Ti6Al4V alaşımına kriyojenik işlemin etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of cryogenic treatment on Ti6Al4V alloy
Yazar: FATİH HAYATİ ÇAKIR
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Titanyum alaşımları, yüksek korozyon direnci, spesifik mukavemet ve yüksek sıcaklık kararlılığı gibi istisnai özellikleri nedeniyle biyomedikal, havacılık, gıda işleme ve petrokimya endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.  Bu üstün özelliklerinin yanında sınırlı aşınma direnci, üretim zorluğu ve yüksek maliyet gibi bazı olumsuz özellikler de vardır.  Titanyum alaşımına kriyojenik işlem uygulanmasının, yukarıda belirtilen olumsuz yönlerin bazılarının çözülmesine katkıda bulunabileceği düşünülmektedir.  Yapılan çalışmaların sonucunda Ti6Al4V alaşımına kriyojenik işlem uygulanmasının malzeme özelliklerinde pek çok değişime yol açtığı gözlenmiştir.  Uygulanan kriyojenik işlem ile mikroyapının değiştiği, β fazının işlem süre ve koşullarına bağlı olarak α fazına dönüştüğü, yapıdaki iç gerilmelerin azaldığı, tanelerin düzenlendiği yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda gözlenmiştir.  İçyapıdaki düzenlenme etkisi elektriksel iletkenlik testinde de gözlenmiştir, bu teste göre 36 saat kriyojenik işlem uygulanan numunenin elektriksel iletkenliğinin yaklaşık %7 artmıştır.  Aşınma testi sonuçlarına göre 24 saat derin kriyojenik işlem uygulanan numunelerin aşınma direnci yaklaşık %8,5 çözeltiye alma sonrası 36 saat yaşlandırma uygulanan numunelerin aşınma direnci ise yaklaşık %13 artmıştır.  Çekme testi sonuçlarına göre kriyojenik işlemin malzemenin plastisite özelliklerine olumlu etkisi olduğu gözlenmiş 36 saat kriyojenik işlem uygulanan numunelerin; tokluğu %5 düzgün plastik şekil değiştirme bölgesi alanı ise %8 artmıştır.  İmal edilebilirlik özellikleri ise tel erozyon yöntemi ile belirlenmiştir, bu sonuçlara göre 36 saat derin kriyojenik işlem uygulanan numunelerin malzeme kaldırma oranı yaklaşık %5 artarken ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri %30 düzeyinde azalmıştır.  Elektrokimyasal özelliklere olan etkilerini incelemek için %0,9'luk izotonik çözelti kullanılarak korozyon testeri yapılmıştır. Bu testlere göre tüm numunelerde koruyucu oksit filmi oluşması gerçekleşmiş; potansiyodinamik testlere göre yalnızca derin kriyojenik işlem uygulanmasının korozyon direncine olumlu etki ettiği ancak yaşlandırma öncesi uygulandığı durumda korozyon potansiyelini bir miktar artırdığı gözlenmiştir.  Bu kapsamda kriyojenik işlemin sıcaklık ve süresinin kontrollü olarak uygulanmasının Ti6Al4V alaşımında mekanik özellikler, imal edilebilirlik, aşınma, korozyon gibi pek çok farklı özelliğe olumlu etki edebileceği görülmüştür.

Abstract:
Titanium alloys are widely used in the biomedical, aerospace, food processing and petrochemical industries due to their exceptional properties such as high corrosion resistance, specific strength and high temperature stability. In addition to these superior properties, there are some negative properties such as limited wear resistance, production difficulty and high cost. It is contemplated that the application of a cryogenic treatment to the titanium alloy may contribute to the resolution of some of the above-mentioned disadvantages. As a result of experimental studies, it has been observed that cryogenic treatment of Ti6Al4V alloy causes many changes in material properties. The characterization studies shows that the microstructure changed with the cryogenic treatment, the β phase transformed into α phase depending on the process time and conditions, the internal stresses in the structure decreased and the grains were refined. Another result in which the regulation effect in the internal structure was observed was the electrical conductivity test which showed that the electrical conductivity of the sample which was applied for 36 hours cryogenic process increased by 7%. According to the wear test results, wear resistance of samples treated with deep cryogenic treatment for 24 hours increased by approximately 8.5% and wear resistance of samples subjected to 36 hours aging after solution increased by 13%. Tensile test results showed that cryogenic process had positive effect on the plasticity properties of the material. The toughness increased by 5% while the uniform plastic deformation area area increased by 8%. Manufacturability properties were determined by wire erosion method. According to these results, the material removal rate of the samples applied 36 hours deep cryogenic process increased approximately 5%, while average surface roughness values decreased 30%. Corrosion tester was used by using 0.9% isotonic solution to investigate the effects on electrochemical properties. According to these tests, protective oxide film was formed in all samples; According to potentiodynamic tests, it was observed that only deep cryogenic treatment had a positive effect on corrosion resistance but it increased the corrosion potential to some extent when applied before aging. In this context, the controlled application of temperature and duration of the cryogenic treatment might improve mechanical properties, manufacturabiliry, wear and corrosion of Ti6Al4V alloy.