Atık Ti6Al4V alaşımı talaşların doğrudan vakum ark ergitme ile geri dönüşümü
Recycling of waste Ti6Al4V alloy chips by direct vacuum arc remelting
Yazar: DİLARA NUR ÖZKAN
Danışman: DOÇ. DR. VOLKAN KILIÇLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Titanyum alaşımları = Titanium alloys ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Bu çalışmada, vakum ark ergitme (VAE) yöntemiyle Ti6Al4V alaşımı atık talaşlar kullanılarak geri dönüştürülen alaşımın mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca karşılaştırma amacıyla sıcak haddelenmiş haldeki orijinal Ti6Al4V alaşımı da incelenmiştir. Atık talaşlar, VAE öncesi talaşlı imalat kalıntılarını gidermek için hekzan ve aseton ile yıkanarak fırında kurutulmuştur. Kurutulan talaşlar VAE cihazının haznesine uygun şekilde preslenmiştir. Preslenmiş talaşlar 400A, 20V ve 10-2 mbar vakum altında tungsten elektrot kullanılarak ergitilmiştir. Mikroyapı karakterizasyonu optik mikroskop (OM), tarama elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışınları spektroskopisi (EDX), elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) ve X-ışınları kırınımı (XRD) analizi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çekme ve sertlik testleriyle de mekanik özellikleri belirlenmiştir. VAE ile geri dönüştürülen Ti6Al4V alaşımının mikroyapısının hızlı katılaşma nedeniyle asiküler (iğnemsi) yapıdan oluştuğu gözlenmiştir. Asiküler yapıların vanadyumca zengin 𝛽 fazı olduğu tanımlanmıştır. Sıcak haddeleme sonrası Ti6Al4V alaşımının mikroyapısıyla uyumlu kaba morfolojide α ve 𝛽 mikroyapısı gözlenmiştir. XRD desenlerine göre VAE ile üretilmiş Ti6Al4V alaşımı ile sıcak haddelenmiş alaşımın benzer fazlara sahip olduğu belirlenmiştir. Ti6Al4V alaşımı talaşlardan vakum ark ergitme ile geri dönüştürülen ve sıcak haddelenmiş numunede orijinal alaşıma benzer fazlar ancak farklı tane yapıları ve dağılımları tespit edilmiştir. VAE sonrası sıcak haddeleme ile geri dönüştürülen Ti6Al4V alaşımı, orijinal Ti6Al4V alaşıma göre benzer akma çekme dayanımı ancak çok düşük toplam uzama sergilemiştir. Çok düşük toplam uzama mikroyapıdaki uzamış α ve asiküler α içeren 𝛽 fazlarının kaba dağılıma sahip olmasına bağlanmıştır. Orijinal Ti6Al4V alaşımının çekme testi sonrası kırık yüzeylerinde mikro çukurcuklu sünek bir kırılma gözlenirken, VAE sonrası sıcak haddelenmiş Ti6Al4V alaşımı numunelerde sıcak haddeleme sonrası havada soğutma sonrası kaba α ve 𝛽 tane yapısı nedeniyle gevrek kırılma yüzeyi gözlenmiştir. Kaba formdaki uzamış α ve asiküler α içeren 𝛽 tanelerinin gevrek kırılmaya neden olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, microstructure and mechanical properties of the recycled alloy produced by using vacuum arc remelting (VAR) method from waste chips of Ti6Al4V alloy was investigated. Also, hot rolled original Ti6Al4V alloy has been examined to the comparison. The waste chips were washed with hexane and acetone to remove machining residues before VAR and dried in the oven. Then, the dried chips were compressed for a suitable size for the VAR chamber. Chip compacts are vacuum arc melted under 10-2 mbar and 400A, 20V by using a tungsten electrode. Microstructural characterization was performed by using an optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), electron backscatter diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Mechanical properties were determined by tensile and hardness tests. The microstructures of Ti6Al4V alloy which is produced by VAR consists of acicular structures due to the rapid solidification. It has been defined that the acicular structures are the 𝛽 phase that rich in vanadium. After hot rolling, α and 𝛽 microstructures were observed in rough morphology compatible with the microstructure of Ti6Al4V. It was determined that Ti6Al4V alloy produced with VAR and rolled condition had similar phases according to XRD patterns. Similar phases to the hot rolled original alloy but different grain structures and distributions were detected in the rolled sample, which was recycled from Ti6Al4V alloy chips by vacuum arc melting and then rolled. The recycled Ti6Al4V alloy by hot rolling after VAR exhibited similar yield and ultimate tensile strength, but very low total elongation compared to the original Ti6Al4V alloy. Very low total elongation were attributed to the coarse distribution of the elongated α and acicular α consisted 𝛽 phases in the microstructure. While a micro dimples ductile fracture was observed on the fracture surfaces of the original Ti6Al4V alloy after the tensile test, brittle fracture surface was observed in the hot rolled Ti6Al4V alloy samples after VAR due to the coarse α and 𝛽 grain structure after cooling in air after hot rolling. Coarse elongated α and acicular α consisted 𝛽 grains are thought to cause brittle fracture.