Çeşitli Metalik Malzemelerde Bilyalı Dövme Sonrası Yüzey ve

Özelliklerin İncelenmesi

2.3.1. Bilyalı dövme sonrası yüzey pürüzlülüğü incelemeleri

Yüzey pürüzlülüğünün incelenmesi birçok parametrenin etkin olduğu bilyalı dövmenin tekrarlanabilirliğinin sağlanması amacı ile kontrol metodu olmasının yanında bilyalı dövme parametrelerinin etkinliğinin incelenmesi amacı ile de kullanılmaktadır [69, 72]. Yüzey pürüzlülüğü birçok parametre altında değişiklik göstermektedir [57, 69]. Genel olarak yüzey pürüzlülüğü incelendiğinde;

• Bilya püskürtme basınıncının artması ile artış göstermekte [54, 57, 67, 69],

• Bilya boyutuna bağlı olarak değişiklik göstermekle beraber literatürde farklı yaklaşımlar söz konusudur. Bazı araştırmacılar artan bilya boyutu ile yüzey pürüzlülük değerlerinde azalmanın gerçekleştiğini belirlerken [8, 57, 62], diğer araştırmacılar artan bilya boyutu ile yüzey pürüzlülüğünde artışın meydana geldiğini belirlemişlerdir [54, 72, 73].

Aynı Almen şiddetinde büyük çaplı bilyalar kullanılarak gerçekleştirilen dövme işlemlerinde elde edilen düşük pürüzlülük değerleri Hertz teoremi ile açıklanabilmektedir. Şekil 2.10’ da aynı Almen şiddeti ile farklı boyuttaki iki bilyanın çarptıkları yüzeyde oluşturdukları izin yarıçapı (r) ve derinliği (D) olan iki durum birbiri ile kıyaslanmıştır. Aynı Almen şiddeti ile dövülen yüzeyede büyük bilyanın

oluşturduğu izin yarıçapının daha büyük olduğu (r2 > r1) ve derinliğinin daha küçük

olduğu (D2 < D1) belirlenmiştir [8].

Şekil 2.10. Aynı Almen şiddetinde farklı boyutta bilya kullanımı-hız ilişkisi [8]

• Bilya püskürtme süresinin artması ile artış göstermekte, ancak belirli bir doyum noktasına ulaşıldıktan sonra bariz bir değişim göstermemektedir [68, 74],

• Almen şiddetinin artması ile artış göstermekte [75], bazı araştırmalarda ise azalmaktadır [76],

• Yüzey örtme oranının artması ile artmakta, ancak bir süre sonra sabit değere ulaşmaktadır [72].

Bilyalı dövme sonrası oluşan yüzey pürüzlülükleri (malzeme yüzeyinde oluşan çukur ve tümsekler) çentik etkisi göstermekte çatlak başlangıcı oluşturarak malzemelerin yorulma dayanımına negatif etki ederken [68, 70, 72, 76], yüzey ve yüzey altı tane yapısının küçülmesi ile çatlak ilerlemesini yavaşlatarak malzemenin yorulma dayanımına pozitif etki etmektedir [75, 77]. Bu nedenle literatürde birçok araştırmacı bilyalı dövme sonrası malzemelerin yüzey pürüzlülüğünü incelemiş [8, 35, 54, 78, 79], sonrasında yüzey pürüzlülüğü – yorulma dayanımını ilişkilendirmiş [75, 76] ve optimum bilyalı dövme parametrelerini belirlemişlerdir. Ayrıca kaplama öncesi bilyalı dövülen yüzeylerin pürüzlülüğü kaplamanın adhezyonunun sağlanmasında büyük önem taşımaktadır [57, 80]. Bilyalı dövme sonrası yüzeylerin pürüzlülük değerleri temaslı uçlu profilometre [8, 57, 62, 79, 81], temazsız uçlu optik profilometre [54, 69, 73, 75, 78, 82-85], optik mikroskop [35], atomik kuvvet mikroskobu (AKM) [86] ve optik interferometre [87] yardımı ile belirlenebilmektedir.

2.3.2. Bilyalı dövme sonrası mikroyapı incelemeleri

Bilyalı dövme ile malzemelerin yüzey ve yüzey altı tane yapısı küçülmekte [54, 88- 90], dislokasyon yoğunluğunu arttırmakta [91, 92], faz yapısı değişmekte [92] ve plastik deformasyonlar oluşmaktadır [87]. Tane yapısının küçülmesinde bilyalı dövme parametreleri (Almen şiddeti, bilya boyutu, bilya türü, bilya püskürtme basıncı [35, 57, 58, 62]) etkindir. Bilyalı dövülen malzeme yüzeyine çarpan bilyaların boyutunun ve hızının her bir bilyanın sahip olduğu kinetik enerjinin belirlenmesinde önemlidir. Bu enerji sayesinde tane yapısında küçülme gerçekleştiği ve küçülen tane yapısının etkin olduğu derinliğin arttığı belirlenmiştir [93]. Literatürde tane yapısındaki değişimlerin incelemeleri optik mikroskop [8, 78], SEM [84], yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobisi (TEM) [35, 58, 88, 90, 94, 95], dislokasyon yoğunluğunun belirlenmesinde TEM [35, 96], tane boyutunun belirlenmesinde X ışını difraksiyonu yöntemi (XRD) [35, 42, 97], plastik deformasyonun belirlenmesinde EBSD yöntemi [87, 95] kullanılmaktadır.

2.3.3. Bilyalı dövme sonrası sertlik incelemeleri

Bilyalı dövme ile aşırı plastik deformasyonlar oluşmakta ve tane yapısı küçülmekte böylelikle yüzey ve yüzey altı sertlik değerlerinde artış meydana gelmekte, sertlik değişimi ve etkin olduğu derinlik bilyalı dövme parmetrelerine bağlı değişiklik göstermektedir [8, 34, 58, 91, 96, 98-101]. Bilya boyutunun [8, 101], püskürtme basıncının [34], açısının [34], püskürtme süresinin [34, 91], ortam sıcaklığının [100], Almen şiddetinin [57], yüzey örtme oranının artması [57] ve nozul numune arasındaki mesafenin azalması [34] ile yüzey ve yüzey altı sertlik değerinde artış meydana getirdiği belirlenmiştir. Bilyalı dövme sonrası kesite bağlı sertlik değişimi mikro Vickers yöntemi [8, 58, 78, 89, 100, 101] ve nanoindentasyon yöntemi [35, 54, 87] ile belirlenmektedir.

2.3.4. Bilyalı dövme sonrası kalıntı gerilme incelemeleri

Bilyalı dövme sonrası tane yapısının küçülmesi ve dislokasyon yoğunluğunun artması ile kalınlıtı gerilme değerinde atış gerçekleşmesi literatürde birçok araştırmacı tarafından incelenmiştir [8, 57, 84, 99-103]. Bilyalı dövme parametrelerinin (bilya püskürtme basıncı, bilya boyutu ve türü, sıcaklık) tane yapısının küçülmesinde,

dislokasyon yoğunluğunun, mikro gerilmelerin artmasında ve sertlik değerinin değişmesinde olduğu gibi kalıntı gerilme değeri ve etkin olduğu derinlik üzerine de etkisi vardır [8, 57, 100, 102, 103]. Büyük çaplı bilyalar kullanılarak yüksek Almen şiddetleri ile malzeme yüzeyinin dövülmesi ile yüksek kalıntı gerilme değerlerine ulaşılmıştır [57]. Kalıntı gerilme değerlerinin belirlenmesinde X-ışını difraksiyonu yöntemi (sin2 _{ψ metodu) [42, 58, 62, 87, 89, 100-102, 104, 105], Voigt metodu [103],}

delik delme yöntemi [8, 57, 78], nanoindentasyon yöntemi [35] ve kontur yöntemi [106] kullanılmaktadır.

2.3.5. Bilyalı dövme sonrası yorulma davranışı incelenmesi

Literatürde pek çok araştırmacı bilyalı dövme parametrelerine bağlı olarak malzemelerin yorulma davranışını incelemişlerdir [9, 36, 43, 58, 78, 89, 104, 107- 110]. Literatürde genel olarak;

• Bilyalı dövmede bilya boyutunun artması ile malzeme yüzeyinin daha pürüzlü olduğu, bu pürüzlülüklerin çentik etkisi oluşturarak yüzeyde çatlaklar oluşturduğu ve yorulma ömrünü azalttığı [43],

• Küçük çapta ve hızlı bilyalar ile kalıntı gerilmenin etkin olduğu derinliğin artması ile yorulma çatlaklarının yüzey altında gerçekleştiği [43],

• Farklı Almen şiddeti ile dövülen yüzeylerde artan Almen şiddeti ile pekleşmenin ve kalıntı gerilme değerinin arttığı [57] ve böylece yorulma dayanımının arttığı ancak yüksek Almen şiddetinde bilyalı dövme uygulanması ile pekleşen bölgelerde ayrılma gerçekleşerek çatlak ilerlemesinin kolaylaştığı buna bağlı olarak yorulma dayanımının azaldığı [36, 104, 107-110],

• Şiddetli bilyalı dövme parametreleri kullanarak gerçekleştirilen çalışmalarda, yüksek kinetik enerjili bilyaların malzeme yüzeyinde şiddetli deformasyonlara ve kılcal çatlak oluşumuna neden olduğunu, şiddetli bilyalı dövme sonrası yüzeyde nano taneli yapı oluşması rağmen malzemenin yorulma ömründe artışın sağlanamadığına [58] rastlanmıştır.

2.3.6. Bilyalı dövme sonrası korozyon dayanımı incelenmesi

Bilyalı dövme sonrası nano kristal yapıda yüzeylerin oluşması ile malzemelerin korozyon dayanımı artmaktadır [111]. Porozitesi yüksek malzemelerin bilyalı dövme ile yüzey pürüzlülük değeri azalarak termal oksidasyona uğrayan yüzeylerde termal olarak büyüyen oksit tabakasının alanının düşmesi ile oksidasyon dayanımında artış gerçekleştiği belirlenmiştir [112]. Diğer yandan bilyalı dövme sonrası artan pürüzlülük ile malzemelerin korozyon dayanımında azalma belirlenmiştir [8, 57, 78].

2.3.7. Bilyalı dövme sonrası yüzey ıslatma açısının belirlenmesi

Yüzey ıslatma özellikle biyomalzemelerin yüzeylerinde hücre tutunması ve yüksek biyouyumluluk açısından çok önemlidir. Literatürde sınırlı sayıda araştırmacı bilyalı dövme sonrası yüzey ıslama açısı değerlerini incelemiştir. Bilyalı dövme ile yüzeyin pürüzlenmesi ile yüzey ıslatma değerinde artış meydana geldiğini belirlemişlerdir [57].

2.3.8. Bilyalı dövme sonrası tribolojik davranışın incelenmesi

Literatürde bilyalı dövme sonrası aşınma davranışı sınırlı sayıda araştırmacı tarafından incelenmiş, bilyalı dövme sonrası yüzey ve yüzey altı bölgede tane boyutunun küçülmesi, sertliğin artması, kalıntı gerilme oluşması ile malzemelerde aşınma sonrası kütle kaybının azaldığı, sürtünme katsayı değerinin düştüğü ve buna bağlı olarak aşınma dayanımını arttığı belirlenmiştir [45, 46, 48, 52, 54, 113].

3. TİTANYUM ALAŞIMLARININ BİLYALI DÖVME SONRASI YÜZEY