Ti6Al4V, titanyum, alüminyum ve vanadyumun bir alaşımı olup, yüksek mukavemet-ağırlık oranı, mükemmel korozyon direnci ve biyolojik uyumluluk gibi üstün özellikleriyle havacılık, biyomedikal, otomotiv ve enerji gibi birçok kritik endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, Ti6Al4V tozu ve eklemeli imalat (3D baskı) teknolojileri, bu alaşımın potansiyelini daha da artırarak, karmaşık geometrilere sahip ve optimize edilmiş mekanik özelliklere sahip parçaların üretilmesine olanak tanımıştır. Bu blog yazısında, Ti6Al4V tozundan üretilen parçaların mekanik özelliklerini detaylı bir şekilde inceleyecek ve bu özellikleri etkileyen faktörlere değineceğiz.
Ti6Al4V tozu, genellikle gaz atomizasyonu veya plazma atomizasyonu gibi yöntemlerle üretilir. Bu yöntemler, küresel, akışkanlığı yüksek ve homojen kimyasal bileşime sahip tozlar elde edilmesini sağlar. Tozun partikül boyutu dağılımı, morfolojisi ve saflığı, nihai ürünün mekanik özelliklerini doğrudan etkileyen kritik faktörlerdir.
Eklemeli imalat yöntemleri arasında, Seçici Lazer Ergitme (SLM) ve Elektron Işınlı Ergitme (EBM), Ti6Al4V tozundan yüksek performanslı parçaların üretimi için en yaygın kullanılan tekniklerdir. Bu yöntemler, lazer veya elektron ışını kullanarak tozu katman katman ergiterek istenen 3D yapıyı oluşturur.
Ti6Al4V tozundan eklemeli imalat ile üretilen parçaların mekanik özellikleri, kullanılan tozun kalitesine, üretim sürecinin parametrelerine (lazer gücü, tarama hızı, katman kalınlığı vb.) ve uygulanan ısıl işlem sonrası işlemlere bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
Eklemeli imalat ile üretilen Ti6Al4V parçaları, genellikle dövme veya döküm gibi geleneksel yöntemlerle üretilen eşdeğerlerine yakın veya hatta daha iyi çekme mukavemeti ve akma mukavemeti sergileyebilir. Mikro yapının ve iç kusurların kontrol altına alınmasıyla, 1000 MPa'nın üzerinde çekme mukavemeti değerlerine ulaşmak mümkündür.
Süneklik (kopma uzaması), malzemenin kırılmadan önce ne kadar deforme olabileceğini gösterir. Eklemeli imalatla üretilen parçalarda, özellikle proses parametreleri optimize edilmediğinde veya yeterli ısıl işlem uygulanmadığında süneklikte bir miktar düşüş gözlemlenebilir. Ancak, doğru parametreler ve uygun ısıl işlemler (örneğin, sıcak izostatik presleme - HIP veya vakum ısıl işlemi) ile süneklik değerleri iyileştirilerek %10-15 civarında uzama değerlerine ulaşılabilir.
Yorulma, malzemelerin tekrarlayan yükler altında kırılma eğilimidir. Eklemeli imalatla üretilen Ti6Al4V parçalarında yüzey pürüzlülüğü ve iç kusurlar (gözeneklilik, ergitilmemiş tozlar), yorulma dayanımını olumsuz etkileyebilir. Yüzey işleme (parlatma, kumlama) ve ısıl işlemler, yorulma dayanımını artırmak için kritik öneme sahiptir. Optimize edilmiş süreçler ve yüzey kalitesiyle, dövme malzemelere yakın yorulma performansı elde edilebilir.
Ti6Al4V parçalarının sertliği, üretim yöntemi ve ısıl işleme bağlı olarak değişir. Genellikle 300-400 HV (Vickers Sertliği) aralığında değerler elde edilir. Alaşımın yüksek sertliği, aşınma direncine katkıda bulunur.
Kırılma tokluğu, bir malzemenin çatlak yayılmasına karşı direncini gösterir. Eklemeli imalatla üretilen parçalarda, mikro yapı ve kusurlar kırılma tokluğunu etkileyebilir. İyi optimize edilmiş süreçlerle, kabul edilebilir kırılma tokluğu değerleri elde edilebilir, ancak bazı durumlarda geleneksel yöntemlere göre daha düşük olabilir.
Eklemeli imalatla üretilen Ti6Al4V parçalarında genellikle iğnemsi (acicular) alfa-prime veya lamelli alfa+beta mikro yapılar oluşur. Soğuma hızları, tane boyutunu ve fazların dağılımını etkiler. Mikro yapının kontrolü, mekanik özelliklerin optimize edilmesi için hayati öneme sahiptir.
Toz Kalitesi: Düşük oksijen içeriği, homojen kimyasal bileşim ve optimal partikül boyutu dağılımına sahip tozlar, daha iyi mekanik özellikler sağlar.
Proses Parametreleri Optimizasyonu: Lazer/elektron ışını gücü, tarama hızı, katman kalınlığı, tarama stratejisi gibi parametrelerin doğru ayarlanması, yoğunluğu artırır ve kusurları azaltır.
Isıl İşlemler:
Gerilim Giderme (Stress Relief): İç gerilmeleri azaltarak sünekliği ve yorulma dayanımını artırır.
Sıcak İzostatik Presleme (HIP): Kalan iç gözenekleri kapatarak yoğunluğu artırır, böylece süneklik, yorulma dayanımı ve kırılma tokluğunu önemli ölçüde iyileştirir.
Çözelti ve Yaşlandırma Isıl İşlemleri: Mikro yapıyı kontrol ederek mukavemeti ve tokluğu optimize eder.
Yüzey İşlemleri: Yüzey pürüzlülüğünü azaltmak ve yorulma dayanımını artırmak için mekanik parlatma, kumlama veya kimyasal işleme gibi yöntemler uygulanabilir.
Ti6Al4V tozundan üretilen parçaların üstün mekanik özellikleri, onları birçok zorlu uygulama için ideal kılar:
Havacılık ve Uzay: Hafif ve yüksek mukavemetli yapısal bileşenler, braketler, türbin parçaları.
Biyomedikal İmplantlar: Kalça ve diz protezleri, spinal kafesler, dental implantlar ve cerrahi aletler.
Otomotiv: Yüksek performanslı motor parçaları, turboşarj bileşenleri.
Endüstriyel Parçalar: Özel takımlar, kalıplar ve korozyona dayanıklı ekipman bileşenleri.
Ti6Al4V tozu ile eklemeli imalat, yüksek performanslı ve karmaşık geometrili parçaların üretimi için umut vadeden bir yöntemdir. Proses parametrelerinin titizlikle optimize edilmesi ve uygun ısıl işlem sonrası uygulamalarla, bu teknolojinin geleneksel yöntemlerle üretilen Ti6Al4V parçalarına yakın veya daha iyi mekanik özellikler sunma potansiyeli vardır. Sürekli Ar-Ge çalışmaları, bu malzemenin ve üretim tekniklerinin performansını daha da ileriye taşıyarak yeni uygulama alanları açmaktadır.
