Patlamalı kaynak yöntemi ile bakır-titanyum bimetalik kompozit malzeme üretilmesi ve arayüzey etüdü
Investigation of the joining interface of copper-titanium bimetallic composite materials manufactured using explosive welding method
Yazar: MEHMET SERKAN YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. YAKUP KAYA
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Patlamalı kaynak = Explosion welding

Özet:
Bu çalışmada, farklı patlayıcı oranları (R=2,5, R=3 ve R=3,5) kullanılarak bakır ve titanyum levhalar patlamalı kaynak yöntemi ile birleştirilmiş ve bimetalik kompozit levhalar üretilmiştir. Patlamalı kaynak işlemi sonrasında levhalara farklı sıcaklıklarda (450 oC, 650 oC ve 850 oC) ısıl işlem uygulanmıştır. Patlayıcı oranın ve uygulanan farklı ısıl işlem sıcaklıklarının birleşme arayüzeyinde, karakterizasyon ve mekanik özellikler açısından yaratabileceği olası etkileri araştırmak için hazırlanan numunelere çeşitli testler uygulanmıştır. Arayüzeyde görüntülemeler yapmak için optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Arayüzeyde olası intermetalik bileşenlerin oluşumunun takibi için ise enerji dağılımlı spektrometre (EDS) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri yapılmıştır. Üretilen numunelerin mekanik özelliklerinin kontrolü için ise mikrosretlik, çekme-makaslama, çentik darbe, eğme ve burulma testleri uygulanmıştır. Ayrıca üretilen Cu-Ti bimetalik kompozit malzemelerin korozyon davranışlarının belirlenmesi amacıyla da nötr tuz püskürtme 
testleri gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemelerinde arayüzeyde dalgalı bir formun oluştuğu görülmüştür. Ayrıca dalgalanmanın artan patlayıcı oranı ile arttığı, buna paralel olarak da dalgaların boy ve genliklerinde bir artış meydana geldiği belirlenmiştir. Yapılan EDS ve XRD analizleri sonucunda ısıl işlem uygulanmamış R=2 patlayıcı oranı kullanılarak üretilen numuneler hariç tüm numunelerde intermetalik oluşumuna rastlanmıştır. Ayrıca OM ve SEM çalışmalarında, ısıl işlem uygulanmış numunelerin arayüzeylerinde ısıl işlem sıcaklığının artmasıyla birlikte kalınlığı artan bir difüzyon tabakasının oluştuğu görülmüştür. Mikrosertlik test sonuçları patlayıcı oranın artmasıyla malzemelerin sertliğinin arttığını, en yüksek sertlik değerlerinin birleşme arayüzeyinde olduğu bulunmuştur; ancak uygulanan ısıl işlemler sonrasında mikrosertlik değerlerinde bir düşüş olduğu da tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen çekme-makaslama test sonuçları, patlayıcı oranı arttıkça çekme-makaslama dayanımlarının arttığını, fakat ısıl işlem uygulaması sonucu artan ısıl işlem sıcaklığı ile çekme-makaslama değerlerinin azaldığını göstermiştir. Ayrıca uygulanan çentik darbe test sonuçları patlayıcı oranın artmasının darbe tokluğu değerini düşürdüğü, ancak uygulanan ısıl işlemin artan sıcaklığıyla birlikte darbe tokluğu değerinin arttığı tespit edilmiştir. Mekanik özelliklerde farklılıkları belirlemek için yapılan son deneyler olan eğme ve burulma testleri sonucunda ısıl işlemsiz ve ısıl işlemli tüm numenelerde birleştirme arayüzeyinde herhangi bir sorun ile karşılaşılmamıştır.  Uygulanan nötr tuz püskürtme testleri bimetalilik kompozit numunelerin bakır taraflarında bir korozyonun meydana geldiğini, ancak titanyum tarafında herhangi bir korozyon oluşumunun olmadığını göstermiştir.

Abstract:
In the study, copper and titanium sheets were joined by explosion welding method using different explosive ratios (R=2,5, R=3 and R=3,5) and bimetallic composite sheets were produced. After the explosion welding process, the plates were heat treated at different temperatures (450 oC, 650 oC and 850 oC). Various tests were applied to the prepared samples in order to investigate the possible effects of the explosive rate and the different heat treatment temperatures applied on the joining interface, in terms of characterization and mechanical properties. Optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) were used to make images at the interface. Energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analyzes were performed to monitor possible inetrmetallic formation at the interface. Microhardness, tensile-shear, notch impact, bending and torsion tests were applied to control the mechanical  
properties of the interface. In addition, neutral salt spray tests were carried out to determine the corrosion behavior of the produced copper-titanium bimetallic composite materials. As a result of the microstructure investigations, it was observed that a wavy form was formed at the interface. In addition, it was observed that the waviness increased with the increasing explosive rate, and parallel to this, an increase in the length and amplitude of the waves occurred. EDS and XRD analyzes showed that there was intermetallic formation in all samples except the samples produced using the R=2 explosive ratio without heat treatment. In addition, in the OM and SEM studies, it was observed that a diffusion layer with an increasing thickness was formed at the interfaces of the heat treated samples with the increase in the heat treatment temperature. The microhardness test results showed that the hardness increased with the increase of the explosive rate, and the highest hardness values were at the joining interface, but it was also determined that there was a decrease in the microhardness values after the applied heat treatments. The tensile shear test results performed showed that the tensile shear strengths increased as the explosive rate increased, but the tensile shear values decreased with the increasing heat treatment temperature as a result of the heat treatment application. In addition, in the notch impact test results, it was determined that the increase in the explosive rate decreased the impact toughness value, but the impact toughness value increased with the increasing temperature of the applied heat treatment. As a result of bending and torsion tests, which are the last experiments to determine the differences in mechanical properties, no problems were encountered at the interface in all heat-treated or untreated samples. Finally, the neutral salt spray tests showed that the bimetallic composite samples showed corrosion on the copper side, but no corrosion on the titanium side.