Titanyum Aluminat Intermetalik Malzemelerin Uretimi Ve Karakterizasyonu Characterization and...

8/2/2019 Titanyum Aluminat Intermetalik Malzemelerin Uretimi Ve Karakterizasyonu Characterization and Production of Titani

1/88

TTANYUM ALMNAT NTERMETALK MALZEMELERN RETM VE

KARAKTERZASYONU

Fatih Mehmet IIK

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Metal Eitimi Anabilim DalndaBilim Uzmanl Tezi

Olarak Hazrlanmtr

KARABK

Mays 2007


2/88


3/88

iii

ZET

Yksek Lisans Tezi

TTANYUM ALMNAT NTERMETALK MALZEMELERN RETM VE

KARAKTERZASYONU

Fatih Mehmet IIK

Zonguldak Karaelmas niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Metal Eitimi Anabilim Dal

Tez Danman: Yrd. Do. Dr. Ali GNGR

Mays 2007, 75 sayfa

Bu almada, Ti-Al intermetalik malzemeler ncelikle belirli oranlardaki Al ve Ti tozlar

kullanlarak mekanik alamlama cihaznda hazrland. Numuneler souk preslendikten

sonra vakum ark ergitme yntemi kullanlarak intermetalik malzemeler retilmitir.

Numuneler hazrlandktan sonra Ti-Al alamlarnn mikro yap, mikro sertlik ve anmazellikleri deneysel olarak incelenmitir. retilen numunelerin mikro yap, mikro sertlik ve

anma zellikleri incelenmitir. Malzemelerin mikro yaps ve tane boyut dalm optik

mikroskop ve taramal elektron mikroskobu (SEM) kullanlarak belirlenmitir. Ayrca,

anma deneyi sonras intermetalik malzemelerin yzeyi optik mikroskop ile incelenmitir.

Intermetallerin faz analizi x-nlar krnm (XRD) metodu ve fazlarn kimyasal

zellikleri enerji dalm spektrumu (EDS) kullanlarak analiz edilmitir. Scakla bal

olarak intermetalik malzemelerin ktlesindeki deiim termogravimetrik analiz (TG)

metoduyla analiz edilmitir. Deneysel almalar sonucunda, arlka daha fazla titanyumieren Ti-Al alamnda fazlarn daha homojen dald, daha yksek sertlik deerine ve

anma direncine sahip olduu tespit edilmitir.

Anahtar Szckler : Titanyum, Alminyum, ntermetalik

Bilim Kodu : 626.20.01


4/88

iv

ABSTRACT

M. Sc. Thesis

CHARACTERIZATION AND PRODUCTION OF TITANIUM ALMINID

INTERMETALICS MATERIALS

Fatih Mehmet Ik

Zonguldak Karaelmas University

Graduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Metal Education

Thesis Advisor: Asist. Prof. Dr. Ali GNGR

May 2007, 75 pages

In this study, Ti-Al intermetallic materials were initially prepared by using Al and Ti

powders in definite ratios in mechanical alloying device. After cold pressing the samples,

vacuum arc melting method was used to produce the intermetallics. After processing the

samples, microstructure, microhardness and wear properties of the Ti-Al alloys were

investigated experimentally. Microstructure and and grainsize distribution of the materials

were determined by using optical and Scanning Electron Microscopes (SEM). In addition,

after wear test, the surface of the intermetallics was analysed with optical microscope.

Phase analyses of the intermetallics were carried out with X-Ray Diffraction (XRD)

method and chemical properties of the phases were determined with Energy Dispersive

Spectrume (EDS) method. Weight change of the intermetallics as a function of temperature

were analysed with Thermogravimetric Analysis (TG). Based on the experimental studies,

it was found that Ti-Al alloys having higher weight percent of Ti had more homogenously

distributed phases, higher hardness value and wear properties.

Anahtar Szckler :titanium, aluminum, intermetallicsBilim Kodu : 626.20.01


5/88

v

TEEKKR

Bu tez kapsamnda yaptm tm almalar sresince, yardmlarn esirgemeyen tez

danmanm Z.K. Metal Eitimi A.B.D retim yesi Yrd. Do. Dr. Ali GNGRe,

tez kapsamnda ki deneylerin yapm esnasnda yardmlarn esirgemeyen Z.K. Dkm

Eitimi A.B.D retim yesi Yrd. Do. Dr. Dursun ZYREKe ve Z.K.. Makine

Eitimi A.B.D retim yesi Do. Dr. brahim FTye teekkrlerimi sunarm. Ayrca

Afyon Kocatepe niversitesi Mhendislik Fakltesi Malzeme Bilimi ve Mhendislii

retim yesi Yrd. Do. Dr. Aytekin HTTe malzeme retimindeki almalarmzda

vermi olduklar destek ve yardmdan dolay teekkr ederim. Bu gnlere gelmemi

salayan ve bu almam srasnda benden maddi manevi desteklerini hibir zaman

esirgemeyen aileme ve Uur YILDIRIM, Burak YILDIZ, Mustafa YILMAZ, brahim

SALAM, uayb ARDI, Yusuf TADELEN, Ahmet KAYACI, Erkan KBAR,

Hseyin YALINKAYA, Alper AYTA, Fuat KAYI, Harun GL, Ali

TRKYILMAZOLU, Ahmet DOAN KAYA, Mehmet SANCAR ENGEZER

arkadalarma teekkr bir bor bilirim.


6/88

vi

NDEKLER

SayfaKABUL ..............................................................................................................................ii

ZET..................................................................................................................................iii

ABSTRACT .......................................................................................................................iv

TEEKKR .......................................................................................................................v

NDEKLER...................................................................................................................vi

EKLLER DZN ............................................................................................................x

ZELGELER DZN.......................................................................................................xii

SMGELER VE KISALTMALAR DZN .......................................................................xiii

BLM 1 GR ...............................................................................................................1

BLM 2 TTANYUM VE ALMNYUM NTERMETALK BLEKLER.............3

2.1 ALMNYUM GR CMLES ...........................................................................3

2.1.1 Alminyumun Yaps Ve zellikleri.................................................................3

2.1.2 Fiziksel zellikleri ............................................................................................3

2.2 TTANYUM.............................................................................................................32.2.1 Fiziksel zellikleri ............................................................................................4

2.3 NTERMETALK BLEKLER.............................................................................4

2.3.1 Titanyum Alam Sistemleri ve Faz Diyagramlar........................................7

2.3.2 Alfa Kararlatrc Sistemler ..........................................................................8

2.3.3 Alminyum Esasl ntermetalikler.....................................................................9

2.4 NKEL ALMNATLAR........................................................................................10

2.4.1 Demir Alminatlar.............................................................................................10

2.4.2 Titanyum Alminatlar .......................................................................................11

2.5 ALAIM ELEMENTLERNN MALZEME ZELLKLER VE MKRO

YAPISI ZERNE ETKS .....................................................................................12

2.6 ERGTME YNTEM .............................................................................................13

2.6.1 Kendi Kendine lerleyen Yksek Scaklk Sentezi ( SHS)................................14

2.6.2 HERS Yntemi..................................................................................................16


7/88

vii

NDEKLER (devam ediyor)

Sayfa

BLM 3...........................................................................................................................17

TOZ METALURJS VE MEKANK ALAIMLAMA ...................................................17

3.1 TOZ METALURJS................................................................................................17

3.1.1 Toz Kartrma...................................................................................................17

3.1.2 Presleme ............................................................................................................18

3.1.3 Sinterleme..........................................................................................................18

BLM 4 AINMA..........................................................................................................19

4.1 AINMAYI ETKLEYEN FAKTRLER ..............................................................21

4.1.1 Ana malzemeye bal faktrler..........................................................................21

4.1.2 Kar malzemeye bal faktrler ve andrcnn etkisi....................................21

4.2 AINMA MEKANZMALARI ...............................................................................21

4.2.1 Adhezif anma (Yapma anmas).................................................................21

4.2.2 Abrazif Anma .................................................................................................23

4.2.3 Yorulma Anmas.............................................................................................24

4.2.4 Erozif Anma....................................................................................................25

4.2.5 tmeli Anma...............................................................................................26

4.2.6 Oymal Anma..................................................................................................27

4.2.7 Kazmal anma ................................................................................................27

4.2.8 Tribosblimasyon ve Difzyon Anmas .........................................................28

4.2.9 Termal anma (Termal etkenler) .....................................................................29

4.3 AINMA VE LM..........................................................................................29

4.3.1 Anma Deneyleri ve lm Yntemleri..........................................................29

4.3.2 Arlk Fark Metodu.........................................................................................30

4.3.3 Kalnlk Fark Metodu .......................................................................................32

4.3.4 z Deiiminin llmesi Metodu ....................................................................33

4.3.5 Anmann Radyo-zotoplarla llmesi Yntemi...........................................33

4.3.6 Ultrasonik yntemle anmann tespiti yntemi................................................33

4.3.7 Optik Yntemle Anmann Tespiti...................................................................34

4.3.8 Mekanik lm Yntemiyle Anmann Tespiti...............................................34


8/88

viii


Sayfa

BLM 5 DENEYSEL METOTLAR ..............................................................................35

5.1 MEKANK ALAIMLAMA ...................................................................................35

5.2 TC MALZEMELER ..................................................................................36

5.2.1 Bilye-Toz Oran (BTO) .....................................................................................37

5.3 METALOGRAFK NUMUNE HAZIRLAMA.......................................................37

5.3.1 Sertlik lmleri ...............................................................................................38

5.3.2 Optik Mikroskop ncelenmeleri.........................................................................38

5.3.3 Tarama Elektron Mikroskobu (SEM) ncelemeleri...........................................38

5.3.4 X-Inlar Difraksiyonu le Faz Analizi .............................................................38

5.3.5 Termogravimetrik Analizler ..............................................................................395.5 AINMA DENEY CHAZI .....................................................................................39

5.4.1 Karlk Diskinin Teste Hazrlan ...................................................................41

5.4.2 Anma Test lemi............................................................................................41

5.4.3 Anmann Miktarnn lm..........................................................................42

BLM 6 DENEYSEL SONULAR VE TARTIMA...................................................43

6.1 MKRO YAPI ..........................................................................................................43

6.3 X IINLARI LE FAZLARIN TESPT..................................................................50

6.4 TERMOGRAVMETRK LMLER ................................................................51

6.5 SERTLK..................................................................................................................54

6.6 AINMA DENEY SONULARI............................................................................54

6.6.1 Ti%30Al Anma Yk, Mesafe ve Arlk likisi............................................55

6.6.2 Ti%40Al Anma Yk, Mesafe ve Arlk likisi............................................55

6.6.3 Ti%30Al - Ti%40Al Anma Yk, Mesafe ve Arlk likisi..........................56

6.7 AINMA YZEYLERNN MKRO YAPISI........................................................59

BLM 7...........................................................................................................................60

SONU VE NERLER ...................................................................................................60

7.1 SONULAR.........................................................................................................60

7.2 NERLER ..........................................................................................................60


9/88

ix


Sayfa

EKLER ...............................................................................................................................61

KAYNAKLAR...................................................................................................................72

ZGEM........................................................................................................................75


10/88

x

EKLLER DZN

No Sayfa

2.1 Saf titanyumun kristal yaps................................................................................. 7

2.2 Titanyumca zengin blgede alfa ve beta titanyum faz snrlar ............................ 8

2.3 Titanyum-Alminyum ikili faz diyagram............................................................ 9

2.4 Fe-Al faz diyagram .............................................................................................. 11

2.5 Yitrium elementinin tane boyutuna etkisi ............................................................. 13

2.6 Vakum ergitme ynteminin alma prensibi ....................................................... 14

2.7 SHS ynteminin alma prensibi ......................................................................... 154.1 Tribolojik sistemin ematik gsterimi................................................................... 20

4.2 Adhezif anmann meydana geliinin ematik olarak gsterimi.......................... 22

4.3 ki elamanl abrazif anma................................................................................... 23

4.4 elamanl abrazif anma .................................................................................. 24

4.5 Yorulma anmasnn ematik gsterilii .............................................................. 25

4.6 Paracklarn yzeye arpma asnn erozyon anma oranna ball.............. 26

4.7 Bir kesici uta meydana gelen kendi kendine bilenmesinin oluum

mekanizmas.......................................................................................................... 275.1 Titreimli MA/M cihaznn ematik grn................................................... 35

5.2 Anma test cihaznn emas ................................................................................ 40

5.3 Anma test cihaznn veri-akemas ................................................................. 41

6.1 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yap grntleri ve tane boyutudalmlar.............................................................................................................. 44

6.2 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yap grntleri ve tane boyutudalmlar.............................................................................................................. 45

6.3 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yap grntleri ve tane boyutudalmlar............................................................................................................. 46

6.4 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yaplar.............................................. 47

6.5 Ti%30Al alamnn: (a) SEM grnts (b, c, d, e) EDS analizi sonucu............ 48

6.6 Ti%40Al alamnn: (a) SEM grnts (b, c, d, e) EDS analizi sonucu............ 49

6.7 Ti%30Al alamnn x-nlar krnm grafii ..................................................... 50

6.8 Ti-%40Al alamnn x-nlar krnm grafii.................................................... 51


11/88

xi

EKLLER DZN (devam ediyor)

No Sayfa

6.9 Ti%30Al alamnn termogravimetrik analizi...................................................... 52

6.10 Ti%40Al alamnn termogravimetrik analizi...................................................... 53

6.11 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn sertlik lm sonular................................ 546.12 Ti%30Al anma yk, mesafe ve arlk ilikisi ................................................... 55

6.13 Ti%40Al anma yk, mesafe ve arlk ilikisi ................................................... 56

6.14 Ti%30Al - Ti%40Al anma yk, mesafe ve arlk ilikisi................................. 57

6.15 Ti%30Al - Ti%40Al anma yk, mesafe ve arlk ilikisi................................. 58

6.16 Ti%30Al - Ti%40 anma yk, mesafe ve arlk ilikisi..................................... 58

6.17 20X bytmede: (a) Ti%30Al ve (b) Ti%40Al alamlarnn anma yzeyleri .. 59


12/88

xii

ZELGELER DZN

No Sayfa

2.1 Alminyumun 20 Cdeki fiziksel zellikleri ....................................................... 3

2.2 Titanyumun fiziksel zellikleri ............................................................................. 4

2.3 ntermetaliklerin tokluk ve sneklik deerlerinin gelitirilmesi ........................... 6

2.4 NiAl ve Ni3Al bileiklerinin baz fiziksel zellikleri............................................ 10

2.5 Titanyum alminatlarn ve titanyum esasl geleneksel alamlarn fiziksel

zellikleri.............................................................................................................. 12

5.1 Titreimli MA/M cihaznn ksmlar ................................................................. 36

5.2 tc bilyelerin kimyasal bileimi ................................................................... 36

5.3 Ti-Al elementlerinin retimde kullanlan alam oranlar .................................... 37


13/88

xiii

SMGELER VE KISALTMALAR

TM : toz metal

: srtnme katsays

F : kuvvet

Fs : srtnme kuvveti

N : newton

k : dinamik srtnme katsays.

aP : yumuak olan malzemenin akma basnc

rA : gerek temas alan

m : metre

s : saniye

g : gram

ksi : 6,894 MPa

m : ktle kayb

: younluk

t : alnan yolV : hacim kayb

W : hacimsel anma miktar

dv/dk : devir/dakika

Fs : kaymay balatan kuvvet (Srtnme kuvveti)

MA/M : mekanik alamlama/mekanik tme


14/88

1

BLM 1

GR

Yksek scaklkta kullanlacak malzemelerin yksek oksitlenme ve srnme direnlerine,

dk younluk gibi zelliklere sahip olmalar arzu edilir. Bunun nedeni alma

ortamnda istenilen mekanik zellikleri temin etmek iin tasarlanm kimyasal yapnn

korunmas, yksek scaklklarda atomik difzyon nedeniyle deformasyonun nlenmesi ve

enerji tasarrufunun salanmasdr. Bu zelliklerin mkemmel bir kombinasyonuna sahip

Ti-Al intermetalik malzemeler, yksek scaklk uygulamalar ve kaplama ilemleri iinumut vaat eden malzeme olmasna karn krlganlklarndan dolay ekillendirilmeleri

olduka zordur. Ti-Al ikili faz diyagramnda TiAl, Ti3Al intermetalik bileikleri mevcuttur.

Bu intermetalik bileiklerden titanyumca eit veya zengin TiAl ve Ti3Al, sistemin en

kararl yaplardr. Ayrca en yksek ergime noktasna, olduka dk younlua, iyi

mukavemet zelliklerine ve yksek scaklklarda korozyon ve oksidasyon direncine

sahiptirler [1].

Son yllarda yaplan aratrmalarda, alminatlarn alamlama ve retim ilemleri kontrol

altnda tutularak kristal yaplar, mikro yaplar, tane yaplar ve kompozisyonlar

incelenerek gevreklik problemleri giderilmeye allmaktadr [2].ntermetalik bileiklerin

retimi iin eitli retim yntemleri denenmitir. Bu yntemler u ekilde sralanabilir;

Ergitme ve dkm, alam tozlarnn kullanld toz metalurjisi, saf orijinal malzemeli

reaktif sinterleme (Ti3Al retiminde saf Al ve Ti tozlar) ve yanma sentezi bunlarn

balcalardr.

Ergitme ynteminde genellikle indksiyon frnlar ve vakum ark ergitme ocaklar

kullanlr. Her iki yntemde de elektrik akm kullanlarak elde edilen s enerjisiyle

ergitme yaplr. Yanma sentezi (Combustion Synthesis), yanma reaksiyonlarnn ateleme

artlarna bal olarak iki farkl ekilde gerekleir. Bunlardan birincisi yksek

scaklklarda kendiliinden oluan reaksiyonla sentezleme (self propagating high-

temperature synthesis, SHS) yntemidir. Bu yntemde reaksiyon numunenin bir ucundan

atelenir ve oluan ekzotermik reaksiyon sonucu aa kan yanma dalgas, tm numune


15/88

2

boyunca ilerleyerek preslenmi toz karmn yeni bir rne dntrr. Dier yntem ise

sl patlama veya hacimsel yanma yntemi (Thermal Explosion) olarak tanmlanmaktadr.

Bu yntemde numune ak veya inert gaz atmosfer kontroll frn ierisinde reaksiyon

scaklna kadar stlmakta ve yanma dalgas numunenin hacmi ierisinde olumaktadr

[3]. Bu ilemde maksimum scakla alminyumun ergime scaklnn hemen zerindeulalmaktadr [4,5]. Bu yntem ile intermetalik, kompozit, seramik ve fonksiyonel

deikenli malzemeler retilebilmektedir [1].

Bu almada, titanyum ve alminyumintermetalik malzemeler, belirli oranlarda Al ve Ti

tozlarn mekanik alamlama cihaz ierisinde kartrlp, souk preslendikten sonra

vakum ark ergitme yntemi ile retilmitir. retilen malzemelerin mikro yap, mikro

sertlik ve anma zellikleri incelenmitir.


16/88

3

BLM 2

TTANYUM VE ALMNYUM NTERMETALK BLEKLER

2.1 ALMNYUM

2.1.1 Alminyumun Yaps ve zellikleri

Periyodik cetvelin III A gurubunda bulunan ve atom numaras 13, atom arl 26.89 olan

+3 deerlikli bir elementtir. Alminyumun fiziksel zellikleri izelge 2.1de verilmitir.

2.1.2 Fiziksel zellikleri

izelge 2.1 Alminyumun 20 oCdeki fiziksel zellikleri [6].

Younluu 2,7 gr/cm3

Erime noktas 658C

Kaynama noktas 2450C

Isnma ss 0,224Cal/gr(1000oC)

Erime ss 400Cal/gr

Is iletkenlii 0.5W cm-1 K-1

Ik yanstabilirlii % 90

2.2 TTANYUM

Titanyum periyodik cetvelin 4. gurubunda yer alan, ok sert, gmi beyaz renkte, parlak

bir elementtir. Ergime noktas 1668oC, kaynama noktas 3287oC, zgl arl 4,5g/cm3

dr. Bu stn metalik zelliklerine karn cevher retiminin ou metale indirgenmeden

TiO2 biiminde kullanlr. Titanyum nadir bir element olarak bilinirse de yer kabuunda en

ok bulunan altnc elementtir. Cevher younlamasnn seyrek olmas ve cevherden


17/88

4

titanyum elde edilmesinin ok zor olmas, onu deerli bir metal yapar. En nemli titanyum

mineralleri; rutil, ilmenit ve antasdr [6].

2.2.1 Fiziksel zellikleri

Titanyum dk younlua sahip nispeten hafif bir metaldir. Bu younluk alminyum

(2.71 g/cm3) ve demirin (7.87 g/cm3) arasnda ortadadr. Titanyumun younluk, ergime

noktas ve elastiklik modl gibi fiziksel zellikleri izelge 2.2de verilmitir.

izelge 2.2 Titanyumun fiziksel zellikleri [6].

Younluu 4.507 g/ml

Erime noktas 1668C (1941K)

Kaynama noktas 3287C (3560K)

Molar hacmi 10.64 ml/mol

Mineral Setlii 6.00

Is iletkenlii(300K) 0.219W cm-1 K-1

zgl s 0.520 J g-1 K-1

Buharlama Entalpisi 425 kJ mol-1

Atomlama Entalpisi 471 kJ mol-1

2.3 NTERMETALK BLEKLER

ntermetalik bileikler, metaller ile seramikler arasnda yer alan genellikle kimyasal adan

birbirine benzemeyen iki veya daha fazla saf metalin dar kompozisyon aralklarnda ve

basit oranlar erevesinde oluturduu kristal yapl bileik veya kat zeltilerdir [7].

Kritik dzenleme scaklnda (Tc< 700C) uzun mesafede dzenli kristal yaplar oluturan

metalik bal bir malzeme snf olan intermetalik bileikler, metalik karakterdedir.

rnein: yanstrlar ve iletkendirler [7,8]. Stokiyometrik orann dnda intermetalii

oluturan metallerin birbiri iinde znrl olmayan izgisel (tek bir bileim noktas

olan) intermetalik malzemelerin (tek fazl) retimleri olduka zordur. ntermetalik

malzemelerde atomlar arasnda sadece metalik ba mevcut deildir. Ayn zamanda bir

miktar kovalent ba da oluabilir. rnein NiAl bileiinde metalik ban yan sra

kovalent ba da tespit edilmitir [9].


18/88

5

ntermetalik bileikler normal valans bileikleri ve elektron bileikleri formunda olabilir.

Valans bileiklerine rnek olarak Mg2Sn verilebilir. Elektron bileikleriyse normal valans

kurallarna uymazlar. Sz konusu intermetalik bileiklerin bir moleklndeki atomlarn

says ve bu atomlarn toplam valans saylar arasnda sabit bir Hume-Rothery oran vardr.

Genel olarak Hume-Rothery oranlar 3e ayrlr.

3/2 oran (21/14) yaplar (HMK) (CuZn,Cu3Al,Cu5Sn,NiAl,FeAl) [9]. 21/13 oran yaplar (Karmak kbik) (Cu5Zn8,Cu9Al4,Cu31Sn8,Ag5Zn8..) [9]. 7/4 oran (21/12) yaplar (HSD) (CuZn3,Cu3Sn,AgCd3,Ag5Al3..) [9].

Bununla birlikte, pek ok intermetalik bileik valans bileiklerine veya Hume-Rothery

oranlarna uymaz ve genellikle topolojik olarak sk paket fazlarn olutururlar [910].

Yap almalaryla, intermetalik bileiklerin karbr, nitrr ve borrlerden farklar

belirlenmitir. Balar genel olarak s, p ve d seviyesindeki elektronlarca kontrol

edildiinden metalik karakter gstermektedir. Her bir stokiyometrik gruptaki intermetalik

bileikler farkl kristal yap oluurlar.

ntematilik bileiklerin dzenli kafes yaplar ile mekanik davranlar ve dislokasyon

yaplar arasndaki iliki yllardan beri detayl olarak aratrlmaktadr. Bu bileiklerin

deformasyonu ikili dislakasyon veya sperlatis kaymasyla aklanmtr. Yksekscaklklarda sperlatis dislokasyonlarnn hareketi nispeten dk olmasndan dolay akma

mukavemeti ykselmekte ve artan test scaklna paralel olarak akma mukavemeti de art

gstermektedir. Dislakasyon hareketi sonucu akma mukavemetindeki art pek ok

bileikte gzlenmitir [10].

Titanyum alminyum alamlarnn yksek ergime scakl, yksek scaklk mukavemeti

ve tokluu, mikro yapsal kararll, yksek oksitlenme, korozyon ve srnme direnci bu

alamlar ekici klmaktadr. Fakat bu malzemenin kullanmn snrlayan en nemli faktrdk scaklklarda krlgan bir yapya sahip olmasdr. ntermetaliklerin krlganlnn

muhtemel nedenleri; yetersiz kayma sistemi, yksek enerjili tane snrlar, dk yzey

enerjisi, deformasyon sertlemesi gibi faktrler olarak sralanabilir [8,11,12]. Titanyum

alminyum alamlarnn krlgan zelliinden dolay ekillendirilmeleri olduka zordur.

Ayrca dk scaklklarda dk krlma tokluu ve sneklik, yksek entik hassasiyeti,


19/88

6

ar yorulmadan kaynaklanan atlak bymesi bu malzemelerin kullanm alanlarn

olduka snrlandrmaktadr.

ntermetalik bileiklerin mikro yapsal kontrol sayesinde mukavemet zelliklerini

kaybetmeden snekliini ve tokluunu gelitirmek mmkndr. Mikro yapsal kontrol,

tane boyutu kontrol, ok fazl yap (tektik gibi) oluumu ve kristal yap deiimi ile

salanmaktadr. Tane boyut kontrol mikron alt seviyeden tane snrlarnn tamamen yok

edilmesine kadar geni bir aralkta deimektedir. rnek olarak ynl katlama sonucu

oluan tane yaps ve tek kristalli yap verilebilir. ki veya ok fazl mikroyaplarn tokluu

tek fazl yaplara kyasla daha yksektir. rnek olarak tektoid elikler ve temperlenmi

martenzitik elikler verilebilir. izelge 2.3de intermetalik malzemelerin mikro yapsal

kontrol ile tokluk deerlerini gelitirme yntemlerine rnekler verilmitir.

izelge 2.3 ntermetaliklerin tokluk ve sneklik deerlerinin gelitirilmesi [12].

Mikro alamlama Ni3 Al, Ni3 Si,PdLna B

Ni3 Ala Be

NiAl,a Fe, Mo , Ga

Ni3 Al,a AgMakro alamlama Co3 Va Fe

TiAla Mn,V,Cr

Ti3 Al a Nb

Ni3 Tia Mn,Cr

Ni3 Ala Pd

Tane boyutu kontrol NiAlHidrostatik Basn Ni3 AlMartenzit Dnm NiAl a FeKompozit (fiber takviyesi) NiAl/ 304SS

Al3 Ta/Al2 03

MoSi2/ Nb-IZrKompozit (snek partikl takviyesi) TiAla Nb

Ni3 Ala Fe,Mn

MoSi2 a Nb


20/88

7

Titanyum iki allotropik kristal yapda bulunur. Bunlar hekzagonal sk paket (HSP) yapya

sahip alfa () ve hacim merkezli kbik (HMK) yapya sahip beta ()dr. HSP kristal

yapsna sahip saf titanyum (-Ti) faz 883oCye kadar kararldr. Bu scakln zerinde -

Ti HMK kristal yapsna sahip -Ti fazna dnr. ekil 2.1de -Ti ve -Ti fazlarnn

kristal yaps verilmitir.

ekil 2.1 Saf titanyumun kristal yaps [13].

2.3.1 Titanyum Alam Sistemleri ve Faz Diyagramlar

Titanyum alamlarnda gzlenen eitli mikro yaplar yorumlamak iin farkl titanyum

alamlarnn kararl sistemleri ve ikili faz diyagramlarnn baz bilgilerine sahip olmak

gerekir. kili titanyum alamlar ve olmak zere iki kararl sisteme sahiptir. Alfa

faznn kararl olduu blge kararlatrc elementlerin ilavesiyle geniletilebilir. Benzer

ekilde beta faznn kararl olduu blge kararlatrc elementlerin ilavesiyle

geniletilebilir. Alfa ve beta kararl blgeleri ekil 2.2de gsterilmitir.


21/88

8

ekil 2.2 Titanyumca zengin blgede alfa ve beta titanyum faz snrlar [13].

2.3.2 Alfa Kararlatrc Sistemler

kili kararl sisteminde, alam elementleri ekilde gsterildii gibi faznda daha fazla

znr ve gei ykselir. Titanyum alfa fazn kararl hale getiren baz yer alan

elementleri, alminyum, galyum ve germanyumdur. Bunlar ierisinde en nemli olan

alminyumdur. nk alminyum, titanyumun snekliini ve hafifliini arttrr.

Alminyumun en byk etkisi ekil 2.3deki Ti - Al faz diyagramnda gsterildii gibi

titanyumun alfa ve beta gei scakln ykseltmesidir.

(HMK)


22/88

9

ekil 2.3 Titanyum-Alminyum ikili faz diyagram [14].

2.3.3 Alminyum Esasl ntermetalikler

Yksek scaklk uygulamalar iin olduka elverili olan Ti, Fe ve Ni alminatlar zerinde

son yllarda yaplan aratrmalarda, alamlama ve retim ilemleri kontrol altnda

tutularak kristal yaplar, mikro yapsal oluumlar, tane yaplar ve kompozisyonlar

gelitirilerek gevreklik problemleri giderilmeye allmaktadr. Yeterli miktarda

alminyum ieren bileiklerde oksitleyici ortamda, malzeme yzeyinde koruyucu almina

tabakas olumaktadr. Bundan dolay alminatlar dk younluklu, olduka yksek

ergime noktal, yksek mukavemet ve iyi korozyon direncine sahip malzemelerdir.

Alminatlarn ou belirtilen kompozisyon aralnn zerinde olumakta ve

stokiyometriden sapma artarken dzen oran da dmektedir. lave edilen alam

elementleri yapda herhangi bir dzensizlik oluturmadan atomik pozisyonlara yerleirler.


23/88

10

rnein Ni3 Alda Si atomlar alminyum konumlarna, Co atomlar nikel konumlarna ve

Fe atomu ise her iki konuma da yerleebilmektedir [12,15].

2.4 NKEL ALMNATLAR

Ni-Al ikili faz diyagramnda Al3 Ni, Al3 Ni2, Al3 Ni5, NiAl, Ni3 Al intermetalik bileikleri

mevcuttur. Bu intermetalik bileiklerinden nikelce zengin NiAl ve Ni3 Al yksek scaklk

uygulamalarna ve kaplama ilemlerine aday malzemelerdir. Bunlar Al-Ni sisteminde en

kararl yap olup en yksek ergime noktasna, dk younlua, iyi mukavemet

zelliklerine ve yksek scaklklarda korozyon ve oksitlenme direncine sahiptirler [16].

Ni3Al bileii yzey merkezli kbik (YMK) yapnn bir trevi olan Ll2 kristal yapsna,

NiAl ise hacim merkezli kbik (HMK) yapnn bir trevi olan B2 yapsna sahiptir izelge

2.4de NiAl ve Ni3 Al bileiklerinin baz fiziksel zellikleri verilmitir [12,16].

izelge 2.4 NiAl ve Ni3 Al bileiklerinin baz fiziksel zellikleri [12].

zellikler Ni3 Al NiAl

Elektriksel Diren (108 m) 32,59 8-10

Isl letkenlik (W/m.K) 28.85 76

Isl genleme katsays (106 /K1) 12,5 13.2

Kafes Parametresi (nm) 0.35 0.2887

Young modl (MPa) 169 188Spesifik s (J/g.K) 0.54 0.64

Ergime Scakl (0 C) 1395 1682

Ba Yaps Kovalent/metalik Kovalent/metalik

2.4.1 Demir Alminatlar

Demir Alminyum sistem oklu tabaka yapsna sahip intermetalik faz sistemine sahip

olup kat durum reaksiyonu ile elde edilmektedir. Korozyon direnci yksek olduundandolay teknolojik olarak nemli malzemelerdir.

FeAl sistemi kompleks faz diyagram sistemine sahip olup bu sistem ierisinde eitli yar

dengeli fazlar mevcuttur. Bu sistemler demir esasl kat zelti olarak karakterize

edilmektedir. Demir alminatlara rnek olarak Fe3Al, FeAl, FeAl2, Fe2Al3, Fe2Al5, FeAl3

bileikleri verilebilir. ekil 2.4de demir-alminyum faz diyagram verilmitir [17].


24/88

11

ekil 2.4 Fe-Al faz diyagram [17].

2.4.2 Titanyum Alminatlar

Titanyum alminat intermetalikleri zellikle yksek mukavemet-arlk oran ve yksek

scaklk zellikleri ile dikkat ekmektedir. Bununla birlikte dk scaklklarda zayf

krlma tokluu, dk sneklik ve gevreklik zelliklerine sahiptir. Alam elementi

ilavesiyle (rnein; bor, mangan, krom, niobyum, vanadyum gibi) fiziksel ve kimyasal

zellikleri iyiletirilebilmektedir. Titanyum alminatlar yksek scaklklara maruz

kaldnda alminyum dan daha reaktif olan titanyumun oksijenle reaksiyona girmasi

sonucunda Al2O3 yerine TiO2 koruyucu oksit tabakas oluur. Bu oluum titanyum

alminatlarn maksimum kullanm scaklklarnda oksitlenme direncini arttrr. Bu

alimnatlarn fiziksel zellikleri izelge 2.5de geleneksel titanyum alamlaryla

karlatrmal olarak sunulmutur [16].


25/88

12

izelge 2.5 Titanyum alminatlarn ve titanyum esasl geleneksel alamlarn fizikselzellikleri [8].

zellikler

Geleneksel

Ti alamlar

Ti3Al TiAl

Younluk, g/cm3 4,5 4,1-4,7 3,7-3,9

Young modl, MPa 96-100 100-145 160-176

Akma mukavemeti,MPa 380-1150 700-990 400-650

ekme mukavemeti,MPa 480-1200 800-1140 450-800

Srnme limiti,oC 600 700 1000

Oksidasyon limiti, oC 600 650 900

Oda scaklnda sneklik % 20 2-10 1-4

Yksek scaklkta sneklik,%

Yksek 10-20 10-60

Kristal Yap HSP/HMK DO19 Ll0

2.5 ALAIM ELEMENTLERNN MALZEME ZELLKLER VE MKRO

YAPISI ZERNE ETKS

Krom, molibden, vanadyum, niyobyum, tantal, kobalt ve yitriyum gibi alam elementleri

titanyum alminyum intermetalik malzemelerin mekanik zelliklerini ve mikro yapsnetkilemektedir. Bu elementlerin etkisi aada ksaca zetlenmitir.

Niyobyum, krom, molibden ve volfram, alfa-beta faz gei scakln drr ve beta

faznn kararlln salar [18]. Bunlarn yannda, niyobyum elementi, titanyum

alminyum intermetalik malzemelerin yksek scaklk mukavemetini artrmakla birlikte

krlganla sebep olmaktadr [19]. Ayrca niyobyum elementinin miktar arttka titanyum

alminyum alamlarnn retimi de zorlamaktadr. Bugn ki teknolojide yksek miktarda

niyobyum ieren Ti-Al intermetalik malzemeler dkm yntemiyle retilmektedir [18]. Bualamlar en fazla %10 niyobyum atomu iermektedir [20].

Li Baohui almasnda Yitriyum miktarnn % 0 atden %1 at (at: atom) franksiyonuna

kadar artmasyla birlikte TiAlnin tane boyutlarnn kldn gstermitir. TiAlnin


26/88

13

tane boyutunun klmesiyle dayanm artmaktadr. Bu almaya gre Yitriyum

elementinin tane boyutu zerine olan etkisi ekil 2.5de gsterilmitir [21].

ekil 2.5 Yitrium elementinin tane boyutuna etkisi [21].

2.6 ERGTME YNTEM

Titanyum ve alminyum reaktif metal olduklarndan dolay ergitme ilemi vakum ortanda

yaplamaktadr. Genellikle vakum ark ocaklar, indiksyon frnlar ve buna benzer

yntemlerle gelitirilmi olan frnlar kullanlmaktadr. Son sisteme rnek olarak David R.

Johnson ve arkadalarnn TiAl retimininde kulland vakum ortamnda elektronla

ergitme yntemini verilebilir. Bu ergitme ynteminde, dkme hazrlanan numuneler

kroze ad verilen seramik bir kap ierisinde frna yerletirilir. Frn ierisindeki anot ve

katot elektrotlar arasnda oluan elektriksel akm, iyonize olmu gaz veya gaz plazmadaki

elektronlar aracl ile bu iki elektrot arasnda malzemeye iletilir. Oluan bu akm ile frn

ierisinde ergitme salanmaktadr. Bu ergitme ynteminde kullanlan cihazn kesiti ekil

2.6da verilmitir.


27/88

14

ekil 2.6 Vakum ergitme ynteminin alma prensibi [22].

2.6.1 Kendi Kendine lerleyen Yksek Scaklk Sentezi ( SHS)

Kendi kendine ilerleyen yksek scaklk sentezi (SHS) ve hacimsel yanma sentezinde

(VCS) balang reaktanlar ve sonuta oluan rn, kat halde bulunur [23,24]. Her iki

yntemde de reaktanlar silindirik ekilde preslenir. Daha sonra numuneler bir ekzotermik

reaksiyon balatabilmek iin bir d vastasyla (tungsten bobin, lazer gibi) blgesel (SHS)

veya homojen olarak (VCS) stlmaktadr.


28/88

15

SHS ynteminin karakteristii, reaksiyonun yerel olarak baladktan sonra heterojen

reaktan karm boyunca dalga reaksiyonunun kendi kendine besleyerek ilerlemesidir. lk

reaksiyon, frn gibi bir d s kayna kullanlarak balatlr. Ekzotermik reaksiyon sonucu

aa kan s miktar olduka fazla ve s oluum hz s dalmdan daha yksektir.

Ateleme scaklna stlan blgedeki reaksiyon, meydana gelen ekzotermik reaksiyonss sayesinde d s kaynana gerek kalmakszn kendi kendine devam ederek dalga

eklinde ilerlemekte ve oluan dalga, numunenin atelenen ksmndan dier ksmna doru

ilerleyerek bir ka saniye ile birka dakika iinde tamamlanmaktadr. Dalgann nndeki

scaklk olduka yksek deerlere (~20004000C) ulamaktadr. SHS ynteminin bir

zellii, numune bir tarafndan atelendii takdirde reaksiyonun oda scaklnda bile

kendi kendine ilerleyebilmesidir. D s kaynann ilk reaksiyonu balatmasnn dnda

baka bir fonksiyonu yoktur. Reaksiyon sonucu aa kan s, komu tabakay ateleme

scaklna ykselterek reaksiyonu tetiklemekte ve bylece bu ateleme dalgas,

numunenin iinde ilerleyerek reaksiyona girenleri tketip rne dntrmektedir. SHS

ynteminde toz kompakt iinde dalga ilerleyii ematik olarak ekil 2.7de grlmektedir

[9,10,16]. SHS ynteminin temel prensipleri aadaki gibi sralanabilir [9, 10, 16];

Kendi kendini destekleyerek hzl bir ekilde ilerleyen dalga reaksiyonu sayesindeistenen kompozisyon ve yapda rn elde edilmesi,

Balangta ksmen kullanlan d snn ekzotermik reaksiyon sonucu aa kan is ile desteklenmesi,

Ekzotermik s k hz ve iletiminde farkllklarn, rnlerin yap vekompozisyonunu, dnm derecesini scaklk ve hz kontrol etmesi.


29/88

16

ekil 2.7 SHS ynteminin alma prensibi [16].

2.6.2 HERS Yntemi

Scak ekstrzyon ile sentezleme (HERS) ynteminde ekstrzyon scakl yaklak olarak

TiAlnin ergime scaklnn 1/3 kadardr. Bu yntem kullanlarak retilen TiAl

intermetalik malzemelerin tane boyutunun 1025 mikron arasnda olduu gzlenmitir

[25]. Scak ekstrzyon sresince balatlan reaksiyon NiAl ve TiAl sistemlerinde birok

ortak aratrc tarafndan bildirilmitir. Bu yntem tamamen ok iyi olmamasna ramen

gzeneklilik ihmal edilirse hzl bir intermetalik oluturma yntemidir.


30/88

17

BLM 3

TOZ METALURJS VE MEKANK ALAIMLAMA

3.1 TOZ METALURJS

Toz metalurjisi (T/M), metal ileme teknolojileri arasnda ok byk farkllk gsteren bir

retim tekniidir. ok eskilerden beri bilinen, uygulanan bir yntem olmasna ramen

uygulama asndan yeni saylabilecek bir retim tekniidir. Tarihe baktmzda ilk toz

metalurjisi uygulamalar kimyasal olarak elde edilmi yksek ergime scaklna sahip

platin ve iridyum gibi metal tozlar kullanlarak allmtr. Toz metalurjisini cazip klan

zellikler; ekonomik olmas, ok yksek hassasiyette karmak ekilli paralarn

retilebilmesi, yksek kalitede para retiminin mmkn olmasdr. Toz metalurjisi ile

para retiminde temel ilemler; tozlarn karm, preslenmesi ve sinterlenmesidir. Bu

aamada toz metal scak izostatik presleme ve dvme ile nceden ekil verilmi parann

istenen oranda younlatrlmas ilemleri yaplr. Uygulanan ilem admlar esnek, etkin,

dk maliyetli ve evreye zararsz yntemlerdir. T/M paralarn avantajl taraflarndan

biri de dier retim tekniklerinden daha ksa imalat evrim sresi vardr, nk baz ilem

kademeleri uygulanmakszn nihai llerde, dorudan yerine taklarak kullanmaya msait

para retimi mmkndr. Ergime scakl yksek olan metaller, T/M ile kolaylkla

ekillendirilebilirler. Dkm, gibi allagelmi retim tekniklerinde yaanan oksidasyon,

segregasyon, gaz absorpsiyonu ve yksek younluk farkndan dolay alam oluturamama

gibi birok problem T/M yntemi ile kolaylkla ortadan kaldrlabilir. Bir retim yntemi

olmasnn yan sra T/M ayn zamanda nemli bir malzeme ve yar mamul retim

yntemidir.

3.1.1 Toz Kartrma

Metal tozlar ve tozlarla birlikte uygun bir yalayc da belirli oranlarda (max % 0.51.5)

kartrc ierisine yerletirilir. Yalayc olarak metal stearatlar veya mum kullanlr.

Yalayc kullanlmasnn temel nedeni, sktrma esnasnda tozun kalp cidarlarna


31/88

18

yapmasn engellemek ve tozlarn birbiri zerinde daha rahat kaymasn ve ekil almasn

ve preslenmi parann kalptan kn kolaylatrmaktr. Bunun faydas younluun her

tarafta mmkn olduunca ayn olmasn salamaktr. Kartrma ynteminde nceden

alam yaplm tozlar kullanmakszn kartrma srasnda alam yapmakta mmkndr.

3.1.2 Presleme

Presleme elik kalplar iinde 300800 MPa gibi basn uygulayarak yaplr. Karmak

ekilli paralar tek operasyonla dakikada 25 para hzla retilebilir. Paralar sinterleme

ncesi Presleme sonucu yeterli mukavemeti aldklarnda kalptan karlr. yi bir

sktrma ile neredeyse teorik zgl arla yakn younlukta para retimi mmkn

olabilir. rnein 800 MPa basnta, demir tozlar 7,3 gr/cm3 gibi teorik zgl arln

yaklak % 93 salanabilir. Scak sktrma denilen alternatif sktrma ilemi ile T/M

parann zgl arl 0.2 g/cm3 kadar artrlabilir. Scak sktrma ileminde toz karm

zel bir yalayc ile yalanr ve kalplar yaklak 130-1500C scakla karlarak ilem

tamamlanr. Scak sktrma ileminin avantajl yan, sinterleme ncesi para daha yksek

mukavemete sahip olduu iin baz tala kaldrma ilemleri yaplarak takm mrn

artrmasdr [7].

3.1.3 Sinterleme

Sinterleme sktrlm paralarn mukavemet kazand bir sl ilemdir. Titanyumalminyum alamlarnn sinterleme scakl yaklak olarak 1200oCdir. Sinterleme

ileminin sresi uygulamann eidine gre 10 ila 60 dakika arasnda olabilecei gibi

birka saatden birka gne kadar deiebilir. Sinter frnlarnda kullanlan bant genellikle

elek tipindedir ve malzemeler bir kap iine yerletirildikten sonra bant zerine yerletirilir.

Dier tip (arabal, askl vs.) frnlar da kullanlmaktadr. Sinterleme srasnda oluacak

oksidasyonu engellemek iin kullanlan atmosferler krlm amonyak veya azot gibi

atmosferlerdir


32/88

19

BLM 4

AINMA

Anma genellikle temas eden yzeylerden mekanik etkilerle malzeme kayb olarak

tanmlanr. Standartlara, rnein Alman DIN 50320 normuna gre anma, Kullanlan

malzemelerin baka malzemelerle (kat, sv, gaz) temas neticesinde mekanik etkenlerle

yzeyden kk paracklarn ayrlmas sonucu meydana gelen ve istenilmeyen yzey

bozulmasdr eklinde tanmlanmaktadr. Benzer ekildeki bir anma tanm da anma ve

erozyonla ilgili terminolojiyi ieren ASTM G40- 93 standardnda verilmektedir.

Anma, bir sistem zelliidir. Aklamalarda da anlalaca gibi ok karmak

(kompleks) olan bu sistemi tam aklayc bir tarif yapmak olduka zordur. Birok

parametrenin etki ettii bu sistemin farkl tanmlar aada verilmitir [26].

ISO 320ye gre anma; kat cismin yzey blgesinden tribolojik zorlama sonucu srekli

ilerleyen malzeme kaybdr [26].

Temas halinde bulunan kat yzeylerde, malzeme kayb ekilde gerekleebilir. Bunlar

blgesel erimeler, kimyasal znme ve yzeyden fiziksel anlamda oluan ayrlmadr.

Uygulamada anma kapsamna, daha ok yzeyden fiziksel anlamda ayrlan malzemenin

sebep olduu hasarlar dahil edilmektedir.

Bir anma sisteminde;

1) Ana malzeme (Anan),2) Kar malzeme (Andran),3) Ara malzeme,4) Yk,5) Hareket,


33/88

20

Anmann temel unsurlardr. Btn bu unsurlarn oluturduu sistem, teknikte Tribolojik

sistem olarak adlandrlr.

Anma olayn analiz edebilmek iin anma olayn oluturan temel unsurlarn bilinmesi

gerekir. Tribolojik sistemi oluturan bu unsurlar ekil 4.1de verilmitir.

ekil 4.1 Tribolojik sistemin ematik gsterimi [26].

Anma, genellikle nceden bilinen bir hasar tipidir. Birbirleri ile temasta olan malzeme

yzeyleri oksit filmleri veya yalayclar ile korunsalar bile, mekanik yklemeler altnda

oksit tabakasnn veya yalamann bozulmas, iki yzeyin birbiri ile dorudan temasna

sebep olabilir. Bu temas sonucu oluan srtnme, malzemenin alma koullarndaki

mrn ve performansn snrlayan anmaya sebep olur. Bu hasar uygun yalama,

filtreleme, uygun malzeme seimi ve uygun tasarm gibi faktrlerle en aza indirilebilir,

fakat kesinlikle tmyle nlenemez.

.

Tribolojik Sistemin Yaps

Karlkl Zorlama

2

3

4

Yzeysel Deiim Malzeme Kayb

Anma Byklkleri

1-Ana malzeme

2-Kar malzeme

3-Ara malzeme

4- evre artlar

Hareket


34/88

21

4.1 AINMAYI ETKLEYEN FAKTRLER

4.1.1 Ana malzemeye bal faktrler

a) Malzemenin kristal yapsb) Malzemenin sertliic) Elastik modld) Deformasyon davrane) Yzey przllf) Malzemenin boyutu

4.1.2 Kar malzemeye bal faktrler ve andrcnn etkisi

Ortamn etkisi

a) Scaklkb) Nemc) Atmosfer

Servis koullar

a)

Basnb) Hzc) Kayma yolu

4.2 AINMA MEKANZMALARI

4.2.1 Adhezif anma (Yapma anmas)

Yapma anmas olarak da adlandrlan adhezif anma, en sk rastlanlan anma tr

olmasna ramen, genellikle hasarlar hzlandrc etkide bulunmaz. Adhezif anma en

genel olarak, karlkl etkileim ierisinde birbirlerine gre greceli olarak hareket eden

iki yzeyin birisinden bir paracn koparak dier yzeye yapmas sonucunda, bir

yzeyden dier yzeye olan malzeme tanm olarak tanmlanabilir.

ki ayr metal yzeyi basn altnda ekil 4.2de olduu gibi bir araya getirildii zaman, iki

ayr yzeyde bulunan karlkl kntlar gerek srtnme neticesinde oluan s, gerekse de


35/88

22

souk kaynaklama etkisi nedeniyle birbiriyle ba yaparlar. Meydana gelen bu ba,

birleen kntlarn dier blgelerindeki ba yapsndan daha kuvvetli olabilir. Yzeylerin

birbirine kar olarak yapt hareketin devam etmesiyle birleen iki knt, ba kuvvetinin

en zayf olduu noktadan kopacaktr. Bu kopma kaynak noktasnda meydana gelmedii

zaman, bir yzeyden dier yzeye malzeme transferi meydana gelir. Bu prosesin almakoullarnda birok kere tekrarlamas ile adhazif anma kendisini hissettirecek boyutlara

ular [27,28].

ekil 4.2de adhezif anmann meydana geliinin ematik olarak gsterimi, a ) ki

kntnn bulumas ve ba oluumu. b ) Ban koparak bir yzden dierine malzeme

transferinin oluumu. c ) Uzam olan kntnn dier yzeydeki kntyla etkileimi

sonucunda da yzeyde krnt oluumu.

a) ki kntnn bulumas ve ba oluumu.

b) ) Ban koparak bir yzden dierine malzeme transferinin oluumu.

c) Uzam olan kntnn dier yzeydeki kntyla etkileimi sonucunda da yzeydekrnt oluumu

ekil 4.2 Adhezif anmann meydana geliinin ematik olarak gsterimi [28].


36/88

23

Adhezif anma, zellikle birbiri ile kayma srtnmesi yapan malzeme iftinde meydana

gelen kaynaklama olaynn bir sonucudur. Birbiri zerinde kayan teknik yzeylerin, ancak

kk bir ksm temas halindedir ve bu kk temas yzeylerindeki gerilmeler ok kk

yklemelerde dahi akma dayanm deerine ularlar veya geerler. Bylece, molekler

yapma kuvvetleri etkisini gsterir. Bu nedenle bir paradan dierine para geii, soukkaynaklama ve kk paracklarn kesilmesi olaylar meydana gelir.

4.2.2 Abrazif Anma

Yrtlma veya izilme anmas olarak da isimlendirilen abrazif anma, sistemde hzl

hasara neden olan nemli bir anma trdr.

Abrazif anma en genel olarak, malzeme yzeylerinin kendisinden daha sert olan

paracklarla basn altnda etkilemesi ile sert paracklarn malzeme yzeylerinden

paralar koparmas eklinde tanmlanabilir. Bu mekanizmaya rnek olarak, sisteme

dardan giren toz paracklarnn veya bir motorda oluan yanma rnlerinin sebep

olduu anma ekli verilebilir.

Bu tip anmada sert ve keskin parack, malzeme yzeyinden mikron boyutlu tala

kaldrma etkileri gsterirler. Bu anma, iki elamanl ve elamanl olmak zere ikiye

ayrlr (ekil 4.3 ve ekil 4.4).

MALZEME-A

MALZEME-B

ekil 4.3 ki elamanl abrazif anma [29].


37/88

24

F

Malzeme A

Malzeme B

hareket

Andrc Tanec

ekil 4.4 elamanl abrazif anma [28].

ki elemanl abrazif anma, srtnen elemanlarn dorudan birbiriyle etkileimleri sonucu

meydana gelir. elemanl abrazif anmada ise, anan ve andran malzeme arasnda

serbest ara malzeme olmas sz konusu olabilecei gibi, anma sonucu yzeylerden

ayrlan paracklarn birer ara malzeme gibi davranmalar da nc eleman olarak grev

yapabilir.

Metal-metal srtnmelerinde anma iki elemanl abrazif veya adhezif olarak balayp,

elemanl abrazif olarak devam eder. Bu durumda araya giren toz, mineral taneleri, izilme

sonucu serbest hale geen mikro talar ve paralanm oksit paralar nc eleman (ara

malzemeyi) oluturabilir. Serbest hale geen mikro tala paralar, genellikle ana

malzemeden daha sert olduklarndan dolay anmay hzlandrr [30].

4.2.3 Yorulma Anmas

Deiken, tekrarl yklemeler sonucu meydana gelir. Tribolojik zorlanmalar genel olarak

yzeyde grlen, bykl zamana ve konuma gre deien mekanik gerilmeler sonucu

meydana geldiklerinden, yorulma anmas birok anma ileminde grlr. Neticede

malzeme yzeyinde atlaklar oluur; bu ise, yzeyden paracklarn ayrlmas, ukur ve

oyuklarn meydana gelmesine sebep oluu ekil 4.5de gsterilmitir.


38/88

25

ekil 4.5 Yorulma anmasnn ematik gsterilii [28].

Maksimum kayma gerilmelerinin bulunduu yerde, plastik deformasyon ve dislokasyon

olaylarna bal olarak ok kk boluklar meydana gelir. Bu boluklarn zamanla yzeye

doru ilerleyerek bymesi, yzeyde kk ukurlarn ortaya kmasna sebep olur. Bu tr

anma daha ok dili arklarda, rulmanl yataklarda ve yuvarlanma hareketi yapan

mekanizmalarn yzeylerinde grlr [28].

4.2.4 Erozif Anma

Erozyon ortam ile malzeme yzeyi arasndaki hzn ok yksek olmas nedeniyle meydana

gelen bozunma olay olarak tarif edilebilir. Gaz veya sv ortamnda tanan abrasiv

tanelerin yzeye belirli bir ada arpmas ile oluan enerji, kat cismin basn

mukavemetini at zaman, cismin yzeyinde krlmalara sebep olur. Bunun sonucunda

yzeyde anma meydana gelir. Bu ekilde meydana gelen anmaya erozyon anmas

denir. Yumuak malzemeler erozyon anmasna ok elverilidir. Andrc paralarn

bykl, hz, ekli, sertlii ve arpma asnn deeri erozyon anma mekanizmasn

etkileyen nemli faktrlerdir [31,32,33]. ekil 4.6da Paracklarn yzeye arpma asnn

erozyon anma oranna ball verilmitir.


39/88

26

ekil 4.6 Paracklarn yzeye arpma asnn erozyon anma oranna ball [39].

4.2.5 tmeli Anma

tmeli anma, yksek basnlar altndaki paracklarn metal yzeyleri ile dk

hzlarda karlamalar sonucunda, metal yzeyinde paracklarn kesilerek veya ok

sayda ufak izikler alarak kopartlmas ile meydana gelir. Bu yksek basn ve dk hz

kombinasyonu, genellikle hafriyat almalarnda kullanlan buldozer ve kepe gibi ar i

makinelerinin alma koullarnda meydana geldii iin, bu aralarn kesici u

yzeylerinde bu hasar tr meydana gelir. Kepelerde kullanlan kesici ve batc ularn,

tmeli anma sonucunda ekil deiimi meydana gelerek krlenme oluur.

tmeli anmaya dier bir rnek ise, bil yal deirmenler olarak gsterilebilir. tmeli

anmay engellemek iin malzeme sertliini arttrmak, akla gelen ilk zmdr. Ancak

sertlik arttrlmas ile malzemenin gevrek krlma ans da artaca iin, bu yntemin

uygulanmas mmkn deildir.

Bu tip anmay engellemek iin yaplan giriimlerin baarszla uramas nedeniyle,

malzemenin kontroll olarak andrlmas yoluna gidilmeye allmtr. Kontroll

anma ile malzeme kendi kendine bilenerek, krlenme sebebiyle meydana gelenperformans dkl nlenebilir. Bu mekanizma ile meydana gelen kendi kendine

bilenmenin oluumu, ekil 4.7de ematik olarak gsterilmitir. ekilde grld gibi,

kesici takm malzemesinin dk gerilmeli yzeyine sert metal takviyesi yaplarak anma

hz azaltlmtr. Dier yzeyde ise hem malzeme sertliinin dk olmas, hem de yksek

Erozyon

AnmaOran

0 15 30 45 60 75 90arpma As


40/88

27

gerilme etkisinde kalmas nedeniyle anma hz, dier yzeye gre daha fazladr. Meydana

getirilen bu farkl anma hzlar nedeniyle, malzeme kendi kendine keskinleir.

Anm ksm

Yksek gerilmeksm

Tok matriks

Sert yzey

Dk gerilmeksm

ekil 4.7 Bir kesici uta meydana gelen kendi kendine bilenmesinin oluum mekanizmas[28].

4.2.6 Oymal Anma

Oymal anma, malzeme yzeyinin ok yksek gerilmelerdeki arpma durumlarnda,

yzeyden bir parann kesilerek veya oyularak kopmasyla meydana gelir. Bu tip anmaya

genellikle hafriyat, madencilik, petrol kuyularn delme ilemi ve benzeri koullarda

alan malzemelerin kesme ve delme grevi yapan ksmlarnda grlr. Bu ilemler

srasnda sert abrazif paracklarn ok yksek gerilmeler altnda malzeme yzeyine

arpmalar ile yzeylerde hzl bir ekilde hasar oluumu meydana gelir.

Oymal anma dier anma trlerine gre ok daha hzl olarak gelitiinden, bu

anmaya urayan paralarn yenileriyle deitirilerek kullanlmas daha ekonomik

olmaktadr.

4.2.7 Kazmal anma

Kazmal anma, karlaan yzeylerde mikro kaynamann meydana geldii adhezif

anmaya bir miktar benzemektedir. Aralarndaki fark ise, u ekilde aklanabilir: Adhezif

anma, birbirleri zerinde kayan yzeylerde meydana gelirken, kazmal anma


41/88

28

birbirlerine gre hareket etmeyen yzeylerde meydana gelir. Ancak kazmal anma, ok

dk genellikteki hareketlerin (vibrasyon) meydana geldii sistemlerde, mikro

kaynamann olumasyla meydana gelir.

Kazmal anma vibrasyonlu ortamlarda alan somun, perin gibi balant elemanlarylagelimi sistemlerde, otomobil aftlarnn birleme noktalarnda ve yataklarda en yaygn

olarak kullanlan hasar oluum mekanizmasdr. Kazmal anma, temas yzeylerinde

yorulma otomobil aft gibi paralarda nemli bir problemdir. Gerekte, aftlarda meydana

gelen yorulma krlmalarnn sebebini kazmal anma meydana getirmektedir.

Kazmal anmay engellemek kolay deildir. Ancak bu anma mekanizmann meydana

getirdii hasarlar, aada verilen uygulamalarla en aza indirilebilir.

Vibrasyonun azaltlmas veya giderilmesi.

Ara yzeydeki kaymalar azaltmak veya gidermek; Bu sistemlerde meydana gelenkayma, przl yzeylerin yksek basnlarda sktrlmasyla engellenebilir. Ancak

bu yntemin uygulamasyla kayma engellenemezse, arttrlan temas basnc nedeniyle

anmada artar.

Balant noktalarnda elastomer kullanmak; elastomer malzemelerin balant yerlerinemontaj yaplabilecek ekilde tasarm deitirilir. Elastomer malzemeler titreimleri

sndrerek, metal-metal temasn engeller.

Balant noktalarnn yalanmas; kazma anmasnn meydana geldii sistemlerinsabit olmas nedeniyle, yan balant noktalarna szmas olduka zordur. Bu amaca

ynelik olarak zel yalar kullanlmaktadr [28].

4.2.8 Tribosblimasyon ve Difzyon Anmas

Srtnme ss ile yzey blgesi scaklnn ok ykselmesi halinde ortaya kar. Yksek

scaklkta atom veya molekllerin malzeme iine girmesi difzyon esasna ve evreye

transferi tribosblimasyon esasna dayanan anma mekanizmalardr [34].


42/88

29

Birbirleriyle temas halinde bulunan yzeyler arasnda, srtnmeden dolay scaklk

ykselmesi ile birlikte, temas yzeyinde bulunan atomlarn kristal kafes iinde atom

younluu yksek olan blgelerden dk olan blgelere doru hareket etmeleriyle

meydana gelir [35].

Bu tabaka, srtnme ve izafi (bal) hareketin devam etmesiyle birlikte esas malzeme

yzeyinden koparak malzeme kaybna sebep olur. Bu ekilde meydana gelen anmaya

difzyon anmas denir. Bu anma mekanizmas fren balatalarnda, uzay ve havaclkta

kullanlan aralar ve takm tezghlarnda grlr. Demiryollarnda kullanlan fren

pabular ile tekerlek arasndaki srtnmeden dolay difzyon anmas meydana gelebilir.

Scakln ykselmesi ve yeterli zaman sonunda srtnme yzey blgesinde atom veya

molekllerin evreye transfer olmas ile tribosblimasyon anmas meydana gelir [35].

4.2.9 Termal anma (Termal etkenler)

Mekanik ve kimyasal anma mekanizmalarnn oluumunu kolaylatran ve bu

mekanizmalarla e zamanl ileyen bir oluumdur [36].

Bu mekanizmada scaklk etkisi ile atomik hareketler hzlanr. Malzemenin yumuamas ile

atomik anma gerekleir. Termal ok ve yksek scaklkta ki oksidasyonda termal

anmaya sebep olur [35].

4.3 AINMA VE LM

4.3.1 Anma Deneyleri ve lm Yntemleri

Endstride kullanlan alet ve makinelerde aranlan zelliklerden bir tanesi de bunlarn

kullanm mrleridir. Makine paralarnn abuk anmas makinenin mrn ksaltarak

maliyetini arttrd gibi, onarm iin geen srede retimin nemli lde aksamasna

neden olmaktadr. Bu sebepten dolay makine imalatnda anmaya maruz kalabilecek

yerlerde anma direnci yksek malzemeler kullanlmaldr. Bu malzemelerin tespiti iinde

birok laboratuar testlerinin yaplmas gerekir.


43/88

30

Laboratuar artlarnda yaplan deneylerde ana malzemenin bir modeli ile allr. Bu

model basit bir geometrik ekle sahip olup, fazla bir masrafa gerek kalmadan retilebilir ve

daha sonra bir deney cihazna taklarak, her trl anma lme ilemleri bunun zerinde

yaplabilir.

Anma deney yntemlerini genel olarak iki grupta toplamak mmkndr.

Yalamal ve yalamasz bir ortamda ana ve kar malzemenin (metal-metal) anmadeerlerinin lld testler.

Kat, sv ve gaz halinde ki maddelerin etkisi altnda yalnz kar malzemenin anmadeerinin lld testler.

ASLE (Amerikan Society Of Lubrication Engineers, 1978) tarafndan yz kadar test

sistemi belirlenmitir. Bu anma testlerinde, anma lm yntemleri olarak bilinen

arlk fark, kalnlk fark, iz deiimi ve radyoizotop metotlar gibi metotlar

kullanlmaktadr. Bu metotlar aada srayla aklanmaktadr [31]. Bir srtnme

sisteminde, anma miktarlarn lmek iin eitli yntemler gelitirilmitir. Srtnme

elemanlarnn malzeme zelliklerine ve sistemin yapsna bal olarak yntem seimi

yaplmal veya beklenenleri yerine getirecek ekilde yntem kombinasyonu gelitirilmesi

yoluna gidilmelidir [37].

Bir lme ynteminden:

Yksek hassasiyet Kolay ve seri uygulama Ekonomik olmasbeklenen zelliklerdir.

4.3.2 Arlk Fark Metodu

Ekonomik olmas ve llen bykln alet duyarllk kapasitesi dhilinde bulunmas

sebebiyle en ok kullanlan yntemdir. Deney numunelerinin her lm iin yerinden


44/88

31

kartlp lme yaplmas, yani numune yerindeyken zerinden l alnamamas bu

yntemin dezavantajdr.

Arlk kaybnn llmesi 10-3 veya 10-4 gr hassasiyetinde olduka duyarl bir terazi ile

yaplr.

Anma miktar gram veya miligram cinsinden ifade edilirse, metre veya kilometre

olarak tespit edilen srtnme yoluna gre birim srtnme yoluna karlk gelen arlk

kayb miktar (gr/km), (mgr/m) ile ifade edilebilir. Arlk kayb birim alan iin hesap

edilecekse (mgr) birimi kullanlabilir. Arlk kayb hacimsel anma miktar olarak

belirtilmek istendiinde, yine arlk kaybndan hareketle kullanlan malzemenin

younluu ve deney numunesi zerine etki eden ykleme arl hesaba katlmak suretiyle

birim yol ve birim ykleme arlna karlk gelen hacim kaybndan da gidilerek de

bulunabilir. Bu tanmlamalara gre arlk fark lme metodunda en ok kullanlan

bantlar unlardr [31].

Wa=G/d.P.S (cm3 /N.m)

Burada;

Wa : Anma oran (cm3/N.m)

G : Arlk kayb (mg)

P : Ykleme arl (N)

S : Kayma yolu (m)

d : Younluk (gr/cm3)

olarak verilmitir. Anma orannn (Wa) ters deeri de anma direnci (Wt) olarak

gsterilir.

Wt=1/ Wa (N.m/cm3) (1.2)

Baka bir bant olarak da, bir kilometre kayma yoluna tekabl eden ykseklik kayb

bants vardr ki genellikle iki elemanl abrasiv anmann hesaplanmasnda kullanlr.

Wa=104.G/A.d.s (m/km) (1.3)


45/88

32

Burada;

Wa : Bir kilometre anma yoluna tekabl eden ykseklik kayb (m)

G : Arlk kayb (gr)

A : Anma yzeyi (cm2)

d : Younluk (gr/cm3

)S : Kayma yolu (km) olarak alnr.

Deney malzemesi ykseklik kaybnn, referans malzemesinin (rnein Fe 37 elii)

ykseklik kaybna oran, anma orant saysn (Wa) verir.

Wa= Vs(test numunesi) /Vs (Fe 37) bu orant saysnn ters deeri de bal anma direnci

(R) olarak kullanlr.

R=1/Wa (1.4)

elemanl abrasiv anmada ise, genellikle DIN 50320de verilen boyutsuz anma oran

forml yaygn olarak kullanlr [31].

Hassas bir terazi yardm ile test bandaki ve sonundaki arlk fark (G) llerek

anma sonucu oluan malzeme kayb bulunur. Srtnme elemann zgl arl (d) ve

srtnme yzeyinin bykl (A) zerinden bu yntemle bulunan anma miktar dier

metotlarn sonular ile karlatrlabilir. Burada;

H=G/d.A eklindedir [37]. (1.5)

4.3.3 Kalnlk Fark Metodu

Anma esnasnda oluacak boyut deiikliinin balang deeriyle karlatrlmas

sonucu elde edilir. Kalnlk fark olarak tespit edilen bu deerden gidilerek hacimsel kayp

ve birim hacimdeki anma miktar hesaplanr. Kalnlk, hassas lm aletleriyle 1m

duyarlkta llmelidir [31,37].


46/88

33

4.3.4 z Deiiminin llmesi Metodu

Srtnme yzeyi blgesinde geometrisi belli bir iz (kre, daire vb.) oluturulur ve test

boyunca bu izin boyutunun (apnn) deiimi llr. Uygulamada en ok kullanlan alet

vickers sertlik lme cihazdr. Elmas piramit (tepe as 136) brakt izin kegenlerinindeiimi mikroskop yardm ile bytlerek llebilir [31,37]. Anma sonucu kalnlk

fark;

H2/tg.4

.0,5DDDoDo 2121

+= eklindedir. Burada; (1.6)

Do1, Do2 : Anmadan nceki kegenler

D1, D2 : Anma sonundaki kegenler

: Tepe as [37].

4.3.5 Anmann Radyo-zotoplarla llmesi Yntemi

Dierlerine gre daha yeni, fakat hassasiyeti ok fazla olan bir yntemdir. Srtnme yzey

blgesinin proton veya ykl paracklar ile bombardman edilerek radyoaktif hale

getirilmesi esasna dayanr. Anma sonucu radyoizotoplarn yzey blgesinden

ayrlmasyla ortaya kacak aktivite deiimi llr. Dier yntemlere gre yaklak

olarak 1000 kat daha fazla hassas oluu yntemin en nemli zelliidir. Test sresi vemasraflarnn ok yksek olduu teknik sistemlerde (otomobil endstrisinde) ve dier

yntemlerin uygulanmad ak sistemlerde (normal iletmelerde ki ray-tekerlek

anmas gibi) radyo metrik yntemlerle lme ekonomik, hatta tek yntemdir. Fakat bu

yntem belirtilen rnekler gibi zel problemlerin zm dnda kullanlacak kadar ucuz

ve teknik uygulama bakmndan yaygn deildir [37].

4.3.6 Ultrasonik yntemle anmann tespiti yntemi

Ultrasonik anma yntemi, blm kalnl llecek malzemeye yksek frekansta ses

dalgalar gnderilmesiyle yaplmaktadr. Dalgalar gnderme ve alma arasnda geen

zaman malzemenin kalnln belirler [38].


47/88

34

4.3.7 Optik Yntemle Anmann Tespiti

Optik yntemle anmay lmenin birok yntemi vardr. Bunlardan biri yzey zerine

boyutu belli olan bir mikro sertlik ukuru oluturularak, anma sonrasnda bu ukurun

boyutundaki azalmay incelemekten ibarettir. Optik yntemin yatay saptanabilirlik snr

10-4 cm civarnda olup 1/5 meylinde bir ukur (iz) iin 10-5 cmlik bir derinlik snr sz

konusudur. Bylece de yukarda sz edilen profilometre ynteminin snrlamalaryla ayn

snrlamalarda anma lm yaplabilir [38].

4.3.8 Mekanik lm Yntemiyle Anmann Tespiti

Genellikle mekanik lm byk boyutlu kayar paralara (rnein otomobil motoru

silindirleri) uygulanr ve saptanabilen minimum anma miktar ok daha byk olur.

makinelerinin byk ve srekli anmaya maruz kalan paralarnn kontrolnde iletme

artlarnda en uygun yntemdir [38].

Anmay lmenin yntemi ise, zellikle anmann dar bir bantta meydana gelmesi

halinde, bir profilometre ile eridin bir profilini kartmak ve kaznm malzeme miktarn

tahmin etmekten ibarettir. 3 cm uzunluk, 10-2 cm genilik ve 10 mikro inlikbir eritte 10-5

grlk bir arlk kayb saptanabilir [38].


48/88

35

BLM 5

DENEYSEL METOTLAR

5.1 MEKANK ALAIMLAMA

Bu almada Ti ve Al tozlar kullanlarak iki grup titanyum-alminyum alam

hazrlanmtr. Birinci grupta arlka %70 titanyum tozu ve %30 alminyum tozu

(Ti%30Al) ve ikinci grupta ise arlka %60 titanyum ve %40 alminyum tozlar

(Ti%40Al ) kullanlmtr. Alamlar mekanik alamlama yntemiyle hazrlandktan sonravakum ark ergitme yntemi kullanlarak homojen bir yap elde edilmeye allmtr.

Mekanik tme ilemlerinin yaplmasnda ZKKarabk Teknik Eitim Fakltesi Metal

Eitimi Blmnde tasarm ve imalat yaplan titreimli mekanik alamlama cihaz

kullanlmtr. ekil 5.1de deneyin yapld titreimli MA/M cihaz grlmektedir.

ekil 5.1 Titreimli MA/M cihaznn ematik grn


49/88

36

Bu cihazda fazl bir elektrik motoru kullanlmtr. Motor miline taklan kasnaktan alnan

dnme hareketi, kay araclyla krank miline bal olan kasnaa iletilir. Dairesel hareket,

krank miline bal olan biyel kolu ile dorusal harekete dntrlr. Bu cihazn ksmlar

izelge 5.1de verilmitir.

izelge 5.1 Titreimli MA/M cihaznn ksmlar

Gvde Elektrik Motoru Kasnaklar Hareketli Ksm Kafes Hazne

Mekanik alamlama ileminden sonra souk preslenmi tozlar vakum ark ergitme

yntemiyle Afyon Kocatepe niversitesi Malzeme Laboratuarlarnda ergitilmitir. Bu

yntemde su soutmal bakr kalp zerine yerletirilen kalplanm numune ile bir kaynak

jeneratrne bal olan elektrot arasnda oluan ark ile ergitme ve katlama salanmtr.

5.2 TC MALZEMELER

Mekanik alamlama/tme ilemlerinde birok farkl tc malzemeler

kullanlmaktadr. Kullanlan tc bilyelerle tme/alamlama yaplan hazne

arasndaki sertlik farkllklar anma asnda asndan ok nemlidir. Deneysel

almalarda 6 mm apndaki paslanmaz kromlu elik bilyeler, Ortadou Rulman

Sanayinden (ORS) temin edilmitir. retici firma katolounda bilyelerin sertlikleri 60- 64

Rc olarak belirtilmitir. Bu deneyler mekanik alamla/yaplan haznenin sertlii ile hemen

hemen ayndr. Kullanlan bilyelerin kimyasal bileimi izelge 5.2 de verilmitir.

izelge 5.2 tc bilyelerin kimyasal bileimi

C Mn Si P S Cr Fe

0.95 0.5 0.15 0.025 0.025 1.30 Kalan

1.10 Max. 0.35 Max. Max. 1.60 -


50/88

37

5.2.1 Bilye-Toz Oran (BTO)

Bilye-toz oran mekanik alamlamann daha etkili olmasnda nemli bir parametre olarak

kabul edilmektedir ve ok farkl oranlarda kartrmalar yaplmaktadr. 710 Hz alan

titreimli mekanik alamlama cihaznda 20:1 bilye-toz oran (BTO) belirlenmi ve btn

kartrmalarda sabit parametre olarak kullanlmtr. tme ncesinde ve her bileimden

sonra bilyeler ve bilye kab metanol ile 5-10 dak. arasnda ykand. tc elemanlarn

kurutulmasndan sonara dier bileimlerin arj yapld. Her numune iin 30 dakikalk

mekanik alamlama yapld. Hazneye (tme kab) toz ve bilye arj argon ortamnda

glow-box ierisinde yapld.

Bu almada Ti ve Al tozlar izelge 5.3de verilen oranlarda Ti%30Al ve Ti%40Al iki

tr alam oluturulmutur. Bu alamlar toz metalurjisi yntemi ile hazrlanp soukpreslendikten sonra Vakum Ark Ergitme Yntemi kullanarak Afyon Kocatepe niversitesi

Mhendislik Fakltesi laboratuarnda retilmitir.

izelge 5.3 Ti-Al elementlerinin retimde kullanlan alam oranlar

Malzeme Alam Elementleri Atom (%) %Arlk (gr)

Ti 70 7I. Grup

Al 30 3

Ti 60 6II. Grup

Al 40 4

5.3 METALOGRAFK NUMUNE HAZIRLAMA

Standart metalografik ilemlerin yaplmas iin numunelere souk (polyester) gmme

ilemi yaplmtr. Souk gmme malzemesi olarak PRES marka souk gmme kiti

kullanlmtr. Bu ilemden sonra btn numuneler PRES marka Mecapol P262 model

cihaznda 300 dev/dak hzda 180, 320, 600, 800, 1000 ve 1200 SiC zmparalar ile

zmparalanmtr. Bu ilemden sonra btn numuneler PRES marka Mecapol P262

model cihazda 0.3m lik almina pasta ile parlatlmtr. Bu ilemlerden sonrasnda,

numuneler Hidro Florik (HF) asitte dalanarak (dalama sresi 4060 sn olarak

gerekletirilmitir) farkl byklklerde optik mikroskopta incelenmitir.


51/88

38

5.3.1 Sertlik lmleri

Sertlik lmleri iin ZK Karabk Teknik Eitim faktesi dkm laboratuarlarnda

bulunan niversal AFFRI marka RSD251 model cihazda (HV10) yaplmtr.

5.3.2 Optik Mikroskop ncelenmeleri

Optik incelemeler Z.K.. Karabk Teknik Eitim Fakltesi, Dkm Atlyesi Metalografi

Laboratuarlarnda bulunan MEIJI marka ML7100 model mikroskop ile yaplmtr. Her

iki numunenin, karlatrmal olarak incelenmesi iin mikro yap resimleri ayn leklerde

ekilmitir.

20X, 40X ve 100X bytmede ekilen mikro yap resimler MSQ program kullanlarak

farkl oranlardaki titanyum alminyum alamlarn tane boyutlar hesaplanmtr. Tane

boyutlar hesaplanrken daha net sonular almak iin 20X ve 40Xde ekilen mikro yap

resimleri kullanlmtr.

5.3.3 Tarama Elektron Mikroskobu (SEM) ncelemeleri

Parlatlan ve andrlan intermetalik paralarn, anma yzey grntleri, belirlemek

amacyla Sakarya niversitesi Teknik Eitim Fakltesi bnyesindeki JEOL JSM-6060

tarama elektron mikroskobunda (SEM) incelenmitir. Mikro yap resimleri 20kV alma

gerilimi kullanlarak 200, 500, 1000, 2000, 5000 bytmede alnmtr. Ayrca EDS

spektrumu kullanlarak fazlar belirlenmitir.

5.3.4 X-Inlar Difraksiyonu le Faz Analizi

Yzey grntlerine ait fazlar belirlemek amacyla Sakarya niversitesi Teknik Eitim

Fakltesi bnyesindeki RIGAKU D\MAX\2200 faz analizi x-nlar difraksiyonuyla

incelenmitir. lmlerde Bakr (Cu) K nm, 36 kV gerilim ve 26 mA akm, 0,050/2 sn

lm hz ve 25o 110o aral kullanlmtr.


52/88

39

5.3.5 Termogravimetrik Analizler

retilen malzemelerin termogravimetrik analizi Sakarya niversitesi Mhendislik

Fakltesi bnyesindeki SDT Q600 V8.2 Build 100 marka (DTA/TG) cihazla yaplmtr.

10o

C/dak. Istma hz kullanlarak numuneler 1100o

Cye kadar stldktan sonra frnierisinde soutma yaplmtr.

5.5 AINMA DENEY CHAZI

Anma ve srtnme deneylerinde kullanlan Pin-On-Disk tipi standart deney aparatnn

komple (montaj) resmi ekil 4.2 'de verilmitir. Bu cihaz her trl yk ve kayma hznda

alma kabiliyetine sahip olacak ekilde tasarlanp, imal edilmitir. Farkl kayma artlar

ve farkl devirlerde alabilmesi iin ile sistem hz kontrol cihazna balanarak istenilen

hzda kullanlabilir hale getirilmitir. Bylelikle farkl kayma hzlar veya sabit kayma

hznda her periyotda istenilen devir saylar hassas bir ekilde ayarlanabilmektedir.

Yaplan bu deney cihaznda farkl kayma hznda ve deiik ykleme artlarnda

numuneler test edilmitir.

Deney aparatnn balca nemli paralar unlardr; 1,5KW'lk fazl AC motor, hz

kontrol cihaz, dey dnme hareketi salayan sertletirilmi disk, destekleme kolu,

numune tutma mekanizmas, yk hcresi (EST STCS 50 kg Cs Loadcell), tabla,

dengeleme paras ve arlktr. Anma test cihaznda numune kay kasnak sistemi

kullanlarak 1/3 orannda alacak dner disk 1,5KWlk 1500 dev/dak AC motor ile

tahrik edilmektedir. Disk'in salgsz dnebilmesi iin motordan hareketi alan mil iki yerden

rulman ile yataklanmtr.

Numunelerin baland ve ykn aslaca tayc kol tek noktadan yataklanmtr.

Numune balama aparat kol zerine monte edilmitir. ki ucunda arlk bulunan tayc

kolun bir tarafndaki arlk, sisteme arlk aslmadan nce numune zerine gelen yk

sfrlamaktadr. Tayc kolun dier ucuna aslan arlklar ile de numune zerine istenilen

kuvvet uygulanabilmektedir. ekil 5.2de anma test cihaznn emas verilmitir.


53/88

40

ekil 5.2 Anma test cihaznn emas

Tayc kolun baland yatak hem kendi ekseni etrafnda dnebilmekte hem de ileri geri

hareket edebilmektedir. Hareketli yatan ileri geri hareketi ile disk zerine gelen numune

disk merkezinden uzaklap yaknlaabilmektedir. Diski dndren elektrik motoruna

balanan hz kontrol cihaz motorun deiken devirlere ayarlanabilmesini salanmaktadr.

ekil 5.3de andrlan numunelerden elde yklen verilen bilgisayara aktarlmasn

gsteren veri-ak semas gsterilmitir.


54/88

41

ekil 5.3 Anma test cihaznn veri-akemas

TiAl numuneleri ile alacak dner disk iin 4140 malzemesi 230 mm apnda, 20 mm

kalnlnda retilmi olup 900C' ye kadar stlp suda sertletirilerek 56 Rc sertlik

deerine sahip dner disk elde edilmitir. Sertletirme ileminden sonra disklere dzlem

talama ilemi yaplmtr.

5.4.1 Karlk Diskinin Teste Hazrlan

Anma deneyi kuru srtnmeli olarak yapldndan diskin ve numunenin yzeylerinin

temiz ve kuru olmas gerekmektedir. Bu nedenle teste balamadan nce her numune ve

disk yzeyi aseton ile temizlenmitir. Her numune farkl bir iz oluturacak ekilde

yerletirilerek her test iin ayn yzey kalitesi salanmtr. Tm izler kullanldktan sonra

disk yeniden talanarak teste hazr hale getirilmektedir.

5.4.2 Anma Test lemi

Anma testi tasarlanp imal edilen standart pin-on-disk tipi deney cihaznda yaplmtr.

Test cihaznn devrinin llmesi iin COMPACT Marka (Advent optical tachmeter)

Takometre (0-1000dv/dk, 0-5 V k marka) ile devir/dk diski devir hz llmtr.

Anma paralar 1/10000 hassasiyetindeki PRESCA marka terazide tartlmtr.

Tayc kol zerindeki denge arl ile pime gelen yk sfrlandktan sonra kolun dier

ucundaki tayc kola arln aslmas ile istenilen kuvvet uygulanmtr. Andrma

ilemi bittikten sonra numuneler pamuk ile temizlenerek numuneler tekrar tartlmtr. lk

arlk ile andktan sonraki arlk arasndaki fark olan ktle kaybndan anma miktar

hesaplanmtr.


55/88

42

Anma deneylerinde parametrik olarak farkl yk (10N, 30N ve 60N) kullanlmtr.

Anma mesafesi olarak 500metre, 1000metre, 1500metre ve 2000 metre olarak drt farkl

mesafe test edilmitir. Kayma hz olarak da 0.8m/s lik hz seilmitir.

5.4.3 Anmann Miktarnn lm

Deney numunelerinin testten nceki arl ile testten sonraki arl arasndaki fark ktle

kaybn ktle kaybnn younlua blnmesi ile hacim kaybn verir. Hacim kaybn (V,

mm3) hesaplarken ktle kaybnn (m, mgr), younlua oranndan (, mgr/mm3)

bulunabilmektedir.

V = m / p (1.6)

Deneylerde kullanlan numuneler farkl oranlarda takviyelendirildikleri iin younluklar

da farkl olacaktr.


56/88

43

BLM 6

DENEYSEL SONULAR VE TARTIMA

6.1 MKRO YAPI

Standart optik mikroskop ve taramal elektron mikroskop (SEM) kullanlarak elde edilen

mikro yap fotoraflar ve tane boyut dalmlar ekil 6.16.4de verilmitir. Yaplan

mikroskobik analizler sonucunda Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnda ift fazl yap

gzlenmitir. kincil fazlarn daha ok inesel veya dzlemsel ve ktlesel denilebilecek

trde olduu ve matris ierisinde homojen olarak dald gzlenmitir. Mikro yapnn

dikkatli incelenmesi halinde, ekil 6.1-a, Ti%30Al alamnn tektik yapya sahip olduu

grlecektir. Bu alamn mikro yaps ve EDS sonucu elde edilen fazlarn kimyasal

bileimlerine ait bilgiler birlikte kullanldnda ikincil fazlarn, ak renkteki, Ti3Al ve

matrisin TiAl bileimine sahip olduu tespit edilmitir. Benzer ekilde ekil 6.1-bde

verilen Ti%40Al alamnda ak renkteki ikincil fazlarn Ti2Al ve matrisinin TiAl

bileimine sahip olduu grlmektedir.


57/88

44

ekil 6.1. Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yap grntleri ve tane boyutudalmlar 20X bytmede

Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn 100X bytmedeki mikro yap grntleri ekil6.2de verilmitir.


58/88

45

ekil 6.2 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yap grntleri ve tane boyutudalmlar 100X bytmede

Yukardaki mikro yap grntlerinden de ikincil fazlarn inesel veya dzlemsel ve

ktlesel ekillerde olduu daha ak bir ekilde grlmektedir. Daha yksek znrle

sahip olan (SEM) mikroskobu kullanlarak elde edilen Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn

mikro yap grntleri ekil 6.3 ve 6.4de karlatrmal olarak verilmitir.


59/88

46

ekil 6.3 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yaplar: (a-b) 200X, c-d) 500X, e-f)1000X bytmede


60/88

47

ekil 6.4 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn mikro yaplar: (g-h) 2000X, I-j) 5000Xbytmede.

Taramal elektron mikroskobu (SEM) kullanlarak yaplan mikro yap analizleri esnasnda

mikroskobun enerji dalm spektrumu (EDS) fonksiyonu kullanlarak numune zerinden

fazlarn kimyasal bileimi tespit edilmitir. SEM ve EDS sonularndan, oluan fazlarn

inesel veya dzlemsel ve ktlesel olduu, ayn zamanda bu fazlar Ti ve Al elementlerinin

oluturduu tespit edilmitir. Oluan fazlarla ilgili SEM ve EDS grntleri ekil 6.5 ve

ekil 6.6de verilmitir. Ayrca EDS sonular ekler ksmnda detayl olarak sunulmutur.


61/88

48

ekil 6.5 Ti%30Al alamnn: (a) SEM grnts (b, c, d, e) EDS analizi sonucu.


62/88

49

ekil 6.6 Ti%40Al alamnn: (a) SEM grnts (b, c, d, e) EDS analizi sonucu.


63/88

50

6.3 X IINLARI LE FAZLARIN TESPT

Ti%30 Al ve Ti3%40 Al alamlarnn XRD yntemi kullanlarak alamdaki mevcut fazlar

tespit edilmi olup -2 grafikleri ekil 6.7 ve ekil 6.8de verilmitir. Yaplan faz

analizleri sonucunda her iki alamnda TiAl ve Ti3Al fazlarndan olutuu grlmtr.

ekil 6.7 Ti%30Al alamnn x-nlar krnm grafii.


64/88

51

ekil 6.8 Ti-%40Al alamnn x-nlar krnm grafii

6.4 TERMOGRAVMETRK LMLER

Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn termogravimetrik lmleri ekil 6.9 ve 6.10da

verilmitir. ekil 6.9 ve 6.10da yaklak 800oCye kadar ktlenin deimedii ve bu

scaklktan sonra ktlede bir art olduu grlmektedir. Ktledeki bu art titanyum-

alminyum alamlarnn oksitlendiini ifade etmektedir.


65/88

52

ekil 6.9 Ti%30Al alamnn termogravimetrik analizi.


66/88

53

ekil 6.10 Ti%40Al alamnn termogravimetrik analizi.


67/88

54

6.5 SERTLK

Sertlik lmleri sonucunda Ti%30 Al ve Ti%40 Al oranna sahip alamlarn sertlik

deerleri ekil 6.11de verilmitir. ekilden de grlecei gibi Ti miktarnn artmasyla

alamn sertlik deerinde nemli bir miktarda art grlmtr. Bu art yaklak olarak

%22 civarndadr.

%70 Ti- %30 Al;

474

%60 Ti- %40 Al;

389

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

SertlikHV10

ekil 6.11 Ti%30Al ve Ti%40Al alamlarnn (HV10) sertlik

Titanyum Aluminat Intermetalik Malzemelerin Uretimi Ve Karakterizasyonu Characterization and...

Documents

Transcript of Titanyum Aluminat Intermetalik Malzemelerin Uretimi Ve Karakterizasyonu Characterization and...