Titanyum hassas dökümünde kimyasal aşındırma prosesi sonrasında yüzey ve içyapı özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Titanyum düşük yoğunluk değeri ve yüksek mukavemete sahip olması sebebi ile özellikle havacılık sektöründe oldukça fazla tercih edilen bir metaldir. Korozyon dayanımı ve yorulma davranışı sebebi ile yine tercih edilme sebebidir. Oldukça reaktif olan titanyumun dökümü geleneksel yöntemler dışında vakum altında dökülebilmektedir. Döküm sırasında seramik ile etkileşime giren titanyumun yüzeyinde alfa katmanı adı verilen oksijence zengin bir tabaka oluşmaktadır. Bu tabaka mekanik özellikleri olumsuz yönde etkilediği için kabul edilmemektedir. Döküm sırasında oluşan bu tabaka ise kimyasal aşındırma prosesi ile giderilebilmektedir. Bu çalışmada titanyum hassas dökümünde kimyasal aşındırma prosesinin yüzey ve içyapı özelliklerine etkisi incelendi. Başlangıç koşulu olarak çelik bilye ve farklı basınçlarla alümina ile kumlanmış 3 farklı yüzey oluşturuldu ve 2 farklı kimyasal aşındırma banyosunda deneyler gerçekleştirildi. Farklı yüzey koşullarının ve farklı oranlardaki kimyasal aşındırma banyolarının numuneler üzerine etkisi incelendi. Numuneler üzerinde yüzey pürüzlülüğü ölçümü, mikroyapı analizleri, SEM/EDS analizleri ve mikrosertlik testleri gerçekleştirildi. Kimyasal aşındırma prosesinin yüzey özelliklerini iyileştirdiği tespit edildi. En iyi yüzey kalitesinin B1 banyosunda elde edildiği görüldü. Mikroyapı analizi sonucunda alfa katmanı tabakasının her iki banyo içerisinde de tamamen giderildiği görüldü. EDS analizleri sonucunda yüzeydeki oksijence zengin alfa tabakasının kaldırılması ile birlikte oksijen seviyesindeki düşüş gözlemlendi.

Titanium is often preferred especially by aviation industry due to its low density and high strength properties along with its corrosion resistance and fatigue strength. Being a highly reactive metal, casting process of titanium needs to be performed under vacuum atmosphere. Nevertheless, molten titanium interacts with ceramic shell during the casting process causing the formation of oxygen enriched layer named as alpha-case on the surface of the casting. Mechanical properties such as fatigue strength of titanium is decreased due to this hard and brittle layer which, therefore, needs to be removed from the casting surface. For this purpose, chemical milling operation is utilized. During this study, effect of the chemical milling process to titanium castings' surface and structure. 3 different initial surface conditions and 2 different chemical milling baths/solutions were experimented. The processed samples have been inspected and characterized before and after the process. Surface roughness, metallographic inspection, SEM/EDS inspection and microhardness tests were performed on the processed samples for this study. This study showed that chemical milling decreased the surface roughness and thereby improved the surface properties. It is determined with the help of metallographic inspections that both of the chemical milling solutions removed the alpha-case completely off the surface. Decrease in the oxygen level on the surface and the subsurface structure has been identified by the SEM/EDS analyses when the alpha-case is removed.