Titanyum Alaşımlarının Bilyalı Dövme Sonrası Tribolojik

Kumar ve arkadaşları, Ti6Al4V alaşımı ultrasonik bilyalı dövme yöntemi ile dövülerek 17 ile 25 nm boyutlarında tane yapısını yüzeyden yaklaşık 30 µm deriliği boyunca elde etmiştir. Nano tane yapılı yüzeye üç farklı tuz karışımı uygulanarak korozyon dayanımını incelemiş, ultrasonik dövülen yüzeylerde korozyon dayanımı dövülmeyen yüzeylere göre daha yüksek değerde olduğunu belirlenmiştir [132]. Ahmed ve arkadaşları ise farklı boyutlarda seramik bilyalar ile gerçekleştirdikleri mikro bilyalı dövme işlemleri sonrası Ti6Al4V alaşımı numunelerin korozyon dayanımında azalma olduğunu belirlemişlerdir [8].

3.7. Titanyum Alaşımlarının Bilyalı Dövme Sonrası Tribolojik Davranışının İncelenmesi

Fridrici ve arkadaşları, gerçekleştirdikleri çalışmada parlatılmış ve bilyalı dövülmüş Ti6Al4V alaşımın titreşimli aşınma davranışını incelemişlerdir. Çalışmalarında bilyalı dövme işleminin etkisi ile başlangıçta sürtünme katsayısı değeri azalırken bu etki bilyalı dövme işleminden etkilenen bölgenin aşınma nedeniyle kaybolması ile zamanla bilyalı dövme işlemi görmemiş Ti6Al4V alaşımı malzemenin gösterdiği aşınma davranışını gösterdiğini belirtmişlerdir. Deneysel çalışmalarında, bilyalı dövme işleminin Ti6Al4V alaşımının aşınma davranışına neredeyse hiç etki etmediğini, aynı aşınma kaybının gerçekleştiğini belirlemişlerdir. Ancak kesit mikroyapı incelemelerinde, aşınma sonrası oluşan yüzey çatlaklarının boyunun bilyalı dövülen numunelerde daha kısa olduğunu belirlemişlerdir. Çatlak boyunun kısalığını bilyalı dövme sonrası oluşan kalıntı gerilme ile ilişkilendirmişlerdir [49].

Tsuji ve arkadaşları, plazma karbürlenen ve bilyalı dövülen Ti6Al4V alaşımının yorulma ve aşınma davranışını incelemişlerdir. Yüzeyi geliştirilen Ti6Al4V alaşımı numunelerin yüzey morfolojisini, pürüzlülüğünü, mikroyapısını, kalıntı gerilmesini, pekleşen bölgelerini ve mikro sertliklerini analiz etmişlerdir. Plazma karbürlenen numunelerin bilyalı dövülmesi ile yorulma ömürlerinin arttığını belirlemişlerdir.

Bilyalı dövülen ve plazma karbürlendikten sonra bilyalı dövülen Ti6Al4V alaşımı numunelerin aşınma (ball-on-cylinder) dayanımlarının işlem görmemiş numunelere kıyasla daha yüksek olduğunu, bunun da bilyalı dövme ve karbürizasyon işlemleri nedeni ile artan yüzey sertliğinden kaynaklandığını belirtmişlerdir. Şekil 3.11’te Tsuji ve arkadaşlarının elde ettiği verilerin bir kısmı verilmiştir [119].

Şekil 3.11. Bilyalı dövmenin a) yüzey pürüzlülüğüne, b) sertliğe, c) aşınma davranışına etkisi [119]

Ganesh ve arkadaşları, implant malzemesi olarak kullanılan Ti6Al4V ve Ti6Al7Nb alaşımlarına farklı şiddetlerde bilyalı dövme işlemi uygulamış, bilyalı dövme işleminin malzemelerin aşınma davranışına ve çekme dayanımına olan etkisini incelemişlerdir. Aşındırıcı test yöntemi olarak pin-on-disk yöntemini kullanmışlardır. Bilyalı dövme işlemi yapılmış numunelerin aşınma dayanımının ve akma dayanımının, işlem yapılmamış numunelere kıyasla daha yüksek değerlerde olduğunu, bilyalı dövme şiddetinin artması ile bu değerlerin daha da arttığını gözlemlemişlerdir [25].

Heredia ve arkadaşları, gerçekleştirdikleri çalışmada işlem yapılmamış, parlatılmış ve bilyalı dövülmüş Ti–10V–2Fe–3Al alaşımının titreşimli aşınma davranışını

incelemişlerdir. Numunelere ait sürtünme aşınma davranışının birbirinin aynı olduğunu gözlemlemişlerdir [128].

Bansal ve arkadaşları, Ti6Al4V alaşımına farklı yüzey mühendisliği teknikleri uygulayarak malzemenin tribolojik özelliklerini geliştirmeyi ve uyguladıkları yöntemleri birbiri içinde kıyaslarak en uygun yöntemi belirlemeyi amaçlamışlardır. Çalışmalarında, Ti6Al4V alaşımı numunelere çeşitli difüzyon işlemleri (oksijen difüzyonu, karbürleme, nitrürleme), sert kaplamalar, yumuşak kaplamalar, bilyalı dövme işlemleri ve bu işlemlerin kombinasyonları uygulanmıştır ve bu işlemlerden sonra numunelerin sürtünme ve aşınma davranışları ball on flat aşınma yöntemi (ASTM G133) ile incelemişlerdir. Bilyalı dövme ile malzemenin aşınma dayanımının arttığını belirlemişlerdir [133].

Dong ve arkadaşları, Ti6Al4V alaşımının bilyalı dövme işlemi sonrası “block-on-disc” aşınma davranışını incelemiştir. İşlem yapılmamış numunenin ve bilyalı dövülen numunelerin benzer aşınma davranışı gösterdiğini gözlemlemişlerdir [50].

Ünal ve arkadaşaları, saf titanyum (Grade 2) numumelerin bilyalı dövme ve yüksek sıcaklıkta oksidasyonu sonrası sabit toplu mikro abrazyon aşınma test yöntemi ile aşınma davranışını incelemişlerdir. Bilyalı dövmenin ve yüksek sıcaklık oksidasyonunun malzemenin aşınma dayanımını arttırdığı sonucuna varmışlardır [127].

Karaoğlanlı farklı Almen şiddetleri ile dövdüğü saf titanyum (Grade 2) numunelerin aşınma davranışını sabit toplu mikro abrazyon aşınma test yöntemi ile incelemiştir. Farklı Almen şiddetilerinde yüzey ve yüzey altında sertlik artışına bağlı malzemenin aşınma dayanımında artış gerçekleştiğini belirlemiştir [134].

Zhou ve arkadaşları, Ti6Al4V alaşımına farklı parametreler altında lazer dövme işlemi uygulayarak Hank solüsyonlu ortamda “ball-on-disc” aşınma davranışını sürtünme katsayısı ve aşınma kütle kaybı açısından incelemiştir. Lazer dövme işlemi ile numunenin yüzey ve yüzey altı sertlik değerinin ve yüzey pürüzlülüğünün artması ile sürtünme katsayısının, aşınma genişliğinin, aşınma derinliğinin ve kütle kaybının azaldığını belirlemişlerdir [23].

Genel olarak literatür incelediğinde;

• Bilyalı dövme sonrası yüzey ve yüzey altı bölgedeki tanecikler nano boyuta inmiştir [8, 31, 121, 124, 125, 129, 132]. İnce tane yapısının oluştuğu kalınlık bilya püskürtme basıncının ve süresinin artması ile artmaktadır ancak buna bağlı olarak yüzey pürüzlülüğünde de artış meydana gelmektedir [31, 121, 125, 129].

• En iyi yüzey pürüzlülüğü ve tane büyüklüğü düşük püskürtme basıncında ve uzun süre bilyalı dövme işlemleri neticesinde elde edilmiştir. [31, 121, 125, 129]. Yüksek yüzey pürüzlülüğü yorulma ömrünü azaltıcı etki yaratmıştır [129].

• Bilyalı dövme sonrası yüzey ve yüzey altı sertliği artmaktadır [8, 31, 121, 124, 125, 127, 129].

• Bilyalı dövme sonrası yüzey ve yüzey altı bölgesinde kalıntı basma gerilmesi oluşmaktadır [8, 31, 121, 124, 125, 129]. Kalıntı basma gerilmesi yorulma dayanımı arttıran en önemli faktördür [129].

• Yüksek Almen şiddeti ile dövme yüzeyde çatlak oluşumuna neden olmakta, bu da yorulma ömrünü azaltmaktadır [125].

• Bilyalı dövme sonrası yüzeylerin korozyon dayanımı incelendiğinde nano boyuttaki yüzeyin korozyon dayanımının yüksek değerde olduğu belirlenmiştir [132]. Ancak bilyalı dövme sonrası önemli derecede artan pürüzlülük değeri ise korozyon dayanımını azaltıcı etki yaratmaktadır [8].

Literatürde birçok araştırmacı çeşitli malzemelere uygulanan bilyalı dövme işlemi sonrası malzemenin yüzey sertliğini, yüzey pürüzlülüğünü, kalıntı yüzey gerilmesini, yorulma dayanımını, çekme dayanımını, yüzeyde gerçekleşen deformasyon mekanizmalarını incelemiştir [31, 35, 39-42, 47, 49, 50, 71, 117-119, 123, 128]. Ancak sınırlı sayıda araştırmacı bilyalı dövme sonrası malzemenin aşınma davranışındaki değişimini incelemiştir [25, 49, 50, 118, 119, 127, 133, 134]. Gerçekleştirilen sınırlı sayıda araştırmada ise birbirinden farklı sonuçlar elde edilmiştir. Bazı araştırmalarda bilyalı dövme sonrası malzemenin aşınma dayanımının arttığı belirlenirken [127, 134], diğer çalışmalarda bilyalı dövme sonrası titanyum alaşımlarının aşınma dayanımının değişmediğini belirlemişlerdir [49].

Tez çalışması kapsamında farklı parametreler altında bilyalı dövme işlemi gerçekleştirilecek ve bilyalı dövme işlemiminin malzemenin aşınma davranışına etkisi detaylı olarak incelenecektir.