Yaşlandırma işleminin Ti-Ta-Zr-Nb alaşımının mekanik özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
An investigation of the effect of aging treatment on the mechanical properties of Ti-Ta-Zr-Nb alloy
Yazar: BURAK BÜYÜKER
Danışman: DOÇ. DR. SERTAN OZAN
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Askeri malzemeler = Military materials ; Elastik malzeme = Elastic material ; Hafif metal malzemeler = Light metal materials ; Protez kaide malzemeleri = Denture base materials ; Yüksek sıcaklık malzemeleri = High temperature materials

Özet:
Bu çalışmanın amacı, yüksek elastik uzama ve yüksek mekanik dayanım gibi biyomedikal uygulamalar için arzu edilen birçok malzeme özelliğine sahip olan TTZN alaşımına (Ti-38,3Ta-22Zr-8,1 Nb) uygulanan yaşlandırma işleminin mikroyapısal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini belirlemektir. Bu amaçla, TTZN alaşımı 15 dakika, 3 saat, 6 saat, 12 saat ve 24 saat gibi beş farklı yaşlandırma süresi altında 300 °C'de yaşlandırılmıştır. Çözeltiye alma işlemi uygulanmış TTZN, TTZN-1 olarak adlandırılırken, belirtilen yaşlandırma zamanlarında yaşlandırma işlemlerine tabi tutulan TTZN, sırasıyla TTZN-2, TTZN-3, TTZN-4, TTZN-5 ve TTZN-6 olarak adlandırılmıştır. Basma ve mikro sertlik testleri, yaşlandırma süresinin artmasıyla TTZN'nin hem basma akma dayanımının hem de mikro sertlik değerinin arttığını ortaya koymuştur. TTZN-1 ve TTZN-6 için basma akma dayanımları sırasıyla 948 MPa ve 1315 MPa olarak bulunmuştur. Ayrıca TTZN-1'in mikro sertliği 310 HV, TTZN-6'nın mikro sertliği ise 457 HV olarak ölçülmüştür. Mikro çizik testlerinden elde edilen sonuçlara bağlı olarak, artan yaşlandırma süresinin TTZN'nin çizilme sertliğinde artışa, hacim kaybında ve özgül aşınma oranında ise azalmaya neden olduğu sonucuna varılmıştır. TTZN-1 ve TTZN-6 için ölçülen hacim kayıpları sırasıyla 250x10-6 mm3 ve 11,51x10-6 mm3 olarak kaydedilirken, TTZN-1 ve TTZN-6'nın özgül aşınma oranları sırasıyla 50,14x10-3 mm3/N.m ve 2,3x10-3 mm3/N.m olarak elde edilmiştir. Ayrıca TTZN-1'in çizilme sertliği 2,54 GPa, TTZN-6'nın çizilme sertliği ise 6,25 GPa olarak tespit edilmiştir. SEM incelemeleri, TTZN üzerinde gerçekleştirilen yaşlandırma işlemlerinin aşınma tipini etkilemediğini, ancak mikro çiziklerin yakınında oluşan deformasyon bantları arasındaki mesafeleri azalttığını göstermiştir. SEM görüntülerinden birim uzunluktaki deformasyon bandı sayısı elde edilerek, TTZN-1 ve TTZN-6 için deformasyon bantları arasındaki mesafeler sırasıyla ~0,08 ve ~0,43 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, TTZN'nin mekanik özellikleri yaşlandırma işlemleri gerçekleştirilerek önemli ölçüde iyileştirilmiştir

Abstract:
The objective of this study is to find the effects of aging treatments on the microstructural and mechanical properties of the TTZN alloy (Ti-38.3Ta-22Zr-8.1 Nb), which possesses many desirable material attributes for biomedical applications, including high elastic strain and high mechanical strength. To this end, the TTZN alloy was aged at 300 oC under five various aging times, such as 15 min, 3h, 6h, 12h, and 24h. While the solution-treated TTZN has been called TTZN-1, the TTZN subjected to aging treatments at the referred aging times has been designated TTZN-2, TTZN-3, TTZN-4, TTZN-5, and TTZN-6, respectively. Compression and micro-hardness test results revealed that both the compressive yield strength and micro-hardness of TTZN increase with the increase of aging time.  The compressive yield strength of TTZN-1 and TTZN-6 specimens was measured to be 948 MPa and 1315 MPa, respectively. Additionally, the micro-hardness of TTZN-1 was measured to be 310 HV; however the micro-hardness of TTZN-6 was measured to be 457 HV. Depending on the results, obtained from micro-scratch tests, it was concluded that increasing aging time leads to an increase in the micro-scratch hardness of TTZN as well as a decrease in its volume loss and specific wear rates. While the volume losses, measured for the TTZN-1 and TTZN-6, were 250x10-6 mm3 and 11.51x10-6 mm3, respectively, the specific wear resistance of TTZN-1 and TTZN-6 was 50.14x10-3 mm3/N.m and 2.3x10-3 mm3/N.m, respectively. Furthermore, the scratch hardness of TTZN-1 was 2.54 GPa whereas the scratch hardness of TTZN-6 was meausured to be 6.25 GPa. SEM examinations revealed that the aging treatments carried out on the TTZN alloy specimens do not influence the wear type, but they lead the distances between deformation bands formed near micro scratches to be less. By obtaining the number of deformation bands in per unit length from SEM images, the distances between deformation bands for TTZN-1 and TTZN-6 were calculated to be ~0.08 and ~0.43, respectively. As a result, the mechanical properties of TTZN have been significantly improved via conducting the aging treatments, making the TTZN alloy more appealing for biomedical applications.