Çekme testi sonucunda, Ti6Al4V ana malzeme en yüksek, en düĢük ve ortalama çekme dayanımı, akma dayanımı ve yüzde uzama miktarı ile lazer kaynaklı Ti6Al4V (A, B ve C) numunelerinin en yüksek, en düĢük ve ortalama çekme dayanımları ve uzama miktarları, Çizelge 6.1‟de verilmiĢ ve ortalama çekme-uzama eğrileri ve çekme grafikleri de ġekil 6.9 ve ġekil 6.10‟ da gösterilmiĢtir.
Çizelge 6.1. Ti6Al4V ana malzeme ve lazer kaynaklı Ti6Al4V (A, B ve C) numunelerinin çekme deney sonuçları.
Deney numunesi Kaynak hızı (cm/dak) Max. Çekme dayanımı (MPa) Min. Çekme dayanımı (MPa) Ort. Çekme dayanımı (MPa) Ort. Akma dayanımı (MPa) Ort. Uzama (%) Ti6Al4V - 1010 990 1000 880 6 A 200 643 639 640 - 3 B 250 818 800 809 - 5 C 300 721 699 710 - 4,5
ġekil 6.9. Deney numunelerinin çekme dayanımı-yüzde uzama eğrileri, a) Ti6Al4V ana malzeme, b) Lazer kaynaklı A, B ve C numuneleri.
ġekil 6.10. Ti6Al4V ana malzeme ve lazer kaynaklı Ti6Al4V (A,B ve C) numunelerinin çekme dayanımı ve yüzde uzama grafikleri.
Çizelge 6.1, ġekil 6.9 ve ġekil 6.10‟ dan görüldüğü gibi, Ti6Al4V ana malzeme çekme dayanımı 1000 MPa, akma dayanımı 880 MPa ve yüzde uzama miktarı ise %
6 olarak belirlenmiĢtir. ġekil 6.9 b‟ deki lazer kaynaklı Ti6Al4V (A, B ve C) numunelerinin ortalama çekme-uzama eğrileri incelendiğinde lazer kaynaklı birleĢtirilen numunelerin her üçü de akma göstermeksizin gevrek bir Ģekilde kopmuĢtur. Tüm lazer kaynaklı birleĢtirilen numunelerin çekme dayanımları Ti6Al4V ana malzemeye kıyasla daha düĢük tespit edilmiĢtir. Benzer Ģekilde, tüm lazer kaynaklı birleĢtirilen numunelerin yüzde uzama miktarları Ti6Al4V ana malzemeye kıyasla daha düĢük olduğu belirlenmiĢtir. Literatür taramalarında rastalanan araĢtırmacılarda lazer kaynaklı titanyum alaĢımlarının çekme dayanımının, titanyum alaĢım ana malzemesinden daha düĢük olduğunu rapor etmiĢtir [170]. Kaynak dikiĢinde oluĢan çöküntüler (underfill), kaynak dikiĢinde oluĢan mikroçatlaklar ve mikroyapısal dönüĢümler kaynaklı bağlantıların mekanik dayanımını düĢüren nedenlerdendir.
En düĢük kaynak hızı olan 200 cm/dk ile birleĢtirilmiĢ A numunesinde, diğer lazer kaynaklı birleĢtirilen numunelere kıyasla daha düĢük olan 640 MPa çekme dayanımı ve %3‟ lük uzama meydana gelmiĢtir. 300 cm/dk kaynak ilerleme hızı ile birleĢtirilen C numunesinin çekme dayanımı ve yüzde uzaması, sırasıyla 710 MPa ve %4,5 olarak belirlenmiĢtir. 250 cm/dk kaynak hızı ile birleĢtirilen B numunesinde ise maksimum çekme dayanımı olan 810MPa ve maksimum yüzde uzama değeri olan % 5‟ lik uzama elde edilmiĢtir. Daha yüksek kaynak hızıyla (250 cm/dk ve 300 cm/dk) birleĢtirilen numuneler veya diğer bir deyiĢle daha düĢük ısı girdisi ile birleĢtirilen numunelere (düĢük kaynak hızında birleĢtirilenlere) göre daha yüksek çekme dayanımı ve uzama gösterdiği görülmektedir. Daha yüksek kaynak hızı nedeniyle daha dar bir kaynak dikiĢi oluĢumu ve mikroyapının daha ince taneli oluĢumu, daha yüksek uzamanın yanı sıra daha yüksek dayanımın nedeni olabileceği düĢünülmektedir.
Kaynak hızının 250 cm/dk‟ dan, 300 cm/dk‟ ya yükselmesiyle çekme dayanımı ve uzama miktarı hafif bir azalma göstermektedir. Artan kaynak hızında, daha düĢük ısı girdisinde, hızlı soğuma hızının kaynak metalinin katılaĢması sırasında daha yüksek sertliğe sahip iğnesel martenzit fazı hacim artıĢına bağlı olarak düĢük sünekliliğe yol açtığı düĢünülmektedir. Genel olarak, tüm lazer kaynaklı Ti6Al4V (A,B ve C)
numuneleri çekme testi sonrası ġekil 6.11‟de gösterildiği gibi kaynak dikiĢi bitiminden kopmuĢtur.
Lazer kaynağının ana metal üzerinde önemli bir etkisi vardır ve genellikle ısıdan etkilenen bölgede ve ergime bölgesinde malzeme mukavemetini azaltır. Benzer Ģekilde Mehrpouya ve ark. [176], lazer kaynaklı NiTi Ģekil hafızalı alaĢımında kırılmanın kaynak bölgesinde meydana geldiğini belirtirken, ana malzeme dayanımının kaynak metalinden neredeyse iki kat daha fazla olduğunu belirtmiĢtir. Ayrıca, kaynakların daha yumuĢak ITAB nedeniyle daha yüksek lazer gücünde baĢarısız olduğunu ve düĢük lazer gücünde yetersiz bağlamanın bir arayüz hatasına neden olduğunu rapor etmiĢlerdir.
ġekil 6.11. Lazer kaynaklı Ti6Al4V numunelerin çekme deneyi sonrası kırılma görüntüsü.
ġekil 6.11‟den görüldüğü gibi çekme testi sonrasında lazer kaynaklı birleĢtirilen numunelerin kopma bölgesinin kaynak dikiĢinin hemen bitiminden yani kaynak metali-ITAB arayüzünden meydana geldiği görülmüĢtür. Çekme testi sonrası lazer kaynaklı birleĢtirilen deney numunelerinin kırılma yüzeyleri SEM ile incelenmiĢtir. Lazer kaynaklı Ti6Al4V (A, B ve C) numunelerinin kırık yüzey görüntüleri, sırasıyla ġekil 6.12, ġekil 6.13 ve ġekil 6.14‟ de gösterilmiĢtir. Ġlaveten, birleĢtirmelerin kırık yüzey SEM görüntüleri üzerinden EDS analizleri de alınarak sonuçlar incelenmiĢtir.
ġekil 6.12. Lazer kaynaklı A Numunesinin kırık yüzey SEM görüntüleri, a) DüĢük büyütme, b) Yüksek büyütme.
ġekil 6.12‟den görüldüğü gibi lazer kaynaklı A numunesi kırık yüzey SEM görüntüsünde yüzeyde düzlemsel mikro çatlak oluĢumu gözlenmiĢtir. Bu mikro çatlaklar deney numunelerinin gevrek kırılma biçiminde kırıldığını göstermektedir. Özellikle Ti6Al4V alaĢım malzeme gibi alfa-beta titanyum alaĢımlarının lazer kaynaklarında hızlı bir katılaĢma meydana gelmesi, kaynak metalinde ve ITAB 'da çatlak riskini artırabilir. Çatlaklar esas olarak yüksek gerilmeye maruz kalan kesme düzlemlerinde meydana gelir. Çatlakların hemen önünde büyük miktarda türemesi meydana gelir [177]. Çatlak oluĢumunun kaynak mukavemetini düĢürmesi beklenir. Kırılma yüzeyleri düĢük büyütme SEM resimlerinden görüldüğü gibi, çekme testi sonrası numunede herhangi bir kesit daralması meydana gelmemesi ve yüksek büyütmedeki klivaj düzlemsel yapılar kırılmanın gevrek bir biçimde meydana geldiğini göstermektedir.
ġekil 6.13. Lazer kaynaklı B numunesinin kırık yüzey SEM görüntüleri, a) DüĢük büyütme, b) Yüksek büyütme, c) 1, 2 ve 3 noktalarından alınan EDS analizi.
ġekil 6.13 a ve b‟ den görüldüğü gibi lazer kaynaklı B numunesi kırık yüzey SEM görüntüsünde yüzeyde klivaj düzlemsel yapıda olması gevrek kırılma biçimine iĢaret etmektedir. Ayrıca ġekil 6.13 b‟ de gösterilen kırık yüzey morfolojisinde α‟ martenzit faz oluĢumları gözlenmiĢtir. Sert yapıda olan bu martenzit yapının da gevrek kırılmada etkin rol oynadığı düĢünülmektedir. ġekil 6.13 c‟ deki EDS analiz sonuçları değerlendirildiğinde, lazer kaynaklı birleĢtirilen B numunesinin kaynak metalinde belirgin bir ana element kaybının olmadığı görülmektedir. Ayrıca kaynak metal yapısında herhangi bir çökelti, inklüzyon vs. oluĢumu meydana gelmediği de görülmektedir.
ġekil 6.14. Lazer kaynaklı C numunesinin kırık yüzey SEM görüntüleri, a) DüĢük büyütme, b) Yüksek büyütme, c) 1, 2 ve 3 noktalarından alınan EDS analizi.
ġekil 6.14 a ve b‟ den görüldüğü gibi, en yüksek kaynak hızı olan 300 cm/dk kaynak hızında birleĢtirilmiĢ C numunesinde artan kaynak ilerleme hızına bağlı daha hızlı soğuma rejiminden dolayı kırılma yüzeyinin daha düzlemsel olduğu görülmüĢtür. Kesit daralmasının meydana gelmemesi kopmanın gevrek kırılma modeli ile oluĢtuğuna iĢaret etmektedir. Kaynak metalinin sertliğinin, daha düĢük hızlarda birleĢtirilen lazer kaynaklı numune sertliklerinden azda olsa daha yüksek bulunması bu sonucu desteklemektedir. Kaynak metalinin kırılma yüzeyleri üzerinde yapılan EDS analizi, belirgin bir ana element kaybının oluĢmamakla birlikte V elementi varlığı EDS grafiğinde pik vermesine rağmen net bir Ģekilde ölçülememiĢtir.