Toz metalurjik Ti6Al4V alaşımının bilyalı su jeti ile dövülmesi sonrası yüzey ve yüzey altı özelliklerinin araştırılması
Investigation of surface and subsurface properties of powder metallurgical Ti6Al4V alloy after water jet peening
Yazar: SERDAR KARA
Danışman: DOÇ. DR. EGEMEN AVCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Titanyum alaşımları, üstün mekanik, fiziksel ve yüzey özellikleri nedeniyle havacılık ve biyomedikal uygulamalarında yaygın olarak kullanılan mühendislik malzemelerindendir. Alaşımın mekanik, tribolojik ve biyolojik davranışlarını daha fazla geliştirebilmek için alaşıma çeşitli mekanik yüzey işlemleri uygulanmaktadır. Basınçlı su ile hızlandırılan yüksek enerjili bilyaların hedef malzeme üzerine gönderilerek yüzeyde plastik deformasyon oluşturması prensibiyle çalışan bilyalı su jeti dövme yöntemi son yıllarda geliştirilmiş bir mekanik yüzey işlemi yöntemidir. Bu çalışmada toz metalürjisi ile üretilen Ti6Al4V alaşımı numunelerin bilyalı su jeti ile dövülerek malzemenin yüzey ve yüzey altı özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Numuneler sıcak preste 950°C'de 30 dakika sinterlenerek üretilmiştir. Ardından numuneler bilyalı su jeti ile değişken stand-off mesafesi (20 mm - 30 mm) ve basınçta (200 MPa – 400 MPa) dövülmüştür. Dövme sonrası numunelerin yüzey morfolojilerindeki değişimler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve yüzey altı mikro yapılarındaki değişimler optik mikroskop ile görüntülenmiştir. Numunelerin enine kesit bölgesinde 16 noktadan alınan mikrosertlik ölçümleri ile mekanik karakterizasyon için sertlik değerlerinin değişimleri incelenmiştir. Sonuçlar, bilyalı su jeti ile dövülen malzeme yüzeyinde stand-off mesafesindeki azalma ve basınçtaki yükselmeye bağlı olarak plastik deformasyon miktarında artış olduğunu göstermiştir. Dövmenin etkisiyle yüzeyden 67 μm derinliğe kadar tane boyutlarında incelme ve tane yönlenmeleri meydana gelmiştir. Yüzeylerde mikro çatlakların oluştuğu koşullar gözlemlenmiştir. Bilyalı su jeti dövmenin, alaşımın yüzeyinden 110 μm derinliğe kadar sertlik artışına sebep olduğu ve yüzeye yakın bölgede artışın %17,63'e kadar yükselerek sertliğin 452,87 HV'e ulaştığı görülmüştür. Sonuç olarak bilyalı su jeti ile dövülen numunelerin çeşitli yüzey ve yüzey altı özelliklerinin geliştirilebildiği ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Titanium alloys are widely used engineering materials in aerospace and biomedical applications due to their superior mechanical, physical and surface properties. In order to further improve the mechanical, tribological and biological behaviour of the alloy, various mechanical surface treatments are applied to the alloy. Water jet shot peening, which works on the principle of high energy balls accelerated by pressurised water and causing plastic deformation on the surface of the target material, is a mechanical surface treatment method developed in recent years. In this study, it was aimed to improve the surface and subsurface properties of Ti6Al4V alloy samples produced by powder metallurgy by water jet shot peening. The samples were produced by sintering in a hot press at 950°C for 30 minutes. The specimens were then water jet shot peened at variable stand-off distance (20 mm - 30 mm) and pressure (200 MPa - 400 MPa). The changes in the surface morphology of the samples after peening were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and the changes in the subsurface microstructures were visualised by optical microscopy. Microhardness measurements taken at 16 points in the cross-sectional region of the samples were used to examine the changes in hardness values for mechanical characterisation. The results showed an increase in the amount of plastic deformation due to the decrease in the stand-off distance and increase in pressure on the surface of the material after water jet shot peening. With the effect of peening, grain size refinement and grain orientation occurred up to a depth of 67 μm from the surface. Microcracks were detected on the surfaces. It was observed that water jet shot peening caused an increase in hardness from the surface of the alloy to a depth of 110 μm and the hardness increased up to 17.63% in the region near the surface, reaching 452.87 HV. As a result, it was revealed that various surface and subsurface properties of the samples can be improved by water jet shot peening.