Search

Bu çalışmada eriyik yığarak modelleme metoduyla PLA malzemeden pozitif Poisson oranına (PO) sahip bal peteği yapı, negatif PO’na sahip re-entrant yapı, balpeteği ve re-entrant yapının bir kombinasyonu olan hibrit yapı ve son olarak da kiral yapılar üretilmiştir. Daha sonra, bu hücresel yapılarda kiriş kalınlığının ve birim hücrenin yönünün mekanik performanslarına etkisi çekme ve basma durumunda deneysel olarak incelenmiştir. EYM metoduyla üretilen hücresel yapıların çekme ve basma testleri sonucunda elastisite modül (EM) değerleri, çekme dayanımı (ÇD), basma dayanımı (BD), absorbe ettikleri enerji (AEE) ve spesifik absorbe ettikleri enerji (SAEE) miktarlarının yanı sıra Poisson oranları da tespit edilmiştir. Ayrıca, mekanik testler aracılığı ile elde edilen bu bulguların dışında, üretilmiş hücresel yapılı numunelerin sertlik değerleri ve yüzey pürüzlülük değerleri de ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, hücresel yapılardaki birim hücrelerin yönünün ve kiriş kalınlıklarının hücresel yapıların mekanik performansını önemli düzeyde etkilediği tespit edilmiştir. Hücresel yapıların ÇD ve BD’ları artan kiriş kalınlığı ile birlikte artış gösterirken, yüzey pürüzlülük ve sertlik değerleri sırasıyla ortalama 14 µm ve 75 Shore D olarak ölçülmüştür. Re-entrant, kiral ve hibrit yapıda deformasyon miktarına bağlı olarak negatif PO gözlemlenmesine rağmen, balpeteği yapılarda beklendiği üzere pozitif PO görülmüştür. Ayrıca, çekme ve basma durumunda sırasıyla kiriş kalınlığı 0,5 mm ve birim hücreleri y yönüne bakan balpeteği yapı (Hy 0,5) ve re-entrant yapı (Ry 0,5) maksimum AEE ve SAEE sergilemektedirler., In this study, honeycomb structure with positive Poisson ratio (PO), re-entrant structure with negative PO, hybrid structure which is a combination of honeycomb and re-entrant structure and finally chiral structures were produced from PLA material by fused deposition modelling (FDM). Then, the effects of rib thickness and direction of the unit cell on the mechanical performances of these cellular structures were investigated experimentally in tension and compression conditions. As a result of tension and compression tests of cellular structured which are manufactured by FDM method, their elasticity modulus (EM), tensile strength (TS), compression strength (CS), absorbed energy (AE) and specific absorbed energy (SAE) were determined besides their Poisson ratios (PR). In addition to these findings obtained via mechanical tests, the hardness values and surface roughness values of the produced cellular structured samples were also measured. According to the results, it was determined that the direction and rib thickness of the unit cells in cellular structures significantly affect the mechanical performance of the cellular structures. While the TS and CS of the cellular structures increase with increasing rib thickness, the surface roughness and hardness values were measured as 14 µm and 75 Shore D, respectively. Although negative PO was observed in re-entrant, chiral and hybrid structures depending on the amount of deformation, positive PO was observed in honeycomb structures as expected. B thickness 0.5 mm and unit cells of the honeycomb structure (Hy 0.5) and the re-entrant structure (Ry 0.5) facing the y direction have the maximum AE and SAE values in tension and compression conditions, respectively. In addition, honeycomb structure and re-entrant structure have rib thickness of 0,5 mm and unit cells on y direction (Hy 0,5 and Ry 0,5) presents maximum AE and SAE values in order of tension and compression cases.

It is known that three-dimensional (3D) printing technology which enables to transform an imagination into 3D real product, has started to take place in many different areas from the space-aviation sector to the health sector and its usage is gradually increasing. With the unstoppable development of technology, the emergence of new materials and manufacturing methods or the necessity of developing existing ones has become an inevitable fact. Four-dimensional (4D) printing technology which also includes 3D printing technology as one of the steps of 4D printing and this 4D printing technology allows the 3D printed products from smart materials to change their shape over time when these 3D printed products are stimulated by external stimulus such as heat, water, light or etc. In this study, 4D printing technology and components have been examined and some useful information has been tried to be presented to our country's researchers and engineers about the development process and potential application areas of this technology., Hayal gücünü üç boyutlu olarak gerçek bir ürüne dönüştürmeye olanak sağlayan üç boyutlu baskı (3D Printing) teknolojisinin uzay-havacılık sektöründen sağlık sektörüne dek birçok farklı alanda yer almaya başladığı ve kullanımının da giderek arttığı bilinmektedir. Teknolojinin durdurulamaz gelişimi ile birlikte yeni malzemelerin ve imalat yöntemlerinin ortaya çıkması ya da var olanların geliştirilmesinin gerekliliği de kaçınılmaz bir gerçek haline gelmiştir. İçerisinde üç boyutlu (3B) baskı teknolojisini de barındıran dört boyutlu (4B) baskı teknolojisi de bu adımlardan yalnızca birisi olarak karşımıza çıkmakta olup, akıllı malzemeden üç boyutlu olarak basılmış ürünlerin, ısı, su, ışık vb. dış uyarıcılarla uyarılması ile bu ürünlerin zamanla şekil değiştirmesine olanak tanımaktadır. Yapılan bu çalışmada ise 4B baskı teknolojisi ve bileşenleri incelenerek, bu teknolojinin gelişim süreci ve potansiyel uygulama alanları hakkında ülkemiz araştırmacılarına ve mühendislerine bir takım faydalı bilgiler sunulmaya çalışılmıştır.

Toolsteel is a widely used material in forming and manufacturing of injection molds/ equipments. Injection and forming dies are subjected to repetitive highpressure and heat during operation, which leads to unexpected formation ofcracks in the die. In case of continuation of continuous and repeated loads,starting crack causes the die lose its function or stopping injection process.In this study, a series of finite element analyzes and optical investigationshave been carried out to determine the cause of the damage of 1.2367 hot worktool steel injection gate brush which has lost its function as a result ofrepetitive mechanical and thermal loading, and the design of the injection gatebrush has been changed to prevent this damage. As a result of new designing ofinjection gate brush, a decrease in stresses of gate brush under working wasobserved. Hereby, the strength of injection gate brush was improved., Takımçeliği şekillendirme ve enjeksiyon kalıplarının/ekipmanlarının imalatındayaygın kullanılan bir malzemedir. Enjeksiyon ve şekillendirme kalıpları,çalışma sırasında tekrarlı yüksek basınç ve ısıya maruz kalmaktadırlar ve buçalışma koşulu kalıplarda beklenmeyen zamanda çatlak oluşumuna sebepolmaktadır. Sürekli ve tekrarlı yüklerin devamında ise başlayan çatlağınilerlemesi sonucu kalıbın işlevini yerine getirememesi ve/veya imalatındurmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, tekrarlı mekanik ve ısıl yüklemeneticesinde çatlayarak fonksiyonunu yitiren 1.2367 sıcak iş takım çeliği enjeksiyonyolluk burcunun, hasarının oluşum nedeni bir dizi sonlu eleman analizi ve optikaraştırma ile belirlenmeye çalışılmış ve oluşan bu çatlak hasarını önlemek içinenjeksiyon yolluk burcu tasarımında değişikliğe gidilmiştir. Sonuç olarak,tasarımda yapılan iyileştirme ile enjeksiyon yolluk burcunda meydana gelengerilmelerde düşüş görülmüş ve mekanik yüklere karşı dayanımında iyileşme eldeedilmiştir.

Günümüz otomotiv sektörü, daha az yakıt sarfiyatı ve düşük gaz emisyonunun sağlanması için magnezyum (Mg)gibi hafif ve kolay şekillendirilebilen malzemelerin kullanılmasına yoğunlaşmıştır. Yapılan araştırmada, bualaşımların düşük korozyon dayanımına sahip olduğu ve ilave kaplama yöntemleri ile geliştirilmesi gerektiğisonucuna varılmıştır. Bu bağlamda, çalışmada otomotiv sektörü malzemesi olan AZ91 Mg alaşımı Ark PVDyöntemi ile farklı parametreler kullanılarak TiN, AlTiN ve ZrN kaplanmış ve kaplamaların korozyon dayanımınaetkisi deneysel olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu seramik film kaplamaların AZ91 Mg alaşımının korozyondayanımını ciddi bir şekilde arttırdığı ve ortalama olarak AlTiN kaplı AZ91 Mg alaşımının en yüksek korozyondayanımına sahip olduğu, bunu sırasıyla TiN ve ZrN kaplamalı AZ91 Mg alaşımları takip etmektedir.

Powdermetallurgy (P/M) is known as an industrial part manufacturing by powderpressing and sintering using ceramic and metal based particulars, but, P/Mmethod has incorperated the additive manufacturing as a new method which iscombined in technologies of laser, machine, design and software. Themanufacturing of prototype and/or useful industrial parts has become possibleas layer upon layer with today’s additive manufacturing technology by usingsuitable laser, electron and ultraviolet beam in form of powder, wire, sheetand melt from polymer, ceramic and metal based materials. The literature surveyhas been done about the powder bed/feed additive manufacturing methods, thepowder characterizations used in these methods and powder manufacturing methodsin this study. In addition, the effect of dimension, shape, physicalproperties, and chemical purity of powders on the product propertiesmanufactured by powder bed/feed additive manufacturing can be expressed withrespect of investigations in the literature., Toz metalürjisi(TM); seramik ve metal esaslı partiküllerin preslenmesi ve sinterlenmesi ileendüstriyel parça imalatı olarak bilinmekte ancak; lazer, makine, tasarım veyazılım teknolojilerinin bir araya getirildiği eklemeli imalat yöntemi olarakadlandırılan yeni bir teknoloji ile tanışmıştır. Günümüz eklemeli imalatteknolojisi ile, polimer, seramik ve metal esaslı malzemelerin partikül (toz),tel, plaka/saç ve eriyik formları uygun şartlarda lazer, elektron veultraviyole ışınları kullanılarak katmanlı bir şekilde kullanışlı prototipve/veya parça imalatı mümkün hale gelmiştir. Bu çalışmada, özellikle tozbeslemeli eklemeli imalat yöntemleri, bu yöntemlerde kullanılan partiküllerinkarakterleri ve toz imalat yöntemleri ile ilgili literatür araştırmasıyapılmıştır. Ayrıca yapılan bu literatür araştırmasında, partikül taneboyutunun, şeklinin, fiziksel özelliklerinin ve kimyasal saflığının, tozbeslemeli eklemeli imalat ile elde edilen ürünlerin özelliklerine etkisi ifadeedilmeye çalışılmıştır.

Ürün geliştirme ve iyileştirmede, Bilgisayar Destekli Mühendislik (BDM) sürekli prototip üretimini azaltıp, ürün maliyeti azaltmakla birlikte ürün kalitesini arttırmaktadır. Genellikle, BDM uygulamaları, tasarımı yapılan ürünün analizi ve simülasyonu şeklinde yapılmaktadır. Örneğin, BDM ile otomobil, elektronik, imalat ve enerji sektörlerinde, soğutma amaçlı kullanılan düz yüzeye sahip plakalar tasarlanıp imal edilmektedir. Bu çalışmada, literatürden farklı olarak plaka kanatçığı yüzey geometrisinin, kanatçık sayısının/kalınlığının ve malzeme tipinin ısı transferi üzerine etkisi sonlu eleman modelleme (FEM) ile karakterize edilmiştir. Plaka malzemesi olarak alüminyum ve bakırın seçildiği çalışmada, üç farklı kanatçık sayısı (4, 6, 8 kanatçık) ve yüzey geometrisine (düz ve dalgalı) sahip soğutucu plakaların ısı transfer performanslarının analizi için sonlu eleman modeli oluşturulmuş ve plakalar üç farklı sıcaklığa (50 oC, 150 oC, 250 oC) maruz bırakılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda, plakalarda oluşan sıcaklık farkı (t) ve transfer hızı değerleri elde edilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, bu analiz ve simülasyon çalışmasıyla elektronik aygıtların, imalat ve enerji sistemlerinin, otomobil sektörü parçalarının plaka ile soğutulması uygulamalarına bilgiler elde edilmiştir., In product development and improvement, Computer Aided Engineering (CAE) provides decreasing of the continuously prototype manufacture and product costs and increasing the product quality. Generally, CAE applications are carried out with analysis and simulations of prototype design. Forexample, cooler plates used in automobile, electronic, manufacturing and energy sectors are manufactured after analyzed by FEM In this study, as different from literature, the effect of fin face geometry, number of fin and its thickness, material type of plate on heat transfer are characterized by finite element modelling (FEM). Aluminum and copper plate materials are chosen in FEM and finite element model was set to analyze heat transfer performances of cooler plate with different three fin number (4, 6, 8 number of fin), different two fin face geometry (straight and waved), then FE model was solved by exposing three different temperatures (50 oC, 150 oC, 250 oC) to cooler plate. The heat transfer rate and temperature gradient (t) values on cooler plate were obtained by FEM analyses. As a result, some information are obtained for cooler plate applications of electronic devices, manufacturing and energy systems and automobile parts.

Bu çalışmada, mermer endüstrisinde kesme amaçlı kullanılan dairesel testerelerde oluşan kesme kuvveti bulanıkmantık metoduyla modellenmiştir. Kesme esnasında testere üzerine değişik kuvvetler etki etmekte olup,kuvvetler etkisinde testere zorlanmakta ve istenilmeyen hasarlar oluşmaktadır. Bu kuvvetlerin izlenmesikontrolütezgâh ve testere ömrü açısından önemli olmakla birlikte, kesilen yüzeyin kalitesini de etkilemektedir.Kesme işlemi sırasında kesme kuvvetlerinin kontrolü, ancak uzman ve elektronik sistemlerle sağlanabilmektedir.Bu çalışmada, oluşturulan bulanık mantık denetleyicide, kesme kuvvetini etkileyen özgül talaş kaldırma oranı,ilerleme ve kesme derinliği giriş parametresi, kesme kuvveti ise çıkış parametresi olarak belirlenmiştir. Her birgiriş-çıkış parametresi için uygun üyelik fonksiyonları belirlenmiştir. Üyelik fonksiyonları arasındaki ilişkiler,bulanık mantık denetleyici ile verilerden elde edilen bilgiye göre oluşturulmuştur. Oluşturulan bulanık mantıkdenetleyicisiyle giriş değerine göre sitemde oluşan kesme kuvveti değerleri tahmin edilmiştir. Elde edilensonuçlar, bulanık mantık denetleyici ile kesme kuvvetinin tahminlerinin doğru olarak yapılabileceğini ortayakoymuştur.

Endüstriyel uygulamalarda titanyum (Ti), üretilmesi zor ve pahalı malzeme olarak nitelendirilir. Fakat, Ti alaşımları özgül özelliklerinden dolayı uçak konstrüksiyonları ve implant üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ti alaşımlarının döküm yöntemleri ile imal edilmesi durumunda, talaşlı işleme zorlukları ortaya çıkmaktadır. Maliyetin düşürülmesi ve talaşlı işlemeyi en aza indirmek için, toz metalürjisi yöntemi tercih edilmektedir. Bu çalışmada, uzay ve biyomedikal uygulamalarda sıklıkla kullanılan Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2,5Fe ve Ti-6Al-7Nb alaşımları toz metalürjisi yöntemiyle, tek etkili kalıp içerinde ortalama 530 MPa basınçla preslendikten sonra, 1250°C sıcaklıkta koruyucu argon gazı atmosferi ve 10-4 torr vakum ortamında sinterleme işlemi yapılmıştır. Sinterleme sonrası Ti alaşımı numunelerde oluşan sinter bağları, gözenek tipi, Widmanstatten yapının elde edilip edilemediği deneysel olarak araştırılmıştır. Gözenek yapısının aşınma ve eğme dayanımına etkisini belirlemek için aşınma ve eğme deneyleri yapılmıştır. Sonuç olarak, diğer alaşımlara göre Ti-6Al-7Nb alaşımında oluşan büyük gözenekli ve düşük sinter bağ oluşumuna sahip yapı, aşınma ve eğme dayanımını düşürmüştür.

Bu çalışmada, ferromangan tozu ile alaşımlandırılan döküm bakır alaşımının aşınma performansı, aşınmadeneyleri ile belirlenmiştir. Döküm bakır alaşımından imal edilen numunelerin yüzeyleri; 9 g toz emdirmemiktarı, 115A, 125 A ve 140 A akım şiddeti kullanılarak Gaz Tungsten Ark (GTA) yöntemi ile ferromangantozuyla alaşımlandırılmıştır. Aşınma deneyleri, 20, 40 ve 60 N yüklerde ve farklı mesafelerdegerçekleştirilmiştir. Aşınma karakteristiği, ağırlık kaybı ile ölçülmüş ve bu değerlere göre bulanık mantıkmodeli oluşturulmuştur. Bulanık mantık modelinde; akım, yük ve mesafe sistem girdisi, aşınma miktarı kontrolparametresi (çıktı) olarak atanmıştır. Deneysel sonuçlardan elde edilen verilere göre, sistem girdisi üyelikfonksiyonları ve alt küme aralıkları tespit edilmiştir. Çıktı parametresinin doğru bir şekilde kontrol edilebilmesiiçin alt küme aralığı sekiz kümede incelenmiştir. Kurulan uzman model ile, girdi parametrelerine göre oluşanaşınma miktarı tahmin ettirilmekte olup, tahmin değerleri deneysel verilere oldukça yakın olduğu regrasyonanalizi (R2 korelasyon katsayısı ve formülasyonları) ile tespit edilmiştir. Bu sayede, hiçbir deney yapılmamışdurumda, bu malzemenin aşınma performansı karakterize edilebilmektedir.

Sinterlenmiş parçalarda yoğunluk ve mekanik özellikler sinterleme ve presleme şartlarına bağlıdır ve istenilen özelliklere ulaşmada sinterleme ve presleme koşullarının iyi belirlenmesi gerekir. Bu çalışmada, uzay ve biyomalzeme sektöründe tercih edilen Ti-6Al-4V ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımları toz metalurjisi (T/M) metoduyla imal edilmiş ve bazı mekanik özelliklerinin tayini için testler yapılmıştır. Bu amaçla, 550 MPa sıkıştırma basıncı ile rijit kalıp içerisinde prizmatik (10x10x55 mm) numune şeklinde sıkıştırılan tozlar, % 99.99 saflıkta argon atmosferine sahip tüp fırın içerisinde 1250 oC sıcaklıkta iki saat süreyle sinterlenmişlerdir. Üretilen numuneler üzerinde, eğme, çekme ve mikrosertlik testleri yapılmıştır. Elde edilen veriler metalografik çalışmalar ile desteklenmiştir. Sonuç olarak, aynı koşullarda imal edilen Ti-5Al-2.5Fe alaşımının Ti-6Al-4V alaşımına göre yüksek mukavemetli yapıya sahip olmakla birlikte iyi sünek karakteristik gösterdiği gözlenmiştir. Elde edilen mekanik özelliklerin diğer araştırmaların referansıyla herhangi bir implant uygulamalarında yeterli olabileceği kanaatine varılmıştır., Mechanical properties and density in sintered parts are based on the sintering and pressing conditions and then determination of the sintering and pressing condition of titanium alloy powders is required for the obtaining of desirable properties. In this study, Ti-6Al-4V and Ti-5Al-2.5Fe alloys were produced via powder metallurgy (P/M) and its some mechanical properties were investigated. With this aim, elemental powders for these alloys were pressed using 550 MPa compacting pressure inside rigid die as prismatic specimens (10x10x55 mm). Afterward, green compacts were sintered at 1250 oC temperature with two hour inside closed tube furnace under % 99.99 argon atmospheres. Tensile, bending and microhardness tests for these specimens were performed. Obtained experimental results were supported with metallurgical analyses. Tensile test results showed that sintered Ti-5Al-2.5-Fe alloy produced under same condition has higher strength than sintered Ti-6Al-4V alloy. Results indicate that these mechanical properties will be enough to any implant applications with respect to other researches

ÖZETDoktora TeziTOZ METALURJİSİ YÖNTEMİYLE İMAL EDİLEN TİTANYUM ALAŞIMIİMPLANTLARIN TEMEL ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASIBekir YALÇINSüleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri EnstitüsüMakina Mühendisliği Anabilim DalıJüri: Prof. Dr. Cahit KURBANOĞLUProf. Dr. Remzi VAROL(Danışman)Prof. Dr. Süleyman TEKELİProf. Dr. Mustafa ACARDoç. Dr. Abdullah ÖZSOYBiyomalzemeler, geleneksel tıbbi medikal aletlere ilaveten, teşhis ürünleri, tedavi atıkları, dokukültürleri, hibrid organların yanı sıra, medikal implantların büyük bir kısmını içeren malzemeleritanımlamak için kullanılan terimdir. Ancak, hiçbir protez veya implant malzemesi, insankemiğinin yerini tutamayacağı bir gerçektir. Henüz yeterli olmamasına rağmen kullanılan birçokimplant malzemesi mevcuttur. İmplant malzemelerinin büyük bir çoğunluğu protez malzemesininkullanılacağı yere göre eğme-çekme dayanımı, sertlik, aşınma performansı, korozyon direnci,biyouyumluluk, hafiflik, süngerimsi veya sert kompakt kemik yapıları göz önüne alınarak imaledilmektedirler. Paslanmaz çelik ile başlayan süreç, bazı implantasyon ve biyouyumsuzlukproblemlerinden dolayı malzeme ve imalat teknolojilerinin geliştirilmesi sayesinde titanyum (Ti)alaşımlarının biyomalzeme olarak kullanılmasıyla devam etmiştir. Bu çalışmanın amacı,titanyum esaslı implant malzemelerinin toz metalürjisi (TM) yöntemiyle numune tarzında imaledilmesi ve mekanik-tribolojik, fiziksel ve metalürjik özelliklerinin araştırılmasıdır.İmplant endüstrisinde sıklıkla kullanılan Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb ve Ti-5Al-2.5Fe alaşımlarınınınyanı sıra klasik Ti-6Al-4V alaşımına % 4Ta ilavesi ile Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı TM yöntemiyleimal edilmiştir. Alaşımlar, elementel toz karıştırma metoduyla 450-550 MPa tek etkili sıkıştırmabasıncı ile çelik kalıp içerisinde sıkıştırılmış ve argon koruyucu gaz ortamına sahip tüp fırında,1200 o C iki saat süreyle sinterlenelerek imal edilmişlerdir. İmal edilen numunelerin, sinterlemeöncesi yoğunluklarının sinterleme sonrası değişimi, çekme ve eğme mukavemeti, mikrosertlik,kuru ve vücut sıvısı ile özdeş hank sıvısı içerinde aşınma performansları yapılan deneylerle tespitedilmiştir. Çekme deneylerinde belirgin akma karakteristiği göstermeyen TM Ti alaşımlarınınelastisite modül değeri, sonik elastisite modül sistemi ile belirlenmiştir. TM Ti alaşımlarınınkarakteristiğini daha iyi analiz edebilmek için sürtünme katsayısı ve yüzey pürüzlülükölçümlerinin yanısıra eğme numunesi kırık yüzeyleri, aşınma yüzeyleri ve mikroyapıincelemeleri SEM-EDS ve optik mikroskopta yapılmıştır.Sonuç olarak, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımında diğer alaşımlara nispeten yüksek eğilme dayanımı vebuna karşılık gelen sehim miktarı ve kemiğe en yakın elastisite modül ile birlikte kabul edilebilirçekme dayanımı, kuru sürtünme ve hank sıvısı ortamında (sıvı sürtünme) yüksek aşınmaperformansı saptanmıştır. Ti-6Al-4V alaşımında Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı ile benzeş aşınmaperformansına karşılık bu alaşımda eğme durumunda daha kırılgan bir yapı ve çekmedeneylerinde daha yüksek tokluk, yüksek elastisite modül değeri elde edilmiştir. Ti-5Al-2.5Fealaşımında ise, yüksek süneklik, eğme-çekme dayanımı ve tokluğa karşı düşük aşınmaperformansı, yüksek elastisite modül ve yüksek yüzey pürüzlülük değerleri tespit edilmiştir. TMTi-6Al-7Nb alaşımında ise düşük eğme dayanımı ve düşük aşınma performansı ile birlikte düşüksüneklik, kabul edilebilir çekme dayanımı ve yüksek elastisite modül tespit edilmiştir.Metalografik çalışmalarda, özellikle Ti-5Al-2.5Fe alaşımında, yüksek sinter difüzyonu ile dahayoğun gelişmiş sinter boyun mekanizması ve düşük poroziteli bir karakteristik göstermiş ve bunaparalel olarak mekanik özelliklerin daha iyi olduğu görülmüştür. Ancak, Ti-6Al-4V alaşımındadaha yoğun bir iğnemsi α fazı (dönüşmüş β fazı) gözlemlenmiş ve bu ise mukavemet ile birliktekırılganlığı arttırmıştır. Diğer alaşımlarda, Ti-6Al-4V alaşımına nispeten eş eksenli α fazı ilebirlikte iğnemsi β faz dönüşümü gözlemlenmiştir. Ti-6Al-7Nb alaşımında, düşük tane sınırı vekütle difüzyonu ile düşük sinter boyun gelişiminden dolayı karmaşık gözenekli yapı elde edilmiş,bu da eğme dayanımı ve sünekliği belirgin bir şekilde düşürmüştür. Ti-6Al-4V-4Ta alaşımındaise, yüksek tane sınır difüzyonu ve kütle transferi ile birlikte gözeneklerin küreselleşmesisayesinde yüksek eğilme dayanımı ve sehim miktarı görülmüştür. Genel kapsamda, Ti-6Al-4V-4Ta alaşımı diğer alaşımlara nispeten kabul edilebilir çekme dayanımı ile birlikte daha iyimekanik, tribolojik ve metalografik özelliklere sahip olduğu sonucuna varılmıştır.ANAHTAR KELİMELER: İmplant, Toz Metalürji, Sinterleme, Sinter Difüzyon, Ti Alaşımları.2006, 148 sayfa ABSTRACTPh.D. ThesisINVESTIGATION FOR THE BASIS PROPERTIES OF THE TITANIUMALLOY IMPLANTS PRODUCED WITH POWDER METALLURGYMETHODBekir YALÇINSüleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural SciencesDepartment of Mechanical EngineeringThesis Committee: Prof. Dr. Cahit KURBANOĞLUProf. Dr. Remzi VAROL(Adviser)Prof. Dr. Süleyman TEKELİProf. Dr. Mustafa ACARDoç. Dr. Abdullah ÖZSOYBiomaterials is a term used to describe diagnosis products, cure disposals, tissue cultures, hybridorgans as well as traditional medical tools and including most of the medical implants. However,it is a fact that none of the implants can substitute a human?s bone. Although still not enough,there are many applied implant materials. Most of the implant materials are produced consideringbending and tensile strength, hardness, wear performance, corrosion strength, biocompatible,lightness and spongy or hard compact bone structures. The process which started with the use ofstainless steel, changed into the use of titanium alloy (Ti) due to some developments intechnology, equipment, implantation and bio inharmony problems. The aim of these studies is tosearch the production of titanium based implant materials by powder metallurgy (PM) methodand find out mechanical tribological, physical and metallurgic features of these materials.In addition to the commonly used alloys such as Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb and Ti-5Al-2.5Fe, Ti-6Al-4V-4Ta in implant industry is produced by adding %4 Ta to Ti-6Al-4V by PM method.Alloys are produced by elemental powder mixing method in steel die compressed with single-acting pressing at 450-550 MPa and sintering in 1200 oC for two hours in argon protected tubefurnace. The change in the densities of the products before and after sintering, tensile andbending strength, microhardness, dry sliding wear performance and in hank liquid similar tobody liquid are determined by the conducted experiments. In tensile tests the elastic modulevalue of the PM Ti alloy, which did not show clearly yield point, is determined by sonic elasticmodule system. In order to better analyze PM Ti alloys? characteristic friction coefficient andsurface roughness measurements, fracture type of bending specimens, wear surfaces andmicrostructure examinations SEM-EDS and optical microscope is done and photographed.As a result, Ti-6Al-4V-4Ta alloy is relatively more bend strength and deflection quantitycorrelating to this, the acceptable tensile strength in addition wear performance of dry frictionand in hank liquid (liquid friction) is identified. Between Ti-6Al-4V and Ti-6Al-4V-4Ta alloysthere is a similar wear performance but in the preceding one a more fragile structure, hightoughness and higher elastic module values are obtained. Especially, elastic module of Ti-6Al-4V-4Ta alloy is determined to be close to bone elastic module and least surface roughness. In Ti-5Al-2.5 Fe alloy higher ductility, bending and tensile strength and toughness, low wearperformance to be parallel to microhardness, high elastic module and high surface roughnessvalues are obtained. In PM Ti 6Al-7Nb alloy low bending and acceptable tensile strength, lowwear performance, low ductility; acceptable tensile strength and high elastic modules areobtained.In metallographic studies, especially in Ti-5Al-2.5Fe alloy, with higher sinter diffusion, showedgrain boundary and mass diffusion and improved sinter neck mechanism and lower porouscharacteristic. So, Ti-5Al-2.5Fe alloy showed high bending strength and ductile structurecharacteristic. But, in Ti-6Al-4V alloy intensity acicular α phase (transformed β phase) isobserved, consequently strength and fragile structure is increased with this transformation. Moreequiaxed α phase together moderate acicular α phase in other Ti alloys is observed. In Ti-6Al-7Nb alloy, low grain boundary and mass diffusion and because of low sinter diffusion complexpore structure is obtained this has lowered the bending strength and ductility evidently. In Ti-6Al-4V-4Ta alloy thanks to high grain boundary diffusion and mass transfer, spherical pore, highbending strength deflection quantity is observed. In general, when compared with other alloys Ti-6Al-4V-4Ta alloy has relatively more acceptable tensile strength as well as better mechanical,tribological and metallographic properties.KEY WORDS: Implant, Powder Metallurgy, Sintering, Sinter Diffusion, Ti Alloys.2006, 148 pages 163

ÖZET Günümüzde Yüksek Hızlı İmalat (HSM) sistemlerinin gelişmesiyle birlikte, bu sistemlerde kullanılan kesici takımların da yüksek performanslı olması istenmektedir. Dünya imalat sektöründe, kesici takım malzemesi olarak % 50 kullanım potansiyeline sahip olan Yüksek Hız Çelikleri(HSS), HSM sistemlerinde de kullanım alam bulmuştur. HSS kesici takım malzemeleri, özel belirlenmiş bir ısıl işlemle, mükemmel bir kırılma dayanımına (tokluk) sahip olurlar. Kırılmaya dayanıklı matriks HSS malzemesinin yüzeyleri, Ark fiziksel buhar biriktirme yüzey sertleştirme tekniği ile, sert seramik kaplanmasıyla da, yüksek kesme hızlarında çalışma özelliği kazanır. Bu çalışmada, DEST 1. 3343' den imal edilmiş torna, freze ve matkap kesici takım malzemelerinin yüzeyleri, Ark PVD yüzey sertleştirme yöntemiyle TİN sert seramik kaplama yapılmıştır. TİN ile kaplanmış kesici takımlarla, konvansiyonel kesici takımların kesme performansları analiz edilmiştir. Sonuçta sert seramik kaplanmış takımlar, işleme kalitelerin yanında kaplanmamış takımlara göre 3-10 kat daha fazla ömre sahip olduğu tespit edilmiştir. ANAHTAR KELİMELER: Ark Fiziksel Buhar Biriktirme (Ark PVD), Yüksek Hızlı İmalat (HSM), Yüksek Hız Çeliği (HSS), Titanyum Nitrür (TİN), Tokluk, Torna, Freze, Matkap. m ABSTRACT With current development High Speed Machining (HSM) Systems, the cutting tools used in this systems must have high performance. High speed steels(HSS) used half percent as cutting tool in the world production sector, have high usage potential in high speed machining systems. HSS gets cutting performance with specific heat treatments. Especially, HSS which have excellent fracture resistant (toughness), after hardening, tempering. Matriks surface which have fracture resistant, was coated hard ceramic materials (TiN, TiAIN, CrN, ZrN vs.) by process of Arc Physical Vapour Deposition (Arc PVD), the HSS acquired working high speed cutting condition. In this study, cutting materials used in turning, milling and drilling made from DIN 1. 3343 are hardened, tempered and their surface were hardened also hard Titanium Nidride (TiN) by process of Arc PVD surface hardening. Cutting performance of convansiyonel cutting tools are compaired with TiN coated cutting tools. As a result, it's determined that hard TiN coated cutting tools, beside the manufacturing quality, have three-ten more times life than convansiyonel cutting tools. KEY WORDS: High Speed Machining, High Speed Steels, Ark Physical Vapour Deposition (Arc PVD), Titanium Nidride (TiN), Toughness, Turning, Milling, Drilling. IV 97