Toz enjeksiyon kalıplama ile üretilmiş Ti-6Al-4V parçalarda işlem, yapı ve özellik ilişkileri
Relationships between processing, structure and properties at Ti-6Al-4V parts made by powder injection molding
Yazar: YAŞAR ÇAKAR
Danışman: PROF. DR. SEDAT ÖZBİLEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
TOZ ENJEKS YON KALIPLAMA LE ÜRET LM ŞTi-6Al-4V PARÇALARDA ŞLEM, YAPI VEÖZELL K L ŞK LER( Yüksek Lisans Tezi )Yaşar ÇAKARGAZ ÜN VERS TESFEN B L MLER ENST TÜSÜMayıs 2006ÖZETBu çalışmada, toz enjeksiyon kalıplama (TEK) ile üretilmiş Ti-6Al-4V parçalarkarakterize edilmiştir. Ti-6Al-4V parçalar, ön alaşımlı ve harmanlı elementalyöntemi kullanılarak saf gaz atomize Ti + 60Al/40V master alaşım tozu ve önalaşımlı Ti6Al4V tozu, titanyum hidrür(TiH2) tozu karışımı ve %25 polietilen,%15 parafin, %5 stearik asit'den oluşan bir bağlayıcı ile hazırlanan beslemestoğunun toz enjeksiyon kalıplama işlem sırası doğrultusunda; yani karıştırma,granülleme, enjeksiyon kalıplama, bağlayıcıyı uçurma ve sinterlemedengeçtikten sonra üretilmesiyle IFAM, Bremen'de elde edilmişlerdir. Enjeksiyonkalıplı ve bağlayıcısı uçurulmuş ham parçaların önce vakum sonra argonyüklenmiş ortamda sinterlenmesi aşamasında farklı sinterleme sıcaklıkları(1250 ºC ve 1300 ºC) ve süreleri (0,2,4 saat) ile sinterleme sonrası farklı soğutmaşartları (vakumda, argonda ve kesintili soğutma) uygulanarak en uygun üretimparametresi belirlenmeye çalışılmıştır.Bu amaçla ilk aşamada; uygun sinterleme şartlarını belirlemek için 1250 ºC'de0,2,4 saat ve 1300 ºC'de 2 saat korunaklı-korunaksız sinterlenmiş ve vakumdasoğutulmuş Ti-6Al-4V parçalar karakterize edilmiştir. Uygun sinterleme şartıbelirlendikten sonra (1250 ºC'de 4 saat korunaklı sinterleme) ikinci aşamada;bu numunelere, vakumda soğutmaya ilave olarak argonda soğutma ve kesintilisoğutma işlemleri uygulanmıştır. Buradaki amaç, en iyi mekanik özellikleriverebilecek soğutma şartını belirlemektir. Son aşamada ise; Titanyum hidrür(%TiH2) tozu katkılı [Ti + %10-20-30 TiH2 + %10(60Al/40V) master alaşım],1250ºC'de 4 saat korunaklı sinterli ve argonda soğutulmuş, harmanlı elementalyöntemle üretilen Ti-6Al-4V parçaların karakterizasyonu yapılmıştır. Buradada amaç, titanyum hidrür(TiH2) tozu katkısının etkilerini belirlemektir.Deneysel çalışmalarda; kullanılan toz numunelerin kimyasal analizleri, TEKparçalarının mekanik özellikleri ve sinterleme sonrası yoğunlukları belirlendi.Metalografik incelemeyle optik mikroskoplardan mikroyapı analizleri yapıldı.Çekme testi uygulanan numunelerin kırık yüzeyleri SEM'de incelenerekkırılma modları belirlendi.Ayrıca bunlara ilave olarak bazı numunelerin XRD ile fazların tayini ve EDAXile noktasal kimyasal analizleri arayer atomu kirliliklerini belirlemek amacıylayapılmıştır. Bu incelemeler sonucunda, işlem-mikroyapı-özellikler ilişkileri vekullanım şartları açısından ideal mikroyapı, ince widmanstatten levhalı-Î±,gözenek etrafında eşkenar Î±-fazı ve numune yüzeyinde Î±-kabuğu bulunmayan,az gözenekli yapıdır. deal mekanik özellikler ise, Ti-6Al-4V TEK parçalardayüksek % teorik yoğunluk, düşük arayer atomu (O ve N) kirliliği, düşükTitanyum nitrür (TiN0,3) oluşumu ve düşük gözeneklilik şartlarında, yüksekakma ve çekme mukavemeti, kabul edilebilir seviyede sertlik ve süneklik, düşükkırılganlık, yüksek elastikiyet modülüdür. Sonuç olarak, Ti-6Al-4V TEKparçaların üretimi için en uygun işlem parametresinin, ön alaşımlı Ti6Al4Vtozlardan hazırlanan besleme stoklu (TiH2 olmaksızın) numunelerin 1250 ºC'de,4 saat korunaklı olarak sinterlenmesi ve sinterleme sonrası argon ortamındasoğutmanın uygulanması olduğu bulunmuştur.Bilim Kodu : 710.1.092Anahtar Kelimeler : Titanyum ve Ti-6Al-4V, Toz Enjeksiyon Kalıplama(TEK), Toz Metalürjisi, KarakterizasyonSayfa Adedi : 147Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Sedat ÖZB LEN

Abstract:
RELATIONSHIPS BETWEEN PROCESSING, STRUCTURE ANDPROPERTIES AT Ti-6Al-4V PARTS MADE BYPOWDER INJECTION MOLDING(M.Sc. Thesis)Yaşar ÇAKARGAZI UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYMay 2006ABSTRACTIn this study, the characterization of Ti-6Al-4V parts made by powder injectionmolding (PIM) were carrried out. Ti-6Al-4V PIM parts were produced byusing blended elemental and prealloyed approaches. Powder blends consisted ofpure, gas atomized powder and 60Al/40V master alloy mix in the formerapproach; and prealloyed gaz atomized Ti6Al4V powder in the secondapproach. Powder feedstocks were prepared from these powder blends with theaddition of a binder mix comprimising 25 % polyethylene, 15 % paraffin wax, 5% stearic acid, PIM parts were produced at IFAM, Bremen by mixing,granulation, injection moulding, debinding, and sintering. PIM?ed and deboundgreen samples were sintered at different temperatures, times and atmospheres,and were cooled to room temperature with different rates and atmospheres todetermine the best possible processing conditions.For this purpose in the first part of the investigation, the characterization of Ti-6Al-4V parts, sintered at 1250ºC for 0,2,4 hours and 1300ºC for 2 hours incovered-uncovered conditions followed by vacuum cooling to room temperaturewere carrried out. After determination of the best possible sintering practice,the second step was carried out. In this stage, samples were cooled to roomtemperature, by argon and interrupped cooling in addition to vacuum cooling.The aim in this second stage was to determine the best possible coolingcondition to room temperature. In the final stage, TiH2 additions in amounts of10-30 % were made to blended elemental feedstocks to study their influence inthe microstructure and properties of Ti-6Al-4V PIM parts. In the experimentalpart of the current investigation, chemical analysis of as-received powders,determination of mechanical properties and SEM fracture surface examinationof tensile test samples were carried out.In addition to these, some samples were analyzed chemically by EnergyDispersive X-Ray Microanalysis and structurally analyzed by X-Ray difractionto determine the level of interstitial elements contaminations and resultingphase (precipitate) formations. As a result of the current investigation, it wasfound and concluded that sintering at 1250ºC for 4 hours under protectiveatmosphere (i.e, under Ar-flushed vacuum atmosphere) of Ti-6Al-4V PIMparts prepared from powder feedstocks made up of prealloyed (PA) Ti6Al4Vpowder mixes (without any TiH2 addition) with binder compound followed bycooling to room temperature under Ar gas was best in terms of microstructuresand properties expected for application conditions. Ideal microstructure was theone with low porosity and with thin widmantatten Î± plates, no equi-exed Î±plates around pores and no formation of Î±-case in the surface of the PIM parts.Ideal mechanical properties were high yield and ultimate tensile strength,acceptible level hardness and elongation, low brittleness, high elastic modulusfor rigicity when the material had high % of theoretical density, low level ofporosity and interstitial element (O and N) contamination, together with lowtitanyum nitrür (TiN0,3) formation.Science code : 710.1.092Key Words : Titanium and Ti-6Al-4V, Powder Injection Molding (PIM),Powder Metallurgy, CharacterizationPage Number : 147Adviser : Prof. Dr. Sedat ÖZB LEN