İnvestigation on mechanical properties of magnesium and copper alloys processed by expansion equal channel angular extrusion

Bu çalışmada, eşit kanallı açısal presleme (EKAP), genişlemeli eşit kanallı açısal presleme (Gen.-EKAP) ve hibrit eşit kanallı açısal presleme (Hibrit-EKAP) gibi aşırı plastik deformasyon (APD) prosesleri saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımlarına uygulanmıştır. Hibrit-EKAP olarak adlandırılan proses EKAP prosesine tabi tutulmuş numunelerin devamında Gen.-EKAP prosesine tabi tutulmasından ibarettir. Bu sayede EKAP sonrası uygulanan Gen.-EKAP prosesinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi yeni bir yaklaşım olarak bu çalışmada incelenmiştir. Aynı şekilde EKAP ve Gen.-EKAP proseslerinin tek başlarına uygulandığı durumda da saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkileri de incelenmiştir. Gen.-EKAP ve Hibrit-EKAP proseslerinde kullanılan Gen.-EKAP kalıbı proses esnasında ortaya çıkan gerinim dağılımının inhomojenizasyonunu ve proses esnasında oluşan presleme yükünü minimize edecek şekilde optimize edilmiştir. Gen.-EKAP kalıbının optimizasyon sürecini yürütmek adına EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için sonlu eleman analizleri (SEA) yapılmıştır. Optimizasyon sürecinde SEA’ya ek olarak yapay sinir ağları (YSA) ve genetik algoritma (GA) araçları da kullanılmıştır. Optimum kalıbın üretilmesi ve üç prosesin uygulanmasının ardından mikroyapı özelliklerini incelemek için optik miksrokobu (OM) görüntüleme, tarayıcı elektron mikroskobu (TEM) görüntüleme, geçirimli elektron mikroskobu (GEM) görüntüleme ve X-ışını kırınımı (XIK) çalışmaları yapılmıştır. Mekanik testler olarak ise çekme ve sertlik testleri yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde Gen.-EKAP prosesinin EKAP prosesine göre daha küçük tanelerden oluşan bir mikroyapı ve daha yüksek mekanik özellikler sağladığı görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesinde uygulanan bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane yapılarında küçülmeye ve mekanik özelliklerde iyileşmeye sebep olduğu gözlemlenmiştir. Bu üç prosesin bahsi geçen özelliklerdeki etkilerinin incelenmesinin yanı sıra, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımlarına etkileri de gözlemlenerek hangi yöntemin daha homojen bir mikroyapı sağladığı incelenmiştir. SEA analizlerinden elde edilen ve gerinim dağılımını istatistiksel olarak ifade eden değerler EKAP ve Gen.-EKAP prosesleri için hesaplanmıştır. Bu değerler ile EKAP ve Gen.-EKAP prosesine tabi tutulan numunelerdeki tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımı değerlerini gösteren istatistiksel değerler kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucunda Gen.-EKAP prosesinin bir pasosunun EKAP prosesinin bir pasosuna göre gerinim dağılımı, tane büyüklüğü dağılımı ve sertlik dağılımında daha homojen bir yapı sunduğu görülmüştür. Hibrit-EKAP prosesi kapsamında bir pasoluk ve dört pasoluk EKAP prosesleri sonrası uygulanan birer pasoluk Gen.-EKAP pasolarının tane büyüklükleri ve sertlik dağılımındaki inhomojenizasyonu azalttığı görülmüştür.Hazırlanan tez çalışması, Hibrit-EKAP yönteminin ilk defa uygulanması, Gen.-EKAP prosesinin saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımları için ilk defa uygulanması sonucu literatürdeki bazı eksiklikleri gidermiştir. Ayrıca, Gen.-EKAP kalıbının optimizasyonu daha önce literatürde yapılmış olsa da gerinim dağılımı inhomojenizasyonun ve proses esnasında ortaya çıkan maksimum yük değerinin eşit derecede minimize edildiği bir kalıp daha önce tasarlanmamış ve üretilmemiştir. Belirtilen amaçlar doğrultusunda üretilmiş bir Gen.-EKAP kalıbının saf bakır ve AZ31 magnezyum alaşımına etkisi de yapılan tez kapsamında incelenmiştir. Yapılan bu incelemeler sayesinde literatürdeki bir diğer eksiklik daha giderilmiştir.In this study, Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Expansion Equal-Channel Angular Pressing (Exp.-ECAP) and Hybrid Equal-Channel Angular Pressing (Hybrid-ECAP) were applied to pure copper and AZ31 magnesium alloys as severe plastic deformation (SPD) processes. The process called Hybrid-ECAP consists of applying the Exp.-ECAP process to the specimens that have been subjected earlier to the ECAP process. In this way, the effect of the Exp.-ECAP process applied after ECAP on the microstructure and mechanical properties was investigated in this study as a new approach. Likewise, the effects of ECAP and Exp.-ECAP on microstructure and mechanical properties of pure copper and AZ31 magnesium alloy were also investigated after these processes were applied separately. The die used in the Exp.-ECAP and Hybrid-ECAP processes has been optimized to minimize the inhomogenization of the strain distribution and the maximum pressing load that occurs during the process. In order to carry out the optimization process of the Exp.-ECAP die, finite element analyzes (FEA) were performed for the ECAP and Exp.-ECAP processes. In addition to FEA, artificial neural networks (ANN) and genetic algorithm (GA) tools were also used in the optimization process. Optical microscope (OM) imaging, scanning electron microscope (SEM) imaging, transmission electron microscope (TEM) imaging and X-ray diffraction (XRD) studies were performed to examine the microstructural properties after the optimum die was produced and three processes were applied. Tensile tests and hardness tests were performed as mechanical tests. When the results were examined, it was seen that the Exp.-ECAP process provided a microstructure consisting of smaller grains and higher mechanical properties compared to the ECAP process. It has been observed that, within the scope of Hybrid-ECAP, one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes cause reduction in average grain size and improvement in mechanical properties. In addition to studying the influence of these three processes on the mentioned properties, their influence on grain size distribution and hardness distribution was also observed, and it was investigated which method provides a more uniform microstructure. The values obtained from the FEA and expressing the strain distribution statistically were calculated for the ECAP and Exp.-ECAP processes. These values were compared with the statistical values showing the grain size distribution and hardness distribution values in the specimens subjected to ECAP and Exp.-ECAP processes. As a result of this comparison, it has been seen that one pass of the Exp.-ECAP process provides a more homogeneous structure in strain distribution, grain size distribution and hardness distribution compared to one pass of the ECAP process. It has been observed that one-pass Exp.-ECAP passes applied after one-pass and four-pass ECAP processes within the scope of the Hybrid-ECAP process reduce the inhomogenization in grain size and hardness distribution.The thesis study, the first application of the Hybrid-ECAP method, and the application of the Exp.-ECAP process for the first time for pure copper and AZ31 magnesium alloys, eliminated some of the deficiencies in the literature. In addition, although the optimization of the Exp.-ECAP die has been done in the literature before, a die in which the strain distribution inhomogenization and the maximum load value during the process are equally minimized has not been designed and produced before. The effect of a Exp.-ECAP die produced for the stated purposes on pure copper and AZ31 magnesium alloy was also investigated within the scope of the thesis. Thanks to these studies, another gap in the literature has been filled

Cadde tipi led armatürün ısı yayıcısında sey ve ysa modeli kullanılarak sıcaklık tahmini yapılması

Bu çalışmada cadde tipi led armatürde meydana gelen maksimum sıcaklığı bulmak amacı ile ısıl analizi gerçekleştirilmiştir. Bu analizi gerçekleştirmek için sonlu elemanlar yöntemine (SEY) dayalı bir yazılım olan ANSYS’in Transient Thermal modülü kullanılmıştır. Sonlu eleman modelinde kullanılan CAD modeli oluşturulurken fin boyu ve fin eni parametrik olarak modellenmiştir. Dolayısıyla iki adet girdi değişkeni bulunmaktadır. Sonlu elemanlar modeli oluşturulduktan sonra yapılan analiz 6000 saniye sürmüştür. Led armatürde meydana gelen maksimum sıcaklığı daha kısa sürede bulmak amacı ile sonlu eleman modelinin verdiği sonucu verebilecek bir yapay sinir ağı modeli oluşturulmuştur. Bunun için öncelikle sonlu eleman modeli kullanılarak farklı girdi değişkenleri için 27 adet ısıl analiz yapılmış ve bu analizlere ait sonuçlar ile girdi değişkenleri kullanılarak yapay sinir ağı modeli oluşturulmuştur. Yapay sinir ağı modeli ile sonlu elemanlar modelinin verdiği sonuçlar birbirine çok yakın çıkmıştır. Yapılan doğrulama ile de yapay sinir ağı modelinin performansının gayet başarılı olduğu görülmüştür. Çalışmalar tamamlandıktan sonra, sonlu elemanlar modeli ile gerçekleştirilen ısıl analiz 6000 saniye sürer iken, yapay sinir ağı modeli ile maksimum sıcaklığın bulunmasının yaklaşık bir saniye sürdüğü görülmüştür

Optimization of space bar structures using hybrid model of artificial neural network and simulated annealing

ÖZETUzay Çubuk Yapılarının Yapay Sinir Ağları ve Tavlama Benzetiminin Birleştirilmesiyle En İyilenmesiÇubuk yapıların eniyilemesi araştırmacılar için son yıllarda ilgi çekici bir alan haline geldi. Araştırmacılar bir yandan fiziksel kısıtları sağlarken bir yandan da yapının ağırlığını ve maliyetini nasıl düşürebileceklerini bulmak amacıyla bu konuya ilgi göstermektedir. Bu gereklilikleri yerine getirmek için, çok fazla deneme gerektireceğinden dolayı deneme yanılma yöntemi kullanılamaz. Bu yüzden, en uygun yapıyı bulmak için eniyileme yöntemleri kullanılmalıdır. Literatürde, yapısal optimizasyon için Genetik Algoritma (GA), Tavlama Benzetimi (TB), Harmoni Araştırma (HA) vb. kullanılmaktadır. Eniyileme metotları dizayn parametrelerini bulma konusunda çoğunlukla iyi sonuçlar verir. Fakat uzay çubuk yapılarının karmaşıklığı arttıkça hesaplamalar daha zor hale gelmektedir. Bu sorunu aşmak için bir yöntem geliştirilmelidir. Bu çalışma istenen yöntemi önermeyi hedeflemektedir. Bu yöntem üç ana adımdan oluşmaktadır. İlk olarak, sonlu elemanlar analiz yazılımı ile yapısal analizler yapılacaktır. Sonra, Yapay Sinir Ağı (YSA) vasıtasıyla yapısal analizlerin yaklaşık modeli elde edilecektir. Son olarak, elde edilen yaklaşık model Tavlama Benzetimi ve Genetik Algoritma tarafından yapısal analizi gerçekleştirmek için kullanılacaktır. Tavlama Benzetimi ve Genetik Algoritma tarafından bulunan optimum sonuçlar karşılaştırılacaktır.ABSTRACTOptimization of Space Bar Structures Using Hybrid Model of Artificial Neural Network and Simulated Annealing Truss optimization has been an attractive area for researchers in recent years. Researchers are interested in this issue to find out how they can reduce the weight and cost while the structure satisfied with the physical constraints. To accomplish these requirements, trial and error method cannot be used because lots of trials will be required. Therefore, optimization methods should be used to find an optimum structure. In literature, Genetic Algorithm (GA), Simulated Annealing (SA), Harmony Search (HS) etc. are used in optimization of structures. Optimization methods mostly yield good results on determining design parameters. However, as the complexity of the space bar structure increases, the calculations become more difficult. To deal with this problem a methodology should be developed. This study aims to propose the desired methodology.This methodology has three main steps. Firstly, structural analyses will be performed by finite element analysis software. Then, the approximate model based on results of the structural analyses will be obtained via Artificial Neural Network (ANN). Lastly, the obtained approximate model will be used for optimization of the structure by Simulated Annealing and Genetic Algorithm. The optimum results obtained by Simulated Annealing and Genetic Algorithm will be compared

Applying hybrid equal channel angular pressing (HECAP) to pure copper using optimized Exp.-ECAP die

Equal channel angular pressing (ECAP), expansion equal channel angular pressing (Exp.-ECAP), and hybrid equal channel angular pressing (HECAP) or (Hybrid ECAP) processes were applied to pure copper specimens within this study. After the application of ECAP, the die used in the application of the Exp.-ECAP process was optimized considering the strain inhomogeneity in the specimen and the maximum load that occurred during the process. Finite element method (FEM), artificial neural network (ANN), and genetic algorithm (GA) were utilized together for the optimization process. The optimized die equally minimizes the pressing load and the strain inhomogeneity that occurred in the specimen. Using the optimized die, Exp.-ECAP and HECAP processes were applied to pure copper. The Exp.-ECAP process was previously applied only for aluminum alloys and magnesium alloys. With the application of the Exp.-ECAP process to pure copper, this gap in the literature was removed. In addition, with the application of the HECAP process, the effects of the Exp.-ECAP passes applied after ECAP were also examined which was not done earlier. The specimens, on which ECAP, Exp.-ECAP, and HECAP processes were applied, were subjected to microstructure analysis and mechanical tests, and the effects of these processes were examined. The results obtained showed that the Exp.-ECAP process gave better results in grain refinement and mechanical properties. The Exp.-ECAP passes applied after the ECAP process within the scope of the HECAP process provided a more homogeneous distribution for the microstructure and the hardness

Comparison of the Effect of Equal Channel Angular Pressing, Expansion Equal Channel Angular Pressing, and Hybrid Equal Channel Angular Pressing on Mechanical Properties of AZ31 Mg Alloy

In this study, Hybrid Equal Channel Angular Pressing (Hybrid ECAP) method was obtained by applying Equal Channel Angular Pressing (ECAP) and Expansion Equal Channel Angular Pressing (Exp.-ECAP) methods successively. These three angular pressing methods were applied to AZ31 Mg alloy using the same process parameters. First, AZ31 Mg specimens were produced in accordance with ECAP, Exp.-ECAP, and Hybrid ECAP dies. Then, changes in the microstructure of the processed specimens were examined using optical microscope, scanning electron microscope, energy dispersive spectrometry, transmission electron microscope, and x-ray diffraction methods. Besides, changes in the mechanical properties of the processed specimens were observed by performing hardness and tensile tests. As a result of the study, it was found that the Exp.-ECAP method provided higher increase in mechanical properties with more homogeneous microstructure and hardness distribution than the ECAP method. Additionally, the obtained Hybrid ECAP method continued to increase the mechanical properties of the alloy and made the microstructure and hardness distribution more homogeneous than the ECAP method

INVESTIGATION OF STRAIN INHOMOGENEITy IN HExA-ECAP PROCESSED AA7075

Severe Plastic Deformation (SPD) techniques have been used by researchers for last three decades in order to obtain UltraFine Grained (UFG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is preferred more than other SPD techniques thanks to its high performance and practicability. Hexa Equal Channel Angular Pressing (Hexa-ECAP) - modified ECAP technique which enables to apply ECAP routes for cylindrical samples properly - was preferred in this study. Within the objective of this study, the effects of coefficient and ram velocity on the mean effective strain and strain inhomogeneity of Hexa-ECAP processed Al7075 aluminium alloy were investigated. Also, the effects of ram velocity and friction coefficient on hardness homogeneity were investigated benefitting from the similarity between the hardness distribution and the strain distribution

Investigation of Strain Inhomogeneity in Hexa-ECAP Processed AA7075

Severe Plastic Deformation (SPD) techniques have been used by researchers for last three decades in order to obtain Ultra-Fine Grained (UFG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is preferred more than other SPD techniques thanks to its high performance and practicability. Hexa Equal Channel Angular Pressing (Hexa-ECAP) – modified ECAP technique which enables to apply ECAP routes for cylindrical samples properly – was preferred in this study. Within the objective of this study, the effects of coefficient and ram velocity on the mean effective strain and strain inhomogeneity of Hexa-ECAP processed Al7075 aluminium alloy were investigated. Also, the effects of ram velocity and friction coefficient on hardness homogeneity were investigated benefitting from the similarity between the hardness distribution and the strain distribution

Investigation of strain inhomogeneity in hexa-ECAP processed AA7075

Severe Plastic Deformation (SPD) techniques have been used by researchers for last three decades in order to obtain Ultra- Fine Grained (UFG) materials. Equal Channel Angular Pressing (ECAP) is preferred more than other SPD techniques thanks to its high performance and practicability. Hexa Equal Channel Angular Pressing (Hexa-ECAP) - modified ECAP technique which enables to apply ECAP routes for cylindrical samples properly - was preferred in this study. Within the objective of this study, the effects of coefficient and ram velocity on the mean effective strain and strain inhomogeneity of Hexa-ECAP processed Al7075 aluminium alloy were investigated. Also, the effects of ram velocity and friction coefficient on hardness homogeneity were investigated benefitting from the similarity between the hardness distribution and the strain distribution