Titanyum alaşımları yüksek spesifik mukavemet, iyi kaynaklanabilirlik, mükemmel biyouyumluluk ve korozyon direnci gibi avantajlara sahiptir ve artık hava, kara ve deniz ortamlarındaki uygulamalar için mükemmel bir yapısal malzeme haline gelmiştir. Titanyum alaşımları çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmasına rağmen, düşük sertlikleri, zayıf aşınma dirençleri ve yüksek sürtünme katsayıları tribolojideki uygulamalarını büyük ölçüde sınırlamaktadır.
Titanyum alaşımlarının tribolojik özelliklerini iyileştirmek ve aşınma dirençlerini arttırmak için TA1 alaşımı, TC4 alaşımı ve TC21 alaşımı üzerinde katı karbürizasyon işlemi uygulandı. Titanyum alaşımları için karbürizasyon işlemi Tablo 1'de gösterilmektedir. TA1 alaşımındaki karbürlenmiş tabakanın ve TiC tabakasının kalınlığı, daha yüksek karbürizasyon sıcaklıkları ve daha uzun karbürizasyon süreleri ile artar. TC4 alaşımı için, bileşik alt katmanının kalınlığı, daha yüksek sıcaklıklar ve daha uzun karbürizasyon süreleri ile artar, ancak karbürlenmiş katmanın toplam kalınlığı, karbürizasyon sıcaklığı arttıkça azalır. Benzer şekilde, TC21 alaşımındaki karbürlenmiş tabakanın kalınlığı, karbürleme sıcaklığının artmasıyla azalır. 1000 derece –1100 derece sıcaklıklarda, TC4 alaşımındaki bileşik alt katmanının büyümesi, Ti-Al intermetalik bileşiklerinin büyümesi ve C ile Ti-Al intermetalikleri arasındaki kimyasal reaksiyonlar tarafından kontrol edilir. Bileşik alt katmanının oluşumunun bir kuluçka süresi vardır; bu süreden sonra bileşik alt katman parabolik bir büyüme yasasını izler. Hesaplanan difüzyon aktivasyon enerjisi 192,597 kJ/mol'dür.
| Seviye |
Karbürleme sıcaklığı (derece) |
Karbürleme süresi(saat) |
|
TA1 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
|
TC4 |
950,1000,1050,1100 |
1,2,4,6,10 |
|
TC21 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
Karbürleme işleminden sonra TA1 alaşımı, TC4 alaşımı ve TC21 alaşımının yüzey sertliği, orijinal alaşımlarla karşılaştırıldığında sırasıyla %350,99, %163,67 ve %175,39 arttı. Karbürlenmiş alaşımlar üzerinde kuru kayma sürtünmesi ve aşınma testleri yapıldı ve sonuçlar, orijinal alaşımlarla karşılaştırıldığında, karbürlenmiş TA1 alaşımı, TC4 alaşımı ve TC21 alaşımının aşınma oranlarının sırasıyla %98,44, %97,39 ve %96,16'dan fazla azaldığını ve karbürleme sıcaklığı arttıkça TC4 alaşımının aşınma direncinin arttığını gösterdi. Aşınma testi parametreleri Tablo 2'de gösterilmektedir.
|
Kayma hızı (m/s) |
Yük taşıma kapasitesi(N) |
|
0.2 |
10,15,20,30,40,50,60,70,80,100,120 |
|
0.5 |
10,20,30,40,60,80,100,120,140,180 |
|
1.0 |
10,15,20,25,30,35,40,50,60 |
|
2.0 |
10,15,20,25,30 |
