Eğme Kırık Yüzeyi SEM ve EDS Analizi

Eğme deneylerinde, sehim miktarı sünekliliği ifade etmektedir. Ancak sünek ve gevrek yapının daha iyi anlaşılabilmesi için herbir TM alaşımının kırık yüzeyi metalografik çalışmalarla karakterize edilmiştir. Bu karakterizasyon, dört farklı TM Ti alaşımlarının eğme numunelerinin kırık yüzeyi karakterizasyonu, oluşan kırığın tipi, partiküller arası oluşan boyun mekanizmasının yoğunluğu, partikül bağları ve partikül içi kırılmaların oluşup oluşmadığının araştırılması ile yapılmıştır. Ayrıca, kırık yüzeyinde yapılan EDS analizleri ile alaşım elamanlarının homojen dağılımı tespit edilmiştir. Her bir alaşımın kırık yüzeylerinin makro görüntüsü Şekil 4.30’ da verilmiştir.

Şekil 4.30. Kırık yüzeyleri makro görüntüsü (a) Ti-6Al-4V, (b) Ti-6Al-4V-4Ta, (c) Ti-6Al-7Nb, (d) Ti-5Al-2.5Fe

Şekil 4.30 incelendiğinde, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı diğer üç alaşıma nispeten sünek kırılma karakteristiği göstermiş ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımı ise 4V ve Ti-6Al-7Nb alaşımlarına göre daha sünek karaktere sahip olduğu görülmektedir. Ti-6Al-4V ve 6Al-7Nb alaşımları ise düz bir kırılma yüzeyi ile gevrek yapıya sahiptir. Ti-6Al-4V-4Ta ve Ti-5Al-2.5 alaşımlarının kırık yüzeyleri kademeli bir şekilde oluşmuş ve bu ise sünek kırılganlığı ifade etmektedir. Bu yüzeyler, eğme deneyi sırasında elde edilen sehim değerlerini doğrulamaktadır. Ancak, numuneleri daha iyi karakterize edebilmek için SEM analizi yapılmış ve Ti-6Al-4V alaşımının mikro kırık yüzey incelemesi Şekil 4.31.’ de verilmiştir.

a b c d

10 mm

(a)

(b)

Şekil 4.31. Ti-6Al-4V eğme numunesinde oluşan kırık yüzeyi SEM görüntüsü

Şekil 4.31.’ de görüldüğü gibi, Ti-6Al-4V alaşımında A bölgesinde tamamen tanenin kırılması ile gevrek kırılma, B de ise bağlarla birlikte tane içi kırılmalar gözlemlenmiştir. Bu ise, sinterleme ile gelişen boyun mekanizmasının mukavemetli olduğunu ancak mukavemet artarken sünekliğin azaldığını tespit etmiştir. Şekil 4.32.’ de Ti-6Al-4V sinter boyun gelişimi verilmiştir.

A

B

Şekil 4.32. Ti-6Al-4V alaşımında sinter boyun gelişimi

Sinterleme sonrası boyun mekanizması yoğun bir şekilde gelişmiş ancak A bölgelerinde görüldüğü gibi boyun ile birlikte partikül içi kırılma meydana gelmiştir.

B bölgesindeki gözeneklerin küresel olması da, sinterleme sırasında kütle ve tane sınır difüzyonunun elverişli olduğunu göstermektedir. Şekil 4.33.’ de ise Ti-6Al-4V alaşımının kırık yüzey bölgesinde element dağılımı verilmiştir.

Şekil 4. 33. Ti-6Al-4V alaşımı kırık yüzeyi EDS analizi

Element Ağırlık% Atomik%

Al 3.78 6.54 Ti 91.90 89.51 V 4.32 3.95 Toplam 100.00

A A

A B

B

Boyun çapı

Ti-6Al-4V kırık yüzeyi bölgesinde, Ti temel alaşıma ilave edilen Al ve V elementlerin % ağırlık miktarlarının homojen olduğu görülmektedir. Şekil 4.34.’ de Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı kırık yüzeyleri SEM fotoğrafı verilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 4.34. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı eğme numunesinde oluşan kırık yüzeyi SEM görüntüsü

Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında A alanlarında görüldüğü gibi, partikül boyun bölgelerinde kırılma yoğunlaşmış ve partikül içi kırılmalara nadiren rastlanmıştır. Bu alaşımda, partikül boyun mekanizmaları gelişmiş ancak boyun bölgelerinin kırılması sonucu

A

A

A

sünek davranış göstermiştir. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında sinterleme sonrası gelişen boyun mekanizması ve boyun bölgelerindeki kırılmalar Şekil 4.35.’ de verilmiştir.

Şekil 4.35. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı sinter boyun gelişimi

Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında Ti-6Al-4V alaşımına benzer olarak boyun mekanizması gelişmiş ancak A alanlarında görüldüğü gibi kırılma sırasında düşük mukavemet göstererek boyun bölgelerinden kopmuştur. B bölgesinde gözenek yapısının küresel olduğu görülmekte ve sinterlemenin elverişli olduğunun kanısına varılmıştır. Tane içi kırılma daha az gözlemlenmiştir. Dolayısıyla Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı diğer alaşımlara nispeten daha sünek bir şekilde kırılmıştır. Şekil 4.36.’ da bu alaşımın kırık yüzey EDS analizi verilmiştir.

Şekil 4.36. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı kırık yüzeyi EDS analizi

Element Ağırlık% Atomik%

Al 6.51 11.44

Ti 84.91 84.02

V 3.42 3.19 Ta 5.15 1.35 Toplam 100.00

A A

B

Boyun çapı

Ti-6Al-4V-Ta kırık yüzeyi bölgesinde, Ti temel alaşıma ilave edilen Al, V ve Ta elementlerin % ağırlık miktarlarının homojen olduğu görülmektedir. % 4 ilave edilen Ta elementi, bu bölgede yoğunlaşmış ve % 5.15 mertebesinde gözlemlenmiştir. Şekil 4.37.’ de Ti-6Al-7Nb alaşımı kırık yüzeyleri SEM fotoğrafı verilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 4.37. Ti-6Al-7Nb alaşımı eğme numunesinde oluşan kırık yüzeyi SEM

A

C

B

B

B

Ti-6Al-7Nb alaşımında gevrek ve sünek kırılma tiplerinin birlikte oluştuğu karmaşık (catastrophic) bir kırılma tipi meydana gelmiştir. Zayıf sinter boyun mekanizması oluşmuş ve tane sınırlarında ayrılma gözlemlenmiştir. B alanlarında, nispeten sünek kırılma ve C bölgesinde ise gevrek kırılma tipi görülmektedir. Mikroyapıda büyük ve küresel olmayan gözeneklerin oluşmasıyla birlikte zayıf sinter boyun oluşumu, A bölgelerinde görülen Nb elementinin homojen olmadığı, Nb yığılmalarından oluşan iri taneli yapının oluşumu ve tane sınırlarından ayrılmalarının oluşması gibi faktörlerden dolayı, Ti-6Al-7Nb alaşımında sünek ve gevrek kırılmanın birlikte oluştuğu karmaşık kırılma tipi meydana gelmiştir. Şekil 4.38.’ de Ti-6Al-7Nb alaşımında sinterleme sonrası oluşan boyun mekanizması verilmektedir.

Şekil 4.38. Ti-6Al-7Nb alaşımı sinter boyun gelişimi

A bölgesinde sinter boyun mekanizmasının gelişmediği ve B bölgesinde ise zayıf sinter bağ oluşumu görülmektedir. A bölgesinde gözenek yapısının küresel olmaması sinterleme sırasında kütle ve tane sınır difüzyonunun elverişli olmadığını ifade etmektedir. Sinterleme sonrası düşük yoğunluk artışı da, sinterlemenin etkili olmadığının bir tespiti olmuştur. Bundan dolayı, Ti-6Al-7Nb alaşımı düşük mukavemet ve süneklik karakteristiği göstermiştir. Şekil 4.39’ da, Ti-6Al-7Nb için Şekil 4.37.-a’ da verilen A alanındaki iri taneli yapının EDS analizi ve Şekil 4.40.’ da ise genel yapının EDS analizi verilmiştir.

B A

Boyun çapı

Şekil 4.39. Ti-6Al-7Nb alaşımı kırık yüzeyindeki iri taneli yapının EDS analizi

Şekil 4.40. Ti-6Al-7Nb alaşımı kırık yüzeyi genel yapının EDS analizi

Element Ağırlık% Atomik%

Al K 2.93 6.55 Ti K 50.08 62.98 Nb L 46.99 30.47 Toolam 100.00

Element Ağırlık% Atomik%

Al K 5.14 9.10 Ti K 87.45 87.10 Nb L 7.40 3.80 Toplam 100.00

Şekil 4.39.’ da kırılmanın temelini teşkil eden iri taneli yapıda, alaşıma % 7 oranında ilave edilen Nb elementinin, bu bölgede % 49 mertebesinde yoğunlaştığı görülmektedir. Bu ise, bazı bölgelerde Nb elementinin tamamen çözünmediğini ve homojen dağılım göstermediğini ortaya koymaktadır. Nb’ nin mukavemet ve sünekliği arttırması beklenirken, yapıda heterojen dağılımından dolayı düşük mukavemet ve düşük sünekliğe neden olmuştur. Şekil 4.40’ da ise, genel yapıda Nb alaşımı % 7,4 oranında dağılım göstermektedir. Şekil 4.41.’ de Ti-5Al-2.5Fe alaşımının kırık yüzey SEM analizi verilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 4.41. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı eğme numunesinde oluşan kırık yüzeyi SEM görüntüsü

A A

A

B A

Ti-5Al–2.5Fe alaşımında, boyun mekanizmalarından kırılmanın yoğunlaştığı sünek kırılma tipi Şekil 4.41.’ de görülmektedir. A bölgeleri tamamen sünek kırılmanın gerçekleştiği alanlardır. Bu alaşımda sinter boyun gelişiminin ve kütle-tane sınır difüzyonunun çok daha fazla olduğu B bölgesinde belirgin bir şekilde görülmektedir.

Şekil 4.42. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı sinter boyun gelişimi

Şekil 4.42.’ de, Ti-5Al-2.5Fe alaşımında sinter boyun mekanizması gelişiminin daha iyi olduğu ve A bölgesinin tamamen boyun mekanizmalarını içerdiği gözlemlenmektedir. Bu alaşımda, B bölgesindeki gözeneklerin küresel olması sinterlemenin ve boyun gelişimin elverişli olduğunu göstermektedir. Şekil 4.43’ de Ti-5Al-2.5Fe alaşımı için, EDS analizi verilmiştir.

Şekil 4.43. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı kırık yüzeyi EDS analizi

Element Ağırlık% Atomik%

Al K 4.14 7.14 Ti K 93.94 91.26 Fe K 1.92 1.60 Toplam 100.00

A

B B

Boyun çapı

Ti-5Al–2.5Fe alaşımın kırık yüzeyinde, elementlerin dağılımın homojen olduğu görülmektedir.

Genel kapsamda, eğme mukavemeti-sehim miktarları ile numunelerin kırık yüzeyleri karşılaştırıldığında, en düşük mukavemet ve sehim miktarına sahip Ti-6Al-7Nb alaşımında daha zayıf boyun gelişimi gözlemlenmiştir. Nb elementinin mukavemet ve süneklik arttırması beklenirken, yapıda heterojen dağılımı ve zayıf boyun gelişiminden dolayı, Ti-6Al-7Nb alaşımında gevrek ve sünek kırılmanın birlikte oluştuğu karmaşık kırılma gözlemlenmiştir. Ti-6Al-4V alaşımında ise yüksek eğme mukavemeti ancak düşük sehim miktarı, daha çok tane içi kırılmanın gözlemlenmesi ile gevrek bir karaktere sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Şekil 4.10.’ da verilmiş olan ve yüksek sehim miktarlarına sahip Ti-5Al-2.5Fe ve Ti-6Al-4V-4Ta alaşımlarında ise, diğer alaşımlara nispeten yoğun bir şekilde boyun gelişimi ve gözeneklerin küreselleşmesi ile sünek kırılma tipi gözlemlenmiştir. Bu alaşımlarda, SEM analizleri sonrası sinterleme sırasında kütle-tane difüzyonunun ve sinter boyun mekanizmalarının elverişli bir şekilde geliştiği tespit edilmiştir. Metalografik bulgular ile eğme deneylerinden elde edilen sayısal veriler belirgin bir durumda örtüşmektedir. Ti-6Al-4V alaşımına % 4Ta ilavesi ile eğme durumunda süneklikte belirgin bir artış sağlanmıştır.