Eklemeli üretimle imal edilen havacılık sektöründe kullanılan titanyum alaşımlarının, farklı sıcaklıklardaki yorulma ve kırılma özelliklerinin belirlenmesi ve dinamik davranışlarının iyileştirilmesi

Bu çalışmada, Seçici Lazer Ergitme (SLE) yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının farklı servis koşullarındaki yorulma davranışları ve kırılma mekaniği özelliklerinin analizi amaçlanmıştır. SLE, metal tozlarının bilgisayar kontrollü yüksek enerjili bir lazerle tabaka tabaka ergitilerek karmaşık geometrili parçaların üretildiği Eklemeli Üretim (EÜ) yöntemlerinden biridir. Titanyum alaşımları, ağırlığına oranla yüksek mukavemet özellikleri ile otomotiv, savunma sanayi ve havacılık uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. SLE ile üretilen türbin kanatları, çeşitli servis koşulları altında tekrarlı yüklere maruz kalmakta ve bu durum çatlak oluşumunu tetikleyerek kırılmaya yol açabilmektedir. Havacılık ve savunma endüstrilerinde, türbinlerin yüksek sıcaklık veya aşırı soğuk ortamlara maruz kaldıklarında verimli çalışmaları beklenmektedir. Ayrıca, malzemeler değişken yükler altında ani aşırı yüklemelere de maruz kalabilmektedir. Bu nedenle, SLE ile üretilen malzemelerin sabit ve değişken genlikli yükler altında yorulma davranışlarının incelenmesi ve yorulma ömrünün geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Yorulma hasarının yüzey özellikleri ile doğrudan ilişkili olduğu bilindiğinden, yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi, yorulma performansını artırmaktadır. Bu kapsamda, SLE ile üretilen Ti6Al4V yorulma ve kırılma mekaniği numuneleri işlemsiz, 850ºC-2 saat ısıl işlem ve elektrokimyasal parlatmaya tabi tutulan (ikincil işlemli) ve ısıl işlem ardından Kapalı Alanda Dengesiz Manyetik Sıçratma yöntemiyle DLC kaplanan (kaplama uygulanan) üç grupta değerlendirilmiştir. Numunelerin farklı ortam sıcaklıklarındaki (25 ºC, -50 ºC, 50 ºC, 250 ºC ve çevrimsel -50/+50 ºC) yorulma ve çatlak ilerleme davranışları incelenmiş, yapısal, morfolojik ve mekanik özellikleri XRD, SEM, XPS, optik mikroskop, 3D optik profilometre ve mikro sertlik cihazları ile analiz edilmiştir. Yorulma çatlak ilerlemesi sırasında çatlak boyutlarındaki değişiklikler, dijital kameralar ve dijital görüntü alma/işleme (DIC) yöntemi ile tespit edilmiştir. Testler sonucunda, tüm numune gruplarında 25 ºC'de en iyi yorulma dayanımı sağlanırken; 250 ºC'de yüzey altı oksit tabakasının oluşumu, -50 ºC'de düşük sıcaklığa bağlı gevrekleşme ve -50/+50 ºC çevrimsel sıcaklık koşullarından kaynaklanan termal genleşme farkı, malzemenin yorulma ömrünü olumsuz etkilemiştir. Isıl işlem ve yüzey işlemleri, malzemenin sertliğini artırarak yüzeyde bası artık gerilmeleri oluşturmuş ve bu sayede tüm test sıcaklığı koşullarında yorulma ömrünü iyileştirmiştir.