BİLDİRİ DETAY

Ceyhun KÖSE, Engin KARACA
FİBER LAZER KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLEN Tİ6AL4V ALAŞIMININ MİKROYAPI ÖZELLİKLERİNE LAZER GÜCÜNÜN ETKİSİ
 
Giriş: Ti6Al4V alaşımı yüksek korozyon direnci ve üstün mekaniksel dayanımı sayesinde titanyum alaşımları arasında en çok kullanılan alaşım çeşitidir. Pek çok kullanım alanına sahip olan Ti6Al4V alaşımı ayrıca düşük yoğunluğa ve yüksek biyouyumluluğa sahiptir. Ti6Al4V alaşımı havacılık ve uzay endüstrisinde jet motorları, uçak gövdesi imalatı ve füze yapımında kullanılırken medikal alanlarda implant ve cerrahi aletlerin yapımında sıklıkla tercih edilmektedir. Ti6Al4V alaşımı, sürtünme, sürtünme-karıştırma, plazma ark, TIG ve lazer kaynağı gibi pek çok yöntemle birleştirilebilmesine rağmen kaynak sürecinde dikkat edilmesi gereken önemli hususlar bulunmaktadır. Yüksek ısı girdisi ile yapılan birleştirmelerde kaynak metalinde tane irileşmesi ve porozite oluşumları gözlenirken, düşük ısı girdisi ile yapılan birleştirmelerde kaynak metali sert ve gevrek bir form olan martenzitik mikroyapıdan oluşum göstermektedir. Amaç: Bu çalışmada, Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar iki farklı lazer gücü kullanılarak fiber lazer kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. Farklı ısı girdisi şartlarında, fiber lazer kaynaklı birleştirmelerin mikroyapı değişimleri incelenmiştir. Kapsam: Çalışmada 330x95x4 mm ebatlarındaki Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar fiber lazer kaynağı ile birleştirilmiştir. Birleştirmeler iki farklı lazer gücü (1500W–2000W) ile gerçekleştirilmiştir. Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalardan tel erozyon tekniği ile kesilerek çıkartılan deney numunelerindeki mikroyapısal dönüşümler optik mikroskop, SEM ve EDS analizleri ile karakterize edilmiştir. Yöntem: Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar deneyde kullanılmak üzere ticari olarak temin edilmiştir. Ti6Al4V alaşımının kimyasal bileşimi spektral analiz yöntemiyle belirlenmiş olup malzeme 330x95x4mm ebatlarında olması için su jeti yöntemiyle kesilmiştir. Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar üzerinde fiber lazer kaynak tekniği kullanılarak birleştirme işlemi gerçekleştirilmiştir. 4 kW gücüne sahip fiber lazer kaynak makinesiyle yatay pozisyonda ve ilave metal kullanılmadan yapılan kaynak işlemlerinde iki farklı lazer gücü (1500W-2000W) kullanılmıştır. Lazer kaynak sürecinde ısı girdisini hesaplamak için H=P/S denkleminden faydalanılmıştır. Numunelerin metalografik görüntüleri 5X-100X büyütme kapasiteli optik mikroskop vasıtasıyla incelenmiştir. SEM incelemeleri taramalı elektron mikroskobunda ve EDS element analizleri SEM cihazına bağlı elektron dağılım spektroskopisi kullanılarak yapılmıştır. Kısıtlar: Çalışmada kullanılan 330x95x4mm ebatlarındaki Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar için uygulanan fiber lazer kaynak parametreleri yapılan bilimsel çalışmalar kapsamında olup çalışmanın kısıtlarını oluşturmuştur. Araştırmanın Problemi: Farklı iki lazer gücü kullanılarak yapılan birleştirme işleminin Ti6Al4V alaşımında sebep olabileceği mikroyapısal dönüşümler araştırmanın problemini oluşturmaktadır. Araştırmanın Sınırlılıkları: Çalışmada yapılarında bulundurdukları fazlara göre α, β ve α+β olmak üzere başlıca üç gruba ayrılan titanyum alaşımlarından sadece α+β fazını içeren Ti6Al4V alaşımı kullanılmıştır. Ayrıca birleştirme bölgelerindeki mikroyapısal dönüşümler pekçok kaynak parametresi değişkenleri içerisinden sadece farklı iki lazer gücünün etkileri açısından incelenmiştir. Bulgular: Kaynaklı birleştirmelerde ilave kaynak metali kullanılması durumunda, ITAB ve kaynak metali mikroyapısında ana metale göre bazı farklılıklar oluşacağı bilinmektedir. Mikroyapı, alaşımın kimyasal kompozisyonuna ve soğuma biçimine göre şekil almaktadır. Özellikle ısı girdisinin mikroyapı üzerindeki etkileri önem arzetmektedir. Sonuç: Ana malzeme ve kaynak mikroyapısında yapılan gözlemler sonucunda ana malzemenin mikroyapısının eş eksenli α tanelerinden ve tane sınırlarında oluşan β tanelerinden meydana geldiği görülmüştür. Kaynaklı birleştirmelerin mikroyapıları ise, ITAB’ın hızlı soğumadan dolayı ince asiküler α' martenzit ve birincil α yapılarından meydana geldiği anlaşılmıştır. Düşük ısı girdisi ile yapılan birleştirmede dar bir ITAB oluşurken yüksek ısı girdisiyle yapılan birleştirmede numunenin ITAB mikroyapısında bir miktar tane irileşmesi gerçekleşmiştir. Kaynak metali mikroyapısının özellikle düşük ısı girdisiyle birleştirilen numunelerde basketweave ya da asiküler α' ve tane sınırlarında birincil β tanelerinden meydana geldiği görülmektedir. Lazer kaynak yönteminde düşük ısı girdisine bağlı hızlı soğuma neticesinde, martenzitik yapı içerisinde β fazının dönüşümü gerçekleşmektedir. Ayrıca kaynak metalinde lokal mikroçatlak oluşumları da gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Titanyum, Ti6Al4V, Fiber Lazer Kaynak, Mikroyapı



 


Keywords: