BİLDİRİ DETAY

Ceyhun KÖSE, Engin KARACA
ISIL İŞLEM ŞARTLARININ FİBER LAZER KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLEN Tİ6AL4V ALAŞIMININ MİKROYAPI ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ
 
Giriş: Titanyum alaşımları, α, α+β ve β alaşımları olmak üzere başlıca üç gruba ayrılmaktadır. Bu alaşımlar arasında en çok kullanılanı Ti6Al4V titanyum alaşımı olup yapısında hem α hem de β fazı bulundurmaktadır. Bu alaşımlar, çift fazlı α+β bölgesinde yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilen ısıl işlemler ile sertleştirilebilen alaşımlardır. Uygulanan hızlı soğutma yöntemiyle β fazı kısmen martenzite dönüştürülebilmektedir. α fazını çökeltmek veya β fazında ince bir α mikroyapısı oluşturmak için genellikle yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmaktadır. Düşük yoğunluk, yüksek mekaniksel dayanım, korozyon dayanımı ve biyouyumluluk özellikleri nedeniyle Ti6Al4V alaşımları çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu alaşımların elektron ışın ve lazer ışın kaynağı gibi düşük ısı girdisi ve hızlı soğuma karakteristiğine sahip birleştirmelerinde mukavemet artışına neden olan ince taneli birincil β oluşumu gözlenmektedir. Ancak, kaynak dikişinin hızlı soğuması esnasında istenmeyen bir durum olan martenzitik yapı baskın bir şekilde oluşmaktadır. Kaynak metali ve ITAB’daki süneklik kayıpları, kaynak sonrası uygulanan ısıl işlemler ile yeniden iyileştirilebilmektedir. Amaç: Bu çalışmada, fiber lazer kaynak yöntemiyle birleştirilen Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalara kaynak öncesi ön tavlama, kaynak sonrası solüsyon ve yaşlandırma ısıl işlemleri uygulanmıştır. Isıl işlem şartlarının fiber lazer kaynağı ile birleştirilen Ti6Al4V titanyum alaşımının mikroyapı özelliklerine etkileri incelenmiştir. Kapsam: Çalışmada 330x95x4 mm Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar fiber lazer kaynağı ile birleştirilmiştir. Birleştirme öncesi ön tavlama işleminden geçirilen levhalara daha sonra solüsyon ve yaşlandırma ısıl işlemleri uygulanmıştır. Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalardan çıkartılan birleştirme numunelerindeki mikroyapısal dönüşümler optik mikroskop, SEM ve EDS analizleri ile karakterize edilmiştir. Yöntem: Bu çalışmada kullanılmak üzere ticari olarak temin edilen Ti6Al4V titanyum alaşımının kimyasal bileşimi spektral analiz yöntemiyle belirlenmiş olup, malzeme 330x95x4mm ebatlarında olması için su jeti yöntemiyle kesilmiştir. Kaynak işlemi öncesi 350°C’de 20 dakika ön tavlama yapılan Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar fiber lazer kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. 4 kW gücünde fiber lazer kaynak makinesiyle yatay pozisyonda ve ilave metal kullanılmadan yapılan birleştirme işlemlerinden sonra 720°C’de 60 dakika gerilme giderme ardından havada soğutma, 920°C’de 60 dakika solüsyona alma ısıl işlemini takiben havada soğutma ve son olarak 650°C’de 120 dakika yaşlandırma ısıl işlemini takiben havada soğutma işlemi uygulanmıştır. Kaynak sonrası yapılan tavlama işlemiyle, malzemede termodinamik denge elde edilmesi amaçlanmıştır. Kısıtlar: Çalışmada kullanılan 330x95x4mm Ti6Al4V titanyum alaşımı levhalar için uygulanan fiber lazer kaynak parametreleri yapılan bilimsel çalışmalar kapsamında olup çalışmanın kısıtlarını oluşturmuştur. Araştırmanın Problemi: Solüsyona alma ve yaşlandırma ısıl işlemlerinin fiber lazer kaynağı ile birleştirilen Ti6Al4V alaşımının mikroyapı özelliklerine etkilerinin tam olarak anlaşılamaması araştırmanın problemini oluşturmuştur. Araştırmanın Sınırlılıkları: Çalışmada Ti6Al4V alaşımının birleştirme bölgelerindeki mikroyapısal dönüşümler, solüsyona alma ve yaşlandırma ısıl işlemlerinin mikroyapı üzerindeki etkileri açısından sadece optik mikroskop ve SEM analizleri kullanılarak incelenebilmiştir. Bulgular: Isıl işlem uygulanmış olan lazer kaynaklı numunelerin mikroyapıları incelendiğinde, ana malzeme mikroyapılarının eş eksenli α tanelerinden ve tane sınırlarındaki β tanelerinden meydana geldiği görülmüştür. Isıl işlem süresi ya da sıcaklık derecesi arttıkça, aşırı yaşlanmaya bağlı olarak yapıda tane büyümesi gözlenmiştir. Kaynak sonrası uygulanan ısıl işlemin ardından elde edilen mikroyapı değişimi neticesinde süneklikte artış gözlenmiştir. Özellikle yaşlandırma ısıl işlemiyle birlikte dönüşmüş β hacim oranının arttığı mikroyapı görüntülerinden anlaşılmaktadır. Sonuç: Isıl işlem uygulanan lazer kaynaklı numunelerin kaynak metali ve ITAB mikroyapısında yüksek sıcaklık ve bekleme süresinin etkisiyle tane büyümesi, α+β faz yapısı ve α fazı tane sınırlarında basketwave, Widmanstatten tane yapısı oluşumu görülmüştür. Isıl işlem şartları β geçiş sıcaklığının altında gerçekleştiğinden birincil β tane boyutlarında önemli değişimler gözlenmemiştir. Yaşlandırma uygulanan numunelerdeki tane irileşmesinin daha belirgin olduğu anlaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Ti6Al4V, Isıl İşlem, Fiber Lazer Kaynak, Mikroyapı



 


Keywords: