Ekipman ve Sarf Malzemeleri

Çalışmadaki tüm testlerde numune olarak 43 mm uzunluğunda ve 5 mm çapında Inconel 718 süperalaşımından üretilmiş yüksek basınç türbin (High Pressure Turbine – HPT) bağlantı cıvatası kullanılmıştır. Kullanılan numunenin teknik resmi Şekil 4.1.’de verilmektedir.

Şekil 4.1. Inconel 718 HPT bağlantı cıvatası

Deneylerde ham haldeki malzemeden standart bir silindirik çubuk ya da tabaka formunda numune kullanılmamasının nedeni, çalışılan malzemenin Inconel 718 gibi sanayinin sadece belirli alanlarında ihtiyaç duyulan ve bu sebeple bulunma zorluğu yaşanan bir alaşım olmasıdır. Bununla birlikte, kullanılan numunenin gerçek bir uçak motor parçası olması çalışma ortamının daha iyi simule edilerek ideal değil gerçek sonuçlara daha yakın değerler elde edilebilmesi bakımından önem taşımaktadır.

Şekil 4.2.’de görüldüğü üzere numunelerin kaynaklanması işleminde Hobart marka otomatik TIG kaynak cihazı kullanılmıştır. İşlem sırasında cihaz 18,4 amper akım, 0,18 mm/s (0,69 devir/dakika) ilerleme hızı ile çalışmaktadır.

Cihaz voltajı 8,8-9,6 V arası olup değerine kaynak işlemi boyunca cihaz tarafından karar verilmektedir. Argon gazı akış debisi ise 19 lt/dk olarak belirlenmiştir.

Şekil 4.2. Inconel 718 cıvataya TIG kaynağının uygulanması

Kaynak işlemi sırasında doğru akım kullanılarak elektrot negatif kutuplama yapılmış böylece ısı akısının büyük miktarının iş parçasına aktarılması sağlanarak daha kontrollü bir kaynak işlemi ve daha küçük bir kaynak bölgesi elde edilmiştir.

Şekil 4.3. Çentik darbe deneyi öncesi kaynaklı numunelerin son hali

Numuneler üzerine açılan çentikler ise darbe deneyinde oluşacak kırılma hattına paralel olacak şekilde 1 mm derinlikte 0,30 mm standart bakır elektrot kullanılarak

EDM cihazında açılmıştır. Çentiğin numune üzerindeki kaynak bölgesinin tam ortasına açılmasına özen gösterilmiştir. TIG kaynağı uygulanmış ve EDM çentiği açılmış deney numunesi Şekil 4.3’ de gösterilmektedir. Cıvatanın kafa kısmı darbe cihazının çenesine bağlama zorluğu bulunduğundan deney sırasında demonte edilmiştir.

Deney parçalarının ısıtılmasında Heraus MR-170 mini tip laboratuvar fırını kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında, öncelikle bir numunenin fırından alınarak darbe cihazının çeneleri arasında bağlanması ve cihazın çalıştırılması için gereken süre kronometre ile 20 saniye olarak ölçülmüştür. Bu işlemin ardından, fırından çıkarılan parçaların bu süre içerisinde ne kadar sıcaklık düşüşü gerçekleştirdiği termokupl ile ölçülmüş sonuç olarak fırın sıcaklıkları 790^oC ve 550^oC olarak tayin edilmiştir.

Numuneler darbe cihazına bağlanmadan önce bu sıcaklıklarda 45 dakika ısıtılmıştır. Isıtma süresi olarak 45 dakika gibi görece uzun bir aralık seçilmesinin nedeni ise parçaların darbe testi öncesi kesitin ön görülen aynı sıcaklığa gelmesinin sağlanmak istenmesidir.

Çentik darbe deneyinde amaç, malzemenin bünyesinde muhtemelen bulunacak bir gerilim konsantrasyonunun (gerilim birikiminin) darbe esnasında çentik tabanında suni olarak teşkil ettirilip, malzemenin bu durumda dinamik zorlamalara karşı göstereceği direnci tayin etmektir. Gri dökme demir numunelerinde, malzemenin bünyesindeki grafit parçacıkları çentik gibi etki yapacaklarından, ayrıca çentik açmağa lüzum yoktur.

Çentikli bir numune zorlandığı zaman, çentiğin tabanına dik bir gerilim meydana gelir. Kırılmanın başlaması, bu gerilimin etkisi ile olur. Numunenin kırılabilmesi için bu dik (normal) gerilimin, kristalleri bir arada tutan veya kristallerin kaymasına karşı koyan kohezif dayanımdan fazla olması gerekir.

Numune, plastik biçim değiştirmeğe fırsat bulamadan bu hal meydana gelirse, buna gevrek kırılma denir. Burada kırılan yüzey, düz bir ayrılma yüzeyidir. Standart bir Charpy çentik darbe deney düzeneği Şekil 4.4.’te şematik olarak gösterilmektedir.

Şekil 4.4.Charpy çentik darbe deney düzeneği şematik gösterim

Deney esnasında, numune kırılmadan önce çoğu zaman plastik biçim değiştirme meydana gelir. Uygulanan kuvvet etkisi ile normal gerilmeye ilaveten, bununla yaklaşık olarak 45° farklı bir kayma gerilme etki etmeğe başlar. Kayma gerilmesi, kayma dayanımını (kritik kayma gerilimi) aştığı an, elastik özellik sona erer ve plastik biçim değiştirme başlar. Bu durumda önce plastik biçim değiştirme, daha sonra kırılma meydana gelir. Buna sünek kırılma hali denir ve kırılma yüzeyi girintili çıkıntılı bir görünüştedir. Darbe direnci (kg-m) veya (kg-m/cm²) cinsinden ifade edilmektedir.

Inconel 718 numunelerin kırılmasında kullanılan cihazın teknik özellikleri ve kapasitesi Çizelge 4.1.’de ayrıntılı olarak verilmektedir. Bu deney tamamen ampirik olduğu ve şartlar değiştikçe malzeme farklı özellik gösterdiği için numunelerin cihaza uygun bir şekilde yerleştirilmesi, doğru sonuç alma yönünden önemlidir.

Çizelge 4.1. Çentik darbe cihazının teknik özellikleri Sarkacın maksimum darbe enerjisi 300 Joule

Sarkaç Düşme Açısı 135^o

Inconel 718’in başlıca kullanım alanının neden havacılık endüstrisi olduğu ve bu alaşıma en sık uygulanan TIG kaynağının özellikleri sırası ile birinci ve ikinci bölümlerde anlatılmaktadır. Kaynak sonrası nikel esaslı alaşımlarda mekanik

özelliklerin değişiminde karşılaşılan en büyük sorunlardan birisi kırılganlık olmaktadır.

Kaynaklı malzemeler özellikle darbeli yükler altında gevrek kırılma davranışı sergilemektedirler (Coi, et al., 2007).

Şekil 4.5. Darbe deneyinde kullanılan Losenhausenwerk marka çentik-darbe cihazı

Yapılan bu çalışmada, süperalaşımların kaynak edilebilirlik özelliği ile farklı kritik sıcaklık ve yükler altındaki davranışları göz önünde bulundurularak Inconel 718’in çentik darbe deneyinin kaynaklı ve kaynaksız numuneler üzerinde üç farklı sıcaklık için gerçekleştirilmesine karar verilmiştir. Çentik darbe deneyi sonrası numuneler bir seri işlemden geçirilerek mikroyapı analizi için hazırlanılmışlardır.

Kullanılan cihaz ve uygulanan işlemler aşağıdaki gibidir;

Kesme: Struers Secotom 10 hassas kesme cihazı. İnce Al₂O₃ disk ile 1800 rpm dönme ve 0,05 mm/s ilerleme hızı.

Kalıplama: Buehler Simplimet 2000 sıcak kalıplama cihazı, bakalit tozu.

Zımparalama: Buehler Phoenix 4000 otomatik zımparalama ve parlatma cihazı.

200/ 500 / 1200 / 2500 grit SiC zımparalama.

Parlatma: ATM otomatik zımparalama ve parlatma cihazı. 0,05µm Al₂O₃ sulu süspansiyon.

Dağlama: Buehler Electromet elektrolitik parlatma ve dağlama cihazı. % 10 kromik asit sulu çözelti, 6 volt 15 saniye elektrolitik dağlama.

Optik mikroskop inceleme: Nikon optiphot 100 yansımalı 15 – 500x büyütme aralığında optik mikroskop.

Elektron mikroskop incelemesi: Leo S-440 taramalı elektron mikroskop ve beraberinde çalışan Oxford Instruments EDX ünitesi.

Mikro sertlik incelemesi: 300 g yük elmas piramit uç ile yapılan ölçümlerden elde edilen veriler literatürdeki kullanım sıklığı nedeniyle Vickers (HV300) biriminden Rockwell C’ e (HRC) çevrilmiştir.