Darbeli akımla Ti-6Al-4V V bükümü

Ti-6Al-4V, oda sıcaklığında zayıf şekillendirilebilirliğe ve yüksek akma dayanımının elastisite modülüne oranına sahiptir. Geri esneme bu oranla birlikte arttığından, geri esneme açısı büyüktür ve nihai boyutların kontrol edilmesi zordur. V bükme performansını iyileştirmek amacıyla bu çalışmada, darbeli akım parametrelerinin, özellikle besleme gerilimi ve darbe frekansının, parça kalitesini, şekillendirme yükünü ve geri esnemeyi nasıl etkilediği incelenmiştir. Çalışmada, faydalı proses parametreleri belirlenmiş ve elektroplastik bükmenin mikroskobik mekanizmaları açıklanmıştır.

Akım yoğunluğunun Ti-6Al-4V V bükümüne etkisi

Akım Yoğunluğunun Şekillendirme Kuvveti Üzerindeki Etkisi

Elektroplastik V-bükme testleri, bir SANS çekme test makinesinde gerçekleştirildi. Makinenin üst ve alt bükme kalıpları bakalit ile yalıtılmıştı ve elektrotlar, kalıplar aracılığıyla numuneye darbeli akım uyguladı. Her bir dikdörtgen levha numunesinin boyutları 50 mm × 30 mm idi. Çapraz kafa hızı 10,5 mm/dk, bükülme yarıçapı 1 mm, bükülme açısı 90° idi ve her numuneye aynı yer değiştirme uygulandı. Geri esneme ve şekillendirme kuvveti üzerindeki etkilerini değerlendirmek için farklı besleme gerilimleri ve darbe frekansları kullanıldı.

200 Hz’lik bir darbe frekansında, kuvvet-yer değiştirme eğrisi üç aşamadan oluşur. İlk olarak, elastik bükülme sırasında şekillendirme kuvveti, deformasyonla birlikte artar. İkinci olarak, kuvvet çok az değişirken yer değiştirme artmaya devam eder ve bu da kararlı deformasyon aşamasını oluşturur. Son olarak, iş parçası alt kalıba temas ettiğinde, tutma aşamasında kuvvet keskin bir şekilde artar ve bükme işlemi sona erene kadar bu artış devam eder. Oda sıcaklığında bükme işlemiyle karşılaştırıldığında, darbeli akım elastik aşamayı kısaltır ve kararlı aşamadaki kuvveti önemli ölçüde azaltır. Etkili akım yoğunluğunun artırılması, elastik aşamayı daha da kısaltır ve daha büyük bir kuvvet azalması sağlar. 38,67 A/mm'de², kararlı aşamadaki kuvvet 568 N idi; bu değer, oda sıcaklığında gerekli olan 1.114 N’nin 49,01% altında kalıyordu. Bu azalma, enerji tüketimini ve üretim maliyetini düşürebilir.

Akım Yoğunluğunun Şekillendirme Kalitesine Etkisi

Oda sıcaklığında, Ti-6Al-4V numunesi V-büküm bölgesinde ciddi şekilde kırıldı; uzun ve derin çatlaklar oluştu ve yüzey kalitesi düşüktü. 14,00 A/mm'lik darbeli etkin akım yoğunluğu ile², bükülmüş yüzey pürüzsüzdü ve çatlak içermiyordu. Darbeli akım, uzamayı artırır ve akma mukavemetini düşürür; bu da çatlak oluşumunu önlemeye ve şekillendirme kalitesini artırmaya yardımcı olur.

Farklı etkin akım yoğunluklarında elektroplastik V-bükümlü numunelerin şekillendirme kalitesi:

Bükme işlemi sırasında, darbeli akım Ti-6Al-4V'nin hem akma mukavemetini hem de iş sertleşmesini azaltır. Daha düşük akma mukavemeti ve daha az iş sertleşmesi, geri esnemeyi azaltır. Dolayısıyla akım, deformasyon performansını iyileştirir ve geri esneme açısını azaltır. Etkili akım yoğunluğu arttıkça, akma mukavemeti ve iş sertleşmesi azalmaya devam eder; böylece geri esneme giderek daha az hale gelir.

Darbe frekansının Ti-6Al-4V V bükümüne etkisi

Farklı frekanslarda yapılan testler, besleme gerilimi ister 80 ister 100 V olsun, darbe frekansı arttıkça kararlı aşamadaki şekillendirme kuvvetinin azaldığını göstermektedir. Dolayısıyla, daha yüksek bir darbe frekansı, bükme işlemi için gereken yükü azaltır. Belirli bir besleme geriliminde, tepe akım yoğunluğu aynı kalır, ancak etkin akım yoğunluğu frekansla birlikte artar ve bu da elektroplastik etkiyi daha belirgin hale getirir.

Ti-6Al-4V’nin darbeli akım altında sergilediği gelişmiş uzama ve bükülme performansı, esas olarak Joule ısınması ve içsel elektroplastik etkiden kaynaklanmaktadır. Bu içsel etki, genellikle elektron rüzgarı kuvveti olarak adlandırılan, sürüklenen elektronların dislokasyonlar üzerinde uyguladığı kuvvetle ilişkilidir ve bu kuvvet, dislokasyon hareketi için gereken itici gücü azaltır. Sürüklenen elektronlardan kaynaklanan kuvvet akım yoğunluğuyla orantılı olduğundan, daha yüksek bir etkin akım yoğunluğu içsel elektroplastik etkiyi güçlendirir. Ayrıca sıcaklığı yükseltir ve Joule ısınmasını artırır. Sonuç olarak malzeme yumuşar, dislokasyonlar birbirine dolanır ve dislokasyon yoğunluğu azalır; uzama artar; gerilme ve akma mukavemeti ise düşer. Dolayısıyla darbeli akım, numune kalitesini artırırken geri esnemeyi ve şekillendirme kuvvetini azaltır; daha yüksek etkin akım yoğunluğunda bu iyileşmeler daha belirgin hale gelir.