Genel Sonuçlar ve Öneriler

Bu çalışmada, bütün TM Ti alaşımları için, sıkıştırma sonrası 3.85 g/cm³ ham yoğunluk değeri esas alınmış ve aynı sinterleme koşullarında elde edilen sonuçları aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:

• Tüm alaşımlar için 3,85 g/cm³ ham yoğunluk değerine ulaşılması hedeflenmiş ve bu yoğunluk değeri 4V ve 4V-4Ta alaşımlarında 530 MPa, Ti-6Al-7Nb alaşımında 445 MPa, Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise 490 MPa sıkıştırma basıncı sonrası elde edilmiştir. Sıkıştırma sonrası ham yoğunluk değeri sinterleme sonrası, Ti-6Al-4V ve Ti-5Al–2.5Fe alaşımlarında 3,92 g/cm³ mertebesinde, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında yaklaşık 3,9 g/cm³, Ti-6Al-7Nb alaşımında ise ortalama 3,88 g/cm³ olarak belirlenmiştir.

• Aynı sinterleme koşullarında, Ti-6Al-4V alaşımında sinterleme sonrası yaklaşık % 1.5 oranında yoğunluk artışı ile birlikte numunelerde % 1.5 mertebesinde boyutsal küçülme gözlemlenmiştir. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında ise, ortalama % 0.65 sinterleme sonrası yoğunluk artışı ve buna paralel olarak ortalama % 0.65 boyutsal küçülme gözlemlenmiştir. Ti-6Al-7Nb alaşımında ortalama % 0.4 yoğunluk artışı sağlanırken % 0,55 mertebesinde boyutsal küçülme tespit edilmiştir. Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise, diğer alaşımlara nispeten daha yüksek % yoğunluk artışı ve boyutsal küçülme gözlemlenmiş ve ortalama % 1,85 mertebesinde sinterleme sonrası yoğunluk artışı sağlanırken yaklaşık % 1,9 boyutsal küçülme meydana gelmiştir.

• 4V alaşımında ortalama 400 HV, Ti-5Al-2.5Fe alaşımı 280 HV, Ti-6Al-7Nb alaşımı ise 340 HV mikrosertlik değeri elde edilmiştir. % 4Ta takviye ile imal

edilen Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı 370 HV mikrosertlik değerine sahip, %4Ta ilavesi Ti-6Al-4V alaşımının mikrosertlik değerini yaklaşık % 11 mertebesinde düşürmüştür. 280 HV mikrosertlik değerine sahip Ti-5Al-2.5Fe alaşımının bu alaşımın diğer alaşımlara nispeten daha yumuşak karaktere sahip olduğu görülmüştür.

• TM Ti alaşımlarında elde edilen ortalama eğme dayanımı ve sehim miktarlar sırasıyla, Ti-6Al-4V alaşımı ortalama 1170 MPa eğme dayanımına ve 0,85 mm sehim miktarına, Ti-6Al-7Nb alaşımı 861 MPa eğme dayanımı ve 0,8 mm sehim miktarına, Ti-5Al-2.5Fe alaşımı 985 MPa eğme mukavemetine ve 1.6 mm sehim miktarına, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı ise 960 MPa eğme mukavemetine ve 1.7 mm sehim miktarı ile diğer alaşımlara göre optimum süneklik ve eğme dayanımına sahip olduğu tespit edilmiştir.

• TM Ti alaşımlarında elde edilen ortalama çekme dayanımı ve elastisite modül değerleri sırasıyla, Ti-6Al-4V alaşımında 464 MPa çekme mukavemeti ve 83 MPa elastisite modülü, T-5Al-2.5Fe 581 MPa çekme dayanımı ve 79 MPa elastisite modülü, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında 335 MPa çekme dayanımı ve 58 MPa elastisite modülü, Ti-6Al-7Nb alaşımında ise 415 MPa çekme dayanımı ve 80 MPa elastisite modülü tespit edilmiştir. Çekme dayanımına paralel olarak, Ti-6Al-4V alaşımında

% 4.35 uzama, Ti-5Al-2.5Fe alaşımında % 4.45 uzama, Ti-6Al-7Nb alaşımında % 4.2 uzama ve Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında ise % 3.85 uzama saptanmıştır. Bu değerler birbiri arasında karşılaştırıldığında, Ti-5Al-2.5Fe alaşımı en yüksek çekme dayanımı ve % uzama karakteristiği gösterirken Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı ise en düşük çekme dayanımı ve % uzama değerine sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

• TM Ti alaşımlarının kuru kayma ve hank sıvısı içerisinde aşınma performansları incelenmiştir. Kuru kayma durumunda, Ti-6Al-7Nb alaşımı kuru kayma durumunda 0.063 g. kütle kaybı ile diğer alaşımlara göre en fazla aşınan alaşımdır.

Ti-5Al-2.5Fe alaşımı ise hank sıvısı ortamında 0.226 g. kütle kaybı ile en yoğun aşınan alaşım olarak belirlenmiştir. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı ise, kuru kayma durumunda 0.03 g. ve hank sıvı ortamında 0.137 g. ağırlık kaybı ile diğer alaşımlara göre en az aşınan alaşımdır. Aşınma performansları, alaşımların mikrosertlik değerleri ile paralel karakteristik göstermİştir.

• Aşınma deneyi sırasında dinamik sürtünme katsayısı değerleri sırasıyla, Ti-6Al-4V alaşımında kuru kayma durumunda ortalama 0.48, hank sıvısı ortamında 0.45, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında ortalama 0.63 ve 0.6, Ti-6Al-7Nb alaşımında 0.7 ve 0.52, T-5Al-2.5Fe alaşımında ise 0.62 ve 0.6 olarak ölçülmüştür. Ayrıca, aşınma sonrası Ti-6Al-4V alaşımında Ra değerleri hank sıvısı ortamında 0.7 µm, kuru kayma durumunda 1 µm ve Rt değerleri hank sıvısı ortamında 12 µm, kuru kayma durumunda 14 µm olarak ölçülmüştür. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında Ra değerleri hank sıvısı ve kuru kayma durumunda sırasıyla 0.3 µm ve 1 µm, Rt değerleri 10 µm ve 14 µm, Ti-6Al-7Nb alaşımında hank sıvısı ve kuru kayma durumunda Ra değerleri, 0.8 µm ve 1 µm, Rt değerleri 16 µm ve 14 µm olarak ölçülmüştür. Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise Ra değerleri sırasıyla 0.8 µm ve 1.2 µm, Rt değerleri 16 µm ve 24 µm mertebesinde ölçülmüştür. Burada, Ti-6Al-4V alaşımı en düşük dinamik sürtünme katsayısına, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı ise en düşük yüzey pürüzlülük değerine sahip olduğu saptanmıştır. Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise en yüksek yüzey pürüzlülük değerleri tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülük değerleri, aşınma sırasında oluşan abraziv, erozyon ve adheziv aşınma mekanizmalarının yoğunluğuna paralel karakteristik göstermiştir.

• Ti-6Al-7Nb alaşımı diğer alaşımlara göre düşük eğme dayanımına ve sehim miktarına sahiptir. Bu alaşımın kırık yüzey incelemelerinde, karmaşık şekilli gözenek oluşumu, düşük kütle ve tane sınır difüzyonu ve boyun oluşumundan dolayı diğer alaşımlara nazaran bu sinterleme koşullarının uygun olmadığı tespit edilmiştir. Bu alaşımda, sıklıkla boyun bölgelerinden kopmaların yanı sıra boyun ile birlikte tane içi kırılmaların oluştuğu karmaşık (catastrophic) kırılma tipi gözlemlenmiştir. Bunun temel nedeni, Nb elementinin mukavemeti ve sünekliği arttırması beklenirken niyobyumun yapıda homojen dağılım göstermediğinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı kırık yüzey incelemelerinde, boyun bölgelerinde kırılmaların yoğun olduğu ve tane içi kırılmanın oluşmadığı tamamen sünek bir kırılma tipi gözlemlenmiştir. Bu alaşımda, alaşım elamanları yapıda homojen bir şekilde dağılım göstermiş ve yüksek tane sınır ve kütle difüzyonu ile elverişli sinter boyun oluşumu ve gözeneklerin küreselleşmesi ile sinterlemenin elverişli olduğu saptanmıştır. Ti-5Al–2.5Fe alaşımı kırık yüzeylerinde ise, eğme durumunda elde edilen süneklik

karakteristiği görülmüştür. Bu alaşımda da, alaşım elementlerinin yapıda homojen dağıldığı, gözeneklerin küreselleşmesi, daha yoğun kütle ve sınır difüzyonu ile elverişli sinter boyun oluşumu görülmüştür. Kırılma, sinter boyunlarından kırılma şeklinde oluşmuş ve yapının genelinde sünek kırılma tipi gözlemlenmiştir. Ti-6Al-4V alaşımı kırık yüzey incelemelerinde, yüksek sinter boyun gelişimi gözlemlenmiş ancak mukavemet artarken sünekliğin azaldığı tane içi kırılmaların yoğun bir şekilde oluşması ile tespit edilmiştir. Mukavemetli sinter bağlarının oluşumu ile kırılmalar boyun ile birlikte (sünek) tane içi kırılmaların oluştuğu gevrek kırılma tipinin her ikisi de gözlemlenmiştir.

• Optik mikroskop ve SEM analizleri ile elde edilen mikroyapılarda, bütün alaşımlarda iğnemsi α fazı olarak tanımlanan dönüşmüş β fazı ile birlikte eşeksenli α fazına sahip bir mikroyapı (Widmanstatten) elde edilmiştir. Özellikle, Ti-6Al-4V alaşımında daha ince lamel-iğnemi bir α fazı, Ti-5Al-2.5Fe ve Ti-6Al-4V-4Ta alaşımlarında ise nispeten daha kaba ve dengelenmiş iğnemsi α yapısı ile birlikte eş eksenli α fazından oluşan bir yapı gözlemlenmiştir. Ti-6Al-4V alaşımında daha ince lamel-iğnemi bir α fazı oluşumu eğme durumundaki gevrek kırılganlığı meydana getirmiştir. Ti-6Al-7Nb alaşımında ise, diğer alaşımlara göre daha kaba iğnemsi α yapısı ile birlikte daha büyük eşeksenli α fazından oluşan bir mikroyapı gözlemlenmiştir. Ti-6Al-7Nb alaşımında, karmaşık şekilli ve büyük gözenek oluşumu, düşük tane sınır-kütle difüzyonu tespit edilmiş ve bu sinterleme koşullarının elverişli olmadığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca, EDS analizlerinde, Ti-6Al-7Nb alaşımında Nb elementinin yapı içerinde heterojen olduğu ve diğer alaşımlarda alaşım elementlerinin homojen bir durumda olduğu tespit edilmiştir.

Bu çalışmadan elde edilen verilerin tümü göz önüne alındığında, diğer alaşımlara göre üstün tribolojik davranış ile birlikte düşük elastisite modül ve kabul edilebilir mekanik özelliklere sahip olan Ti-6Al-4V-4Ta alaşımının, toz metalürjisi yöntemi ile üretilebilirliği ortaya konulmuştur. Ayrıca, demir dışı malzemelerin TM yöntemiyle imal edilmesi sırasında daha sonraki çalışmalara katkıda bulunmak için bazı öneriler elde edilmiştir:

• Özellikle Ti esaslı alaşımların imalatında kullanılan kalıpların TiAlN, TiN, AlTiN gibi kaplamalar ile kaplanması, kalıp ve tozlar arasındaki sürtünmeyi en aza indirmekle birlikte parça boyut ve yüzey hassasiyetini iyileştireceği düşünülmektedir.

• TM yöntemiyle imal edilen parçalarda, tribolojik özelliklerin iyileştirilmesi için, buhar menevişi ve sert seramik esaslı kaplamalarla kaplanması ile yüzey sürtünme katsayısının düşürülmesi sağlanarak daha düşük ağırlık kaybı elde edilebilir.

• Düşük elastisite modülüne sahip ve özellikle implant uygulamaları için yeni geliştirilen TNZT ve TMZF alaşımlarının TM yöntemiyle üretilebilirliği araştırılmalıdır.

• Ti’ nin uzay endüstrisinde etkili bir şekilde kullanıldığı göz önüne alındığında, uzay endüstrisinde kullanılan Ti alaşımlarının TM yöntemiyle üretilebilirliği araştırılarak uzay endüstrisinde istenilen özelliklere sahip Ti alaşımının geliştirilmesi sağlanabilir.

• Demir dışı alaşımların imal edilmesinde, CIP-HIP, MIM ve metal matris kompozit yöntemlerinin kullanılması ile tam yoğun parça üretilebilirliği araştırılarak, uzay, uçak ve diğer özel uygulamalarda kullanılacak yeni alaşımların geliştirilebileceği düşünülmektedir.

• Bu çalışma ile, yüksek maliyetlere ithal edilen ve biyouyumlu Ti esaslı malzemelerin laboratuar şartlarında üretilebilirliği görülmüş ve bu sonucun ülkemiz TM endüstrisinde Ti esaslı malzeme üretimine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

• Mekanik özellikleri ve aşınma performansları araştırılan TM Ti alaşımlarının, herhangi bir denek üzerinde biyouyumluluklarının tespit edilmesi ile implant olarak etkili bir şekilde kullanılabilirliği belirlenebilir.