Biyomalzeme amaçlı Ti-6Al-4V alaşım tozlarının SPS ile sinterlenmesi ve karakterizasyonu
Sintering and characterization of Ti-6Al-4V bio-material alloy powders with SPS
Yazar: MEHMET KEMAL COŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ ÇINAR ŞAHİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Sinterleme = Sintering ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Yapılan çalışmada öncenden alaşımlanmış Ti-6Al-4V alaşım tozlarının spark plazma sinterleme yöntemiyle sinterlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, fiziksel özellikleri (tane boyutu dağılımı, tanelerin görünümü) bilinen Ti-6Al-4V tozlarından 50 MPa basınç, 70 ?C/dakika ısıtma hızıyla 800-1100 ?C arasında değişen sinterleme sıcaklıkları ve 1-15 dakika arasında değişen sinterleme süreleriyle çeşitli numuneler üretilmiştir. Elde edilen numunelerin yoğunlukları, sertlikleri ve çekme dayanımları irdelenip, fazları ve mikroyapıları optik mikroskop ve X-ışınları analizi kullanılarak incelenmiştir. Analiz değerleri yardımıyla, sinterleme parametreleri ve nihai malzeme özellikleri arasındaki bağlantılar araştırılıp, tane büyümesi ve faz değişimi mekanizmaları incelenmiştir.Bu amaçla, SPS yöntemiyle sinterlenmiştir. Belirli standartlarda kesilen numunelerle çekme dayanımları ölçülmüştür. Ek olarak üretilen numunelerin faz ve mikroyapı incelemeleri için XRD de kullanılmıştır. Böylece, üretim parametreleri mikroyapı, faz dağılımı ve mekanik özellikler arasında bağlantı kurulmuştur. Sinterleme sonrası, 800 ve 900 ?C'de sinterlenen numunelerde, en yüksek 350 HV sertlik, % 99,3 rölatif yoğunluk, 1005 MPa çekme dayanımı, 952 MPa akma dayanımı ve dönüşmüş eşeksenli mikroyapı tespit edilmiştir. 800 ?C'de sinterleme mekanizmaları aktive edilemediği için sinterleme tamamlanmamıştır ve yoğunluk ve mekanik değerler düşük kalmıştır. 1000 ve 1100 ?C'de yapılan deneylerde ise en yüksek 361 HV sertlik değeri, % 99,5 rölatif yoğunluk, 1006 MPa çekme dayanımı, 869 MPa akma mukavemeti ve lameller mikroyapı görülmüştür. 1100 ?C'de etkin bir tane büyümesi gözlenmiştir.

Abstract:
In present work, pre-alloyed Ti-6Al-4V alloys were sintered with spark plasma sintering method. For that purpose, various specimens were spark plasma sintered under 50MPa of uniaxial mechanical pressure, 70 ?C/minute heating rate, with 1 to 15 minutes of sintering time and 800 to 1100 ?C of sintering temperature from pre-alloyed Ti-6Al-4V powders. The densities, the micro-hardnesses and tensile strengths of the specimens were measured. The phases and microstructures of the specimens were investigated using and optical microscope and XRD analysis technique. With these data, an understanding of correlation between sintering parameters and the final alloy properties and grain growth and phase transformation mechanisms were developed.In the experimental studies pre-alloyed powders were sintered with SPS method. Additionally the phases were analyzed by the XRD method. Hence enough data was obtained to investigate connections between production parameters and final mechanical and micro-structural properties. The specimens sintered at 800 and 900 ?C had 350 HV hardness, % 99,3 relative density, 1005 MPa tensile strength, 952 MPa yield strength and transformed equiaxed microstructures. Because sintering mechanisms were not activated at 800 ?C, sintering was not complete and density and mechanical features remained law. Specimens sintered at 1000 and 1100 ?C had 361 HV hardness, % 99,5 relative strength, 1006 MPa tensile strength, 896 MPa yield strength and lamellar microstructures with extensive grain growth.