Comparison of the fatigue behaviour of ti-6al-4v material produced with casting and additive manufacturing (EB-PBF)

Abstract

Titanyum alaşımı (Ti-6Al-4V), yüksek mukavemet-ağırlık oranı ve biyouyumluluğu nedeniyle havacılık, otomotiv ve tıp endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ti-6Al-4V bileşenleri üretmek için hem hassas döküm hem de eklemeli üretim süreçleri kullanılabilir, ancak bu malzemelerin yorulma davranışlarındaki farklılıkları araştırmak önemlidir. Yorulma, havacılık ve uzay mühendisliğinde kritik bir konudur, çünkü bileşenler çalışma sırasında döngüsel yükleme koşullarına maruz kalır ve bu da zaman içinde malzemenin bozulmasına ve arızalanmasına neden olabilir. Bu nedenle, malzemelerin yorulma performansını anlamak, havacılık yapılarının ve bileşenlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için çok önemlidir. Yorulma testleri, gerçek dünyadaki çalışma koşullarını simüle etmek için numunelerin çeşitli stres seviyelerinde ve frekanslarda döngüsel yüklemeye tabi tutulmasını içerir. Yorulma ömrü, yorulma mukavemeti, gerilme-yaşam eğrileri ve diğer ilgili parametreler dahil olmak üzere yorulma testi verileri, her bir yöntemle üretilen numunelerin yorulma davranışını değerlendirmek için kaydedilir ve analiz edilir. Bu çalışma aşağıdaki hedefleri ele almayı amaçlamaktadır: birincisi, EB-PBF ve hassas döküm yöntemleriyle üretilen Ti-6Al-4V alaşım numunelerinin yorulma davranışını karakterize etmek; ikincisi, bu iki üretim süreci ile üretilen bileşenlerin yorulma özelliklerini karşılaştırmak; ve üçüncüsü, havacılık ve uzay uygulamalarında hassas döküm gibi geleneksel yöntemlerin yerine potansiyel bir alternatif olarak eklemeli üretim yöntemlerinden biri olan EB-PBF'nin fizibilitesini yorulma performansına göre değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Yorulma testlerinin sonuçları, EB-PBF ile üretilen ve hassas döküm ile üretilen numuneler arasında yorulma performansında önemli farklılıklar olup olmadığını belirlemek için karşılaştırılmıştır. Bulgular, farklı proseslerle üretilen Ti-6Al-4V alaşım bileşenlerinin yorulma davranışı hakkındaki bilgi birikimine katkıda bulunmakta ve havacılık endüstrisinde malzeme seçimi ve üretim süreci optimizasyonu için değerli bir rehberlik sağlamaktadır. Çalışma ayrıca, EB-PBF gibi eklemeli üretim teknolojilerinin, hassas döküm gibi geleneksel yöntemlere kıyasla daha yüksek performans, daha kısa teslim süreleri ve daha fazla tasarım esnekliği sunarak havacılık ve uzay üretiminde devrim yaratma potansiyeline ışık tutmaktadır.Titanium alloy (Ti-6Al-4V) is widely used in the aerospace, automotive, and medical industries due to its high strength-to-weight ratio and biocompatibility. Both investment casting and additive manufacturing processes can be used to produce Ti-6Al-4V components, but it is important to investigate the differences in the fatigue behavior of these materials. Fatigue is a critical concern in aerospace engineering, as components are subjected to cyclic loading conditions during operation, which can lead to material degradation and failure over time. Therefore, understanding the fatigue performance of materials is essential for ensuring the safety and reliability of aerospace structures and components. The fatigue tests involve subjecting the specimens to cyclic loading at various stress levels and frequencies to simulate real-world operating conditions. The fatigue test data, including fatigue life, fatigue strength, stress-life curves, and other relevant parameters, are recorded and analyzed to assess the fatigue behavior of the specimens produced by each method. The study aims to address the following objectives: first, to characterize the fatigue behavior of Ti-6Al-4V alloy specimens manufactured by EB-PBF and investment casting methods; second, to compare the fatigue properties of components produced by these two manufacturing processes; and third, to evaluate the feasibility of EB-PBF, one of the additive manufacturing method as a potential replacement for traditional methods such as investment casting in aerospace applications based on fatigue performance. The results of the fatigue tests are compared to determine whether there are significant differences in fatigue performance between EB-PBF produced and investment casting produced specimens. The findings contribute to the body of knowledge on the fatigue behavior of Ti-6Al-4V alloy components manufactured by different processes and provide valuable guidance for material selection and manufacturing process optimization in the aerospace industry. Furthermore, the study sheds light on the potential of additive manufacturing technologies such as EB-PBF to revolutionize aerospace manufacturing by offering enhanced performance, reduced lead times, and increased design flexibility compared to traditional methods like investment casting.