Titanyum alaĢımları genellikle α, α' ya yakın, α + β ve β alaĢımları olarak sınıflandırılır.
3.1.1. Saf Titanyum
Ticari saflıkta titanyum (commercially pure titanium, cpTi),% 98,63 ila % 99,5 titanyum içerir. Oda sıcaklığında, cpTi, sıkı paket hegzagonal yapıda α fazında iken, 885oC' de hacim merkezli kübik yapıda ve β fazında bulunur. Bu dönüĢüm esnasında α ile β fazının bir arada olduğu ufak bir sıcaklık mesafesi bulunur. CpTi, genel olarak yüksek dayanım gerektirmeyecek, fakat korozyon dayanımının önem kazandığı uygulamalarda tercih edilmektedir. Saf titanyum düĢük dayanıma ve yüksek sünekliğe sahiptir. AlaĢımsız titanyumun oda sıcaklığında mikroyapısı % 100 α fazından oluĢmaktadır. Katkı elementleri, özellikle de demirin miktarının artması, mikroyapısındaki görüntüsünde, tane sınırlarında β fazının, ufak ancak artan oranlarda oluĢmasına sebep olmaktadır [106-109].
Kimyasal içeriğe bağlı olarak, 170 MPa ila 480 MPa arasında değiĢen bir akma dayanımına sahip pekçok saf titanyum malzeme bulunmaktadır. Demir ile oksijen bu malzemelerin baĢlıca katkı elementleri olarak bilinmektedir. Oksijen ile demir içeriği fazlalaĢtıkça, malzemenin mukavemeti de artmaktadır [110].
3.1.2. α Titanyum AlaĢımları
Yüksek sıcaklıkta veya çok soğuk ortamlarda; alüminyum, kalay veya zirkonyum içeren α alaĢımları tercih edilir. Alfa (α) fazı bakımından zengin alaĢımlar, yüksek
sıcaklıklarda β alaĢımlarından ziyade, sürünmeye karĢı daha dayanıklıdır. Çok az miktarda ara yer atomu içermekte olan α alaĢımları, süneklik ile tokluk değerlerini çok az sıcaklıklarda bile korumaktadırlar [112]. Alfa (α) alaĢımları, çoğunlukla kimya endüstrisi ile proses mühendisliğinde kullanılır. Bu uygulamalar için zaruri olan korozyon dayanımı ve deformasyon kabiliyeti çok yüksektir. Saf titanyumun, dayanım gereksinimini karĢılamadığı durumlarda, en eskiden beri bilinen titanyum alaĢımı olan, çok uzun zaman kabul gören Ti-5A1-2,5Sn alaĢımı seçilmektedir. DüĢük sıcaklık uygulamaları olarak kullanılan, hidrojen depolamada ve basınçlı taĢıtlarda sıklıkla kullanılır [106].
3.1.3. α’ya Yakın (Near-α) Titanyum AlaĢımları
Süper alfa (α) yada α alaĢımına yakın (near-α) alaĢımlar Ģeklinde bilinmekte olan bu alaĢımların mikroyapısındaki α fazı güçlü stabiliteye sahip olmasına rağmen, sınırlı miktarda β fazını stabilize eden elementler içerir. Al, O gibi elementler α faz stabilizatörleri olarak bilinmekte olup yapıda yüksek miktarda; Mo, V gibi elementler β faz stabilizatörleri olarak bilinmekte olup yapıda düĢük miktarda bulunurlar [106-109].
α ' ya yakın alaĢımlar, yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalarda kullanılmaktadır. α alaĢımlarının mükemmel sürünme kuvveti, α+β alaĢımlarının güçlü dayanımı α'ya (near-α) yakın alaĢımlar ise iki özelliği bir arada bulundurur. Günümüz koĢullarında çalıĢma sıcaklıklarının 500-550o
C' ye ulaĢtığı görülmektedir. Ti-8Al-1Mo-1V alaĢımı, yüksek sıcaklıklar için geliĢtirilen ilk titanyum alaĢımı olarak bilinmektedir. Bununla birlikte, yüksek miktarda alüminyum içermesi, güçsüz gerilme göstererek korozyon direncine neden olmaktadır. Bu nedenle, daha sonra geliĢtirilmiĢ olan tüm titanyum alaĢımlarının alüminyum içeriğinin oranı % 6' ya kadar olmuĢtur. 1970'li yıllarda yapılmıĢ bir araĢtırma, içeriğinde % 0.1' e kadar bulunan silisyumun, Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo' nun sürünme direncini yüksek miktarda arttırdığını göstermiĢtir. Günümüzde, en geliĢmiĢ olarak bilinen yüksek sıcaklıktaki titanyum alaĢımı, Amerikan TIMETAL 834‟ tür. Kullanım sıcaklığının üst sınırı olan 600 o
C sıcaklıkta uzun süre stabilitesini korur ve oksidasyona karĢı koruma sağlar [113].
3.1.4. α+β Titanyum AlaĢımları
Bu alaĢımlar β fazını stabilize etmek için % 4-6 oranlarında alaĢım elementleri içerir. α+β titanyum alaĢımlarının en önemlileri Ti6Al4V ve Ti6Al6V2Sn' dir [107]. α+β titanyum alaĢımları, kimyasal bileĢimlerinde α ile β fazlarının stabilitesini çoğaltan bir veya daha çok stabilize edici alaĢım elementi içerir. Oda sıcaklığında, α ile β faz dengeleyici elementtlerin uygun biçimde ayarlanmasıyla, α ile β faz karıĢımı Ģeklinde olan mikroyapı elde edilebilir. Tavlamadan sonra, yüksek derecede süneklik, homojenlik ile yüksek mukavemet sağlanır [109].
En sık kullanılmakta olan α + β alaĢımı, Ti6A14V' dır. 1950' li yıllarda geliĢtirilmiĢ olup, bilinmekte olan ilk titanyum alaĢımları arasındadır. Ti6A14V alaĢımı, tüm titanyum üretim miktarının %50' sinden fazlasını oluĢturur. Ti6A14V alaĢım malzemenin avantajı; sadece kararlı özellikleri değil, kullanılan veya kullanılanmakta olan en yaygın titanyum malzemesidir. Yaygın olarak kullanımı; bilhassa havacılık endüstrisinde, önemli bir kıstas olarak, en yaygın Ģekilde test edilerek, denenerek geliĢtirilen, titanyum alaĢım malzeme olmasının önünü açmıĢtır. Yaygın olarak kullanılan diğer α + β alaĢımları, yüksek dayanımları sebebiyle geliĢtirilen Ti-6Al- 6V-2Sn, güçlü mukavemet ve güçlü tokluğa sahip, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo alaĢımlarıdır. Gaz türbin motorlarında, yüksek sıcaklıklarda kullanılmak üzere geliĢtirilmiĢ, yaklaĢık 400o
C' ye kadar olan sıcaklıklar için Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr alaĢımları da mevcuttur [106].
3.1.5. β Titanyum AlaĢımları
β titanyum alaĢımları, kararsız alaĢımlar olup β matrisinde α fazının çökeltilmesiyle sertleĢtirilmiĢlerdir. Kırılma tokluğu yüksektir ve bu alaĢımların korozyon direncini artıran molibden içerirler. Isıl iĢlemin uygulanabilirliği α + β alaĢımlarından daha iyi olmakla birlikte, iĢlenebilirliklerinin de daha fazla olduğu bilinir [113].
β titanyum alaĢımları, kimyasal bileĢimlerinde önemli oranda β faz stabilize edici alaĢım elementleri içerir. SertleĢebilirlik, dövülebilme, soğuk Ģekillendirme ile yüksek yoğunluk Ģeklindeki özellikleriyle diğer titanyum alaĢımlarından ayrılır. β
titanyum alaĢımları, oda sıcaklığındaki α + β alaĢımlarıyla aynı mukavemet değerlerine sahip olsalar da, bu mukavemet değerleri, yüksek sıcaklıklarda α + β alaĢımlarından sonra gelirler [114].
3.2. TĠTANYUM VE TĠTANYUM ALAġIMLARININ KULLANIM