Metalik malzemelerin bilyalı dövme uygulaması sonrası tribolojik davranışının deneysel olarak incelenmesi

Bu çalışmada Ti6Al4V titanyum alaşımı ve AISI 316 paslanmaz çelik malzemelerin bilyalı dövme sonrası tribolojik davranışlarının karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Ti6Al4V alaşımı ve AISI 316 paslanmaz çelik numunelere farklı Almen dövme şiddetleri (A 0.006, A 0.008 ve A 0.010) ile bilyalı dövme uygulanmıştır. Almen dövme şiddetine bağlı olarak numunelerin yüzey pürüzlülüğü, sertlik, sürtünme katsayısı ve aşınma hızı değerlerindeki değişimler incelenmiştir. Numune yüzey topografyasındaki değişimler için optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile incelemeler yapılmıştır. Bilyalı dövme işlemine bağlı olarak numunelerin yüzey pürüzlülüğünde, sertliğinde ve tribolojik davranışlarında önemli oranda değişiklikler gözlemlenmiştir. Bilyalı dövme işlemi sonrasında numunelerin yüzey pürüzlülüğü ve sertlik değerlerinde önemli değişiklikler gözlemlenmiştir. Ti6Al4V alaşımı ve AISI 316 paslanmaz çelik malzemelerin yüzey pürüzlülüğü ve sertlik değerleri bilyalı dövme işlemi sonrasında artış göstermiştir. Ayrıca Almen dövme şiddetinin artışı ile yüzey pürüzlülüğü ve sertlik değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Buna ek olarak AISI 316 paslanmaz çelik numunelerin yüzey pürüzlülüğü ve sertlik değerlerindeki yüzde artış oranları, Ti6Al4V alaşımının yüzde artış oranlarından yüksek olduğu görülmüştür. Bu sonuç paslanmaz çelik numunelerin plastik şekil değiştirme kabiliyetinin daha iyi olmasının bir neticesidir. Numunelerin sürtünme katsayısındaki değişimler çalışma şartlarının kuru ve yağlı olmasına bağlı olarak incelenmiştir. Bilyalı dövme işlemi etkisiyle AISI 316 paslanmaz çelik numunelerin kuru çalışma şartlarında sürtünme katsayılarında yükselme gözlemlenmiştir. Kayma hızının artması ile sürtünme katsayısı değerlerinin yükseldiği görülmüştür. Uygulanan normal yükün artması ile sürtünme katsayısı değerlerindeki değişim farklılıklar göstermiş olup, sabit artış veya azalış gözlenmemiştir. Ti6Al4V alaşımının kuru çalışma şartlarındaki sürtünme katsayısına bilyalı dövme işleminin etkileri net olarak gözlemlenememiştir. Aynı şekilde kayma hızının artmasına bağlı olarak kuru ortamdaki Ti6Al4V alaşımının sürtünme katsayılarında değişim tespit edilmemiştir. Genel olarak uygulanan normal yükün artışı ile titanyum alaşımının sürtünme katsayısı değerlerinde azalma gözlenmiştir. Yağlayıcı bulunan çalışma şartlarındaki A0.006 ve A0.008 Almen dövme şiddetli AISI 316 paslanmaz çelik numunelerin sürtünme katsayılarında düşüş gözlemlenmiştir. Ek olarak kayma hızının artışı ile sürtünme katsayılarında azalma tespit edilmiştir. Normal kuvvetin artması ile sürtünme katsayılarında çok küçük değer artışları gözlenmesine rağmen, bu küçük değer artışlarına göre sürtünme katsayısının arttığı söylenememektedir. Ti6Al4V alaşımını yağlayıcı bulunan sınır sürtünme şartlarındaki sürtünme katsayısının A 0.006 Almen dövme şiddetli numunelerde azalma gösterirken, A 0.008 ve A 0.010 Almen dövme şiddetleriyle dövülen numunelerde yükselme göstermiştir. Kayma hızının artmasına bağlı olarak ise Ti6Al4V alaşımının yağlayıcı madde bulunan sınır sürtünme şartlarındaki sürtünme katsayısının değişkenlik gösterdiği görülmüştür. Kayma hızının artması ile dövülmemiş ve A 0.006 Almen dövme şiddeti ile dövülen numunelerin sürtünme katsayıları azalırken, A 0.008 ve A 0.010 Almen dövme şiddetli numunelerde sürtünme katsayılarında daha stabil değerler elde edilmiştir. Uygulanan normal yükün artması ile dövülmemiş ve A 0.006 Almen dövme şiddeti ile dövülen numunelerin sürtünme katsayısı değerlerinin çok küçük değerlerde azaldığı, A 0.008 ve A 0.010 Almen dövme şiddeti ile dövülen numunelerin sürtünme katsayısı değerlerinin arttığı tespit edilmiştir. Sunulan çalışmada kuru ve yağlı çalışma şartlarında Ti6Al4V alaşımı ve AISI 316 paslanmaz çelik numunelerin aşınma hızları da incelenmiştir. Paslanmaz çelik numunelerin 500 metre kayma mesafesi boyunca 10N normal yük, 1m/s kayma hızıyla kuru sürtünme şartlarındaki aşınma hızları bilyalı dövme işlemi sonrasında artış göstermiştir. Diğer yandan Titanyum alaşımının kuru sürtünme şartlarındaki aşınma hızlarında değişim gözlenememiştir. Titanyum malzemede Almen dövme şiddeti artışıyla aşınma hızları değişmezken, paslanmaz çelik numunenin kuru ortamdaki aşınma hızlarında düşüş gerçekleşmiştir. Yağlayıcı madde bulunan sınır sürtünme şartlarında numunelerin aşınma miktarları 500m, 1000m, 2000m, 3000m, 4000m ve 5000m kayma mesafesinde ölçülmüştür. 10N normal yük altında, 1m/s kayma hızında titanyum alaşımı ve paslanmaz numunelerin aşınma hızları bilyalı dövme uygulaması sonrası düşüş sergilemiştir. Ayrıca Almen dövme şiddetinin artışı ile aşınma hızlarının azaldığı görülmüştür. Bunun yanında 3000 metre kayma mesafesinden sonra aşınma miktarlarının durmaya yakın olduğu gözlemlenmiştir. Kuru ve sınır sürtünme şartlarındaki aşınma hızları karşılaştırıldığında Ti6Al4V alaşımının aşınma dayanımının her iki çalışma şartlarında da paslanmaz çelikten daha yüksek olduğu görülmüştür. 500 metre kayma mesafesinde, 10N normal yük altında ve 1m/s kayma hızında titanyum alaşımı ve paslanmaz çelik malzemelerin her iki farklı çalışma şartlarındaki aşınma hızları incelendiğinde Ti6Al4V alaşımının yağlayıcı madde bulunan sınır sürtünme şartlarında aşınma hızlarının en düşük olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlarda sınır sürtünme şartlarında aşınma dayanımlarının bilyalı dövme işlemi ile arttığı neticesine varılmıştır. Bilyalı dövülmüş numunelerin yüzeyleri optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenerek yüzey topografyalarındaki değişimler gözlemlenmiştir. Yüksek hızlarda ve tekrarlı bir şekilde malzeme yüzeyine çarpan çelik bilyaların etkisi ile malzemelerin yüzeylerinde plastik deformasyonlar oluşmuştur. Numunelerin yüzeylerinde oluşturulan deformasyonların sonucunda oluşan çukur ve tümsek yapılar yüzey morfolojilerinin incelenmesi çalışmalarında tespit edilmiştir. Aşınma yüzeyleri incelendiğinde Almen dövme şiddetinin değişmesi aşınma mekanizmasını değiştirmezken, aşınma şiddetinde değişikliğe yol açtığı görülmüştür. Bilyalı dövme işlemi ve işlem parametrelerinin malzeme özelliklerinin önemli derecede etkilediği, tribolojik davranışlarında etkin rol oynadığı sonucuna varılmıştır.