Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Titanyum Kompozitler ve Katmanlı Kompozitler

No description
by

Samet Türkan

on 2 January 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Titanyum Kompozitler ve Katmanlı Kompozitler

Titanyum ve Alaşımları
• Ti ve alasımları, metal matrisli kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak yaygın kullanım alanına sahiptir.
• Titanyumun korozyona karsı dayanımı çok iyidir. Yüzeyinde ince bir TiO 2 tabakası olusturarak, çok iyi korozyon direnci saglar.
• Vücut içine konan parçalarda, proses kazanları vb. yerlerde bu özelliginden dolayı titanyum ve alasımları kullanılır.
• Ayrıca Ti metali, alüminyumdan daha rijit ve dayanıklıdır. Özellikle çok iyi mukavemet / özgül agırlık oranına sahip oldugundan dolayı uçak ve uzay sanayinde uygulama alanları bulmustur.

• En önemli dezavantajı pahalı olmasıdır.
Uçak ve Havacılıkta Titanyum ve Titanyum Kompozitlerinin Kullanımı
Nispeten hafif bir metal olan titanyum hayli pahalı olmasına ragmen yüksek dayanımı nedeniyle uçak ve uzay sanayinden alüminyum alasımlarıyla rekabet edebilmektedir.
SiC Parçacıkları ile Güçlendirilmiş Titanyum Matrisli Kompozit Üretimi
Geleneksek toz metalurji yöntemleri kullanılarak titanyum matrisi SiC takviyesi ile güçlendirilerek gözenek ve silisidlerin olusumu arastırılmıstır.

Bu PM isleme yöntemleri bu çalısmada ele alınmıstır: Esit kanalda açısal persleme, Spark plazma sinterleme, sıkıstırmalı indüksiyon ısıtma ve sıcak ekstrüzyon kullanılarak sinterleme.

Yeni Network Mikro Yapısı ile TiB Whiskers Takviyeli Titanyum Matrisli Kompozitlerin Yüksek Sıcaklıkta Analizi
TiBw/Ti60 ile Bir mikro-ag kompozit üretmek için, 120-220 μm arasında bir parçacık boyutu olan, büyük ve küresel Ti60 tozu (resim 1a) 1-8 μm boyutunda ince ve prizmatik TiB2 tozlar bu çalısmada seçildi(resim 1b)
Titanyum Matrisli Kompozitler ve Katmanlı Kompozitler
Titanyum ve titanyum alasımları genel tanı
Uçak ve Havacılıkta titanyum ve titanym kompozitleri
SiC Parçacıkları ile Güçlendirilmis Titanyum Matrisli Kompozit Üretimi
Yeni Network Mikro Yapısı ile TiB Whiskers Takviyeli Titanyum Matrisli Kompozitlerin Yüksek Sıcaklıkta Analizi
Ti-Al3Ti Metal-ıntermetalik Laminat (MIL) Kompozitlerinin Kırılma Davranısı ve Egrisi
Katı Durum Difüzyonuna Baglı Ti-6Al-4V Matrisli Çok Katmanlı Kompozitinin Yüzeyler Arası Kusurların Darbe Dayanımına Etkisi

Ti-6Al-4V Alasımının Özelliklerinin Diger Alasımlarla Karsılastırılması;

Malzeme Çekme Muk. (MPa) Elastiklik Mod. (GPa) Yogunluk ( kg /dm3)
Mg-AZ61 198 40 38
Al-2124 ( T6 ) 470 72 2770
Ti-6Al-4V 988 110 4430

Ti alasımları matris olarak kullanıldıgında, takviye elemanı ile iyi bir yapısma saglamaktadır.Bu da ara yüzey mukavemetini arttırıcı bir rol oynar.

Metal matrisli kompozit malzemelerde en yaygın kullanılan titanyum alasımı matris malzemeleri, Ti-6Al-4V, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al ve Ti-17Mo alasımlarıdır.

Titanyumun matris olarak kullanıldıgı kompozit malzemelerde, en yaygın kullanılan takviye elemanları ise TiC ve SiC’ dür.

Gelismis uçak motorlarda nikel alasımlar (süperalasım) %40 ve %20 çelik alasımı ile birlikte yaklasık %30 oranında da titanyum alasımları bulunmaktadır.
Motorun Ana Malzemelerinin Avantajları ve Dezavantajları
Motordan Beklenenlere Baglı Olarak Ti-Alasımı Cinslerinin Kullanım Oranı
SiC takviyeli Ti kompozit üretmek için deney parametreleri
Resim1. Birlesmeden önce karıstırılmıs olan Ti ve SiC tozuları
Resim2. Geleneksel sıcak presleme kullanılarak tek eksenli sıkıstırma ile üretilen numuneler

a)%20 F600 SiC partiküllerinin 1000 ̊C sıcaklıkta 30 dakika bekletilmistir görüldügü gibi hemen hemen bütün SiC partikülleri tüketilmistir.

b)%20 F600 SiC partiküllerinin 1000 ̊C de 5 dakika bekletilmistir görüldügü gibi reaksiyon katmanlarında çatlak ve sinterlenmemis SiC partikülleri vardır.
Resim3. 300 ̊C sıcaklıkta bakır kutu içerisinde ECAP örnek üretildi.Makro porozite, sıkıstırılan tozlar reaksiyon katmanı olmadan ve mikro çaklarlar olustusumu görülmüstür.
Resim4. Sıkıstırmalı sıcak indüksiyon ile üretilen numuneler.

a) 800 ̊C de 30 saniye bekletilen eksik sinterlenmis Ti tozlarının görüntüsü

b)850 ̊C de 10 dakika bekletilen numune tozlar sinterlenmistir fakat karıstırma esnasında kümelenen SiC tozlarının porozitesi.
Resim5. Spark plazma yöntemi ile üretilen SiC takviyeli titanyumun mikro yapısı.

a)kenarlarda porozite
b)ingotun ortasında reaksiyon tabakası.
Sonuçlar
Makro çatlaklar; Seramik partiküllerde mikro çatlaklar



Ti tozları sinterlenmedi, reaksiyon tabakası olusmadı

Ti tozlarının geneli sinterlendi; reaksiyon tabakası olusmadı
SiC tozlarının iyi karıstırılmadıgı ve kümelesme poroziteye neden oldu

Reaksiyon bölgeleri ve porozite bölgeleri etkeni sıcaklıgın tesvikidir.


Tozlar yetersiz kuvvet nedeni ile ekstrüzyon olmadı, çatlak ve reaksiyon katmanı olusmadı.


Toz boyutları FEPA standartlarına göre verilmistir.
F600 = En az %50si 8.3-10.3 en fazla %3 19 ve %94ü 3 um den büyük
F400 = En az %50si 16.3-18.3 en fazla %3 32 ve %94ü 8 um den büyük
Resim5. Sıcak ekstrizyon ile yapılan numunede görüldügü gibi hiçbir çatlak, reaksiyon bölegesi ve porozite yoktur.
Analiz edilen kompozisyon Ti60 alasımın 5.9 Al, 4.2Sn 3.5Zr, 0.4Mo, 0.38Nb,0.93Ta, 0.38Si, 0.04Fe, 0.06C, 0.01 N, 0.003H, 0.07O, 0.3 digerleri ve kalan titanyumdur.
Tozlar 8 saat 200 rpm devirde karıstırılmıs malzeme argon 5:1 oranında islem yapılmıstır.
Karıstırılan tozlar reaksiyon sıcak press (RHP) yöntemi ile (10^-2 Pa) vakum ortamında 1200 ̊C ve 1300 ̊C sıcaklıklarda 20 MPa basınç altında 60 dakika uygulanarak üretilmistir.
Asagıdaki denklem uyarınca Ti ve TiB2 arasındaki reaksiyon ile %5 hac.% 8 hac.% 12 hac. TiBw/Ti60 bilesiklerinde mikro-ag üretilmistir

Ti + TiB2 = 2TiB

Ardından çekme numuneleri hazırlanarak 0.5 mm/dk’lık sabit hızda (karsılık gelen deformasyon hızı 5.5 x10-4 s-1) hava ortamında 600 ̊C, 700 ̊C ve 800 ̊C sıcaklıklarda çekme deneyleri gerçeklestirilmistir.
Resim1. Hammaddelerin SEM görüntüleri a) Ti60 tozu b) TiB2 tozu
Resim2. Üretilen ag yapılı 8 vol.% TiBw/Ti60 kompozitinin SEM görüntüsü a)1200 ̊C b)1300 ̊C
Resim3. SEM görüntüleri a) monolitik Ti60 alasımı b) 5 vol.% TiBw/Ti60
c) 12 vol.% TiBw/Ti60 kompozitlerin ag yapılı görüntüleri
Tablo1

Oda sıcaklıgında çekme özelliklerinin TiBw/Ti60 kompozitler ve Ti60 alasımın karsılastırmalı çalısması.

Grafik1. Bununla birlikte sıcaklıgın etkisiyle kompozitlerin degerleri a)600 ̊C b)700 ̊C c)800 ̊C
Resim4. 700 ̊C de test edilen 5 vol.% TiBw/Ti60 üretilmis kompozisyonun morfolojisi
Resim5. Yeni bir ag mikro yapı ile TiBw/Ti60 kompozitinin sematik gösterimi.
Ti-Al3Ti Metal-Intermetalik Laminat (MIL) Kompozitlerinin Kırılma Davranısı ve Egrisi
Ti-Al3Ti metal-intermetalik laminate (MIL) kompozitlerin tek-kenarlı çentik kırılma toklukgu davranısı ve dayanımı incelenmistir.Kompozitler 14,20 ve %35 hacimsel olarak Ti içermekte ve sırasıyla intermetalik tabakaları ≈540,≈440 ve ≈300 mikrondur.
1100 ticari saf alüminyum ve Ti-3Al-2.5V folyo halinde istiflenmıstır ve piston baslıkları nikel alasımı baskı levhaları ile yük uygulanmıstır. MIL kompozitlerinin analizi için metod prosesi baska bir çalısmadan alınmıstır
Katı Durum Difüzyonuna Baglı Ti-6Al-4V Matrisli Çok Katmanlı Kompozitinin Yüzeyler Arası Kusurların Darbe Dayanımına Etkisi
Her baskı pistonu 5 ısıtıcı elemanı ile ısıtılarak islem gerçeklestirilmistir.. Tablo1'de baslangıç folyolarının kalınlıgı ve metal (Ti) ve intermetal (Al3Ti) son kalınlıkları verilmistir.
[1] Harach DJ, Vecchio KS. Metallurgical and Materials Transactions 2001;32A:1493.
MIL kompozit numuneleri baslangıç ölçüleri ölçülmüştür,örnegin 14Ti numunesi %14 Ti içermekte ve boyutları ise 150 mm kare ve 20 mm kalındıgındadır.
Resim1.a) Tabakalara dik çentikli b) Tabakalara yatay çentikli
Numuneler asagıdaki gibi hazırlanmıstır
Resim2. (a) %14Ti (b) %20 Ti (c) %35 Ti numunelerinin geri saçılan SEM görüntüleri.
ŞYan tarafta numunelerin baslangıc SEM görüntüleridir ve numuneler basma ve çekme testleri uygulanacaktır.
Sag tarafta görülen (a) resminde uygulanan yüke paralel katmanlı ve (b) uygulanan yüke zıt katmanlı kompozitin deney sonucu kırılmıs resimleri görülmektedir.
20Ti numunesinin paralel ve zıt tabakalı kompozitinin basma deneyi görüntüleri ve gerilim egrisi görülmektedir.
35Ti numunesinin paralel ve zıt tabakalı kompozitinin basma deneyi görüntüleri ve gerilim egrisi görülmektedir.
Asagıda gösterilen 14Ti , 20Ti ve 35Ti numunelere 3 nokta egme tokluk deneyi yapılmıstır mikro ve makro iç yapıları ayrıca çatlak olusumu ve çatlak ilerlemesi incelenmistir.
(a) %14Ti (b) %20 Ti (c) %35 Ti, tutucuya paralel tabakalı yapılı numunelerin geri saçılan SEM görüntüleri ve egrisi.
(a) %14Ti (b) %20 Ti (c) %35 Ti, tutucuya dik tabakalı yapılı numunelerin geri saçılan SEM görüntüleri ve egrisi.
(a)ve(b) 14Ti kompozitinin
(c) ve (d) 20Ti kompozitinin
(e)ve (f) 35Ti kompozitinin düsük ve yüksek çözünürlük çatlak kırılma görünütüsü
On üç Ti-6Al-4V katmanı 0.86+0.02 mm kalınlıgında katman olusturulmus ve toplam 10.9 mm kalınlıga ulasılmıs ve 105 mm genislik ve 220 uzunluk elde edilmistir. Ti–6Al–4V alasımının kompozisyonu 6.27Al,4.22V,0.18Fe,0.001H"den az,0.01N"den az,0.2 O ve kalanı titanyum.
Bu uygulamada iki proses uygulanmıstır bunlar; 1) 750 C de 2 saat 3 MPa ve 2)900 C 2 saat 3 MPa islemleri ile birlestirme islemi yapılmıstır.
Bu çok katmanlı kompozitlerinin Ti katmanları sırasıyla 860 mikron ve 870 mikron, 750 ve 900 C
a) Ti–6Al–4V alasımının islem görmemis SEM görüntüsü b) Ti–6Al–4V alasımının sıcaklıga baglı faz dönüsümü grafigi
a) ve c) optik görüntü b) ve d) SEM görüntüsü. a) ve b) 750 C de islem görmüs numune c) ve d) 900 C de islem görmüs numune
Charyp deneyi sonrası çok katmanlı kompozitin ara yüzeylerde gözenek yapısının mikro görüntüleri a) Tutucuya paralel ve b) Tutucuya dikey çok katmanlı kompozit
a) 750 C de paralel-dikey ve 900 C de paralel ve dikey gerilim-kayma diyagramı b) hazırlanan numunelerin sematik gösterimi
Ti-6Al-4V alasımının çekme ve kayma gerilmeleri kompoziti ile karsılastırıldıgında poroziteli olandan yüksek fakat porozitesiz kompozit alasımdan daha iyi özellikler göstermektedir.
Sag tarafta testlerden kaynaklanan kırık yüzeyleri gösteren farklı büyütmede SEM mikrografları
(a) ve (b) Ti–6Al–4V alasımı (c) ve (d) Ti–6Al–4V katmanlı kompozitinin 750 C (e) ve (f) Ti–6Al–4V katmanlı kompozitinin 900 C de islem görmüs numuneler görülmektedir.
Full transcript