Kaynaklı TiAl6V4 alaşımının yorulma davranışlarının incelenmesi
Fatigue behaviour investigation of welded TiAl6V4 alloy
Yazar: NAİL TÜZÜN
Danışman: PROF. DR. ÖZLER KARAKAŞ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ark kaynağı = Arc welding ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Kaynaklı birleştirme işleminin malzemeler üzerindeki ısı etkisi malzeme özelliklerini değiştirmektedir. Bu sebeple esas malzemeler üzerinde yapılan mekanik parametre değerlendirmelerinin tek başlarına kaynaklı birleştirmeler için geçerliliği sınırlıdır. Kaynaklı birleştirmelerin değişen malzeme özelliklerinin yanı sıra, kaynak dikişleri ve çevrelerinin tekrarlı yükler altındaki mekanik davranışları yapısal dayanımlarının özel olarak tespit edilmesini gerektirir.
Yüksek dayanım değerlerine kıyasla hafif olmaları ile bilinen titanyum alaşımları başta havacılık ve uzay sanayi olmak üzere birçok mühendislik sektöründe kullanılmaktadır. Titanyum alaşımlarının yaygın uygulama alanlarına rağmen kaynaklı birleştirmelerinin mekanik özellikleri hakkında sınırlı sayıda bilimsel çalışma bulunmaktadır.
Bu tez çalışmasında TiAl6V4 alaşımından 1 mm inceliğindeki levhalar mikroplazma ark kaynağı ile kaynaklanmıştır. Elde edilen kaynaklı birleştirmelerin yorulma davranışları incelenmiştir. Çalışma kapsamında kaynaksız, alın kaynaklı ve bindirme kaynaklı olmak üzere üç tip numune kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında çekme deneyleri, yük kontrollü yorulma deneyleri ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca monotonik yüklemeler sırasında uzama dağılımları temassız ölçüm sistemleri ve dijital görüntü korelasyonu teknolojisiyle gözlemlenmiştir. Elde edilen numuneler makro ve mikro incelemelere tabi tutulmuş, kaynak sonrası TiAl6V4 numunelerdeki değişimler incelenmiştir. Son olarak çekme ve yorulma deneyleri sonucunda numunelerdeki kırılma yüzeyleri değerlendirilmiştir.
Yapılan bu incelemelerde TiAl6V4 alaşımından kaynaklı ince levhaların çekme dayanımlarının kaynaksız numunelere yakın değerler göstermesine rağmen daha düşük yorulma performansı gösterdikleri tespit edilmiştir. Özellikle bindirme kaynaklı numunelerin yorulma ömrü diğer numunelere kıyasla oldukça düşüktür. Bu durum mikroplazma ark kaynağının küçük çaplı plazma arkına rağmen oluşan ısı tesiri altındaki bölgenin numunelerin yorulma dayanımları üzerinde olumsuz bir etki oluşturduğunu göstermektedir. Oldukça gevrek bir malzeme davranışı gösteren numunelerin kırılma yüzeyleri üzerinde yapılan incelemeler bu tespitleri doğrulamaktadır.

Abstract:
The heat effect of welding process on the materials changes the material properties. For this reason, the validity of mechanical parameter evaluations on base materials is limited for welded joints individually. In addition to the changing material properties of welded joints, the mechanical behaviour of weld seams and their surroundings under cyclic loads requires specific investigations of their structural durability.
Titanium alloys, known for their lightness compared to their high strength values, are used in many engineering sectors, especially in the aerospace industry. Despite the widespread application areas of titanium alloys, there are limited scientific studies on the mechanical properties of their welded joints.
In this thesis, 1 mm thin sheets from TiAl6V4 alloy were welded by microplasma arc welding. The fatigue behaviour of the manufactured welded joints was investigated. Within the scope of the study, three types of specimens were used as unwelded, butt welded and overlap welded samples. During the experimental studies, tensile tests, load-controlled fatigue tests and hardness measurements were performed. In addition, the elongation distributions during monotonic loadings were observed with non-contact measurement systems and digital image correlation technology. The obtained samples were subjected to macro and micro examinations, and the changes in TiAl6V4 samples after welding were examined. Finally, the fracture surfaces of the samples were evaluated as a result of tensile and fatigue tests.
In these examinations, it was determined that although the tensile strength of thin plates welded from TiAl6V4 alloy showed values close to the unwelded samples, they showed lower fatigue performance. Especially, the fatigue lives of overlap welded samples was quite low compared to other samples. This shows that the heat-affected zone of microplasma arc welding, despite the small diameter of the plasma arc, had a negative effect on the fatigue strength of the samples. Investigations on the fracture surfaces of the samples, which show a very brittle material behaviour, confirmed these findings.