle me Pekle me üssü n, akma gerilmesinin, B D nin derecesine ba ml olarak ifade edilebilir (Taylor 1993). Holloman denklemi ya da pekle me kural olarak adland lan n K ifadesine göre yüksek n de erine sahip malzemelerde akma gerilmesi B D ile birlikte h zla artar. Bu da ilave B D lerin dü ük B D ye sahip bölgelere do ru yay lmas na yol açar. Böylece üniform bir B D da elde edilmi olur. Yüksek n de eri, gerdirme i lemlerinde iyi ekillendirilebilirli in bir ölçüsüdür. Yüksek bir n de eri malzemenin akma ve çekme mukavemeti aras ndaki fark n çok oldu u anlam na gelir. Dolay yla malzemenin bu özellikleri aras ndaki oran da ekillendirilebilme kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullan labilir. ekillendirme s r e risi majör ekseni yakla k olarak malzemenin pekle me üssü n de eri noktas nda keser. n de eri dü erse e rinin yüksekli i de azal r. Özellikle so uk ekillendirme proseslerinde n de eri önemli miktarda dü er. n de erinin s ra yakla kça düzlem B D durumundaki B D s n da s ra yakla bulunmu tur (Marciniak ve ark. 2002). Bununla birlikte dengelenmi iki eksenli gerilme durumunda B D s s r de ildir ve tamamen so uk ekillendirilmi sac malzeme, dengelenmi iki eksenli gerilmeyle gerdirilebilirken ba ka bir prosesle ekillendirilemez (Hosford ve Duncan 1999). 2 1 B D durumunun olu tu u gerdirme prosesi haricinde, pekle me ekillendirilebilirli e etki eden en önemli faktördür. Keeler ve Brazier (1977) n de eri ve kal nl kla birlikte SD 0 de erinin de imini ekil 2.17 deki grafikle göstermi tir.

43 32 ekil 2.17 Kal nl n bir fonksiyonu olarak SD 0 ve n aras ndaki ili ki (Keeler ve Brazier 1977) B D h duyarl Bir malzemenin B D h duyarl m nin akma gerilmesine etkisi K n m ile hesaplan r. Bu denklemde B D h r ve tipik bir çekme deneyinde v L ile bulunur. Burada v çekme h ve L de ölçü boyudur. Yay lm boyunla mada deformasyon, numune geni li i kadar bir uzunlukta, lokal boyunla mada ise sac kal nl kadar bir uzunlukta yo unla için örne in sac kal nl n ölçü boyuna oran 1/50 olan bir numune için lokal boyunla ma an nda ekil 2.18 B D h duyarl m nin SE ye etkisi (Boogaard 2002) D h 50 kat artar. Bu durumda malzeme çok dü ük m de erine sahip olsa bile boyunla ma bölgesindeki mukavemet artar ve boyunla ma daha yava ilerler. Böylece boyun bölgesi nda daha fazla deformasyon olabilir ve B D s artm olur (Hosford ve Duncan 1999). B D h duyarl m nin SE ye etkisi ekil 2.18 de görülmektedir.

44 Anizotropi Anizotropi katsay r, incelmeye kar malzemenin gösterdi i direnci ifade eder. Çekme i leminde malzeme radyal yönde gerdirilirken çevresel yönde r. R de erinin sac düzlemi boyunca de mesiyle yani düzlemsel anizotropiden dolay silindirik bir kab n çekilmesinde kap duvarlar de ik yüksekliklere sahip olur. Bu olaya kulaklanma denir. Optimum çekilebilirlik için malzemenin R de erinin yüksek, 1993). r de erinin ise dü ük olmas istenir (Taylor Raghavan (1995) genelde yüksek r de erlerinin çekilebilirli i art rmas na ra men gerdirme i lemlerinde r nin etkisinin pek de aç k olmad belirtmi tir. Ara rmac çal mas nda anizotropinin SE ye etkisini deneysel olarak ara rm r. Bu amaçla r de erleri 1.24 ve 1.84 olan, di er özellikleri ise birbirine çok yak n iki sac malzemenin düzlem ve düzlem d ekillendirme deneyi ile SD sini olu turmu tur. Sonuçta ekil 2.19 daki grafikleri elde etmi tir. Grafiklerden düzlem ve düzlem d deneylerle elde edilen ekillendirme s na r nin önemli bir etkisinin olmad görülmektedir. (a) (b) ekil 2.19 Anizotropi ile SE'nin de imi (a) Düzlem (b) Düzlem d deney (Raghavan 1995)

45 Homojensizlik Marciniak (2002) birçok malzemede homojensizli in iyi karakterize edilmedi ini belirtmi tir. Fakat genel olarak homojensizlik büyüdükçe ekillendirme n dü ece inden bahsetmi tir. Homojensizli i ise bölgesel olarak sac kal nl ndaki de meler olarak alm r. Bununla birlikte homojensizli in kal nt lar ve mukavemetteki bölgesel azalma (segregasyondan dolay ya da yap de ikli inden dolay ) eklinde de olabilece ini belirtmi tir.

46 35 3. MATERYAL VE METOT Bu bölümde önce kullan lan ala ml alüminyum saclara uygulanan l lemlerden, malzemelerin düzlemsel anizotropilerinin belirlenmesinden, çekme ve Nakazima deneylerinden bahsedilmi tir. Sonra, numunelerin deformasyon miktar n ölçülmesi ve SD lerin olu turulmas anlat lm r. 3.1 Numunelerin Is l lemleri Alüminyum ala mlar l i lem uygulanabilen ve uygulanamayan olmak üzere iki gruba ayr r. Bu çal mada, l i lem uygulanabilen gruptan Al 2024 ve uygulanamayan gruptan da Al 5754 malzeme olarak seçilmi tir. Otomotiv sanayinde çokça kullan lan Al 5754 ala n ekillendirilebilirli i yüksek olan O temperi tercih edilmi tir ve bu malzeme Al 5754-O ile gösterilir. Havac k sanayinde çokça kullan lan Al 2024 ün, en geç 7 gün içerisinde tamamen ya lanarak özellikleri kararl hale gelen, do al ya land lma ile elde edilen T4 temperi tercih edilmi tir ve bu malzeme Al 2024-T4 ile gösterilir. T4 temperi Al 2024-O ile ayn yüzde uzama de erine sahipken, mukavemeti oldukça yüksektir ( Çal mada yapay ya land rma ile daha sa sürede kararl hale getirilebilen ve korozyona kar daha dirençli olan T6 temperi de seçilebilirdi. Fakat bu durumda ala n sünekli i a derecede azald için T4 temperi tercih edilmi tir. Is l i lemler Selçuk Üniversitesi Malzeme laboratuar nda bulunan Protherm marka kül f nda yap lm r. TSE Konya Sojuztest Metroloji ve Kalibrasyon Merkezince F n do rulu u ±0,5 C olarak bulunmu tur.

47 Al 5754 malzemenin l i lemi Çal mada kullan lan Al 5754 sat n al rken H14 temperi halinde bulunmu tur. H14 temperi deformasyonla yar sertle tirilmi durumda olan malzemeyi ifade eder. Esasen l i lem uygulanamayan ala mlar s na giren Al 5754 tavlanarak O temperine dönü türülmü tür. Böylece deformasyonun etkisi giderilerek malzeme en yüksek sünekli e sahip olacak duruma getirilmi tir. Tavlama, rekristalizasyon s cakl n üzerinde gerçekle tirilen bir l lemdir. Tavlama i lemi ile dislokasyon yo unlu u en dü ük seviyeye inmi yeni kristaller meydana gelir. Tavlaman n ba lang nda a ekil de tirmi bölgelerde yeni kristal çekirdekleri olu ur. Bunlar zamanla tüm malzemeyi kaplar. Ba lang çta ince taneli olan yap uzun süre tavlan rsa tane büyümesi meydana gelir ve kaba taneli bir yap olu ur. Bu da sünekli in artmas na fakat sertlik ve mukavemetin dü mesine neden olur. Tavlama s cakl metalin ergime s cakl na, uygulanan plastik deformasyonun miktar na ve tavlaman n süresine ba r. Çal mada Al 5754-H14 malzemesi 380 de 4 saat tavland ktan sonra oda s cakl nda havada so utulmu tur. Bu de erler en yüksek sünekli i sa layan ve malzeme mukavemetini önemli miktarda dü ürmeyen de erler oldu u için al nm r (Çetin 2005) Al 2024 malzemenin l i lemi Çal mada kullan lan Al 2024 ala alclad durumundad r. Alclad, Al 2024 ün korozyona kar direnci az oldu u için, sac n her iki taraf na da haddeleme a amas nda ham alüminyumun, sac kal nl n %5 ve %10 u aras nda uygulanm halidir. Seçilen Al 2024 T4 malzemesi haz r halde temin edilememi tir. T351 temperi halinde sat n al nan malzemeye çökelme sertle mesi l i lemi uygulanarak Al 2024 T4 temperine dönü türülmü tür. Al 2024 ün çökelme sertle mesi l i leminin cakl k ve bekleme süresi dar bir toleransa sahip oldu u için uygulan zor bir l lemdir. Literatürde çökelme sertle mesi l i leminin kesinlik ve do ruluk de erleri en az ±5 C ve ±2 C olan f nlarda yap lmas gerekti i belirtilmi tir

48 37 (Totten ve MacKenzie 2003). Is l i lemlerin yap ld f n s cakl bu tolerans de erlerinde kolayl kla ayarlanabilmektedir. Al-Cu ala mlar ndan olan Al 2024 de Cu, CuAl 2 Mg bile i olarak tane rlar nda çökelir. Bu da malzemenin mukavemetinin dü mesine neden olur. Çökelme sertle me i lemiyle, tane s rlar nda çökelen CuAl 2 Mg önce ala m içinde çözündürülür ve sonra tane içerisinde homojen olarak da larak, malzemenin mukavemeti art r. Bu nedenle çökelme sertle mesi i lemine da m mukavemetlenmesi de denir. Çökelme sertle mesi i leminin üç a amas vard r. Bunlar çözündürme uygulamas ya da solüsyona alma, su verme ve ya land rmad r. Solüsyona alma i leminde yakla k olarak % 4 Cu içeren alüminyum ala önce ekil 3.1 de görülen 1 numaral bölgeye yani solvüs s cakl n üzerine kadar lm r ve yani CuAl 2 Mg çökeltisi çözündürülüp homojen tek fazl bir kat eriyik olu uncaya kadar beklenmi tir. Literatürde Al 2024 için malzemenin solüsyona al nma s cakl 493 ± 3 C ve bekleme süresi de malzemenin alclad olup olmamas durumuna göre dakika olarak belirtilmi tir. Çal mada kullan lan malzeme alclad oldu u için hem çekme deneyi hem de Nakazima deney numuneleri 493 C s cakl kta 35 dakika f nda bekletilmi tir. Numuneler f na, f n so uk iken yerle tirildikten sonra nma h 600 C/saat olarak ayarlanm ve f nda bekletme süresi s cakl k 493 C ye ula anda ba lat lm r. Numuneler f nda 35 dakika bekletildikten sonra 5 saniye geçmeden so uk ekil 3.1 Çökelme sertle mesi l i lemi

49 38 suya at larak su verilmi tir. Bu i lemle, atomlar potansiyel çekirdeklenme yerlerine difüzyon etmek için yeterli zaman bulamad ndan faz n olu mas engellenmi tir. Su vermeden sonra yap da faz olu turulmu tur. faz, fazla bak r içeren a doymu kat eriyiktir ve dengeli bir yap da de ildir. Son olarak do al ya lanma i lemi ile a doymu içerisinde ince ve homojen bir ekilde faz çökeltilmi tir. Literatürde su vermeden sonraki 24 saat içerisinde ala n maksimum mukavemetinin % 90 n na ula belirtilmi tir. Al 2024-T4 ün maksimum mukavemetine ula arak özelliklerinin kararl hale gelmesi için ise en az 4 gün süre geçmesi gerekti i belirtilmi tir Çekme Deneyi Is l i lemler sonunda elde edilen malzemenin gerçekten de istenen özelliklerde olup olmad n belirlenmesi ve simülasyon programlar na malzemenin tan lmas için çekme deneyleri yap larak akma e rileri elde edilmi tir. 1 mm kal nl nda Al 2024-T4 ve Al 5754-O levhalar ekil 3.2 de görüldü ü gibi ASTM E 8M 04 standard na uygun olacak ekilde su jeti ile kestirilmi tir. Böylece lazerle kesmeden L: Tam boy = 200 mm C: Tutma k sm n geni li i = 20 mm A: ndirgenmi k sm n boyu = 82 mm G: Ölçü boyu = 50 ± 0.01 mm W: Geni lik = 12,5 ± 0.20 mm B: Tutma k sm n boyu = 50 mm R: Radyüs = 12.5 mm T: Kal nl k = 1 mm ekil 3.2 Sac çekme deneyi numunesi (ASTM E8)

50 39 kaynaklanacak l gerilmeler ve kal pla kesmeden olu acak pekle me etkileri engellenmi tir. Anizotropinin etkisini belirlemek amac yla da hadde yönünde, hadde yönüyle 45º ve 90º aç larda, üçer tekrarl deneyler yap lm r. Çekme deneyleri Ni de Üniversitesi Laboratuar nda bulunan 100 kn kapasiteli Shimadzu AG-IS model çekme cihaz nda gerçekle tirilmi tir. Numunelere çekme deneyi uygulanmadan önce, ölçü boylar yakla k 50 mm olarak aretlenmi ve çekme cihaz üzerindeki video ekstansiyometre ile ±0.003 mm do rulukla ölçülmü tür. Numuneler tutma k mlar ndan çenelere, ba lan p 25 mm/dak h zda çekilmi tir. Uygulanan yük, yük hücresi ile ölçü boyundaki uzama da video ekstansiyometre ile ölçülerek de erler bilgisayara aktar lm r. Verilerin de erlendirilmesiyle mühendislik ve gerçek, gerilme-b D diyagramlar çizilmi tir. Ayr ca malzemelerin elastiklik modülleri, pekle me üstleri ve mukavemet katsay lar hesaplanm r. Mühendislik Gerilme ve B D si Mühendislik gerilmesi ( m ) numuneye uygulanan kuvvetin (F) ba lang çtaki kesit alan na (A 0 = w 0.t 0 ) bölünmesi ile ve mühendislik B D si (e m ) numune boyundaki uzaman n ( l l l0 ) ba lang ç boyuna (l 0 ) bölünmesi ile elde edilir. F m A, 0 l0 e m l (3.1) Malzemelerin elastik bölgenin sonunda kal ekil de tirmeye ba lad andaki gerilme de eri olan akma mukavemeti (Y) Al 5754-O için akma noktas uzamas n görüldü ü gerilme de eri olarak al nm r. Al 2024-T4 malzemede akma noktas uzamas görülmedi i için akma e risinin elastik k sm na % 0,2 B D de eri mesafeden çizilen paralelin, akma e risini kesti i noktadaki gerilme de eri akma mukavemeti olarak al nm r. Malzemelerin çekme mukavemeti maksimum yüke ula ld andaki yükün, ba lang çtaki kesit alan na bölünmesi ile hesaplanm r. Yüzde uzama de erleri malzemelerin koptu u andaki B D de erinden bulunmu tur. Elastiklik modülü, malzemelerin orant s na kadar olan gerilme ve B D de erlerine en küçük kareler metoduyla uydurulan do runun

51 40 iminden hesap edilmi tir. Malzemelerin mukavemet, yüzde uzama ve pekle me üssü de erleri ile mukavemet katsay lar n belirsizlikleri üçer tekrarl yap lan deneylerin sonuçlar n standart sapmalar ndan hesaplanm r ve sonuçlar % 95 güvenle verilmi tir. Elastiklik modüllerinin varyasyon katsay lar ASTM E numaral standartta verilen V E r K 2 formülü ile hesaplanm r. Burada r elastik bölgedeki verilere uydurulan do runun korelasyon katsay ve K da verilerin adedidir. Gerçek Gerilme ve B D Gerçek gerilme uygulanan kuvvetin (F) anl k kesit alan na (A) bölünmesi ile elde edilir ve g F A ile tan mlan r. Gerçek gerilme üniform deformasyon bölgesinde hacim sabitli i ilkesi kullan larak mühendislik gerilmesinden u ekilde hesaplan r. l l0 l e m ve e m 1 dir. (3.2) l l 0 0 F F l A 0.l 0 = A.l den g bulunur (3.3) A A 0 l 0 ve ( e 1) elde edilir. g m m Gerçek B D ölçü boyundaki anl k art n (dl), anl k ölçü boyuna (l) bölünüp integre edilmesi ile elde edilir. Yani d l dl l ile hesaplan r. ln l l l0 0 (3.4) l l0 l 1 e m den (3.5) l l 0 0 ln( e 1) m (3.6) elde edilir.

52 41 Pekle me üssü, n n K Holloman denklemi ya da pekle me kural olarak adland lan (3.7) denkleminde n say hesaplan rken gerçek gerilme ve B D de erlerinin logaritmas al r. Sonuçta ekil 3.3 dekine benzer bir ekle sahip olan akma e risinin plastik bölgesinin e iminden n de eri bulunur. Mukavemet katsay olarak adland lan K de eri ise 1 oldu u andaki gerilme de erinden bulunur. Bu, (3.7) denkleminin her iki taraf n da logaritmas al narak elde edilen ln ln K n. ln denkleminin çözümüdür. (3.8) ekil 3.3 Logaritmik gerilme-b D diyagram (Marciniak ve ark. 2002)

53 Düzlemsel Anizotropinin Belirlenmesi Özellikleri yöne ba olarak de meyen malzemelere izotropik malzeme denir. Fakat endüstride ço u sac metalin özellikleri, kristalografi ve haddelemeden dolay, sac n hadde do rultusu ile di er do rultular nda farkl k göstermektedir. Yani malzeme farkl do rultularda farkl plastik davran gösterir. Bu de im düzlemsel anizotropi r olarak bilinir. Ayr ca sac düzlemindeki ortalama özelliklerle kal nl k do rultusundaki özellikler aras nda da bir fark olabilir. Bu durumda sacda geni lik do rultusundaki B D ile kal nl k do rultusundaki B D de eri farkl olacakt r. Bu farkl k normal anizotropiyi olu turur. Düzlemsel anizotropisi büyük olan malzemelerin ekillendirilebilirlikleri sac n hadde yönüne göre de ebilir. Bu durumda Nakazima deneylerinde, farkl haddeleme yönlerinde kesilmi numuneler kullan larak izotropik malzemelere göre üç kat fazla say da deney yap lmas gerekir. Bu nedenle çal mada kullan lan malzemelerin düzlemsel anizotropi de erleri belirlenmi tir. Düzlemsel anizotropinin küçük ç kmas durumunda, sac düzlemsel olarak izotropik kabul edilip sadece hadde yönünde numunelerin haz rlanmas yeterli olacakt r. Normal ve düzlemsel anizotropiyi bulmak için ekil 3.4 deki gibi bir numune kullan lm r. Hadde do rultusu ile 0, 45 ve 90 aç larda kesilen numunelerin ortalar nda yakla k 50 mm uzunlu undaki bir bölgede serigrafi yöntemiyle 2,5 mm boyutunda kare gridler olu turulmu tur. Daha sonra çekme deneyi cihaz nda numuneler 10 mm/dak h zla % 10 B D de erine kadar gerdirilmi tir. Deneyler üç tekrarl olarak yap lm r.

54 43 Anizotropi katsay lar belirlemek üzere, numuneler gerdirildikten sonra boyda ve geni likte meydana gelen B D miktarlar iki farkl yöntemle ölçülerek hesap edilmi tir. lk yöntemde numuneler çekme cihaz nda gerdirilirken orta k mlar nda olu turulan gridlerin foto raflar çekilmi tir. Sonra ASAME B D analizi program yard yla, çekilen foto raflar üzerinden boyda ve geni likte meydana gelen B D miktarlar kesi en her bir grid kö esindeki dü üm noktalar için elde edilmi tir. Hacim sabitli i kural ndan ( 0) kal nl k do rultusundaki t D l miktarlar hesaplanarak anizotropi katsay lar yine her bir dü üm noktas için w R t w t (3.9) formülünden elde edilmi tir. Daha sonra R de erlerinin ortalamas al narak her bir numunenin anizotropi katsay lar hesaplanm r. Di er yöntemde numunelerin ilk ölçü boylar (l 0 ) ve geni likleri (w 0 ) numunelere uygulanan gridler üzerinden, Supar A.. firmas nda bulunan optik komperatör yard yla mm hassasiyetle ölçülmü tür. Numunelerde meydana gelen boyca uzama (l-l 0 ) ve geni likçe k salma (w-w 0 ) miktarlar, numunelerin tekrar optik komperatörde ölçülmesiyle, boyda ve geni likte olu an B D de erleri de l l 0 l ve l0 w w 0 w (3.10) w0 formüllerinden hesaplanm r. Yine hacim sabitli i kural ndan kal nl k L: Boy 200 mm W: Geni lik 20 ± 0.13 mm G: Ölçü boyu 50 ± 0.25 mm T: Malzemenin kal nl

55 44 do rultusundaki bulunmu tur. t D de eri hesaplanarak üç yönde de anizotropi katsay lar Sac düzleminde 0, 45 ve 90 yönlerde ölçülen R de erlerinin ortalamas normal anizotropi R n, olarak adland r ve R n R R90 R 4 (3.11) ile hesaplan r. Normal anizotropinin hadde yönüyle yap lan aç ya göre de imini veren düzlemsel anizotropi de eri de R R R90 R 2 formülüyle elde edilir. (3.12) 3.4 Nakazima Deneyi Bu çal mada düzlem d ekillendirme deneylerinden Nakazima yöntemi kullan larak SD leri olu turulmu tur. Deney numunelerinin haz rlanmas ve ekillendirilmesi a da anlat lm r.

56 Nakazima deney numunelerinin haz rlanmas SD de geni bir aral kta grafik elde edebilmek için farkl B D yollar n olu turularak s r B D de erlerinin belirlenmesi gerekir. Bu nedenle 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175 ve 200 mm olarak farkl geni liklere sahip deney numuneleri kullan lm r. Belirtilen geni likler, ekil 3.5 de ölçüleri verilen numunelerin orta ekil 3.5 Nakazima deney numuneleri

57 46 mlar n geni likleridir. Deformasyonun, daha çok kesiti azalt lm bölgede olmas sa layarak, boyunla ma veya y rt lman n, kal p radyüsü etraf nda meydana gelmesine engel olmak için 25, 50, 75 ve 100 mm geni li indeki numuneler, kum saati eklinde yap lm r. Bundan sonra numuneler, geni lik ölçüsünün önüne G harfi eklenerek, G25, G50, G200 eklinde ifade edilecektir. Al 5754 ün düzlemsel anizotropi katsay 0.09 olarak elde edilmi tir ve bu de er malzemenin düzlemsel izotropik olarak kabul edilebilece i 0.13 de erinin alt ndad r (Hatipo lu 2007). Fakat malzemenin yüzde uzama de erleri hadde yönüne göre farkl k gösterdi i için hadde yönünde (RD), hadde yönüyle 45 (DD) ve 90 (TD) do rultularda deneyler gerçekle tirilmi tir. Al 2024 ün düzlemsel anizotropi de eri olarak yüksek bir de erde elde edildi i için, bu malzemenin ekillendirilebilirli inin sac n de ik yönlerinde al nan numunelerde farkl olaca dü ünülerek bu malzemeden de her üç do rultuda deneyler yap lm r. ki eksenli gerdirme bölgesi olan SD nin sa taraf nda farkl B D yollar n elde edilmesi için, farkl ya lama artlar nda deneyler yap r. Bu nedenle 200x200 mm boyutundaki 8 numaral numuneden üç farkl ya lama durumunda deneyler yap lm r. Çizelge 3.1 de özetlenen deneyler en az üç ba ar tekrar olacak ekilde yap lm r. Çizelge 3.1 Nakazima deneyi numune say lar Hadde Yönünde Hadde Yönüne 45 Hadde Yönüne 90 Numune (RD) Do rultuda (DD) Do rultuda (TD) Numaras Al 5754 Al 2024 Al 5754 Al 2024 Al 5754 Al 2024 G G G G G G G G Toplam ekillendirme i lemi sonras nda meydana gelen deformasyon miktar n ölçülebilmesi amac yla numuneler üzerinde 2,5 mm boyutunda kare eklinde gridler olu turulmu tur. Gridleme i lemi serigrafi ya da ipek bask olarak bilinen yöntemle yap lm r.

58 47 Serigrafi yöntemi, gridleme i lemi için en uygun ve uygulanmas en kolay yöntemlerden biridir. Bu yöntemde, ayd nger üzerine bas lan grid ablonu, kimyasal bir madde ile slat lm ipek üzerine, ultraviyole k yard yla geçirilir. Bu lemle, ipek üzerinde grid çizgilerinin oldu u k m dökülüp di er k mlar kal r. Son olarak gridlenecek numuneler üzerine yerle tirilen ipe e bask mürekkebi dökülerek rahle ile düzgün ekilde yay r ( ekil 3.6). Böylece ipek üzerindeki bo mlardan geçen mürekkep numune üzerine gridleri olu turur. Numuneler daha sonra f nda veya oda s cakl nda kurutularak deformasyona ve çevre etkilerine dirençli hale getirilir. ekil 3.7 de su jeti ile kesildikten sonra serigrafi yöntemi ile gridlenmi örnek numuneler görülmektedir. ekil 3.6 Serigrafi yöntemi ekil 3.7 Numuneler 2.5 mm kare eklinde gridlenmi tir

59 ekillendirme i lemi Nakazima deneyleri ekil 3.8 de foto raf görülen MTS marka çift etkili bir preste yap lm r. Hem manüel hem de bilgisayar kontrollü olarak çal labilen ve 70 ton stampa, 80 ton bask plakas kuvvetine, 10~1000 mm/dak stampa h na sahip olan, bu deney cihaz nda bask plakas n kuvveti, stampan n h ve konumu kontrol edilebilmektedir. Stampa kuvveti yük hücresi yard yla, bask plakas kuvveti bas nç sensörleri, stampa h ve konumu da konum sensörleri ile ölçülerek deney s ras ndaki de erler bilgisayara kaydedilebilmektedir. Numune yerle tirilip, çal ma parametreleri girildikten sonra deney otomatik olarak yap r. Önce stampa hareket eder saca dokundu u anda konumu s rlan r, sonra sac ekillendirilir ve yük hücresindeki kuvvet dü mesinden y rt lma veya boyunla ma oldu u anla nca deney sonland r. Sac malzemelerde ekillendirilebilirli i belirlemede bir ba ka ölçüt olan s r kubbe yüksekli i (LDH, Limiting Dome Height) de belirlenebilmektedir. ekil 3.8 Ni de Üniversitesine ait MTS marka deney cihaz

60 49 Nakazima deneyi ekil 3.9 da görülen standart düzene i ile belirli ölçülerdeki süzdürme çubu una sahip bir bask plakas yard yla sac n hiç kaymayacak ekilde tutulmas ndan sonra, 100 mm çapl bir yar küresel stampan n sac boyunla ma veya rt lma oluncaya kadar irmesinden ibarettir. ekil 3.9 Nakazima deney düzene i Farkl B D yollar elde edebilmek için baz numunelerde stampa ile sac aras nda iki farkl ya lama i lemi yap lm r. Bunlardan birincisinde bundan sonra kat ya lay olarak adland lacak 0,3 mm kal nl nda polietilen film kullan lm r. kinci ya lay olarak da bu kat ya lay ya ilaveten SAE 10 mineral s ya lay kullan lm r. 25mm ve 50 mm lik numuneler kat +s ya lay, mm numuneler kuru, 200 mm lik numune ise kuru, kat ve kat +s ya lay kullan larak ekillendirilmi tir. Sac n tam boyunla maya ba lad anda ya da sacda çok küçük bir y rt lma oldu u anda deney durdurularak B D s yakalanmaya çal lm r. Al 5754 deney numunelerinin % 95 inde boyunla ma yakalanm, di er numunelerde de rt lma olu mu tur. Al 2024 numunelerinde ise malzemenin gevrek olu undan dolay boyunla ma yakalanamam tüm numunelerde y rt lma olu mu tur. Bask plakas na 260 kn luk kuvvet uygulanm r. Numunelerin y rt ld anda stampan n ne kadar ilerledi i kaydedilmi böylece numunelere ait s r kubbe yüksekli i (Limiting Dome Height) bilgisine de ula lm r.

61 3.5 Gridlerin ölçülmesi ve ekillendirme S r Diyagramlar n Olu turulmas 50 Bu çal mada kubbe eklinde ekillendirilen numuneler üzerinden B D n bulunabilmesi amac yla, iki bölgeden ölçüm yap lm r. ekil 3.10 da görüldü ü gibi biri boyunla veya y rt lm bölge di eri de, boynun veya y rt n kar taraf r. Y rt veya boyunu içerecek geni likte bir bölge ve kar taraftan da ayn boyutta bir bölge ölçülmü tür. Y rt a kom u B D de erleri hasarl veya boyunla olarak kabul edilmi, geri kalan güvenli B D de eri olarak al nm r. rt n ya da boynun kar taraf ndan yap lan ölçümlerin amac boyunla ma ba lang ve güvenli ekillendirme s bilgisini elde etmektir. Bu bölgedeki B D de erleri boyunla, boyunla ma ba lang ve güvenli olarak tan mlanm r. ekillendirme s r e risi boyunla ma ba lang ndaki B D de erlerinin alt ndan, güvenli B D de erlerinin üzerinden geçirilerek SD elde edilmi tir. Gridlerin ölçülmesi, grid ölçme yöntemleri konusunda çözümler sunan ekil 3.10 Kubbe eklinde irilen numunede y rt k bölgesi ve y rt n kar taraf ASAME irketine ait ASAME otomatik grid ölçme program yard yla yap lm r. Bu programda sac üzerine bas lm gridlerin ekil de tirme miktarlar foto raf üzerinden ölçülerek majör ve minör B D ler hesap edilmekte ve SD üzerinde bu de erlere kar k gelen noktalar i aretlenmektedir. Foto raf üzerinden gridlerin ekil de tirme miktarlar, referans küpü denilen bir cisim arac ile

62 hesaplanmaktad r. ASAME ile ölçüm yapmak için a da maddeler halinde ralanan i lemler yap lmal r Foto raflar n çekilmesi ekillendirilmi parçan n farkl aç lardan en az iki foto raf n çekilmesi gerekir. Foto raflar tripod arac ile dijital foto raf makinesi kullan larak al nmal r. o Foto raf n çekildi i ortam ve foto raf makinesi ölçmelerin do rulu u ve tekrarlanabilirli i aç ndan çok önemlidir. o Foto raf makinesi profesyonel bir SLR kamera olmal r. o Foto raflar gün n yumu ak bir ekilde geldi i yani görüntüde sert gölgeler olu turmayan ve da k k kaynaklar yla ayd nlat lmas ndan dolay gölge ile n birbirine kar mad bir ortamda çekilmelidir. Sürekli ayn artlarda foto raf çekmek sonuçlar n yüksek tekrarlanabilirlikte olmas için tavsiye edilmektedir. Bunun için para fla la ayd nlat lan bir stüdyo ortam da foto raflar n çekilmesi için daha uygun olmaktad r. o Foto raf çekilen ortam n ayr ca titre imlerden uzak olmas gerekir. Foto raf makinesinin sa kl olarak sabitlenmesi için tripodun da oldukça rijit olmas gerekir. Yüksek bir masada uzun ayakl bir tripod kullan larak çekilen foto raflardan elde edilen sonuçlarla, alçak bir masada çekilen foto raflardan elde edilen sonuçlar aras nda bile farklar olabilmektedir. Foto raflarda ölçüm alan ile birlikte referans küpünün en az iki yüzeyinin de gözükmesi gerekir ( ekil 3.11). Foto raflar referans küpü hareket ettirilmeden çekilmelidir.

63 52 Ölçüm alan ve referans küpü foto raf mümkün oldu unca çok kaplamal r ve ölçüm alan foto raflar al nmadan önce ekil 3.11 deki gibi i aretlenmelidir. Referans küpünün 8 mm, 15 mm ve 25 mm boyutlar nda çe itleri vard r. Ölçüm alan n ve gridlerin ölçüsüne göre referans küpünün boyutu seçilir. Bu çal mada yap lan ölçümlerde 25 mm boyutunda referans küpü kullan lm r. ekil 3.11 Referans küpü ve ölçüm alan n iki farkl aç dan çekilmi foto raf Foto raflar n i lenmesi Foto raflar n lenmesiyle ASAME program taraf ndan gridlerin kesi im noktalar belirlenerek iki boyutlu koordinatlar hesaplan r. Farkl aç lardan çekilmi foto raflar n kullan lmas yla da iki boyutlu koordinatlardan üç boyutlu koordinatlar elde edilir, sonra da majör ve minör B D ler hesaplan r. Foto raflar n i lenmesi için daki ad mlar uygulan r. 1. Ayarlamalar n Yap lmas ASAME de Referans Küpü Özellikleri (Target properties) diyalog kutusunda referans küpünün boyutu, grid boyutu, grid ekli ve sac kal nl bilgileri girilir ( ekil 3.12).

64 53 Ölçülecek parçan n farkl aç lardan çekilmi en az iki foto raf aç r. ekil 3.12 de Auto find Target seçene i i aretli ise foto raflar aç ld ktan sonra program referans küpünü yerle tirmeye çal r. Bu komut seçili de ilse foto raflar aç ld ktan sonra Select komutu ile referans küpü seçildikten sonra Measure menüsündeki Auto find komutu ile referans küpünün yeri program taraf ndan tan mlan r. ekil 3.12 Referans küpü özellikleri target properties diyalog kutusundan girilir 2. Ölçüm Alan n Seçilmesi Sonraki ad mda ölçülecek alan n seçimi yap r. Bunun için Select komutu ile daha önce parçada ölçüm alan belirlemek üzere yap lan aretleme noktalar yard yla ölçülecek alan belirlenir ve komutu ile foto raf n di er k mlar kesilerek at lm olur. Trim 3. Grid Çizgilerinin Düzenlenmesi Ölçülecek gridlerin çizgileri kesintisiz olmal r. E er k lm olanlar varsa tamamlan r ( ekil 3.13a), karanl k k mlar varsa temizlenir ekil 3.13b). Grid çizgisi haricindeki çizgiler k r ( ekil 3.13c) ve kesi im noktalar uzant z olan kare gridlerin çizgileri uzat r ekil 3.13d).

65 54 (a) (b) (b) (d) ekil 3.13 Gridlerin i lenmesi (a) k lm çizgilerin birle tirilmesi, (b) karanl k alanlar n temizlenmesi, (c) kapal çizgilerin k lmas, (d) kesi im noktalar ndaki grid çizgilerinin uzat lmas Clean komutu ile grid çizgilerinin haricindeki çizgiler ve fazlal klar temizlenir. Bu a amada k k olan grid çizgileri birle tirilmemi ise, grid çizgileri de silinir. Thin komutu ile tüm grid çizgilerinin kal nl klar inceltilerek bir piksele dü ürülür. Program taraf ndan daha sonra bu çizgiler takip edilerek kesi im noktalar belirlenir. Çizgilerin inceltilmesinden sonra halen fazlal klar varsa kapal çizgiler k larak yeniden temizleme i lemi uygulanmal r ( ekil 3.14a). Temizleme i leminden sonra silinen grid çizgileri elle tamamlanmal r ekil 3.14b). nceltme ve temizleme komutlar sadece seçilen bölgede yap labilir. Kare gridlerde seçim bo uçlar n d ndan yap rsa, temizleme komutuyla bu kenarlar da silinir ( ekil 3.14b ve c).

66 55 (a) (b) (c) (d) ekil 3.14 nceltilmi gridlerin i lenmesi (a) fazla çizgilerin k larak temizlenmesi, (b) silinmi grid çizgilerinin elle tamamlanmas, (c) uygun olan bo uçlar n içerisinden seçim, (d) uygun olmayan bo uçlar n d ndan seçim. 4. Haritalama lemi Haritalama Map Grid komutu ile gridlerin kesi im noktalar bulunarak birbirleriyle birle tirilir. E er gridler do ru bir ekilde düzenlenmedi ise bu komut ba ar z olacakt r. Haritalama i lemi gridlerin ekline göre farkl algoritmalar ile yap r. Kare eklindeki gridlerin kesi im noktalar n bulunarak birbirleriyle birle tirilmesiyle, daire eklindeki gridlerin de merkezlerinin bulunarak birle tirilmesiyle bir a olu turulur. 5. Ölçümün Bitirilmesi Ayn ölçüm alan n farkl aç lardan çekilmi en az iki foto raf yukar daki ekilde i lendikten sonra son olarak Measure yani ölçüm komutu seçilerek iki foto rafta da ölçüm alan n ayn noktas i aretlenir. Bu komutla, haritalama lemiyle hesap edilen iki boyutlu koordinatlardan üç boyutlu koordinatlar hesaplan r.

67 56 Sonuçlar SD üzerinde majör ve minör B D ye kar k gelen noktalar n aretlenmesi ile verilir. ASAME program yla ölçülen parçan n geometrisi de hesapland için sonuçlar n gösterimi grafik ve geometri üzerinden yap labilir S r B D lerin belirlenmesi ve SE lerinin çizilmesi De kenli in az oldu u, yani tekrarlanabilirli in yüksek oldu u ve malzemelerin ekillendirme s do ru olarak belirten bir SE elde etmek için iki önemli konuya dikkat etmek gerekir. Bunlardan birincisi ekillendirme s olarak al nacak B D de erini belirlemede kullan lan kriter ve ikincisi de ekillendirme r e risinin nereden geçirilece idir. ekillendirme s olarak literatürde gerçek y rt lma, boyunla ma, boyunla ma ba lang ve güvenli B D de erleri al nabilmektedir. SD ler olu turulurken ekillendirme s olarak, genellikle boyunla ma ba lang n olu tu u B D de erleri al nmaktad r. Y rt lman n ya da boyunla man n olu tu u D de erlerinin ekillendirme s olarak al nmas do ru olmaz. Çünkü bu de erlere ula ld nda zaten ekillendirme s geçilmi olmaktad r. Literatürde s r B D de erleri numune üzerindeki iki farkl bölgeden belirlenmektedir. Baz ara rmac lar ekillendirme s olarak y rt a veya boyuna kom u gridlerin kabul edilmesi gerekti ini (Uthaisangsuk ve ark. 2008), baz lar da rt n kar bölgesinde boyun ba lang yakalayarak bu bölgeden ölçüm yap lmas gerekti ini belirtmektedirler (Smith 1998). Boyunla ma ba lang ; gözle kolayca görülemeyen fakat parmakla hissedilebilen bir olu umdur. ekil 3.15 de farkl boyunla ma davran lar n foto raflar görülmektedir. ekil 3.15a da oluk eklinde meydana gelen ileri boyunla ma bölgesi, ekil 3.15b de boyunla ma bölgesi ve ekil 3.15c de de boyunla man n öncesi görülmektedir. ekil 3.15d de boyunla ma ba lang ndaki bir bölgenin foto raf verilmi tir. Burada boyunla ma ba lang gözle çok zor görülürken parmakla ancak hissedilebilmektedir.

68 57 (a) (b) (c) (d) ekil 3.15 Farkl boyunla ma bölgeleri (a) ileri boyunla ma (b) boyunla ma, (c) boyunla ma öncesi, (d) boyunla ma ba lang ancak el ile hissedilebilir

69 58 Yap lan ölçümler sonucu y rt a kom u gridlerin ekil 3.16 da görüldü ü gibi çok farkl B D de erlerinde oldu u görülmü tür. Örne in bu ölçmede eklin ortas ndaki y rt n 1,5 grid mesafesindeki majör B D de erleri %24 civar nda iken ayn mesafede, y rt n alt ndaki de erler %37 civar ndad r. Bu nedenle y rt a kom u B D de erleri al narak olu turulan SD lerin do ru elde edilmesi zordur. rt n kar bölgesinin boyunla ma ba lang nda oldu u kabul edilerek, buradaki B D de erlerinin ekillendirme s olarak al nmas da sa kl sonuç vermez. Çünkü baz numunelerde y rt n kar bölgesi boyunla ma ba lang davran ndan çok daha uzak olabilmektedir. Bu çal mada iki farkl yöntemle s r B D ler belirlenerek SD ler olu turulmu tur. Her iki yöntemde de hem y rt k taraf ndan hem de y rt n kar taraf ndan ölçmeler yap lm r. Daha önce de belirtildi i gibi, birçok parçada, daha rt lma olu madan, boyunla ma an nda deneyler durdurulabilmi tir. Bundan sonra sadece boyunla ma bile olsa hasar n ilk olu tu u bölge rt k bölgesi olarak adland lacakt r. ekil 3.16 Y rt k bölgesinden yap lan ölçüm

70 Klasik yöntem: Y rt a veya boyuna kom u gridlerden belirleme Literatürde SD lerin olu turulmas için kullan lan ve daha çok tecrübeye dayal olan bu yöntemde; genellikle s r B D ler y rt a veya boyuna kom u gridlerden belirlenmektedir. rt k ile y rt n kar bölgesi ASAME program nda birlikte de erlendirilmi ve s r B D ler SD nin çizilmesi s ras nda belirlenmi tir. ASAME program nda ilk olarak her hangi bir geni likteki numunenin B D da n verildi i sonuç sayfas aç ld ktan sonra bu numune için program n FLD menüsündeki Approximate FLD komutu ile bir SE olu turulur. Bu komutla program ekrandaki de erlerin üzerinden geçecek ekilde bir e ri çizmektedir. Bu e rinin ayn menüdeki Edit FLD komutu ile belirlenen s r B D de erlerinden geçirilmesi gerekir. Bu e rinin geçti i s r B D de erleri Al 5754 ve Al 2024 malzemeler için farkl ekilde belirlenmi tir. Al 5754 için ilk olarak y rt n kar bölgesine bak r. er boyunla ma ba lang yakalanm sa bu bölgedeki en büyük de er s r B D olarak al r. Boyunla ma ba lang geçilmi se boyunun derecesine göre de ik uzakl ktaki B D de erleri s r B D de eri olarak al r. Genelde ileri boyunla maya 1, boyunla maya 0.5 ve boyunla ma öncesine 0.25 grid mesafesindeki de erler s r B D olarak al nm r. Y rt n kar taraf nda herhangi bir boyunla ma izi görülememi se y rt k bölgesinin de erlendirmesine geçilir. S r D ler y rt a 1.5 grid mesafesindeki B D de erlerinden belirlenir. Al 2024 malzemede boyunla ma davran yakalanamam ve tüm numunelerde y rt lma olu mu tur. S r B D ler genellikle kar taraftan elde edilmi tir. Kar taraf yeterince ekil de tirmi se y rt a kom u B D de erinden en büyü ü s r B D olarak al nm r. AL 5754 de boyunla ma olu tu u için boyun ölçüm alan na dahil edilerek gerçekle tirilmi tir fakat Al 2024 de y rt k ölçüm alan na dahil edilmeden ölçme yap lm r. Bir ba ka geni li e sahip numunenin sonuç sayfas da append window komutu ile ilk aç lan sayfa üzerine eklenir. lk numunede anlat ld ekliyle s r B D ler bu parça için de belirlenir ve ilk numune için olu turulan SE uzat larak yeni belirlenen s r B D de erlerinden geçirilir. SD de düzlem B D durumunda en dü ük s r B D de eri elde edilece i ve SE nin genel ekli bilindi i için her geni likteki numunenin s r B D si belirlenirken o numuneye kom u geni likteki numunelerin de s r B D de erleriyle bu ekilde kar la rma

71 60 yap lm r. Böylece s r B D ler daha kolay olarak belirlenebilmi tir. Bu prosedür takip edilerek tüm geni lik ve ya lama durumundaki numunelerin de erlendirilmesiyle ilk yöntemde s r B D ler ve SD ayn anda belirlenmi tir. ekil 3.17 de Al 5754-O ya ait SD nin yukar da bahsedilen yöntemle olu turulmas görülmektedir. Grafikte üstte görülen e ri ekilde isimleri yaz olan numunelerin belirlenen s r B D de erlerinden geçirilen SE dir. Örne in ekilde G125 numunesinde boyunla ma ba lang yakalanm ve SE bu numuneden elde edilen en büyük B D de erinden geçirilmi tir. Alttaki kesikli çizgi eklindeki e ri, program taraf ndan SE nin % 10 alt ndan geçecek ekilde çizilmektedir. ekil 3.17 Al 5754-O'ya ait SD nin klasik yöntemle olu turulmas Önerilen yeni yöntem: Hasardan majör kesitten minör bulma lk defa bu çal mada önerilen ikinci yöntem, klasik yönteme göre daha sistematiktir ve tekrarlanabilirli i de daha yüksektir. Bu yöntemde y rt k veya boyunla man n sa nda ve solunda hasars z bölgeye geçi te mutlaka boyunla ma ba lang bölgesi olaca kabul edilmektedir. Bu nedenle ilk olarak hasarl

72 61 bölgenin (y rt k veya boyunun) sa ve sol taraftan ba lang çlar incelenir. Majör D leri birbirine çok yak n üçer veya dörder nokta al narak majör B D kabaca bulunur. ekil 3.18 deki örnekte bu de erler 21.49, 21.63, olarak aretlenmi tir. Bu noktalara ait minör gerilmeler de birbirlerine çok yak n kmaktad r. Bunlar n ortalamalar al narak s r B D ye ait minör ve majör de eri bulunabilir. ekil 3.18 Boyunla man n ba lad kenardan B D de erlerinin seçimi Ancak daha do ru sonuçlar elde etmek için, ASAME program nda geometrinin B D derecesine göre renk da n verildi i gösterime geçilir ekil 3.19). Bu gösterimde renk hatt daha önce boyunla man n ba lad tahmin edilen bölgelerden geçecek ekilde ayarlan r. ekil 3.19 da sol tarafta görülen renk skalas ndaki de erlerden biri, boyunla man n ba lad tahmin edilen B D de erlerine yak n bir de eri gösterecek ekilde ayarlan r. Örnekte de eri belirlenmi tir. Bir sonraki ad mda bu renk hatt n s takip edecek ekilde section plot komutu ile al nan kesitten ortalama majör ve minör de eri bulunur. ekil 3.20 de önerilen yönteme göre s r B D de erlerinin nas l belirlenece ini gösteren ak diyagram verilmi tir.

73 ekil 3.19 Ölçülen geometrinin B D derecesine göre renk da gösterimi 62

74 ekil 3.20 Hasardan majör kesitten minör bulma yöntemi ile s r B D de erlerinin belirlenmesi 63

75 64 4. DENEY SONUÇLARI VE TARTI MA Bu bölümde Al 2024-T4 ve Al 5754-O alüminyum ala mlar n çekme deneyleri sonucu elde edilen mühendislik ve gerçek akma e rileri ile akma mukavemetleri, çekme mukavemetleri, elastisite modülleri, yüzde uzama de erleri, pekle me üssü de erleri ve mukavemet katsay lar verilmi tir. Bulunan de erler malzeme tedarikçilerinin ve ba ka ara rmac lar n verdikleri de erlerle kar la larak, deneylerin do rulamas yap lm ve farkl bulunan sonuçlar için de farkl n olu mas na neden olabilecek etkenler tart lm r. Nakazima deneyi sonucunda y rt lma an na kadar kubbe eklinde irilmi numuneler üzerindeki majör ve minör B D lerin ASAME program yla ölçülerek s r B D de erlerinin belirlenmesiyle elde edilen SD ler verilmi tir. Malzemelerin s r kubbe yükseklikleri (LDH) ve y rt lman n oldu u kuvvet de erleri belirtilmi tir. 4.1 Çekme Deneyi Sonuçlar Malzemelerin çekme deneyleri ilk olarak Selçuk Üniversitesi Di Hekimli i laboratuar nda bulunan Elista marka bir cihazda yap lm r. Bu cihazda çekme kuvveti yük hücresi ile uzamalar da çeneler aras ndaki mesafeyi ölçen bir konum sensörü ile elde edilmektedir. Bu cihazdan elde edilen mukavemet, yüzde uzama ve pekle me üssü de erleri ile mukavemet katsay lar literatürde belirtilen de erlere çok yak n ç km r. Fakat elastiklik modülü de erinin 70 GPa civar nda ç kmas beklenilirken ~25 GPa olarak ölçülmü tür. Bu nedenle deney cihaz n uzama de erlerini do ru ölçüp ölçmedi ini belirlemek için, çeneler aras ndaki aç lma mm hassasiyetle ölçme yapabilen bir konum sensörü yard yla ölçülmü tür. Sonuç olarak çekme cihaz n yeterince rijit olmamas nedeniyle özellikle küçük ekil de tirme de erlerinde büyük hatalar olu tu u belirlenmi tir. Cihaz n 0,5 mm uzama olarak gösterdi i de erin yakla k 0,378 mm oldu u yani çekme cihaz n

76 65 0,5 mm ölçüsü için 0,122 mm elastik ekil de tirdi i tesbit edilmi tir. Bu hatan n daha büyük uzama de erlerinde yakla k olarak sabit kald belirlenmi tir. Küçük uzamalarda meydana gelen bu tip hatalar n lineer bir karakteristi e sahip oldu u görülmü tür. Bu nedenle yeterince rijit olmayan bu tip cihazlarla elastiklik modülünün mutlaka ölçülmesi gerekirse, hatalar kompanze edecek ba nt lar n bulunabilece i dü ünülmektedir. Daha sonra çekme deneyleri, video ekstansiyometre yard yla uzamalar kaydeden Shimadzu marka çekme cihaz nda tekrarlanm r. Al 2024 için elde edilen mühendislik ve gerçek akma e rileri ekil 4.1 de verilmi tir. Hadde yönüne göre 0 (RD; Rolling Direction), 45 (DD; Diagonal Direction) ve 90 (TD; Transverse Direction) do rultular nda al nan numuneler ile üçer tekrarl olarak yap lan çekme deneyi sonunda elde edilen mekanik özellikler, literatürde ve malzeme üreticilerinin verdi i de erler Çizelge 4.1 de belirtilmi tir. Çizelge 4.1 Al 2024-T4 ala m alüminyum sac n çekme deneyinden elde edilen mekanik özellikleri RD DD TD Literatürde verilen de erler Akma Mukavemeti (MPa) 272 ± 4 * 263 ± ± 3 276~325 Çekme Mukavemeti (MPa) 424 ± ± ± 6 426~469 Elastiklik Modülü E (GPa) 66,8 ± %10 ** 52,1 ± %2,5 59,9 ± %6,1 73,1 Yüzde Uzama 17,54 ± 0,6 17,82 ± 0,4 16,63 ± 0,3 15~19 Pekle me Üssü n 0,21 ± 0,008 0,21 ± 0,008 0,207 ± 0,004 0,12~0,16 Mukavemet Katsay K 726 ± ± ± *Belirsizlik % 95 güvenilirlik için üç tekrarl deneylerde elde edilen STD Sapman n iki kat olarak verilmi tir ** Belirsizlik ASTM E standard na göre hesaplanm r

77 Al 2024-RD Al 2024-DD Al 2024-TD (a) Al 2024-RD Al 2024-DD Al 2024-TD (b) ekil 4.1 Al 2024-T4 ün (a) mühendislik, (b) gerçek akma e rileri

78 67 Al 2024 ala n akma ve çekme mukavemetleri ile yüzde uzama de erleri ve mukavemet katsay lar literatürle uyum içerisindedir. Elastiklik modülü ve pekle me üssü de erleri ise farkl k göstermektedir. Al 5754-O malzeme için elde edilen mekanik özellikler Çizelge 4.2 de, mühendislik ve gerçek akma e rileri ekil 4.2 de görülmektedir. Al 5754 ün dinamik deformasyon ya lanmas ndan dolay akma e risi t rt ll ekilde ç km r. Buna göre Al 5754-O nun mekanik özellikleri literatürle uyum içerisindedir. Çal mada kullan lan iki adet malzemenin özelliklerinin kar la lmas amac yla üç yönde al nan numunelerin ortalama mekanik özellikleri Çizelge 4.3 de verilmi tir. Sonuçlardan Al 2024-T4 malzemenin Al 5754-O dan çok daha mukavemetli oldu u görülmektedir. Ancak Al 5754-O nun yüzde uzamas çok daha fazlad r. Bu da Al 5754-O nun daha sünek bir malzeme oldu u anlam na gelir. Bu sonuçtan Al 5754 ün SE sinin daha yüksekte ç kaca beklenebilir. Çizelge 4.2 Al 5754-O ala ml alüminyum sac n çekme deneyi sonucu elde edilen mekanik özellikleri ve literatürde verilen de erleri RD DD TD Literatürde verilen de erler Akma Mukavemeti (MPa) 90 ± 0 91 ± ± 10 95~106 Çekme Mukavemeti (MPa) 212 ± ± ± ~228 Elastiklik Modülü E (GPa) 65 ± %10,3 63,7 ± %8 42,3 ± %19 68 Yüzde Uzama ± 1,44 27 ± 1, ± 3,1 25 Pekle me Üssü n ± 0,002 0,335 ± 0, ± 0,007 0,31 Mukavemet Katsay K 470 ± ± ± Çizelge 4.3 Al 2024-T4 ve Al 5754-O ala ml alüminyum saclar n özelliklerinin kar la lmas Al 2024-T4 Al 5754-O Akma Mukavemeti (MPa) 269 ± 4 91 ± 13 Çekme Mukavemeti (MPa) 422 ± ± 12 Elastiklik Modülü E (GPa) 63 ± %7,4 57 ± %8 Yüzde Uzama 17,33 ± 1,17 25,1 ± 2,7 Pekle me Üssü n ± 0,007 0,338 ± 0,012 Mukavemet Katsay K 716 ± ± 17

79 Al 5754-RD Al 5754-DD Al 5754-TD (a) Al 5754-RD Al 5754-DD Al 5754-TD (b) ekil 4.2 Al 5754-O nun (a) mühendislik (b) gerçek akma e rileri.

80 69 Al 2024-T4 ün pekle me üssü de eri ortalama olarak 0,209 iken Al 5754-O nunki 0,338 dir. Bu de erlerden Al 5754-O nun pekle me kabiliyetinin çok daha fazla oldu u anla lmaktad r. Her iki malzemenin akma e rilerine bak ld zaman elde edilen sonuç bu durumu desteklemektedir. Her iki malzemenin akma noktas ndan, çekme mukavemetine ula ncaya kadarki mukavemet art lar hesapland nda Al 5754-O malzemenin mukavemetinde %130 oran nda, Al T4 malzemede de %57 oran nda bir art oldu u hesaplanm r. Malzemelerin elastiklik modüllerine bak ld nda ilk olarak 25 GPa civar nda elde edilen de erlerin, çekme deneylerinin tekrarlanmas sonucunda Al 2024-T4 için ortalama 63 GPa, Al 5754-O için de ortalama 57 GPa olarak elde edildi i görülmektedir. Bu sonuçlar da halen literatürde verilen s ras yla 73 GPa ve 68 GPa de erlerinin alt ndad r. Elastiklik modülü atomlar aras ndaki ba kuvvetleri ile tan mlanmaktad r ve elastiklik modülünün ala mlama, l i lem ve so uk ekillendirme ile sadece küçük bir miktar de ebilece i bilinmektedir. Bu nedenle malzemelerin içyap nda de ikli e neden olan l i lemlerde bir sorun oldu u dü ünülmemektedir. Literatürden farkl sonuçlar elde edilmesinin nedeni ara ld nda malzeme üreticilerinin verdikleri elastisite modülü de erlerini çekme deneyinden elde etmedikleri ö renilmi tir. Bunun yerine kiri eklinde haz rlanan numunelere titre im uygulanarak, titre imden elastisite modülünü bulduklar ö renilmi tir Anizotropi Ölçümü Sonuçlar Düzlemsel anizotropisi R büyük olan malzemelerin ekillendirilebilme kabiliyeti hadde yönüne göre de ece i için incelenen malzemelerde bu özelli in belirlenmesi gerekir. Bu nedenle ASAME grid analiz program ve optik komperatör kullan larak iki farkl yöntemle ölçülen anizotropi katsay lar ve bunlardan hesaplanan normal ve düzlemsel anizotropi de erleri Çizelge 4.4 de verilmi tir.

81 70 Çizelge 4.4 Al 2024-T4 ve Al 5754-O malzemelerin anizotropi de erleri Yöntem Malzeme R 0 R 45 R 90 R n R Optik Komperatör ASAME Al 2024-T4 0,50 1,04 0,71 0,92-0,43 Al 5754-O 0,76 0,67 0,75 0,71 0,087 Al 2024-T4 0,67 1,21 0,85 0,98-0,47 Al 5754-O 0,72 0,67 0,85 0,72 0,11 Al 5754-O nun düzlemsel anizotropisi Al 2024-T4 e göre çok dü ük ç km r ve de eri sac n düzlemsel olarak izotropik kabul edilebilece i 0.13 (Hatipo lu 2007) de erinden dü üktür. Bu sonuçlardan Al 5754-O nun mekanik özelliklerinin hadde do rultusuna göre farkl yönlerde al nan numunelerde birbirine çok yak n, Al 2024-T4 de ise birbirinden uzakta ç kmas beklenirken, tam tersi bir durumla kar la lm r. Al 5754-O nun düzlemsel anizotropisi ortalama 0,1 olarak çok dü ük bir de erde elde edilmesine ra men çekme deneyi sonuçlar na bak ld nda (Çizelge 4.2) malzemenin yüzde uzama de erleri hadde yönüne göre büyük miktarda de mektedir. Al 2024-T4 ün düzlemsel anizotropisi ortalama -0,45 olarak büyük bir de er olmas na ra men yüzde uzama de erleri birbirine çok yak nd r (Çizelge 4.1). Bu nedenle malzemelerin hasar mekanizmalar n birbirinden farkl olabilece i dü ünülmü ve her iki malzeme için de, üç do rultuda da Nakazima deneyinin yap lmas gerekti ine karar verilmi tir Nakazima Deneylerinin Tekrarlanabilirli i Bir deneyden elde edilen sonuçlara ne kadar güvenilece i ve elde edilen sonuçlar n belirsizli inin bilinmesi önemlidir. Bu nedenle Nakazima deneylerinden elde edilen SD lerin ne kadar güvenilir oldu unu belirlemek üzere, gridleme leminin, ekillendirme s n belirlenmesinin, ASAME program yla B D ölçümünün ve ölçümler sonucunda elde dilen SE lerin olu turulmas n tekrarlanabilirlikleri incelenmi tir.

82 Gridleme i leminin tekrarlanabilirli i D ölçümlerinde güvenilir ve do ru sonuçlar n elde edilebilmesi için sac üzerinde olu turulan gridlerin yüksek do ruluk ve kesinlikte uygulanmas gerekir. ASTM E standard na göre 2,5 mm boyutunda kare grid için her bir kenar n uzunlu unun 0,025 mm ölçü tolerans içerisinde kalmas gerekti i belirtilmi tir. Buna göre gridlerin do rulu u en az % 1 olmal r. Yazar n da aralar nda bulundu u Ozturk ve ark. n n (2009) yapt bir çal mada, sac üzerinde 2,5 mm boyutunda serigrafi yöntemiyle uygulanan gridlerin do rulu u % 0,28 olarak bulunmu tur. Gridlerin tekrarlanabilirli i için farkl gridlerde ölçümler yap larak bunlar n standart sapmalar hesaplanm ve % 95 güvenilirlikte tekrarlanabilirlik için % 0,8 de eri elde edilmi tir. Sonuç olarak serigrafi yöntemiyle olu turulan gridler yeterli do ruluk ve tekrarlanabilirli e sahiptir ASAME ile ölçmenin tekrarlanabilirli i Yukar da bahsedilen Ozturk ve arkada lar n çal mas nda (2009) ASAME program n ölçme do rulu u, boyutu bilinen deforme olmam gridlerin ölçülmesi yoluyla belirlenmi tir. Deforme olmam gridlerde B D miktarlar s r olmas gerekir. Buna göre Bölüm 3.5 de anlat lan esaslara ba kal narak ayn ortam ve ayn kamera özellikleri kullan larak yap lan tekrarl ölçme i leminin do rulu u majör B D için ortalama 0,10 ± 0,16, minör B D için ise 0,38 ± 0,13 olarak elde edilmi tir. ASTM E numaral SD lerin olu turulmas ile ilgili standartta, SE nin do rulu unun ± % 2,5 B D de eri aral nda olmas gerekti i belirtilmi tir. ASAME program n do rulu u ise program üreticisi taraf ndan ± %1,5 B D de eri olarak verilmi tir. Buna göre bulunan sonuçlardan ASAME ile ayn artlarda yap lan ölçme i leminin yeterli do rulu a sahip oldu u anla lmaktad r. Farkl ortamlarda yap lan ölçme i leminin tekrarlanabilirli ini bulmak için, üç farkl numune y rt lma an na kadar ekillendirildikten sonra, 8 MP lik Kodak marka

83 72 amatör bir dijital kamera ile, ayd nlatma aç ndan dört farkl ortamda, foto raflar çekilmi tir. Ortamlardan iki tanesi floresan, di er iki tanesi de gün olarak seçilmi tir. ASAME program nda foto raflar i lenip ölçüm sonuçlar Microsoft Excel program nda kar la lm r. Her numunenin farkl ortamlarda çekilen foto raflar ndan elde edilen ayn noktalara ait B D de erlerinin ortalamas ve standart sapmas bulunmu tur. Sonuçlar % 95 ve %70 güvenilirlikle Çizelge 4.5 de verilmi tir. Bu de erler ASTM standard nda SD için belirtilen ± %2,5 B D aral içerisinde kalmaktad r. Fakat SE nin elde edilmesi a amas ndaki di er hatalar n da eklenmesi ile bu de erler kabul edilemez bir miktara ula acakt r. Ayr ca bu sonuçlar ASAME nin ± %1,5 tekrarlanabilirlik kabiliyetinin bu kamera ile % 95 güvenilirlik için yakalanamad göstermektedir. ekil 4.3 de 75 mm geni li indeki numune için majör B D lerin farkl ortamlarda ölçümlerinin da görülmektedir. Bu de erler ortalama majör B D de erlerinin küçükten büyü e s ralanmas eklinde verilmi tir. ekilden numunelerin foto raflar n çekilmesi s ras ndaki ayd nlatma art n tekrarlanabilirlik üzerine etkisinin önemli oldu u anla lmaktad r. Çünkü ekilde gün ndaki ölçüm sonuçlar birbirine çok yak n ç karken, floresan ndaki ölçüm sonuçlar n birbirinden uzakl n daha fazla oldu u görülmektedir. Buradan kland rma ortam n iyi bir ekilde ayarland nda tekrarlanabilirli in artt anla lmaktad r. Çizelge 4.5 Amatör dijital kamera ile çekilen foto raflardan elde edilen sonuçlar n tekrarlanabilirli i Numune Geni li i (mm) Majör B D lerin STD Sapmas Minör B D lerin STD Sapmas Güvenilirlik % 95 % 70 % 95 % ,12 1,06 1,93 0, ,25 1,12 1,92 0, ,12 1,06 1,84 0,92

84 73 Majör Gerinme Floresan I 1.Tekrar Floresan I 2.Tekrar Gün I 1.Tekrar Gün I 2.Tekrar ekil 4.3 Amatör dijital kamera ile farkl ortamlardaki ölçmelerde farkl B D ler elde edilir Foto raf çekilen ortamdaki titre imlerin sonuçlara etkisinin olup olmad bulmak için, Canon marka profesyonel bir SLR kamera ile titre im aç ndan farkl ortamlarda ayn parçan n foto raflar çekilmi tir. Ayn dü üm noktalar na ait de erlerin farklar n ortalamas ise tekrarlanabilirli in göstergesi olarak verilmi tir. Sonuçlar Çizelge 4.6 da görülmektedir. Stüdyo ve ofis aras ndaki fark kabul edilebilir bir düzeydedir. Çünkü ileride de anlat laca gibi ayn makine ile ayn ortamda elde edilen de erlerde bile % 0.1~0.26 oran nda sapmalar olabilmektedir. Stüdyo ile fabrikadaki ölçüm fark ise dikkate al nabilecek de erde yüksektir. Ayr ca titre imli ortamlarda tripodun yüksekli inin de önemli oldu u görülmü tür. Bu nedenle mutlaka titre imli ortamlarda foto raf çekilmesi gerekecekse hiç olmazsa tripdun k sa ayarlanmas gerekti i sonucuna var lm r. Foto raf çekiminde kullan lan kameran n tekrarlanabilirli e etkisini ara rmak için, profesyonel bir foto rafç ya 12 MP çözünürlükte Nikon marka SLR bir kamera ile foto raflar çektirilmi tir. Ayn numunelere ait foto raflar Kodak Çizelge 4.6 Foto raf çekilen ortamdaki titre imlerin sonuçlara etkisi Ortam Stüdyo ve ofis Stüdyo ve Fabrikada uzun Fabrikada k sa fabrika tripodla çekim tripodla çekim Fark (% D) 0,18 0,80 0,72 0,43

85 74 marka kamera ile çekilmi ve B D de erleri ekil 4.4 de verilmi tir. Kameran n etkisinin daha belirgin olarak ortaya koyulabilmesi için Nikon kameradan farkl ortamlardaki elde edilen de erler aras ndaki fark, Kodakta ayn ortamda elde edilen de erlerden bile dü ük olmaktad r. Sonuç olarak amatör dijital kameralarla her Minör Gerinme Minör Gerinme Gün I 1.Tekrar Gün I 2.Tekrar -3.5 Gün I Stüdyo Ortam (a) Kodak marka kamera (b) Nikon marka kamera ekil 4.4 Foto raf makinesinin tekrarlanabilirli e etkisi durumda profesyonel SLR kameraya göre çok büyük hatalar olu maktad r. SD lerin olu turulmas nda Al 5754 e ait 1. ve 2. tekrar numuneler yukar da bahsedilen Nikon marka kamera ile çektirilmi ve tekrarlanabilirlik % 0,25 olarak bulunmu tur. Sonraki bütün foto raflar Selçuk Üniversitesi laboratuar na al nan 12 MP çözünürlükteki Canon 450D marka profesyonel bir SLR kamera ile ö renci taraf ndan % 0,26 tekrarlanabilirlikle çekilmi tir. Ayr ca ASAME ile ölçmenin tekrarlanabilirli i konusunda yap lan çal malardan u sonuçlar ç kart lm r. ASAME ile ölçmenin tekrarlanabilirli ini etkileyen en önemli etken foto raflar çekerken kullan lan kamerad r. Çünkü nikon marka cihazla farkl ortamlarda ölçüm sonucu elde edilen tekrarlanabilirlik kodak marka cihazla ayn ortamda ölçüm yap lmas sonucu elde edilen tekrarlanabilirlikten bile daha yüksektir.

86 75 Tekrarlanabilirli i etkileyen di er bir önemli etken ortamd r. Çizelge 4.7 de görüldü ü gibi floresan nda tekrarlanabilirlik %2.24 B D iken gün n homojen ekilde yay ld bir ortamda % 0.66 B D de eri elde edilebilmi tir. Tekrarlanabilirli in yüksek oldu u ölçüm sonuçlar elde edebilmek için foto raf çekilecek parçan n üzerinde k yans malar olmamal, parafla larla veya gün na direkt maruz kalmayan geni ve n homojen bir ekilde yay ld titre imsiz bir ortamda parçalar n foto raflar çekilmelidir. Çizelge 4.7 Kamera ve ortam n tekrarlanabilirli e etkisi Kullan lan Kamera Kodak (Amatör kamera ile renci taraf ndan çekim) Nikon (Profesyonel SLR kamera ve foto rafç ) Canon (Profesyonel SLR kamera ile ö renci) Ortam Minör B D ler aras ndaki ortalama fark Floresan nda 2.24 Aç k havada gölgede 1.49 Kapal geni bir ortamda farkl aç larda k yans mas Kapal geni bir ortamda endirekt gün nda Stüdyoda parafla ve lo gün fark Ofiste gün nda ekillendirme s n ve LDH n n belirlenmesinin tekrarlanabilirli i ekillendirme s olarak boyunla ma ba lang ndaki B D de erleri al nmal r. Bu nedenle Nakazima deneyinin, numunede boyunla man n ba lad anda durdurulmas idealdir. Fakat özellikle alüminyum ala mlar nda boyunla ma çok h zl ilerledi i için boyunla man n ba lad an n yakalanmas çok zordur. Bu

87 76 nedenle deneyler ancak boyunla ma veya y rt lma olu tu u anda durdurulabilmi tir. Fakat, ekil 4.5 de görüldü ü gibi, benzer deneylerde benzer davran lar gözlemlenmi tir. Bütün numunelerin hasar bölgelerine ait foto raflar EK-G de verilmi tir. Boyunla man n veya y rt lman n olu tu u bölge ve bu bölgenin kar taraf incelenerek s r B D de erleri Bölüm de anlat ld ekilde belirlenmi tir. ekillendirme s n belirlenmesinin tekrarlanabilirli i, deneyler sonucunda ayn özelliklerdeki numunelerden benzer s r B D de erlerinin elde edilebilmesi kabiliyetidir. Bu de eri belirlemek üzere, örnek olarak, 50 mm geni li indeki dört adet Al 5754-O numunesi ekil 4.5 de görüldü ü gibi boyunla ma an na kadar ekillendirilmi ve bulunan B D de erleri Çizelge 4.8 de verilmi tir. ekillendirme (1) (2) (3) (4) ekil 4.5 Boyunla ma an na kadar ekillendirilmi 4 adet 50 mm geni li indeki Al 5754-O numunesi

88 77 n tekrarlanabilirli i % 95 güvenilirlikle; majör B D ler için % 2, minör D ler için de % 0.7 olarak bulunmu tur. Nakazima deneyinde numunelerin y rt lma an na kadarki stampa ilerleme miktarlar LDH ölçüsü olarak kaydedilmi tir. Deney cihaz stampan n ilerleme miktar 0,01 mm hassasiyetle vermesine ra men yap lan ölçümler sonucunda stampan n saca ilk dokundu u konumun 1 mm hassasiyetle yakaland bulunmu tur. LDH n n tekrarlanabilirli i dört tekrarl olarak yap lan 100 mm geni li indeki Al 5754-O malzemesi için 2 mm olarak bulunmu tur. Al 5754 ve Al 2024 için bütün numunelere ait s r B D ve LDH lara ait tekrarlanabilirlik de erleri SD lerin çizilmesi bölümünde verilecektir. Çizelge 4.8 Boyunla ma an na kadar ekillendirilmi 4 adet 50 mm geni li indeki Al 5754-O numunesinden elde edilen s r B D de erleri Numune Majör B D (%) Minör B D (%) , ,16-1, ,67-1, ,54-2,11 Ortalama 20,59-1,83 2xSTD Sapma 1,98 0, Al 5754-O için SD lerin Çizilmesi Al 5754-O ala ml alüminyum sac n SD leri, hadde do rultusunda, hadde do rultusuna 45 ve 90 do rultularda al nan, sekiz farkl geni likteki numuneye Nakazima deneyi uygulanarak elde edilmi tir. Bu malzemenin düzlemsel anizotropisi dü ük ç kmas na ra men yüzde uzama de erleri hadde do rultusuna

89 78 göre farkl k gösterdi i için malzemenin SD leri her üç do rultuda da üç tekrarl deneyler yap larak olu turulmu tur. Sonuçlar klasik yöntem, önerilen yöntem, anizotropinin etkisinin incelenmesi ve SD lerin kar la lmas yap larak verilmi tir Klasik yöntemle elde edilen SD Hadde do rultusunda, ikinci tekrar deneylerden, klasik yöntemle elde edilen SD ekil 4.6 da örnek olarak verilmi tir. Üstte görülen e ri belirlenen s r B D de erlerinden geçirilen SE dir. Alttaki kesikli çizgi bu SE nin %10 B D de eri alt nda program taraf ndan otomatik olarak çizilmektedir. Di er tekrarlardan elde edilen grafikler Ek E de verilmi tir. Sac malzemeler ekillendirilirken, hasarlar genellikle düzlem B D durumunda meydana gelir. Düzlem B D yi ifade eden SD 0 de erleri ekillendirilebilirlikleri kar la rmak için kullan lan önemli bir parametredir. Bu nedenle G100 numunelerinden elde edilen SD 0 de erleri Çizelge 4.9 da verilmi tir ve belirsizlik % 0,52 dir. Çizelge 4.9 Klasik yöntemle hadde do rultusunda elde edilen % SD 0 de erleri RD1 RD2 RD3 Ortalama 2xSTD Sapma 18,6 19, ,9 0,52 ekil 4.6 da görüldü ü gibi G150,G175 ve G200 numunelerinden ayn bölgede de erler elde edilmi tir. G200 numuneleri için farkl bir ya lay daha kullanarak s r B D de erini daha sa a do ru almak için SAE 10 s ya ile ya lanarak ilave deneyler yap lm ancak dikkate de er bir etki elde edilememi tir. Bununla birlikte ayn numunenin kat ya lama durumu ile kat +s ya lama durumundaki sonuçlar aras nda fark oldu u da görülmektedir. Dolay yla sadece SAE 10 ya lay n sac ekillendirme i leminde tek ba na kullan ld nda sürtünmeyi yeteri kadar azaltamad söylenebilir.

90 79 ekil 4.6 Al 5754-O için hadde do rultusunda elde edilen SD (Klasik yöntem) Teorik olarak SE lerin sa a ve sola do ru daha geni bir aral kapsamas gerekir. Tek eksenli gerilme halinde bu anizotropi de erine sahip malzemelerde teorik olarak ula labilecek en büyük B D oran 0.4 dür. Stampayla sac aras ndaki sürtünmeler s r yap lamad için bu çal mada ancak 25 mm geni likli numune ile 0.27 olarak elde edilebilmi tir. Bu oran daha da art rmak için sürtünmenin azalt lmas gerekti i dü ünülmü ve 25 mm lik numunelere kat +s ya lama durumunda da deneyler yap larak sonuçlar Çizelge 4.10 a da verilmi tir. Ancak s r B D ler sadece majörde % 0.38, minörde de % 0.63 kadar de ti i için beklenen etki elde edilememi tir. Benzer bir yakla mla, 25 ve 50 mm lik numuneler aras nda ilave noktalar elde etmek için de 50 mm lik numune kat +s ya lay yla ekillendirilmi ve sonuçlar Çizelge 4.10 b de görüldü ü gibi fazla

91 80 Çizelge 4.10 Farkl ya lay lar n ekillendirme s na etkileri (a) 25mm (b) 50 mm geni li indeki numuneler G25 Kat ya lay G25 Kat + ya lay Fark Numune Minör Majör Minör Majör Minör Majör RD1-6,03 26,06-7,25 26,65 1,22 0,59 RD2-5,76 25,98-6,38 26,40 0,63 0,42 RD3-5, ,00 25,88 0,05 0,12 Ortalama 0,63 0,38 (a) G50 Kuru durum G50 Kat +S ya lay Fark Numune Minör Majör Minör Majör Minör Majör RD1-1,75 20,95-1,85 20,20 0,10 0,75 RD2-1,96 21,13-1,91 20,19 0,05 0,94 RD3-2,40 22,39-2,06 20,45 0,34 1,94 Ort 0,17 1,21 (b) de memi tir. Dolay yla ya lay n sol tarafa etkisi olmad sonucuna var lm r. 200 mm lik numunelerde farkl ya lama artlar yla sürtünme azalt larak dengelenmi iki eksenli gerilme haline yakla lmaya çal lm r ancak SD nin en sa ucunda B D oran olarak yakla k 0.5 oran elde edilebilmi tir. ASAME yaz ölçüm alan ndaki tüm noktalar gösterdi i ve farkl SD lerini ayn grafikte gösteremedi i için, tekrarl deneylerden elde edilen SD leri kar la rmak amac yla ekil 4.7 deki grafik çizilmi tir. Bu grafikte, s r D de erlerinden geçecek ve genel SE nin karakteristi ine uygun olacak tarzda, bir SE çizilmi tir. Güvenli SE ise, SE nin alt nda kalan tüm noktalar kapsayacak tarzda ve belirlenen bir majör B D de eri kadar, SE nin offsetlenmesiyle çizilmi tir. Bu çal mada SE nin tekrarlanabilirli i olarak kabul edilen bu offset de eri ekil 4.7 için % 2 olarak bulunmu tur. S r B D de erlerinin yay ld aral gösterebilmek için minimum ve maksimum SE leri de çizilmi tir.

92 Tekrar 2.Tekrar 3.Tekrar SE Maks. SE Min. SE Güvenli SE ekil 4.7 Al 5754-O Ala ml alüminyum saca ait, hadde do rultusunda elde edilen SD (Klasik yöntemle elde edilen) Önerilen hasardan majör, kesitten minör bulma yöntemiyle elde edilen SD lk olarak bu çal mada önerilen hasardan majör, kesitten minör bulma yöntemi ile olu turulan, Al 5754-O ala ml alüminyum sac n hadde do rultusundaki SD ekil 4.8 de verilmi tir. ekilde üç tekrar için elde edilen s r D de erleri ve bu de erlere uygun olarak olu turulan SE leri görülmektedir.

93 82 Güvenli SE için önerilen offset de erleri diyagram n sol taraf için % 0.75, sa taraf için de % 1.5 olarak belirlenmi tir. Bu yöntemle RD do rultusunda elde edilen s r B D de erleri ve tekrarlanabilirlikleri Çizelge 4.11 de, di er do rultulara ait s r B D de erleri de Ek-D de verilmi tir. Sonuçlar n belirsizli i daha önce belirlenen s r de er olan % 2 B D nin alt ndad r Tekrar 2.Tekrar 3.Tekrar Maks. SE Min. SE SE Güvenli SE ekil 4.8 Al 5754-O Ala ml alüminyum saca ait, hadde do rultusunda elde edilen SD (Hasardan majör kesitten minör bulma yöntemi ile elde edilen)

94 83 Çizelge 4.11 Hadde do rultusundaki Al 5754 için s r B D ler ve tekrarlanabilirlikleri 1.Tekrar 2.Tekrar 3.Tekrar 2xSTD Sapma Geni lik Minör Majör Minör Majör Minör Majör Minör Majör G G G G G G G G200YA* G200YB* G200YC* * A: Kuru artta, B: Kat polietilen ya lay yla, C:Polietilen + SAE 10 numara s mineral ya lay ile yap lan deneyler Yöntemlerin kar la lmas ekil 4.9 da hadde yönü için klasik ve önerilen yöntemle elde edilen SD ler birbirleriyle kar la lm r. Grafi in sol taraf nda klasik yöntem için belirsizlik % 2 iken önerilen yöntemde % 0.75 elde edilmi tir. Klasik SE daha üstte görülse de buna ait güvenli SE di er güvenli SE ye göre daha dü ük de erlerde kalmaktad r. Böylece önerilen yöntemle yakla k olarak % 0.75 ofset de erindeki bir bölge daha güvenli olarak kullan labilmektedir. Ayn durum hem SD 0 ve hem de sa taraf nda artarak devam etmekte hatta fark % 1.5 de erine kadar ula maktad r. Ayr ca sa tarafta önerilen yöntemle elde edilen SE di erinden daha yüksekte kalmaktad r.

95 Klasik SE Klasik Güvenli SE Önerilen Yöntemle SE Önerilen Y. Güvenli SE ekil 4.9 Klasik yöntem ve önerilen yöntemin kar la lmas (Hadde yönü için elde edilen SD ler) Düzlemsel anizotropinin etkisi Düzlemsel anizotropinin SD ye etkisini bulmak amac yla, hadde yönüyle 45 ve 90 do rultularda da SD ler olu turulmu ve sonuçlar ekil 4.10 da verilmi tir. Bu grafikte anizotropinin etkisinin aç kça görülebilmesi için sadece SE leri verilmi tir. G200 numunelerinde hadde do rultusunun önemi olmad için, farkl yönlerde ayr ca deney yap lmam r. SD nin sol taraf nda tek eksenli gerilme durumuna yakla lan bölgede SE nin ba lang ç noktalar birbirinden çok farkl olmas na ra men her üç do rultudaki B D oran ( ) yakla k e ittir. Yani RD ve TD do rultular ndaki SE lerinin uzat lmas durumunda her üç e ri de birbiriyle çak acakt r. Grafikte DD do rultusunda B D s de eri en fazla iken RD do rultusundaki en azd r. Bu durumu malzemenin yüzde uzama de erleri de

96 85 desteklemektedir. Çizelge 4.2 ye bak ld nda en fazla uzaman n DD do rultusunda daha sonra TD ve en az da RD do rultular nda elde edildi i görülmektedir. EK-E de ekil E.5 de güvenli SE leri de kapsayacak ekilde, sonuç olarak önerilen SE ler ve ekil 4.10 da da sadece farkl do rultularda elde edilen SE ler verilmi tir. Bu e rilerin tümü göz önüne al nd zaman, SD nin sol taraf nda anizotropinin etkisinin olmad, sa tarafta ise belirgin bir etkinin oldu u söylenebilir. Çünkü sa tarafta RD ile DD ve TD ile DD e rilerinin baz bölgelerde birbirleriyle giri im yapmad klar görülmektedir. Bu farkl k klasik yöntemle fark edilemeyecek kadar küçüktür RD SE TD SE DD SE ekil 4.10 Hadde yönüne göre farkl do rultularda elde edilen SD'ler Al 5754-O malzemesiyle simülasyonlarda güvenilir analizler yapmak için her üç do rultu için de ayr ayr SE girilmesi gerekecektir. Ancak malzemeyi izotropik kabul ederek tek bir SD girilmesiyle analiz yap lacaksa, ekil 4.11 de verilen SE kullan lmal r. Bu SE EK-E ekil E.5 de görüldü ü gibi farkl do rultulardaki SE lerin alt ndan geçecek tarzda çizilmi tir. % 1 olarak belirlenen offset de eri ile

97 RD+DD+TD SE RD+DD+TD Güvenli SE ekil 4.11 Al 5754-O için ekillendirme S r Diyagram her üç e rinin güvenli SE leri de ekil 4.11 deki güvenli SE nin üzerinde kalmaktad r. Bir ba ka deyi le bu güvenli SE nin alt nda malzemede herhangi bir hasar olu mayacakt r. Deneylerden elde edilen SD 0 de erleri, Çizelge 4.12 de ve EK-E ekil E.5 de görüldü ü gibi, RD yönünde di erlerine göre daha az ç kmaktad r. Bu da çekme deneylerinden elde edilen en az uzaman n RD yönünde oldu u sonucunu desteklemektedir. Çizelge 4.12 SD 0 De erleri RD DD TD 1. Tekrar 18,51 19,68 18,81 2. Tekrar 17,94 20,06 18,97 3. Tekrar 18,56 19,94 20,18 Ortalama 18,34 19,89 19,32 2xSTD Sapma 0,68 0,20 1,5

98 LDH De erleri ekillendirilebilirli in belirlenmesinde kullan lan di er bir araç olan, s r kubbe yüksekli i, düzlem B D durumundaki LDH de eridir ve bu de er Al 5754-O için G100 numunesinde olu mu ve Çizelge 4.13 de verilmi tir. Yüzde uzama de erlerine, SD 0 de erlerine ve SE nin sol taraf ndaki duruma paralel olarak, LDH de erleri de DD, TD ve RD s ralamas nda elde edilmi tir. Di er numunelere ait LDH lar ve stampan n ilerleme miktar na kar k gelen kuvvet de erleri de EK-F de verilmi tir. Çizelge 4.13 LDH de erleri RD DD TD Ortalama xSTD Sapma Al 2024-T4 için SD lerin Çizilmesi Al 2024-T4 gevrek bir malzeme oldu u için Nakazima deneylerinde boyunla ma davran yakalanamam r. G25 ve G50 numuneleri tamamen ayr lm halde, di er numuneler ise ekil 4.12 de bir örne i, EK-G2 de de tamam görüldü ü gibi y rt lma olu mu halde elde edilebilmi tir. Hiçbir numunede y rt k bölgenin kar taraf nda, boyunla ma davran gözlemlenmemi tir. Malzemenin ekillendirme s önerilen yeni yöntemle belirlenemez. Çünkü malzemenin iddetli olarak k lmas nedeniyle y rt k henüz ekillendirme s na ula mam bölgelere aniden ilerlemektedir. Bu nedenle y rt k ba lang ndaki bölgelerde D ler çok dü ük de erlerde olmaktad r. Dolay yla SE ler klasik yöntemle olu turulmu tur.

99 88 ekil 4.12 Y rt lma hasar olu mu Al 2024 deney numunesi rt lma bölgesindeki B D ler belirlenirken ölçme sisteminin özelli i nedeniyle önemli bir ayr nt tespit edilmi tir. Bu tür ölçmelerde y rt k ölçüm alan na dahil edildi inde ekil 4.13 de (A durumu) görüldü ü gibi gerçek de ere (B durumu) göre çok fazla B D de erleri hesaplanmaktad r. Özellikle y rt a kom u dü üm noktalar nda B durumuna göre iki kat fazla B D de eri hesaplanmakta ve bu fark y rt ktan sonraki 4. dü üm noktas nda ( ekil 4.13 de ok ile gösterilmi tir) ancak s rlanmaktad r. Bu nedenle y rt k bölgesi de erlendirilirken, y rt n kesinlikle ölçüm alan na dahil edilmemesi, y rt n üstünden ve alt ndan ayr ölçümlerin yap lmas gerekir. Kullan lan ASAME otomatik gerinim ölçme program nda y rt k tan mlama özelli i vard r. Bu özellik kullan larak ölçme yap ld nda, sadece y rt a en yak n dü üm noktalar ndaki B D ler B durumuna yakla sa da, di er dü üm noktalar ndaki B D ler A durumu ile ayn olmaktad r.

100 89 ekil 4.13 Y rt k ölçüm alan na dahil edildi inde (A) ve edilmedi inde (B) B D lerdeki de im rt n üstünden ve alt ndan yap lan ölçümlerde y rt a en yak n B D de erlerinin, y rt n kar ndaki en yüksek de erlerle hemen hemen ayn oldu u görülmü tür. Bütün bu de erlendirmelerden sonra bu malzeme için s r B D de erlerinin y rt n kar ndaki bölgeden ölçmesi gerekti i sonucuna ula lm r. RD, DD ve TD do rultular nda al nan numunelerden elde edilen s r D lerle olu turulan SE leri ekil 4.15 de verilmi tir. Farkl hadde do rultular na ait SE leri birbirine girmi durumda oldu u için AL 2024 ün SD sinin hadde do rultusuna göre farkl k göstermedi i anla lmaktad r. Bu nedenle tüm do rultulardan elde edilen s r B D ler yard yla Al 2024-T4 için, ekil 4.14 de görüldü ü gibi, tek bir SD olu turulmu tur. Bu malzeme için offset de eri % 1,5 al narak güvenli SE çizilmi tir.

101 RD, DD, TD SE SE Güvenli SE ekil 4.15 RD, DD ve TD do rultular ndaki SE'leri RD DD TD SE 2024 Güvenli SE 2024 ekil 4.14 Al 2024-T4 için elde edilen SD

102 91 Malzemelerin kar la lmas amac yla, Al 2024 ve Al 5754 ün SD leri EK-H da beraberce bir grafik üzerinde verilmi tir. Al 5754 ün ekillendirilebilme kabiliyetinin Al 2024 e göre çok yüksek oldu u, n SD nin sa taraf nda 0,5 yerine 0,9 olurken sol taraf nda -0,27 yerine -0,34 oldu u, SD 0 n % 18 yerin % 16 oldu u görülmektedir. Al 5754 için bu de erin ayn ya lay kullan larak 0,5 de erinde elde edildi i dü ünüldü ünde Al 2024 ün sürtünme katsay n çok daha dü ük oldu u anla lmaktad r. Ayr ca SD nin sol ucunda farkl do rultularda elde edilen s r B D ler Al 5754 deki durumun tersine birbirine çok yak n ç km r. Malzemenin yüzde uzama de erleri de bu durumu desteklemektedir. Al 2024-T4 k lgan bir malzeme oldu u için standart Nakazima deneyi kal plar ile deneyler gerçekle tirilirken bask plakas ile numunenin s lmas ras nda ço u malzeme süzdürme çubuklar ndan k lm r. Bunun üzerine numunelerin büyük ço unlu u, süzdürme çubu una sahip olmayan, düz bask plakas ile 500 kn luk kuvvetle s lm r. Standart LDH deney düzene i kullan lmad ve numunelerde bir miktar kayma oldu u için de Al 2024 e ait s r kubbe yükseklikleri verilmemi tir.

103 92 5. SONUÇ VE ÖNER LER Bu çal mada simülasyon yaz mlar nda malzemeyi daha iyi tan mlayarak, kal plama performans art rmak amac yla, Al 5754-O ve Al 2024-T4 malzemelerinin ekillendirilebilme kabiliyeti ara lm r. ekillendirilebilirlik, deneysel olarak, akma e risi, s r kubbe yüksekli i ve özellikle de SD; ekillendirme S r Diyagram elde edilerek belirlenmi tir. ekillendirilebilirli i belirlemede kullan lan di er araçlardan, s r kubbe yüksekli i (LDH), s r çekme oran (LDR) veya konik kap deneyinden elde edilen çap oran kal p boyutuna ve deney artlar na göre de ir. Dolay yla sadece farkl malzemelerin ekillendirilebilirliklerinin kar la lmas amac yla kullan labilir. Oysaki SD ler farkl B D hallerinde, malzemelerde hasar n ba layaca B D de erlerini verdi i için kal p boyutu ve ekillendirme artlar ndan ba ms z olarak malzemelerin ekillendirilebilirlikleri hakk nda çok detayl bilgiler verir. Sonuç olarak SD ler ekillendirilebilirli i belirlemede kullan lan çok daha etkin bir araçt r. SD lerin teorik olarak hesaplanmas amac yla geli tirlen birçok modelden baz, kimi malzemeler için ba ar tahminlerde bulunsa da tüm malzemeler için SD nin tüm bölgesini güvenilir ekilde tahmin eden bir model yoktur. Bu nedenle SD ler en güvenilir ekilde deneysel olarak olu turulabilir. Çekme deneyinden Al 5754-O nun sünek bir malzeme olup % 8 daha fazla uzama de erine sahip iken, Al 2024-T4 ün gevrek ancak yakla k olarak üç kat daha mukavemetli oldu u tespit edilmi tir. Elastisite modülünün çekme deneyinden do ru olarak elde edilemeyece i sonucuna var lm r. Malzemelerin hadde do rultusuna göre farkl özellikte olup olmad belirlemek üzere çekme deneyleri RD, DD ve TD do rultular nda yap lm r. Al 5754-O nun yüzde uzamalar ndaki mekanik özellikleri ayn olurken, Al 2024-T4 için tam tersine bir durum söz konusudur. SD lerin hadde do rultusuna göre de ip de medi ini belirlemek üzere, ayr ca yap lan çekme deneylerinden, düzlemsel anizotropi de erleri Al 5754-O ve

104 93 Al 2024-T4 için s ras yla 0.09 ve olarak bulunmu tur. Bu sonuçlara dayanarak; Al 5754-O ün düzlemsel izotropik oldu u kabul edilmi ancak yüzde uzama de erleri farkl oldu u için yine de her üç do rultuda SD leri elde edilmi tir. SD lerin elde edilmesinde genellikle Marciniak ve Nakazima deneyleri kullan r. Bu çal mada basit olmas nedeniyle genellikle tercih edilen Nakazima deneyi uygulanm r. D lerin ölçülmesi için yap lan gridleme i leminde, deformasyona kar dirençli oldu u için, yüksek do ruluk, çözünürlük ve uygun maliyet özelliklerinden dolay serigrafi yöntemi kullan lm r. Gridlerin ölçü tolerans ASTM E standard na göre % 1 de eri içerisinde kalmas yeterli iken, yakla k % 0,3 do ruluk ve % 0,8 tekrarlanabilirlikle elde edilmi tir. Yazarlar n önceki çal malar nda, gridlerin ölçülmesinde kullan lan ASAME otomatik gerinim ölçme sistemi ile ekillendirilmemi numunelerdeki B D ler % 0,38 do rulukla bulunabilmi tir. Foto raflar n rijit bir tripod ve profesyonel bir SLR kamera kullan larak, görüntüde sert gölgeler olu turmayan ve da k k kaynaklar yla ayd nlat lmas ndan dolay gölge ile n birbirine kar mad bir ortamda, çekilmesiyle tekrarlanabilirli in ayn ortam için % 0.25 farkl ortamlar için % 0,5 B D de erinde oldu u bulunmu tur. Al 2024-T4 de, boyunla ma yakalanmadan y rt lma olu tu u için, ekillendirme s, literatürde genellikle kullan lan klasik yöntemle yani y rt a kom u gridlerin ölçülmesi veya y rt n kar taraf ndan ölçüm yap lmas yöntemiyle bulunmu tur. Al 5754-O daki s r B D leri bulmak için bu çal mada hasardan majör kesitten minör bulma ad nda daha sistematik olan yeni bir yöntem önerilmi tir. Klasik ve önerilen yöntemden elde edilen grafiklerin de erlendirilmesi sonucunda tekrarlanabilirlik, klasik yöntem için % 2 iken, önerilen yöntem için ortalama % 1 olarak elde edilmi tir. Ayr ca klasik yöntemle anizotropinin etkisi de fark edilememektedir. Buna ilaveten önerilen yöntemle daha fazla bölge güvenilir olarak kullan labilmektedir.

105 94 Al 5754-O nun düzlemsel anizotropisi çok küçük olmas na ra men ekillendirilebilirli i hadde do rultusuna göre az da olsa de mektedir. Bu de im yüzde uzama, LDH ve SD 0 de erlerinde de görülmektedir. Bununla birlikte SD nin sol taraf nda anizotropinin etkisinin olmad, sa tarafta ise etkinin daha belirgin oldu u sonucuna var lm r. RD, DD ve TD yönleri için ayr ayr kullan labilecek SD lere ek olarak tüm hadde yönleri için güvenilir olarak kullan labilecek tek bir SD de olu turulmu tur. Al 2024-T4 malzemenin düzlemsel anizotropisi çok daha yüksek olmas na ra men SD nin hadde do rultusuna göre de medi i sonucuna var lm r. Bu konuda çal acak ara rmac lara k tutmas aç ndan a dakiler hususlar n aç klanmas uygun görülmü tür. Al 5754-O nun SD sini elde etmek için önerilen yeni yöntemin, tüm sünek malzemeler için genelle tirilmesi amac yla, birkaç farkl malzemeye daha uygulanmas gerekir. Daha geni aral klarda SD elde edebilmek için sürtünmelerin etkili olmad Marciniak deneyleri yap labilir. Nakazima deneylerinde SD nin sol taraf için ya laman n etkili olmad görülmü tür. Dolay yla bu bölgede SE üzerinde daha farkl noktalar elde edebilmek için daha farkl geni likte numunelere gerek duyulmaktad r. Süzdürme çubuklar n çap geçen numunelerde tüm hadde do rultular için hasarlar hadde do rultusuna dik do rultularda olu maktad r. Bu tür numunelerde, hadde do rultusunun SD ye etkisini bulabilmek için, y rt lma hasar hadde do rultusu ile 45º ve 90º aç da olu uncaya kadar ekillendirmeye devam edilmelidir. Standart süzdürme çubuklar kullan ld nda Al 2024-T4 de bask plakas ile s rma s ras nda k lmalar olu maktad r. Bu nedenle daha farkl profile sahip yeni süzdürme çubuklar tasarlanabilir.

106 95 KAYNAKÇA Arrieux E., Bedrin C., Boivin M., th IDDRG Congress, Sta Margherita Ligure. Askeland D.R., Çeviri Erdo an M Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, Nobel Yay nlar, Ankara. ASM Handbook Vol. 4 Heat Treating 1991, ASM International. Banabic D., Barlat F., Cazacu O., Kuwabara T Anisotropy and Formability. Advances in Material Forming Banabic D., Bunge H.J., Pöhlandt K., Tekkaya A.E Formability of Metallic Materials. Springer-Verlag, Almanya. Boogaard T Thermally enhanced forming of aluminium sheet modelling and experiments. Ph.D. Thesis, Universiteit Twente, Netherlands Campbell F.C Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, Elsevier, Great Britain. Cinotti N.A Stretch Flange Formability of Aluminum Alloy Sheet. M.S. Thesis, Waterloo University, Ontario, Canada. Çetin H., 2005 Alüminyum ala hafif metal levhalar n prizmatik derin çekmede biçimlendirilebilirlik özelliklerinin ara lmas, Yüksek Lisans Tezi, Isparta. Dieter G.E., 1988 Mechanical Metallurgy, McGraw Hill Book Company, London. Goodwin G.M Application of strain analysis to sheet metal forming problems in the press shop. Society of Automotive Engineers, No:680093, Hatipo lu H.A Experimental and numerical investigation of sheet metal hydroforming (flexforming) process. M.Sci Thesis, Middle East Technical University, Ankara. Holmberg S., Enquist B., Thilderkvist P Evaluation of sheet metal formability by tensile tests. Journal of Materials Processing Technology 145 : Hosford W. F., Duncan J. L Sheet Metal Forming: A Review. JOM. Hutchinson R.W., Neale K.W Sheet necking II Time independent behavior. Mechanics of sheet metal forming, Editors: D.P Koistinen and N.M. Wang, Plenum Press, , New York/London.

107 Kaluza W., Kim I., Bleck W., 2002 Determination of forming limit stres diagrams for the charecterization of material for sheet metal forming. Advanced Engineering Materials 4 : Keeler S.P Circular grid system a valuable aid for evaluating sheet metal formability. S.A.E. National Congress, Detroit, January 11. Keeler S.P., Bachofen W.A Plastic instability and fracture in sheet stretched over rigid punches. Trans. ASM 56 : Keeler S.P., Brazier W. G Relationship between laboratory material characterization and press shop formability. Microalloying 75 Proceedings : , Union Carbide Corp., New York. Lankford W.I., Synder S.C., Bauscher J.A New criteria for predicting the press performance of deep drawing sheet. Trans. ASM 42 : Marciniak Z., Hu S.J., Duncan J.L Mechanics of Sheet Metal Forming. Butterworth-Heinemann, London. Marciniak Z., Kuczynski K Limit strains in the processes of stretch forming sheet metal. In. J. Mech. Sci. 9 : NGTC (Novelis Global Technology Centre) Report Effect of EDT on Formability of Aluminum Automotive Sheet. Özcömert M., 2006 Otomotiv Endüstrisinde Alüminyum, stanbul Ticaret Odas Raporu. Öztürk F Analysis Of Forming Limits Using Ductile Fracture Criteria. Ph.D. Thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York. Ozturk F., Lee D Analysis of forming limits using ductile fracture criteria. Journal of Materials Processing Technology 147 : Ozturk F., Dilmec M., Turkoz M., Ece R.E., Halkaci H.S Grid Marking and Measurement Methods for Sheet Metal Formability, The 5 th International Conference and Exhibition on Design and Production of Machines and Dies/Molds, Turkey, June Paraianu L., Com a D.S., Gracio J.J. and Banabic D Modelling of the Forming Limit Diagrams Using the Finite Element Method, The 8th International Conference of the European Scientific Association for Material Forming ESAFORM, April. Quaak G Biaxial Testing of Sheet Metal: An Experimental-Numerical Analysis. M.Sci Thesis, Eindhoven University, Almanya. 96

108 Raghavan K.S A simple technique to generate in-plane forming limit curves and selected applications. Metallurgical and Materials Transactions 26A : Slota J., Spisak E Comparision of Forming Limit Diagram (FLD) Models for Drawing Quality (DQ) Steel Sheets. Metabk 44 : Smith P.E Forming limit curve variability of aluminum sheet. Smith P.E., Lee D Determination of forming limits for aluminum alloys. Paper Number: 98IBECB-23, International Body Engineering Conference, Detroit, September 29-October 2. Taylor B Formability Testing of Sheet Metals, ASM Handbook, Vol 14, Forming and forging, Totten G.E., MacKenzie D.S Handbook of Aluminum, MARCEL DEKKER, INC., New York. Uthaisangsuk V., Prahl U., Münstermann S. W. Bleck 2008 Experimental and numerical failure criterion for formability prediction in sheet metal forming. Computational Materials Science 43 : Vogel J.H., Lee D The automated measurement of strains from three dimensional deformed surfaces. The Journal of Minerals 42 :

109 EKLER 98

110 99 EK-A) ekillendirilebilirli i Belirlemede Kullan lan Benzetim Deneyleri A.1. Stampa ile gerdirme deneyleri Sac metallerin ekillendirilebilirli ini de erlendirmede ilk deney Erichsen taraf ndan 1914 y nda önerilmi tir. Bu deneyin kapsam bir sac numuneyi yar küresel bir stampa ile y rt ncaya kadar gerdirmekten ibarettir ( ekil A.1). Stampan n ilerleme miktar ya da kubbe yüksekli i milimetre olarak Erichsen indeksi (IE) olarak bilinir ve ekillendirilebilirli in bir ölçüsüdür. Kubbe yüksekli i ekil A.1 Erichsen deneyi (Banabic 2000) maksimum yüke ula lan anda ölçülür. Olsen 1920 y nda Erichsen deneyine benzer bir deney önermi tir fakat burada tak mlar n boyutlar farkl r. Bu deneylerin do rulu u küçük boyutlarda tak m kullanmalar, numunenin sa kl olarak sabitlenememesi ve kötü ya lamadan dolay dü üktür (Banabic 2000). Ayr ca Erichsen ve Olsen deneyinden elde edilen kubbe yüksekli i ile pekle me üssü n nin ili kili olmas gerekirken bu ili ki deneyler sonucunda bulunamam r (Taylor 1993). Ericsen ve Olsen deneylerindeki hatalar gidermek için Hecker 1974 de sac n daha büyük çapta bir stampa ile gerdirildi i ve süzdürme çubuklar yla tutuldu u bir

111 100 deney önermi tir ( ekil A.2). Fakat bu deneyde de stampa ile numune aras nda kuru sürtünme art vard r. Hecker deneyinde de ekillendirilebilirlik stampan n numunenin y rt ncaya kadar ilerlemesinin miktar ile ölçülür. Bu de er malzemedeki üniform B D da na ve s r B D de erine ba r. Erichsen ve Olsen deneylerinde tekrarlanabilirlik dü ükken, Hecker deneyinde daha iyidir. Ço u karma k parçalar n derin çekilmesi i leminde hasarlar düzlem B D bölgesinde ortaya ç kar. Ghosh 1975 de bu B D hallerininin benzetimini yapmak için Hecker deneyinde modifikasyon önermi tir. Bu amaçla Hecker deneyinin deney düzene ini ve de ik geni likte numuneleri kullanm r. Bu deneye LDH; Limit Dome Height deneyi denilmi tir ve ileride aç klanacakt r. ekil A.2 Hecker Deneyi (Banabic 2000) A.2. Derin çekme deneyleri Sachs 1930 da kama eklindeki bir numuneyi gerdirme yöntemiyle derin çekme prosesinin bir bölgesinin benzetimini yapmaya çal r. Günümüzde pek kullan lmayan bu deney, basit ekilli numunelerin kullan lmas ve deneyin basit tezgahlarda gerçekle tirilebilmesi aç ndan avantajl iken, gerçek derin çekme prosesindeki e me ve sürtünme artlar olu turamaz.

112 101 Fukui 1939 y nda konik di i kal p kullanarak yap lan bir çekme deneyi önermi tir ( ekil A.3). Bu deneyin avantaj ekillendirilebilirli in ölçüsü olan çap oran n D D0 (D: Y rt lma an nda kab n üst çap ) tek bir deneyde elde edilebilmesidir. Derin çekme artlar n olu turularak ekillendirilebilirli in belirlendi i en önemli deney Swift taraf ndan 1954 de önerilmi tir. Bu deneyde de ik çaplarda silindirik parçalar derin çekilerek s r çekme oranlar (LDR) belirlenir ( ekil A.4). LDR ba ar yla çekilen en büyük ilkel sac çap n, stampa çap na oran r (LDR=D max /d). Sonuçta LDR ekillendirilebilirli in bir ölçüsü olarak al r. LDR normal anizotropi (r m ) ve sac kal nl ile artarken n;pekle me üssü de erine duyars zd r. Ayr ca stampa h n artmas yla ve stampa profil radyüsünün sac kal nl n 8 kat na kadar, di i kal p profil radyüsünün de sac kal nl n 12 kat na kadar artmas yla LDR de artmaktad r. Deney sonunda olu an kulaklar n yüksekli i ise düzlemsel anizotropi r ile orant r. Uluslar aras derin çekme ara rma grubu ekil A.3 Fukui Konik Kap Deneyi Fukui (1939) (IDDRG) taraf ndan Swift metodu, standart bir deney olarak dü ünülerek çokça kullan lm r. Ancak Swift ve arkada lar n tek bir deney yaparak ekillendirilebilirlik için bir indeks elde etme çal malar ba ar z olmu tur. Yani en büyük ilkel çap deneme yolu ile bulunur.

113 102 Bahsedilen derin çekme deneylerinden Swift in önerdi i deney en do ru sonuçlar veren en güvenilir deneydir. ekil A.4 Swift Kap Derin Çekme Deneyi A.3. Birle tirilmi derin çekme deneyleri Ço u ekillendirme operasyonu gerdirme ve derin çekme i lemlerini içerir. Örne in kare kaplar kö elerinden derin çekilir yan taraflar ndan ise gerdirilir. Bu lemlerin benzetimini yapmak için birle tirilmi derin çekme deneyleri geli tirilmi tir. Bu deneylerden en çok bilineni Swift ve Fukui taraf ndan önerilmi tir (Banabic 2000). Swift önerdi i deneyde, önceki bölümde önerilen derin çekme deneyinden farkl olarak silindirik stampa yerine yar küresel bir stampa kullanm ve böylece numunenin ortas n gerdirilmesini ve yan duvarlar n derin çekilmesini sa lam r. Bu deney de numune k ncaya ya da kuvvette bir dü me görülünceye kadar sürdürülür. Sonuçta kap yüksekli i ekillendirilebilirli in ölçüsü olarak al r. Swift deneyinin sonuçlar na göre kap yüksekli i R n, n ve sac kal nl ile artar. Fukui konik kap çekme deneyinde de konik kap deneyinden farkl olarak küresel bir stampa uç kullanm r ( ekil A.5). Numunelerin sadece di i kal p taraf ya lanarak deney gerçekle tirilir. Stampa taraf n ya lanmas numunenin kaymas na neden olmaktad r. Numuneler bask plakas ile ortalan p tutulduktan sonra y rt ncaya

114 103 ekil A.5 Fukui konik kap çekme deneyi Fukui (1939) kadar ekillendirilir. ekillendirilebilirli i ölçmek için konik di i kal n taban çap n parçan n çap na oran kullan r. A.4. E me deneyi Sac metalin gerdirme olmadan ne kadar e ilebildi ini belirlemek için e me deneyi yap r (ASTM E 290). Bu deneyin en basit yöntemi sac ekil A.6 da görüldü ü gibi mengene de e me kal ile s rd ktan sonra elle ya da metalik olmayan bir tokmakla kal p üzerine do ru e mekten ibarettir. E er numune 180 den fazla e ilirse daha küçük radyüse sahip kal p kullan larak deney tekrarlan r. Bu deneyde ekillendirilebilirli in ölçüsü belirli bir radyüs için numunenin e ilme aç r. ekil A.6 Basit e me deneyi (ASTM E 290).

115 104 A.5. Gerdirerek e me deneyi me ile birlikte gerdirmeye de maruz kalan saclar n ekillendirilebilirli ini de erlendirmek için Demeri 1981 de ekil A.7 de görülen gerdirerek e me deneyini önermi tir. Bu deneyde ekillendirilebilirli in ölçüsü stampan n saca temas ettikten sonra, sac y rt ncaya kadar ki ilerleme mesafesidir. Deneyler sonucunda sac n rt lma yüksekli inin artan stampa radyüsü, sac kal nl ve ya lay kullan ile artt gözlemlenmi tir. ekil A.7 Gerdirerek e me deneyi (Demeri 1981)

116 105 EK-B) SD leri Belirlemede Kullan lan Deneyler B.1. Düzlem D ekillendirme Deneyleri Düzlem d deneylerde sac küresel veya yar küresel bir stampa ile ekillendirilir. Bu deneylerde sürtünme etkilidir ve büyüklü ü sac kal nl ve rili e ba olan e me B D leri olu ur. Sürtünme ve e rilik büyük B D gradyanlar n olu mas na yol açar (Raghavan 1995). Bu deney ilk olarak Keeler ve Bachofen (1963) taraf ndan önerilmi tir. Deney bask plakas (C) ve kal p aras nda (B) kilitlenen bir numunenin (A) küresel veya eliptik bir stampa (F) yard yla y rt lma olu uncaya kadar gerdirilmesinden ibarettir ( ekil B.1). Keeler ve Bachofen çal malar nda de ik B D yollar elde edebilmek için stampa eklini de tirmi ler ayr ca kuru ve teflon film ile ya lama artlar nda deneylerini gerçekle tirmi lerdir. ekil B.1 Keeler ve Backofen taraf ndan önerilen düzlem d deney (Keeler ve Backofen 1963)

117 106 Hasek, deneyinde, yar küresel bir stampa kullan lmaktad r ancak buru malar n önüne geçmek ve de ik B D yollar elde edebilmek için daire eklinde numunelerde, farkl radyüslerde çentik olu turulur ( ekil B.2). Bu yöntem numunelerin haz rlan bak ndan zordur. ekil B.2 Hasek Deneyi Deney Numunesi (Banabic 2000) Nakazima deneyinde de ik geni likteki numuneler yar küresel bir stampa ve dairesel bir di i kal pla y rt ncaya kadar ekillendirilir ( ekil B.3). Numune geni liklerinin ve ya lama artlar n de tirilmesiyle SD nin sol ve sa taraf elde edilir. Bu deneyin avantaj kullan lan kal n ve numunelerin üretiminin basit olmas ve SD nin tüm bölgesinin elde edilebilmesidir (Banabic 2000) ekil B.3 Nakazima Deneyi emas (Banabic 2000)

118 107 B.2. Düzlem ekillendirme Deneyleri Düzlem ekillendirme deneylerinden en çok kullan lan Marciniak ve Kuczynski (1967) taraf ndan önerilen ve dairesel geometride bir sac n ekil B.4 de görüldü ü gibi silindirik bir stampa ile direk olarak de il fakat ortas delik bir ara sac yard yla y rt lma olu uncaya kadar deforme edildi i deneydir. ekilde 1 sac malzemeyi, 2 bask plakas, 3 stampay ve 4 de ara sac göstermektedir. Burada ortas delik ara sac n kullan lmas n amac sac n stampa burun radyüsü etraf nda rt lmas önleyerek orta k sm nda y rt lmas sa lamakt r. Bu ara sac n radyal yönde deney numunesinden daha h zl deforme olmas ile ara sac ve numune aras nda olu an sürtünme kuvveti ile sa lan r. Raghavan (1995) SD elde etmek için Marciniak deneyini temel alan bir deney önermi tir. Bu deneyin di er düzlem deneylere göre avantajlar tüm SE yi elde etmek için tek bir erkek ve di i kal p konfigürasyonu kullan lmas, ara sac (washer) ve numune geometrilerinin basit olu u, tek eksenli gerilme durumundan çift eksenli gerilme durumuna de ik B D yollar n elde edilebilmesi olarak belirtmi tir. Raghavan yapt çal mada de ik B D yollar elde edebilmek için numune geni li i ve ekli ile ara sac geometrisi de tirilmi tir ( ekil B.5). SD nin h zl ve basit bir ekilde belirlenebilmesi için çekme deneyi cihaz nda ekil B.4 Marciniak Düzlem ekillendirme Deneyi (Marciniak ve Kuczynski 1967)

119 108 yap lan ba ka bir düzlemsel deney geli tirilmi tir. Bu deneyde ekil B.6 de görülen deney numunesinin w1, w2 ve h0 ölçüleri de tirilerek SD nin sadece sol taraf elde edilebilmi tir. Bu deneyin di er deneylere göre avantajlar h zl ve basit bir ekilde yap lmas, çekme deneyi d nda ba ka bir ekipmana ihtiyaç olmamas ve sonuçlarda sürtünmenin etkisinin olmamas r (Holmberg ve ark. 2004) Marciniak deneyi Nakazima deneyine göre neredeyse do rusal B D yollar ile karakterize edilmesi, me B D lerinin olmamas ndan dolay küçük B D gradyanlar n olmas, 2 1 oran n sabit, e ilme ve sürtünmenin olmamas ndan dolay da malzeme kusurlar na duyarl olmas ekil B.5 Marciniak deneyi deney numunesi ve ara sac geometrileri (Raghavan 1995)

120 109 ekil B.6 Çekme Deneyi Cihaz nda Yap lan ekillendirilebilirlik Deneyi Numunesi (Holmberg ve ark. 2004) gibi avantajlar vard r. Fakat Marciniak deneyinde numune ve ara sac geometrilerinin üretiminin zor olu u nedeniyle pratikte SD leri belirlemek için daha çok Nakazima deneyi kullan r. Ayn malzeme için Nakazima deneyiyle ve Marciniak deneyiyle elde edilen SD ler kar la ld zaman Marciniak deneyi ile elde edilen SD nin daha dü ük B D de erlerine sahip oldu u görülmü tür. Bunun nedeni, Nakazima deneyinde stampan n neden oldu u sürtünme ve e ilme durumunun gerinim lokalle mesini geciktirmesiyle daha büyük ekillendirme rlar na ula lmas olarak belirtilmi tir (Raghavan 1995).

121 110 EK-C)Grid Ölçme Yöntemleri SD lerin çizilebilmesi için sac üzerinde olu turulan gridler yard yla ekillendirme s gösteren bölgelerdeki deformasyon miktar n do ru bir ekilde ölçülmesi gerekir. Sac malzemelerin ekillendirme s boyunla ma ba lang n oldu u B D de erleridir. Boyunla ma ba lang (incipient neck) lokal olarak alan daralmas n olu tu u yani deformasyonun hissedilebildi i fakat gözle görülmesinin mümkün olmad olayd r (Smith 1998). Gerek düzlem ekillendirme deneylerinde gerekse düzlem d ekillendirme deneylerinde, deneyin sac n boyunla maya ba lad anda durdurulup, bu bölgeden B D de erlerinin ölçülmesi SD lerin ideal olarak olu turulmas için gereklidir. Fakat boyunla ma ba lang n fark edilmesinin zor olu undan dolay deneyler ancak y rt lman n ya da tam boyunla man n olu tu u anda durdurulabilmektedir. Bu ekilde yap lan deneyler sonucu ekillendirme s belirlemek üzere gerçek k lma, geli mi boyunla ma, boyunla ma ba lang ve güvenli bölgelerdeki gridlerin ölçülebilece i belirtilmi tir. (Smith 1998). Gerçek k lma bölgesindeki B D lerin ölçülebilmesi için iki yol vard r. Birincisi k lm gridlerin birle tirilerek ölçüm yap lmas r. Bu yöntemin do rulu u azd r. Di eri k a kom u gridlerin ölçülmesidir. Bu yöntem ile yap lan ölçümlerde B D de erlerinin çok de ken olmas ve k lma bölgesinden uzakta olu u nedeniyle gerçek k lma B D si de erleri ifade edilememektedir. Boyunla ma ba lang n meydana geldi i B D de erlerinin tespit edilebilmesi için boyunla ya da k lm bölgenin kar taraf ndan ölçüm yap lmas gerekir (Smith 1998). Gridlerin ölçülmesi için iki ana yöntem vard r. Birincisinde gridler manüel olarak skalal mikroskop, ölçekli büyüteç veya Mylar eridi kullan larak ölçülür. Di er yöntemde ise otomatik grid ölçüm sistemleri kullan r. Bu sistemlerde gridler foto raf üzerinden görüntü i leme yaz mlar ile ölçülür.

122 111 Skalal mikroskop veya ölçekli büyüteç ile gridlerin deformasyon miktar ölçülerek majör ve minör B D ler hesap edilir. Mylar eridi ekil C.1 da görüldü ü gibi belirli grid boyutlar için B D de erlerinin effaf bir plastik malzeme üzerine yaz lmas yla olu turulmu tur. Mylar eridi kullan larak B D de erleri ekil de tirmi grid üzerinden direkt olarak okunabilir. Manuel grid ölçümü çok fazla ekil C.1 Mylar eridi ra gerektirir ve zaman al r. Ayr ca ölçüm sonuçlar kullan ya göre de iklik gösterir. Bu nedenle otomatik grid ölçüm sistemleri geli tirilmi tir. Otomatik grid ölçüm sistemleri teknolojisinde son geli meleri ASAME (Automated Strain Analysis and Measurement Environment) sunmaktad r. ASAME grid ölçümü için iki tür sistem geli tirmi tir. Birincisi tek nokta analizidir. Di eri ise alan analizidir. Tek nokta analizinde bir kamera ve yaz m arac yla her seferde tek bir grid ölçülerek yaz m taraf ndan majör ve minör B D de erleri hesap edilir ve SD üzerinde i aretlenir ( ekil C.2). Alan analizinde ise ölçümü yap lacak bir bölgenin en az iki farkl görüntüsü üzerinden yüzlerce B D de eri hesap edilebilir. Bu yöntem ile deforme edilmi parçan n üç boyutlu geometrisi ve yüzey B D leri, iki farkl koordinat sistemine sahip ve aralar nda geometrik bir ili ki bulunan iki foto raf yard yla elde edilir (Vogel ve Lee 1990).

123 112 ekil C.2 ASAME Tek Nokta Analizi Alan analiz yönteminin üç farkl çe idi vard r. lki pozisyon tabanl sistemdir ekil C.3). Burada ölçülecek parça dönebilen bir tabla üzerine yerle tirilir ve farkl aç lardan iki ya da daha fazla foto raf al r. Yaz m arac yla foto raflardan 2 boyutlu koordinatlar elde edilir. Kamera pozisyonu ve kamera parametreleri (lensin odak uzakl ) kullan larak 2 boyutlu koordinatlardan 3 boyutlu koordinatlar elde edilir ve belirli bir bölge için B D de erleri hesap edilir (Vogel ve Lee 1990). ekil C.3 Pozisyon Tabanl Grid Ölçüm Sistemi

124 113 Di er sistem referans küpü modelidir. Bu sistem ile sac üzerine bas lm ekil C.4a) ya da yans lm ( ekil C.4b) gridler ölçülebilir. Bu sistem ile ölçüm yapmak için kamera pozisyonu ve kamera parametreleri bilgisi gerekli de ildir. Ölçüm yap lacak alan n yan na referans küpü konularak, küp ve ölçüm alan görülecek ekilde en az iki farkl foto raf çekilerek ASAME yaz ile foto raflardan ilgili alan n B D de erleri hesaplan r ve SD üzerine i aretlenir ( (a) (b) ekil C.4 ASAME Referans Küpü Modeli Tek nokta analizinde y rt lm numuneler kullan lmaz. deal olan bir taraf boyunla di er taraf sa lam kubbe eklinde numuneler kullanmakt r. Fakat her iki taraf da boyunla numuneler de kullan labilir. deal numunelerde boyunla gridler ve kar taraftan da güvenli gridler ölçülerek SE güvenli gridlerin üzerinden boyunla olanlar n ise alt ndan geçirilerek çizilir. ki taraf boyunla numunelerde ise güvenli gridler olarak boyun bölgesinin biti indeki gridler al r ve SE çizilir. Alan analizinde bir taraf y rt lm ya da boyunla kubbe eklindeki numunenin kar taraf ndan ölçüm yap larak boyunla ma ba lang ve güvenli datalar elde edilir. SE güvenli datalar n üzerinden boyunla ma ba lan datalar n alt ndan geçirilerek çizilir. Alan analizinin tekrarlanabilirli i fazlad r ve daha az i gücü gerektirir. Tek nokta analizi ise daha fazla emek gerektirir (Smith ve Lee 1998).

125 114 EK-D)Farkl Hadde Do rultular nda Elde Edilen S r B D De erleri Çizelge D.1 Al 5754-O için hadde yönüne 45 do rultuda elde edilen s r D de erleri DD1 DD2 DD3 Ortalama STD Sapma Geni lik Minör Majör Minör Majör Minör Majör Minör Majör Minör Majör G25-9,48 32,13-9,14 29,93-9,13 27,79-9,25 29,95 0,20 2,17 G50-5,15 26,69-4,52 26,56-3,54 23,77-4,40 25,67 0,81 1,65 G75-1,34 20,53-1,67 21,11-1,56 19,61-1,52 20,42 0,17 0,76 G100-0,27 19,68-0,50 20,06-0,38 19,87 0,16 0,27 G125 1,06 19,67 1,41 18,76 1,79 20,14 1,42 19,52 0,37 0,70 G150 4,73 21,80 5,14 20,87 4,82 21,09 4,90 21,25 0,21 0,49 G175 5,25 21,49 6,29 20,98 4,7 20,53 4,98 21,01 0,39 0,68 Çizelge D.2 Al 5754-O için hadde yönüne 90 do rultuda elde edilen s r B D de erleri TD1 TD2 TD3 Ortalama STD Sapma Minör Majör Minör Majör Minör Majör Minör Majör Minör Majör G25-8,22 28, ,8-9,07 30,92-8,43 28,77 0,57 2,07 G50-4,17 25,94-3,84 24,53-2,71 24,01-3,58 24,83 0,76 1,00 G75-1,03 19,73-1,53 19,87-1,60 19,44-1,39 19,68 0,31 0,22 G100-0,22 18,81 0,01 18,97-0,31 20,18-0,17 19,32 0,16 0,75 G125 0,73 20,28 1,3 20,13 0,88 20,12 0,97 20,18 0,29 0,09

126 115 EK-E) Farkl Hadde Do rultular nda Ede Edilen SD ler ekil E.1 Al 5754-O için klasik yöntemle hadde do rultusu için elde edilen SD (1. Tekrar)

127 ekil E.2 Al 5754-O için klasik yöntemle hadde do rultusu için elde edilen SD (3. Tekrar) 116

128 DD1 DD2 DD3 SE Güvenli SE ekil E.3 Al 5754-O için hadde yönüne 45 do rultuda elde edilen SD (Önerilen yöntem)

129 TD1 TD2 TD3 SE ekil E.4 Al 5754-O için hadde yönüne 90 do rultuda elde edilen SD (Önerilen yöntem)

130 RD SE TD SE DD SE RD+DD+TD SE 2 Güvenli RD SE Güvenli TD SE Güvenli DD SE RD+DD+TD Güvenli SE ekil E.5 Al 5754-O için hadde yönüne göre farkl do rultularda elde edilen SD'ler

131 120 EK-F) Farkl Hadde Do rultular nda Ede Edilen LDH lar ekil F.1 Farkl hadde do rultular nda elde edilen LDH'ler RD DD TD G G G G G G G G G200 Kat ya lay 29.6 G200 Kat +S Ya lay 30.1 ekil F.2 Farkl geni likli numunelerde kuvvet-stampa ilerleme miktar grafikleri

132 121 EK-G) ekillendirilmi Nakazima Deney Numuneleri EK-G1) AL 5754-O Deney Numuneleri G25 G50

133 122 G75 G100

134 123 G125 G150

135 124 G175 G200

136 125 EK-G2) AL 2024-T4 Deney Numuneleri G25 G50 G75

137 126 G100 G125

138 127 G150 G175

139 G