Aşınma Deney Sonuçları

Dört farklı TM Ti alaşımlarının aşınma karakteristikleri, kuru sürtünme durumunda ve vücut sıvısı ile benzeş olan hank sıvısı ortamında belirlenmiştir. Deneylerde kullanılan hank sıvısının kimyasal içeriği: 8 NaCl, 0,4KCl, 0,14 CaCl2, 0,06 MgSO4, 7 H2O, 0,06 NaH2PO4, 2 H2O, 0,35 NaHCO3, 1 Glikoz, 0,6 KH2PO4, 0,1 MgCl2 ve 6 H2O (g/l)’ dir. Adheziv aşınma deneyi sonrası, kuru ve hank sıvısı ortamında elde edilen ağırlık kaybı değerleri Şekil 4.15’ de verilmiştir. Şekil 4.15.’ de görüldüğü gibi, her 2000 turda ve toplam 12000 tur sonrası belirlenen ağırlık kaybına göre, tüm alaşımlar hank sıvısı ortamında daha fazla aşınmıştır. Bunun nedeni, hank sıvısı ortamında yapılan aşınma deneylerinde, kullanılan sıvının kimyasal içeriğinde bulunan MgCl2, CaCl2, KCl ve NaCl bileşiklerinin abraziv ve aşındırıcı etkisi

O rtalama Mikrosertlik Değerleri

0 100 200 300 400 500

Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V-4Ta

Ti-6Al-7Nb Ti-5Al-2.5 Fe

Alaşım Tipi Mikrsosertlik Değeri (HV)

olabileceği literatür çalışmasıyla tespit edilmiş (Aktaş, 1997; Aktaş, 2006, sözlü görüşme). Bir başka raporda, sıvı ile yüzeyler arasında mekanik etkileşim sonrası erozyon aşınmasının etkili olabileceği tespit edilmiştir (Tribology, 2006).

R² = 0,9199

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Tur

Ağırlık kaybı (g)

Ti-6Al-4V-4Ta Ti-6Al-4V Ti-5Al-2.5Fe Ti-6Al-7Nb

(a)

(b)

Şekil 4.15. a) Hank sıvısı ortamında ağırlık kaybı, b) Kuru kayma durumunda ağırlık kaybı

Hank sıvısı ortamında Ti-5Al–2.5Fe alaşımı, 10000 tur kayma mesafesine kadar en düşük ağırlık kaybı karakteristiği göstermiş, ancak 10000 turdan sonra ani ağırlık kaybı gözlemlenmiştir. Ti-6Al-7Nb alaşımı, 2000 tur kayma mesafesine kadar aşırı ağırlık kaybı göstermiş ve 2000 turdan sonra lineer olarak aşınmaya devam etmiştir.

Ti-5Al-2.5Fe ve Ti-6Al-7Nb alaşımlarında oluşan kararsız aşınma performansı Şekil 4.15-b’ de verilen R² değerleri iledaha iyi anlaşılmaktadır. Ti-6Al-4V ve Ti-6Al-4V-4Ta alaşımları ise, homojen bir aşınma karakteristiği göstermiş ve % 4 Ta ilaveli

R² = 0,9992

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Tur

Ağırlık Kaybı (g)

Ti-6Al-4V-4Ta Ti-6Al-4V Ti-5Al-2.5Fe Ti-6Al-7Nb

alaşım Ti-6Al-4V alaşımına göre daha düşük ağırlık kaybı ile daha az aşınmıştır.

Toplam 12000 tur sonrası Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı yaklaşık 0,14 g ağırlık kaybı ile en az aşınan alaşım olarak nitelendirilmiştir. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı ise, 0,226 g toplam ağırlık kaybı ile en fazla aşınan alaşımdır. Kuru kayma durumunda ise, Ti-6Al-7Nb alaşımı lineer aşınma karakteristiği göstermiş ve toplam 12000 tur kayma mesafesinde yaklaşık 0,059 g ağırlık kaybı ile en fazla aşınan alaşımdır. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımıyla Ti-6Al-4V alaşımı benzer aşınma karakteristiği göstermiş ve toplam 12000 turda % 4 Ta ilaveli alaşım yaklaşık 0,027 g ağırlık kaybı ile Ti-6Al-4V alaşımından daha az aşınmıştır. Ti-5Al–2.5Fe alaşımı ise, kuru kayma durumunda düşük performans göstermiştir. Aşınma deneyi sırasında, bütün Ti alaşımlarının dinamik sürtünme katsayıları ve sürtünme kuvveti değerleri anlık olarak ölçülmüş ve her bir alaşımın değerleri hank sıvı ortamında ve kuru kayma durumunda karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Bu durum Şekil 4.16. ve Şekil 4.17.’ de Ti-5Al-2.5Fe alaşımı için verilmiştir.

Şekil 4.16. Ti-5Al-2.5Fe alaşımının dinamik sürtünme katsayısı değerleri

Şekil 4.17. Ti-5Al–2.5Fe alaşımının oluşan sürtünme kuvveti değerleri

Ti-5Al-2.5 Fe Alaşm ı Sürtünm e Katsayısı

0

13:33:36 13:40:48 13:48:00 13:55:12 14:02:24 14:09:36 14:16:48 14:24:00 14:31:12 Süre (s)

Sürtünme Katsayısı

Ti-5Al-2.5Fe Alaşımı Kuru Kayma Durumunda Ti-5Al-2.5Fe Alaşımı Hank Sıvısı Ortamında

Ti-5Al-2.5Fe Alaşımı Sürtünme Kuvveti

Ti-5Al-2.5Fe Alaşımı Hank Sıvısı Ortamında Ti-5Al-2.5Fe Alaşımı Kuru Kayma Durumunda

Süre (s)

Süre (s)

Şekil 4.17.’ de görüldüğü gibi, Ti-5Al–2.5Fe alaşımının sürtünme katsayısı, kuru kayma durumunda 0,3’ den başlayıp 0,6 değerine kadar artan bir şekilde karakteristik göstermiştir. Hank sıvısı ortamında sürtünme katsayısı, yaklaşık 0,6 mertebesinde lineer bir şekilde devam etmiştir. Sürtünme kuvvetleri ise sürtünme katsayısına paralel olarak gözlemlenmiştir. Sürtünme kuvvetleri hank sıvısı ortamında yaklaşık 45-50 N arasında, kuru durumda ise ortalama 35-40 N mertebesinde ölçülmüştür. Bu durum ise, Hank sıvısı içerinde aşınmanın daha fazla olduğunu ispat etmektedir.

Şekil 4.18. ve Şekil 4.19.’ da ise Ti-6Al-7Nb alaşımının sürtünme katsayısı ve oluşan sürtünme kuvvetleri verilmiştir.

Şekil 4.18. Ti-6Al-7Nb alaşımın dinamik sürtünme katsayısı değerleri

Şekil 4.19. Ti-6Al-7Nb alaşımın sürtünme kuvveti değerleri

Ti-6Al-7Nb Alaşımı Sürtünme Katsayısı

0

18:43:12 18:50:24 18:57:36 19:04:48 19:12:00 19:19:12 19:26:24 19:33:36 Süre (s)

Sürtünme Katsayısı

Ti-6Al-7Nb Kuru Kayma Durumunda Ti-6Al-7Nb Hank Sıvısı Ortamında

Ti-6Al-7Nb Alaşımı Sürtünme Kuvveti

Ti-6Al-7Nb Hank Sıvısı Ortamında Ti-6Al-7Nb Kuru Kayma Durumunda

Şekil 4.18. ve Şekil 4.19.’ da görüldüğü gibi, Ti-6Al-7Nb alaşımının hank sıvısı ortamında sürtünme katsayısı 0,5 mertebesinde, kuru kayma durumunda ise 0,38 den başlayarak 12000 tur sonrası ise bu değer 0,7 mertebesine kadar yükselmiştir. Hank sıvısı ortamında sürtünme katsayısı değeri lineer, kuru kayma durumunda ise artan bir şekilde karakteristik göstermiştir. Hank sıvısı ortamında 12000 tur sonrası, Ti-6Al-7Nb alaşımı daha fazla aşınmış ancak homojen sürtünme katsayısı elde edilmiştir. Sürtünme sırasında oluşan kuvvetler, hank sıvısı ortamında yaklaşık 40 N, kuru kayma durumunda yine artan bir karakteristikle yaklaşık 55 N mertebesinde gözlemlenmiştir. Ti-6Al-4V alaşımının dinamik sürtünme katsayısı ve adheziv aşınma sırasında oluşan sürtünme kuvveti değerleri Şekil 4.20. ve Şekil 4.21.’ de verilmiştir.

Şekil 4.20. Ti-6Al-4V alaşımı dinamik sürtünme katsayısı değerleri

Şekil 4.21. Ti-6Al-4V alaşımının sürtünme kuvveti değerleri

Ti-6Al-4V Alaşımı Sürtünme Katsayısı

11:09:36 11:16:48 11:24:00 11:31:12 11:38:24 11:45:36 11:52:48 12:00:00 Zaman (s)

Sürtünme Katsayısı

Ti-6Al-4V Kuru Kayma Durumunda Ti-6Al-4V Hank Sıvısı Ortamında

Ti-6Al-4V Alaşımı Sürtünme Kuvveti

11:09:36 11:16:48 11:24:00 11:31:12 11:38:24 11:45:36 11:52:48 12:00:00 Zaman (s)

Sürtünme Kuvveti (N)

Ti-6Al-4V Hank Sıvısı Ortamında Ti-6Al-4V Kuru Kayma Durumunda Süre (s)

Süre (s)

Ti-6Al-4V alaşımının hank sıvısı ortamında sürtünme katsayısı yaklaşık 0,45–0,5 aralığında, kuru sürtünme durumunda 0,2 den başlayarak toplam 12000 tur sonrası 0,45 mertebesine yükseldiği Şekil 4.20’ de görülmektedir. Diğer alaşımlara benzer olarak hank sıvısı içerisinde homojen sürtünme katsayısı, kuru kayma koşullarında ise artan bir şekilde sürtünme katsayısı ölçülmüştür. Hank sıvı ortamındaki aşınma deneyinde oluşan sürtünme kuvveti yaklaşık 35 N mertebesinde, kuru kayma durumunda ise, 15 N’ dan başlayarak 12000 turda 35 N olarak ölçülmüştür. Bu alaşımda, Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımına nazaran daha düşük sürtünme kuvveti ve katsayısı elde edilmiştir. Ti-6Al-4V alaşımına % 4 Ta’ nın takviyesiyle imal edilen Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının sürtünme katsayısı ve sürtünme kuvveti değerleri Şekil 4.22. ve Şekil 4.23.’ de verilmiştir.

Şekil 4.22. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının dinamik sürtünme katsayısı değerleri

Şekil 4.23. Ti-6Al-4VTa alaşımının oluşan sürtünme kuvveti değerleri

Ti-6Al-4V-4Ta Alaşımı Sürtünme Katsayısı

Ti-6Al-4V-4Ta Kuru Kayma Durumunda Ti-6Al-4V-4Ta Hank Sıvısı Ortamında

Ti-6Al-4V-4Ta Alaşımı Sürtünme Kuvveti

12:00:00 12:14:24 12:28:48 12:43:12 12:57:36 Zaman (s)

Sürtünme Kuvveti (N)

Ti-6Al-4V-4Ta Hank Sıvısı Ortamında Ti-6Al-4V-4Ta Kuru Kayma Durumuında Süre (s)

Süre (s)

Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının hank sıvısı ortamında sürtünme katsayısı değeri, yaklaşık 0,6 mertebesinde homojen bir durumda, kuru kayma şartlarında ise 0,15 değerinden başlayıp 12000 turda 0,6 mertebesine kadar yükselen bir karakterde olduğu Şekil 4.22’ de görülmektedir. Özellikle 10000 turdan sonraki ölçümlerde sürtünme katsayısı ve sürtünme kuvveti değerlerindeki düşüş Şekil 4.24’de gözlemlenmiştir.

Bu ise, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının uzun süreli kullanımlarda sürtünme kuvveti ve katsayısı değerinin bir miktar düşebileceğini göstermektedir. Hank sıvılı ortamda yapılan aşınma deneyinde sürtünme kuvveti 40-45 N mertebesinde, kuru kayma durumunda ise 10 N’ dan başlayarak 12000 tur sonrası 40-45 N mertebesinde ölçülmüştür. Aşınma öncesi ve sonrası Ra ve Rt yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüş ve bu değerler Şekil 4.24. ve Şekil 4.25.’ de verilmiştir.

Şekil 4.24. Alaşımların hank sıvısı ortamında ve kuru kayma durumunda aşınma öncesi ve sonrası Ra değerleri

Şekil 4.25. Alaşımların hank sıvısı ortamında ve kuru kayma durumunda aşınma öncesi ve sonrası Rt değerleri

0

Kuru Kayma Durumuda Aşınma Öncesi Ra Değerleri Kuru Kayma Durumda Aşınma Sonrası Ra Değerleri Hank Sıvısı Ortamında Aşınma Öncesi Ra Değerleri Hank Sıvısı Ortamında Aşınma Sonrası Ra Değerleri

0

Kuru Kayma Durumunda Aşınma Öncesi Rt Değerleri Kuru Kayma Durumunda Aşınma Sonrası Rt Değerleri Hank Sıvısı Ortamında Aşınma Öncesi Rt Değerleri Hank Sıvısı Ortamında Aşınma Sonrası Rt Değerleri

Şekil 4.24.’ de görüldüğü gibi, hank sıvısı ortamında aşınma deneyi sonrası, minimum yüzey pürüzlülük değeri olarak tanımlanan Ra değeri, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında 0,3 µm ve T-6Al-4V alaşımında ise 0,65 µm mertebesinde ölçülmüştür.

Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımları ise benzeş karakteristik göstermiş olup 0,8 µm mertebesinde Ra değerine sahiptirler. Kuru kayma şartlarında ise, 6Al-4V, Ti-6Al-4V-4Ta ve Ti-6Al-7Nb alaşımları benzeş durumda ve yaklaşık 1 µm Ra değerine sahip olduğu görülmektedir. Ti-5Al-2.5Fe alaşımının Ra değeri diğer alaşımlara nazaran yüksek olup 1,2 µm ölçülmüştür. Şekil 4.25’ de verilen Rt değerleri ise ölçülen maksimum yüzey pürüzlülük değerleridir. Kuru kayma durumunda, Rt değerleri Ra değerleri ile paralel olarak Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-4Ta ve Ti-6Al-7Nb alaşımları yaklaşık 14 µm, Ti-5Al-2.5Fe alaşımının ise 24 µm mertebesinde ölçülmüştür. Hank sıvısı ortamında yapılan aşınma deneyi sonrası elde edilen Rt değerleri, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında 10 µm, Ti-6Al-4V alaşımında 12 µm olarak ölçülmüştür. Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al–2.5Fe alaşımları ise benzeş karakteristik göstermiş olup yaklaşık 16 µm Rt değerine sahiptirler. Bu durumda maksimum yüzey pürüzlülük değeri Rt, % 4 Ta takviyeli alaşımda oldukça düşük ve Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al–2.5Fe alaşımlarında ise daha yüksek değerde olduğu görülmektedir.