Ti-6Al-4V/304L malzeme çiftinin bakır aratabaka kullanılarak difüzyon kaynağı ile birleştirilmesi
Diffusion bonding of Ti-6Al-4V/304L steels couple using copper interlayer
Yazar: BARIŞ BİLGİN
Danışman: DOÇ.DR. NİYAZİ ÖZDEMİR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Difüzyon kaynağı, aynı veya farklı iki malzemeyi ergime sıcaklıkları altındaki birsıcaklıkta basınç altında bir araya getirerek yapılan bir katı hal birleştirme tekniğidir.Araştırmacılar tarafından yapılan öneriye göre difüzyon kaynağı üç safhadan gerçekleşir.Birinci safhada, lokal deformasyon ve sürünme ile temas alanının artması. kinci safhada, arayüzeydeki pürüzlerin yok edilmesi ve temas alanında hacim difüzyonu, Son olarak, ara yüzeydetane sınırı göçü ve büyümesi. Farklı malzemeler arasında sağlam kaynaklar elde etmek için, ikimalzeme arasına bir aratabaka malzemesi yerleştirilerek difüzyon kaynağı ilekompaktlandığında daha iyi sonuçlar elde edilebilir.Bu çalışmada, Ti-6Al-4V alaşımı ile 304L paslanmaz çelik çifti Cu aratabakakullanılarak sabit basınç (1 MPa), üç farklı kaynak sıcaklık (830, 850 ve 870 oC) ve üç farklıbekleme süresi (50, 70 ve 90 dak.) kullanılarak argon atmosferi altında difüzyon kaynak tekniğiile birleştirildi. Difüzyon kaynağı ile birleştirilmiş Ti-6Al-4V/304L kaynaklı bağlantılarınarayüzeyinde meydana gelen reaksiyon tabakasının mikroyapı özellikleri, optik ve taramalıelektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edildi. Yapılan analiz çalışmalarında, difüzyonbölgesinde farklı reaksiyon tabakalarının varlığı tespit edildi ve bu tabakaların kimyasalbileşimleri energy dispersive spectroscopy (EDS) ve X-ray analizleri yapılarak belirlendi.Reaksiyon tabakasında ortaya çıkan CuTi, CuTi2, Cu3Ti2, FeTi, Fe2Ti gibi farklı intermetalikçiftler Fe-Cu-Ti üçlü denge diyagramından faydalanarak tahmin edildi. Mikrosertlik ölçümleribirleşme yüzeyine dik doğrultuda ve kaynaklı bağlantıların mukavemeti bindirme-kayma testiuygulanarak belirlendi.Çalışmanın birinci bölümünde giriş, ikinci bölümünde Ti-6Al-4V alaşımı ile 304Lpaslanmaz çelik ve bunların birleştirme teknikleri, üçüncü bölümde difüzyon ve difüzyonkaynağı, dördüncü bölümde Ti-6Al-4V alaşımı ile 304L paslanmaz çeliğin kaynağı ve difüzyonkaynak tekniği ile ilgili literatür verilmiş olup beşinci bölümde deneysel çalışmalar, altıncıbölümde ise deney sonuçları irdelenmesi ve yedinci bölümde genel sonuçlar verilmiştir.Anahtar Kelimeler: Difüzyon, Difüzyon kaynağı, Ti-6Al-4V alaşımı, 304L paslanmaz çelik,Cu aratabaka.

Abstract:
Diffusion bonding is a solid-state joining technique in which two similar and dissimilarmaterials are brought together under pressure at a temperature below the melting point ofmaterials. According to the mechanisms proposed by researches, the diffusion bonding processconsists of three stages: during the first stage, the contact area increases by localizeddeformation and creep. In second step, diffusion takes place at the contact area and eliminatesthe voids at the original grain interface. Finally, the grain boundaries on the interface migrateand growth occurs. In order to get sound joint between dissimilar materials, by inserting aninterlayer with diffusion bonding compatibility in between the workpieces to be bonded, a betterbond may be obtained.In this study, Ti-6Al-4V alloy and 304L stainless steel couple were bonded using Cuinterlayer by diffusion bonding technique under three different bonding temperature (830, 850and 870 oC) and three different holding time (50, 70 and 90 min.) and pressure 1 MPa in Aratmosphere. The microstructural properties of the reaction layer occurred at diffusion bondedTi-6Al-4V/304L interface were analyzed by means of optical and scanning electron microscope(SEM). The study exhibits the presence of different reaction layers in diffusion zone and theirchemical compositions were determined by energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-raydiffraction. The occurrence of different intermetallic compounds such as CuTi, CuTi2, Cu3Ti2,FeTi, Fe2Ti has been predicted from the ternary phase diagrams of Fe-Cu-Ti in the reactionlayer. The microhardness across and perpendicular to the interface were measured and strengthof the joints was determined with lap-sheer test.In the first chapter of study, an introduction is given. In the second chapter, titaniumalloys and stainless steels and its welding techniques are presented. In the third chapter,diffusion and diffusion bonding is presented. In the fourth chapter, literature dealing withdiffusion bonding technique and welding of Ti-6Al-4V alloys and 304L stainless steel arepresented. In the fifth chapter, experimental studies, in the sixth chapter the results anddiscussions of experiments are given. In the seventh chapter, the general results are given.Keywords: Diffusion, Diffusion bonding, Ti-6Al-4V alloy, 304L stainless steel, Cu interlayer.