Mikro Yapı ve Optik-SEM Mikroskop İncelemeleri

TM Ti alaşımlarının mikroyapı analizlerinde, gözenek dağılımı ve büyüklüğü, α/β dönüşüm miktarı ve Widmanstatten yapının oluşup oluşmadığı incelenmiştir. Ti-6Al-4V alaşımı içyapı incelemesi Şekil 4.44.’ de verilmiştir.

Şekil 4.44. Ti-6Al-4V alaşımı mikroyapısı

Ti-6Al-4V alaşımında, arzu edilen α/β dönüşümü ve Widmanstatten yapının oldukça elverişli bir şekilde oluştuğu görülmektedir. B bölgelerinde dönüşmüş β fazı, A bölgelerinde ise eş eksenli α fazının oluşumu yoğunlaşmıştır. Ancak, Ti-6Al-4V alaşımının genelinde, iğnemsi α faz dönüşümü (dönüşmüş β) yoğunlaşmış ve bu yapı içerisinde nadiren eş eksenli α fazı gözlemlenmiştir. Lamel yapının yoğunluğu, eğme durumunda kırılganlığın temelini teşkil etmektedir. Gözeneklerin daha çok küresel durumda olduğu görülmekte olup, diğer alaşımlara nispeten daha az gözenek oluşumundan dolayı elde edilen mukavemet değerleri ile uyum sağlamaktadır.

B B

A

A

B

Eş eksenli α fazı

50µm

50µm

Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında, eşeksenli α fazı ve kaba taneli bir durumda lamel β fazına dönüşmüş bir yapı elde edilmiştir. Ti-6Al-4V alaşımına nispeten daha büyük iğnesi α şeklinde gelişen dönüşmüş β fazı, A bölgelerinde görülmektedir. Daha iri taneli dönüşmüş β fazı ile birlikte küresel şekilli ancak nispeten büyük gözenekli yapıya sahip olduğu Şekil 4.45.’ de görülmektedir. Şekil 4.46’ da Ti-6Al-7Nb alaşımının mikroyapısı verilmiştir.

Şekil 4.46. Ti-6Al-7Nb alaşımı mikroyapısı

Ti-6Al-7Nb alaşımında, daha büyük ve küresel olmayan gözeneklerin oluştuğu belirgin bir şekilde Şekil 4.46.’ da görülmektedir. Diğer alaşımlara nispeten daha az ve ince lamel dönüşmüş β fazı ile birlikte eş eksenli α fazı daha sık bir durumda görülmektedir. Taneler arasında küresel olmayan gözeneklerle sinterleme sırasında daha az kütle ve tane sınır difüzyon oluşumu tespit edilmiş ve sinterlemenin diğer alaşımlara nispeten elverişsiz olduğu görülmektedir. Diğer alaşımlara nispeten tespit edilen düşük sinter boyun gelişimi ve gözenekli yapı ile optik görüntüler arasında belirgin bir uyumluluk vardır.

Şekil 4.47. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı mikroyapısı Eş eksenli

α fazı

B

A

50µm

50µm

Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise, gözeneklerin küresel olduğu ve yapının genelinde Widmanstatten yapının daha etkili bir şekilde oluştuğu Şekil 4.47.’ de görülmektedir.

Bu alaşımda, çoğunlukla dengelenmiş iğnemsi α fazı olarak bilinen lamel β fazına dönüşüm ve nadiren eşeksenli α fazı A bölgesinde görülmektedir. Gözeneklerin küresel olması, difüzyonun daha iyi olduğunu ve sinterlemenin de elverişli olduğunu göstermektedir.

Optik mikroskopta incelemelerin yanı sıra mikroyapıları ve gözenek oluşumunu daha iyi anlayabilmek için, numunelerde SEM-EDS analizleri yapılmıştır. Şekil 4.48.’ de Ti-5Al-2.5Fe alaşımı için verilmiştir.

Şekil 4.48. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı mikroyapı SEM incelemesi

Ti-5Al-2.5Fe alaşımında gözenek oluşumu, tanelerin birleştiği bölgelerde oldukça elverişli bir şekilde gelişmiş ve gözenek boyutunun yaklaşık 10 µm büyüklüğünde olduğu A bölgesinde görülmektedir. Mikroyapı dönüşümü, yaklaşık 6 µm genişliğinde ve 10-20 µm aralığında uzunluğa sahip iğnemsi α fazı ile birlikte nadiren eş eksenli α fazı ve tane sınırlarına yerleşen ince β fazı şekilde gelişmiştir.

Gözenek

A

Ti-5Al-2.5Fe alaşımının homojen olduğu Şekil 4.49.’ da verilen EDS analizlerinde görülmektedir.

Şekil 4.49. Ti-5Al-2.5Fe alaşımı parlatılmış yüzeylerde EDS analizi

Şekil 4.50. Ti-6Al-7Nb alaşımı mikro yapı SEM incelemesi

Element Ağırlık % Atomik % Al K 5.35 6.48 Ti K 92.26 91.45 Fe K 2.39 2.07 Toplam 100.00

A

Şekil 4.51. Ti-6Al-7Nb alaşımı mikroyapı SEM incelemesi

Şekil 4.50. incelendiğinde, Ti-6Al-7Nb alaşımında gözenek oluşumu, oldukça karmaşık bir şekilde gelişmiş ve ortalama 30-50 µm aralığındaki büyüklüğe sahip olduğu A bölgelerinde görülmektedir. Widmanstatten yapı dönüşümü oldukça büyük lamel şeklinde gerçekleşmiştir. Nb elementinin yapı içerisinde heterojen durumda olduğu Şekil 4.51.’ de görülmektedir. Bu durum Şekil 4.52.’ de verilen EDS analizi ile daha net bir şekilde ifade edilmiştir.

Nb

l i

Element Ağırlık % Atomik %

Ti K 2.22 4.21 Nb L 97.78 95.79

Şekil 4.53. Ti-6Al-4V alaşımı mikroyapı SEM incelemesi

Ti-6Al-4V alaşımında gözeneklerin küreselleşmesi ile birlikte Widmanstatten yapı dönüşümü Şekil 4.53.’ de görülmektedir. Widmanstatten yapı, yaklaşık 5-10 µm kalınlığında ve 40-50 µm aralığında iğnemsi α fazı şeklinde oluşmuştur. Diğer alaşımlara göre daha ince ve uzun lamel yapı gözlemlenmiştir. Gözenekleri ise, 10-15 µm büyüklüğünde olduğu görülmektedir. Bu alaşımda, alaşım elemanları yapı içerinde homojen dağılım göstermiş ve bu durum Şekil 4.54.’ de verilmiştir.

Şekil 4.54. Ti-6Al-4V alaşımı parlatılmış yüzeylerde EDS analizi

Element Ağırlık % Atomik % Al K 5.6 7.90 Ti K 90.81 89.19 V K 3.59 2.90 Toplam 100.00

Şekil 4.55. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı mikroyapı SEM analizi

Şekil 4.56. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı parlatılmış yüzeylerde EDS analizi

Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında gözenekler küreselleşmiş ancak Ti-6Al-4V alaşımına göre daha büyük boyutta olduğu Şekil 4.55.’ de görülmektedir. Widmanstatten yapı, kalınlığı yaklaşık 8-15 µm, uzunluğu 20-30 µm mertebesinde lamel şeklinde ve nadiren eş eksenli α fazı oluşumu gözlemlenmektedir. Bu alaşımda, alaşım

Element Ağırlık % Atomik % Al K 5.39 7.84 Ti K 86.9 84.34 V K 3,82 6.55 Ta M 3,89 1.27 Toplam 100.00

elamanları oldukça homojen dağılım göstermiş ve bu durum Şekil 4.56.’ da görülmektedir.

Genel kapsamda, TM yöntemiyle imal edilen α/β alaşımların tümünde, iğnemsi α yapı olarak tanımlanan dönüşmüş β yapısı ile birlikte eş eksenli α fazının da mevcut olduğu bir mikroyapı karakteri elde edilebilmiştir. Ti-6Al-4V alaşımında diğer alaşımlara nispeten aşırı ince iğnemsi α fazı dönüşümü ile birlikte daha az eş eksenli α fazı, Ti-5Al-2.5Fe alaşımında ise normal iğnemsi α fazı (Widmanstatten yapı) görülmüştür. Ancak, Ti-6Al-7Nb alaşımında küresel olmayan gözenek dağılımının tespiti ile sinter difüzyonunun elverişli olmadığı sonucuna varılmıştır. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında ise küresel gözenekli yapı ile birlikte eş eksenli α fazı ve normal iğnemsi α fazından (dönüşmüş β) oluşan bir mikroyapı görülmüştür. Bu sinterleme koşullarının Ti-6Al-7Nb alaşımı için uygun olmadığı ve diğer alaşımlarda sinterlemenin daha etkili olduğu, SEM analizlerinde gözlemlenen sinter boyun oluşumu ve gözenek morfolojisi ve EDS analizlerinde elementlerin yapı içerisinde dağılımları ile belirlenmiştir.