Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Ti ve Mn İlavesinin Etkisinin İncelenmesi

Benzer belgeler
Co-Cr-Mo Esaslı Alaşımın Özelliklerine Bazı Metallerin Etkisinin İncelenmesi

Döküm Yöntemiyle Üretilen Co-28Cr-6Mo Alaşımının Metalurjik Özelliklerinin Araştırılması

6.WEEK BİYOMATERYALLER

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi Journal of Advanced Technology Sciences ISSN:

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

T/M Yöntemiyle Üretilmiş Co Esaslı Co-Cr-Mo Alaşımlarının Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Cr Oranının Etkisi

CERRAHİ İĞNE ALAŞIMLARI. Microbiologist KADİR GÜRBÜZ

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

TAHRİBATLI MALZEME MUAYENESİ DENEYİ

7075 SERĠSĠ ALAġIMLARIN GENEL ÜRETĠM YÖNTEMLERĠ

DOĞAL KURŞUN METALİK KURŞUN PLAKALAR

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

FARKLI ÇELİKLERE UYGULANAN DEĞİŞEN ISITMA HIZLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AŞIRI PLASTİK DEFORMASYON METOTLARININ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine uygulanan

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM VE ANALİZ (ANSYS)

AN INVESTIGATION ON THE PRODUCIBILITY OF TRAIN WHEELS BY CASTING METHOD

HİDROKSİAPATİT NANOPARÇACIKLARININ SENTEZİ

3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES) 3.1. METAL VE ALAŞIMLAR. Karbon çelikleri (carbon steels)

MALZEME BİLGİSİ DERS 8 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

Lab Cihazları Dersi Çalışma Soruları

Faz ( denge) diyagramları

İnce ve Kalın Kesitli SiMo Küresel Dökme Demirlerin, Isıl İşlem Öncesinde ve Sonrasında Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri

Emre Yalçın (Odöksan ELBA) 7.Oturum: Süreçler ve Kontrol 7th Session: Process and Control

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

KIRIK YÜZEYLERİN İNCELENMESİ

Dökme Demirlerin Korozyonu Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

SICAK İŞ TAKIM ÇELİKLERİ B İ R K A L İ T E M A R K A S I

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

Malzeme Bilgisi ve Gemi Yapı Malzemeleri

TERMOKİMYASAL YÜZEY KAPLAMA (BORLAMA)

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

YAPI MALZEMELERİ DERS NOTLARI

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 6 Sayı: 2 s Mayıs 2004

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

KRON KÖPRÜ REVATMANI

İNSAN UYLUK KEMİĞİ VE KALÇA PROTEZİNİN GERİLME VE DEPLASMAN DAVRANIŞININ KIYASLANMASI

Kaynaklı Birleştirmelere Uygulanan Tahribatlı Deneyler

Kobalt Esaslı Elektrotlarla Kaplanan Malzemelerin İç Yapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

Chapter 9: Faz Diyagramları



6. BEYAZ ve YÜKSEK ALAŞIMLI DÖKME DEMİRLER

Deneyin Amacı Çekme deneyinin incelenmesi ve metalik bir malzemeye ait çekme deneyinin yapılması.

METALİK MALZEMELERİN ÇEKME DENEYİ

ÇEKME DENEYİ. Şekil. a) Çekme Deneyi makinesi, b) Deney esnasında deney numunesinin aldığı şekiler

ÜRÜN KATALOĞU BM TEKNİK

İKİZ MERDANELİ SÜREKLİ DÖKÜM TEKNİĞİ İLE AA5754 MALZEME ÜRETİMİ. Koray TURBALIOĞLU

Çeliklerin Fiziksel Metalurjisi

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

SÜPER ALAŞIMLAR Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

Paslanmaz Çeliklerin. kaynak edilmesi. Özlem Karaman Metalurji ve Malzeme Mühendisi Kaynak Mühendisi

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

100 TL/adet ISO TL/adet Metalik Malzemelerde. Standard Specification. 200 TL/adet 99. Elyaf takviyeli plâstik.

1. AMAÇ Çeliklerde ısıl işlem yoluyla mikroyapı ve mekanik özelliklerin değişiminin incelenmesi

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

ÜÇ FARKLI ÇELİĞE KATI BORLAMA İŞLEMİ YAPILMASININ İÇ YAPI VE SERTLİK ÜZERİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ ÖZET ABSTRACT

DENEYİN ADI: Jominy uçtan su verme ile sertleşebilirlik. AMACI: Çeliklerin sertleşme kabiliyetinin belirlenmesi.

DÖKÜM KALĐTESĐNĐN SIKIŞTIRMA DÖKÜM YÖNTEMĐ ĐLE YÜKSELTĐLMESĐ

DÖKÜM TEKNOLOJİSİ. Döküm:Önceden hazırlanmış kalıpların içerisine metal ve alaşımların ergitilerek dökülmesi ve katılaştırılması işlemidir.

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 2 Çelik üretimi. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

2xx SERİSİ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA Ag İLAVESİNİN MUKAVEMETE ETKİSİ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Kaybolan Köpük Yöntemi Kullanılarak Al-Si Alaşımlarının Akışkanlığının İncelenmesi

2. Sertleştirme 3. Islah etme 4. Yüzey sertleştirme Karbürleme Nitrürleme Alevle yüzey sertleştirme İndüksiyonla sertleştirme

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

DENEYİN ADI: Kum ve Metal Kalıba Döküm Deneyi. AMACI: Döküm yoluyla şekillendirme işleminin öğrenilmesi.

JOMINY DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

YORULMA HASARLARI Y r o u r l u m a ne n dir i?

Kompozit Malzemeler. Tanım:

ALUMİNYUM ALA IMLARI

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Kompozit Malzemeler. Tanım:

TANE BÜYÜMESİ. Şek Bir saat süreyle değişik sıcaklıklara ısıtılmış ince taneli ve kaba taneli çeliklerin tipik tane büyüme davranışı

ASC VE AZS MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

2-C- BAKIR VE ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİ 2-C-3 MARTENSİTİK SU VERME(*)

T.C. KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ M-220 ÇEKME DENEYİ

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Sürünme, eğme ve burma deneyleri

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

OSMANLI ALAŞIMLI ÇELİKLER SAN. VE TİC. LTD. ŞTİ

SÜPERALA IMLAR. Yüksek sıcaklık dayanımı

LABORATUAR DENEY ESASLARI VE KURALLARI

şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Kaynak yöntemleri ile birleştirilen bir malzemenin kaynak bölgesinin mikroyapısı incelendiğinde iki ana bölgenin var olduğu görülecektir:

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

AlSi7Mg DÖKÜM ALAŞIMINDA T6 ISIL İŞLEM DEĞERLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ. Onur GÜVEN, Doğan ALPDORUK, Şükrü IRMAK

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

Transkript:

Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 9, No: 3, 2012 (25-33) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 9, No: 3, 2012 (25-33) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1304-4141 Makale (Article) Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Ti ve Mn İlavesinin Etkisinin İncelenmesi Özet Emine ŞAP**, Halis ÇELİK* **Bingöl Üniversitesi T.B.M.Y.O,Bingöl/TÜRKİYE *Fırat Üniversitesi Tekn. Eğt. Fak.,Elazığ/ TÜRKİYE esap@bingol.edu.tr Geliş Tarihi: 17.10.2012 Kabul Tarihi: 24.12.2012 Bu çalışmada kobalt esaslı bir alaşımın mikroyapı ve mekanik özelliklerine titanyum (Ti) ve mangan (Mn) elementlerinin etkisi incelenmiştir. Kobalt esaslı alaşım olarak dental uygulamalarda çok kullanılan Co-28Cr- 6Mo-0.7Mn-0.5Si-0.5C alaşım referans alınmış ve daha sonra bu alaşıma % 0.7-2.0 Ti ve % 1.3 Mn ilave edilerek üç çeşit yeni alaşım üretilmiştir. Kobalt esaslı alaşıma elementler ergitme yöntemi ile ilave edilmiştir. Malzemelerin ergitilmesi için bir elektrik indüksiyon ergitme fırını kullanılmıştır ve ergitme işlemi normal atmosfer şartlarında yapılmıştır. Alaşımlandırma işlemlerinde % 99.9 saflıkta elementler kullanılmıştır. Deney numuneleri dökümle elde edilmiştir. Numunelerin mekanik özellikleri; çekme deneyi ve sertlik ölçümüyle, metalografik özellikleri ise SEM ve EDS ile belirlendi. Sonuçlar irdelendiğinde Mn ilavesi ile malzemedeki dendritik yapının daha homojen bir dağılıma sahip olduğu, Ti ilave edilmesi ile dendritik yapının varlığını koruduğu ancak dendrit kollarındaki nano yapının tamamen kaybolduğu gözlendi. Anahtar Kelimeler:Kobalt, Kobalt esaslı alaşımlar, Biyomedikal malzemeler Investigation of Effects of Ti and Mn Addition on Microstructure and Mechanical Properties of Cobalt Based Alloys Abstract Effects of Ti and Mn additions on microstructure and mechanical properties of a cobalt based cast alloy have been investigated in this study. Co-28Cr-6Mo-0.7Mn-0.5Si-0.5C alloy, which is the most common cobalt based alloy used for dental applications, was taken as reference and % 0.7-2.0 Ti and %1.3 Mn was added to produce three different alloys. Alloying elements were added to cobalt based alloy by melting in an induction furnace under normal atmospheric conditions. 99.9 % pure elements were used for alloying process. Specimens were produced with casting. Mechanical properties of specimens with hardness and tensile experiment and with SEM and EDS were determined. These result showed that with Mn edition dendritic structure in reference alloy was dispersed homogenly, with Ti addition dendrite structure was existed but nano-sized dendritic structures disappear completely. Keywords: Cobalt, Cobalt based alloys, Biomedical materials Bu makaleye atıf yapmak için ŞAP E., ÇELİK H, Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerine Ti ve Mn İlavesinin Etkisinin İncelenmesi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2012, (9)25-33 How to cite this article ŞAP E., ÇELİK H, Investigation of Effects of Ti and Mn Addition on Microstructure and Mechanical Properties of Cobalt Based Alloys Electronic Journal of Machine Technologies, 2012,(9)25-33

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri 1. GİRİŞ Canlı dokuya doğrudan temas halinde bulunan ve vücudun herhangi bir organı ile yer değiştirip onun fonksiyonunu yerine getirmeye yarayan yapay malzemelere biyomalzemeler denir. Hiçbir protez veya implant malzemesinin insan kemiğinin yerini tutamayacağı bir gerçektir. İmplant malzemelerinin büyük bir çoğunluğu protez malzemenin kullanılacağı yere göre; yorulma ve aşınma dayanımı, tokluk, gerilmegerinme, korozyon direnci, biyouyumluluk, hafiflik, süngerimsi veya sert doku, ısıl iletkenlik, manyetiklik ve imalat özellikleri göz önüne alınarak DIN, ASTM ve TSE gibi standartlara göre hazırlanmaktadır. Metal protezlerin biyouyumluluğu, vücut içerisinde (invivo environment) korozyona uğramalarıyla ilgilidir [1]. Biyouyumluluklarının düşük olması, korozyona uğramaları, dokulara göre çok sert olmaları, yüksek yoğunlukları ve alerjik doku reaksiyonlarına neden olabilecek metal iyonu salımı gibi dezavantajlarına rağmen, kristal yapıları ve sahip oldukları güçlü metalik bağlar nedeniyle üstün mekanik özellikler taşıyan; Titanyum ve titanyum alaşımları, paslanmaz çelikler, altın ve kobalt gibi metal ve metal alaşımlarının biyomalzeme alanındaki payı büyüktür [2]. Metallerden kırık kemik parçalarının birleştirilmesinde; plaka ya da tek parça halinde kalça kemiği veya diz kapağı protezleri olarak, dişçilikte ise protez ve dolgu malzemesi olarak yararlanılır [3]. Genel olarak kobalt esaslı alaşımlar yüksek aşınma direnci, yüksek sıcaklık direnci ve yüksek korozyon direncine sahip malzemelerdir [4]. Kobalt esaslı alaşımların ilk medikal kullanımı; döküm yöntemiyle diş implantlarının elde edilmesi şeklinde olmuştur. Vücut içi ve vücut dışı yapılan birçok test, alaşımın biyouyumlu olduğunu ve cerrahi implantlar olarak kullanılabileceğini göstermiştir [5]. Biyouyumluluğu olan Co esaslı metalik alaşımların temelde iki tipi vardır. Bunlardan birincisi olan Co- Cr-Mo alaşımı dökümle şekillendirilir, ikincisi ise Co-Cr-Ni-Mo alaşımı olup sıcak haddelemeyle işlenir. Kobalt bazlı alaşımlar ağırlıkça % 65 kobalt içerirler. Molibden ince taneli bir yapı sağlayarak mekanik özellikleri iyileştirmektedir. Krom da, katı çözelti yaparak dayanımı arttırır. Elastisite modülü paslanmaz çelikten daha büyüktür. İMPLANT MEKANİK ÖZELLİK Çekme Dayanımı (MPa) Akma Dayanımı (MPa) Tablo.1. Co-Cr alaşımlarının mekanik özellikleri [7] CoNiCrMo (F562) CoCrMo (F75) CoCrWNi (90) Tavlanmış Soğuk Dövülmüş ve Yaşlandırılmış 655 860 793-1000 1793 (min) 450 310 240-655 1585 Uzama (%) 8 10 50,0 8,0 Kesit Daralması (%) Yorulma Dayanımı (MPa) 8 ----- 65,0 35,0 310 ----- ----- ----- 26

Şap E., Çelik H, Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Dökülebilir Co-Cr-Mo alaşımı dişçilik alanında uzun süreden beri kullanılmaktadır. Son zamanlarda bu alaşımın suni eklem yapımında kullanıldığı da görülmektedir. Co-Cr-Ni-Mo alaşımı ise yükün fazla olduğu bacak, kol, kalça ve diz eklemlerinde protez sapı malzemesi olarak kullanılmaktadır [6]. Sıcak dövülerek şekillendirilen Co-Cr-Ni-Mo alaşımının üstün aşınma, yorulma ve çekme dayanımı vardır. Yorulma dayanımı da Ti 550 alaşımından daha üstündür. Dökme ve dövme alaşımları yüksek korozyon direncine sahiptir. Tablo 1 Co-Cr alaşımlarının mekanik özelliklerini göstermektedir. 2. MATERYAL VE METOD Çalışmanın ilk aşamasında dört çeşit alaşım indüksiyon ergitme yöntemiyle üretilmiştir. Ergitme işlemleri 5 kg kapasiteli indüksiyon ergitme fırınında yapılmıştır. Metallerin yüksek sıcaklıklarda ergitilerek alaşımlandırılması için 1800 o C sıcaklığa dayanabilen, SiC esaslı ergitme potaları kullanılmıştır. Pota sıcaklığının kontrolü ve sıcaklık ölçümü için 350 1800 o C sıcaklık aralığında, uzaktan ölçüm yapabilen optik pirometre (Impac IS 200-IGA 200) kullanılmıştır. SiC potada ergimiş metal, kokil (metal) kalıba dökülerek 10 mm çapında ve 13 cm uzunluğunda çubuklar halinde üretilmiştir. Döküm sıcaklığı 1450 1475 o C civarında tutulmuştur. Dökümden önce metalin geç soğuması ve hemen katılaşmaması için kokil kalıp 400-500 o C ye kadar ön ısıtmaya tabi tutulmuştur. Üretilen alaşımların, yani Co-Cr-Mo alaşımının üçlü denge diyagramı Şekil 1 de görüldüğü gibidir. Bu denge diyagramı üzerinde çalışma bölgesi ok ile işaretlenmiş olup alaşımın kimyasal bileşimi % 67Co-% 28 Cr-% 5 Mo dir. Referans malzeme olarak; piyasada dental alanda en çok kullanılan alaşım göz önüne alınmıştır. Bu alaşım da Co-28Cr-5Mo 0.5Si 0.7Mn 0.5C bileşimindedir. Bu sebepten dolayı çalışmalara ilk önce bu alaşımın üretilmesiyle başlanmıştır. Daha sonra bu alaşıma %1.3 Mn, % 0.7-2.0 Ti katılmak suretiyle üç çeşit yeni alaşım örnekleri elde edilmiştir. Üretilen alaşımlar için yapılması gereken testlerden en önemlisi kimyasal analiz testleridir. Şekil 1. Co-Cr-Mo üçlü denge diyagramında çalışma bölgesi [8]. Deneyin analiz sonuçları Tablo 2 de gösterildiği gibidir. Tablodan da görülebileceği gibi dört adet kobalt esaslı alaşım dökülerek, üretim başarı ile gerçekleştirilmiştir. 27

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Referans alaşımın sertlik değerine katkı elementleri Ti ve Mn ın etkisini anlayabilmek amacıyla bir dizi sertlik ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler Rockwell ve Vickers yöntemleri ile alaşımın en az üç farklı bölgesi kullanılarak yapılmış ve bunların ortalaması alınmıştır. Numune No Tablo 2. Üretilen deney numunelerinin kimyasal bileşimleri Alaşım elementleri (% ağ) Numune Adı Co Cr Mo Si C Mn V Ti C1 Co-Cr-Mo-0,7Mn 63,92 28,61 5,76 0,48 0,49 0,73 0,03 - C2 Co-Cr-Mo-1,3Mn 62,57 27,78 5,73 0,50 0,49 1,33 0,02 0,01 D1 Co-Cr-Mo-0,7Ti 62,49 29,53 5,56 0,49 0,48 0,73 0,03 0,77 D2 Co-Cr-Mo-2,0Ti 63,07 27,22 5,12 0,48 0,51 0,72 0,02 2,07 Katkı elementlerinin referans alaşımının çekme dayanımı ve sünekliğini ne miktarda etkilediğini anlamak amacıyla döküm yöntemiyle çubuk şeklinde üretilen numunelerin her birinden en az iki adet çekme çubuğu üretilerek bir dizi çekme deneyleri yapılmıştır. Referans alaşımın sertliğinin yüksek olması nedeniyle çekme numuneleri hazırlanırken talaşlı işlemede zorluk çekilmiştir. Bunun sonucu olarak üretilen çekme numunelerinin yüzeyleri pürüzlü ve tam düzgün olarak çıkmamıştır. Bu sebepten dolayı üretilen çekme deney numunelerinin yüzeyleri bir defa da taşlama işlemine tabi tutularak tam düzgün hale getirilmiştir. Bu işlemlerden sonra çekme deneyleri yapılmıştır. Mikroskobik çalışmalarda elektron mikroskop (SEM) ve noktasal analiz (EDS) cihazları kullanılarak mikroyapı detaylı bir şekilde incelenmiş ve gözlemlenen sonuçlar fotoğraflarla tespit edilmiştir. 3.DENEY SONUÇLARI 3.1. Sertlik sonuçları C1 numunesinin sertlik değerine Ti ve Mn ın etkisi Şekil 3.1 ve Şekil 3.2 de görüldüğü gibidir. Grafikten anlaşılabileceği gibi % 0.7 Mn içerikli numune orijinal numune (Co-Cr-Mo-0,5Si-0,5C,-0,7Mn) olup bu alaşımın sertliği ortalama 409 HV değerindedir. Bu alaşıma % 1.3 Mn ilavesi sertliğin bir miktar düşmesine sebep olmuştur. Bu düşüş ortalama 50 HV değerindedir. 420 420 S ertlik (HV) 400 380 360 Sertlik (HV) 400 380 360 340 0,5 1 1,5 Mangan Katkı Oranı (%) 340 0 0,5 1 1,5 2 Titanyum Katkı Oranı (%) Şekil 3.1. Mangan katkı oranının sertliğe etkisi Şekil 3.2.Titanyum katkı oranının sertliğe etkisi Şekil 3.2 de titanyum katkılı alaşımın sertlik ölçüm grafiği görülmektedir. Bu grafikte grafik çizgisinin başlangıç noktası orijinal alaşımın sertlik değeri olup, devam eden kısımları ise alaşıma % 0.7-2.0 oranlarında titanyum katılarak üretilen alaşımın sertlik değerleridir. Grafikten anlaşılacağı gibi alaşıma katılan % 0.7 oranındaki titanyum, alaşımın sertliğini 57 HV kadar düşürmüştür. Titanyum katkı oranının 28

Şap E., Çelik H, Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 % 2.0 e çıkmasıyla sertlikte devam eden bir düşme olmamış, hatta çok az bir miktar artış göstererek 413 HV değerlerine ulaşmıştır. Şekil 3.2 de görülen grafik çizgisinin seyrine bakarak % 0.7 titanyum katkı oranında kararlı bir düşüş gösteren sertlik değerleri bu katkı oranından sonra yükselmiştir. 3.2 Çekme deney sonuçları Şekil 3.3 te alaşıma ilave edilen %1.3 Mn oranının, % 0.7 Mn ilavesine göre çekme dayanımını düşürerek uzamayı artırdığı görülmektedir. Mn ilavesiyle alaşımın hem çekme dayanımı hem de uzama değerlerinde lineer bir değişim gözlenmiştir. Dolayısıyla, bu sonuçlardan alaşımın tokluğunun yükseldiğini söylemek de mümkündür. Orijinal kobalt esaslı alaşıma ilave edilen titanyum, alaşımın sertliğini belirli miktarda düşürmüştür. Alaşımın sertliğindeki düşme, çekme dayanımına da etki ederek bir miktar azalmasına, aynı zamanda alaşımın sünekliğinin de artmasına sebep olmuştur. Şekil 3.4 ten de anlaşılacağı üzere, özellikle % 2.0 Ti ilavesinde uzama değerinin daha fazla artarak, çekme dayanımının düştüğü açıkça görülmektedir. 1000 1000 Gerilme (N/mm2) 800 600 400 200 0,7 Mn 1,3 Mn 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Uzama (mm) Şekil 3.3. Mangan katkı oranının çekme dayanımı ve uzamaya etkisi Gerilme (N/mm2) 800 600 400 Ref. Numune 200 0,7 Ti 2,0 Ti 0 0 1 2 3 4 Uzama (mm) Şekil 3.4. Titanyum katkı oranının çekme dayanımı ve uzamaya etkisi 3.3. Mikroyapı incelemesi Referans numune olarak kabul edilen ve C1 numunesi olarak da adlandırılan % 0.7 Mn katkı oranına sahip alaşımın 20000 büyütmedeki mikroyapı fotoğrafı Şekil 3.5 te görüldüğü gibidir. Şekil 3.5 teki bu fotoğraf incelendiğinde, açık renkli bölgelerin nano mertebesinde dendritik bir yapıya sahip olduğu fark edilmektedir. Bu dendritlerin tarak şeklinde olduğu ve açık renkli bölgeler boyunca çok sık bir şekilde dizildiği ve ayrıca ikincil dendrit kolları arasındaki mesafenin çok az olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca bu dendrit kollarının kalınlığının yaklaşık olarak 83 nm olduğu ve dendrit kolları arasında oluşmuş başka bir faz bulunmadığı da anlaşılmıştır. Dendrit kollarının kimyasal yapısının durumunu anlayabilmek amacıyla EDS analizleri yapılmıştır (Şekil 3.5, 3.6. ve 3.7). Analizler, farklı faz yapılarının bulunduğu iki yerden alınmıştır. İki bölgeye ait analiz sonuç grafiği ve bu grafiklere ait analiz değerleri; Şekil 3.6 ve 3.7 de görüldüğü gibidir. 1 no lu Spektrumun analiz sonuç grafiğinden de anlaşılacağı üzere bu bölge Co ve Cr bakımından zengin bir bölgedir. Analizi alınan diğer kısım olan 3 no lu Spektrumun yani dendritlerin olduğu bölgenin ise Cr bakımından zengin olduğu görülmektedir 29

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Şekil 3.5. C1 numunesinin mikroyapı görüntüsü ve EDS analizinin alındığı nokta Şekil 3.6. C1 numunesinde 1no lu spektrumun EDS analiz grafiği Şekil 3.7. C1 numunesinde 3no lu spektrumun EDS analiz grafiği Şekil 3.8 de referans alaşıma % 1.3 Mn ilave edilerek üretilmiş C2 numunesinin mikroyapı fotoğrafı görülmektedir. Şekil 3.8 deki bu fotoğraf incelendiğinde, açık renkli bölgelerin yine nano boyutlu dendritik bir yapıya sahip olduğu fark edilmektedir. Fakat bu alaşımda referans alaşımda oluşmuş olan tarak şeklindeki nano boyutlu dendritik yapının oluşmadığı sonucuna varılmıştır. İkinci faz bölgelerinin numune boyunca çok ince hatlarla birbirine bağlı (ilişkili) oldukları, yüksek büyütmedeki bu fotoğraftan açıkça görülmektedir. Tane sınırları olarak görülen bu kısımların aslında tane sınırları olmayıp farklı bir faz olduğu da açıktır. Dolayısıyla, % 1.3 Mn içerikli bu alaşımın da iki fazdan oluştuğu sonucuna varılmıştır. Ancak bu yapıda Co-Cr ötektik fazının, α fazı içerisinde daha homojen ve ince olarak dağıldığı görülmüştür. Bu yapı istenilen bir durumdur. Tane sınırı görünümünde olan kısmın kimyasal yapısının anlaşılması amacıyla, EDS analizleri yapılmıştır. Bu analizler Şekil 3.8 de gösterilen kısımlardan alınmıştır. Fotoğraf üzerindeki noktaların analiz grafiği ve analiz değerleri Şekil 3.9 da görülmektedir. 30

Şap E., Çelik H, Şekil 3.8. C2 numunesinin mikroyapı görüntüsü ve C2 numunesinde EDS analizinin alındığı nokta Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Şekil 3.9. C2 numunesinin EDS analizi grafiği Şekil 3.10 da Co referans alaşıma, % 0.7 Ti katılarak elde edilen D1 numunesinin mikroyapı fotoğrafı görülmektedir. Görüldüğü gibi alaşım, dendritik bir yapıya sahiptir ve iki fazlı bir görünüme sahiptir. İkinci faz bölgesi olarak adlandırdığımız, bu açık renkli kısımlar numune boyunca dizilmiştir. Titanyum ilavesi bu bölgelerin daha ince yapılı bir hal almasına sebep olmuştur. Şekil 3.11 de % 2.0 Ti ilave edilmiş D2 numunesinin mikroyapı fotoğrafı görülmektedir. Görüldüğü gibi alaşım yine iki fazlı bir görünüme sahiptir. D1 numunesinde olduğu gibi, ikinci faz bölgesi olarak adlandırdığımız açık renkli kısımlar numune boyunca çizgisel bir biçimde dizilmiştir. Ancak D2 numunesinde (Şekil 3.11) ikinci faz bölgelerinin yoğunluğunun daha da arttığı ve çizgisel yapısını kaybettiği görülmektedir. Şekil 3.10. D1 numunesinin mikroyapı görüntüsü ve EDS analizinin alındığı noktalar Şekil 3.11. D2 numunesinin mikroyapı görüntüsü Her iki numunenin de (D1 ve D2) yüksek büyütmelerdeki görüntüsünde mangan ilaveli C1 ve C2 numunelerinin ikinci faz bölgelerinde elde edilen dendritik yapı benzeri bir görünüm belirginliğini yitirmiştir. Dolayısı ile referans alaşıma titanyum ilavesi ile ikinci fazlarda görülen dendritik yapı kollarının kaybolduğu sonucuna varılmıştır. Titanyum ilave edilmiş alaşımların mikroyapı fotoğraflarında benzerlik olması ve her iki alaşım için yapılan EDS analizlerinde çok az farklılıklar bulunması nedeniyle buraya sadece % 0.7 Ti içerikli alaşımın analiz grafiği ve tablosu verilmiştir (Şekil 3.12, 3.13 ). 31

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 Kobalt Esaslı Alaşımların Mikroyapı ve Mekanik Özellikleri Şekil 3.12. D1 numunesinin 1no lu spektrumun EDS analizi grafiği Şekil 3.13. D1 numunesinin 3no lu spektrumun EDS analizi grafiğ D1 numunesinin Şekil 3.10 daki belirtilen bölgelerinden alınan EDS analiz grafik ve tabloları Şekil 3.12 ve 3.13 te verilmiştir. Analiz sonuçlarından da anlaşılacağı üzere her iki bölge de kobaltca zengindir. Ayrıca analizi alınan bölgeler, genel yapıdaki hemen hemen tüm bileşenleri kapsamaktadır. EDS sonuçları Co-Cr ikili denge diyagramı ile karşılaştırılırsa, referans malzemede oluşan α-co fazı içerisinde Co-Cr ötektiğinden oluşan dendrit yapı Ti etkisiyle çok incelmiştir. 4.SONUÇLAR Farklı oranda Ti ve Mn içeren Co-Cr-Mo alaşımları, döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen numunelerin mekaniksel ve mikroyapı özellikleri araştırıldı ve aşağıdaki sonuçlara ulaşıldı. Referans alaşım olarak kabul edilen Co-28Cr-6Mo-0,7Mn-0,5Si-0,5C bileşimindeki alaşımın sertliği 409 HV olup, ilave edilen % 1.3 oranındaki Mn alaşımın sertliğini azaltarak 361 HV değerine düşürmüştür. % 0.7 oranında titanyum ilavesinde alaşımın sertliğinde düşme olmuş ancak % 2.0 oranındaki titanyum ilavesi ile alaşımın en son elde edilen sertlik değeri de yükselmeye başlayarak 413 HV değerlerine ulaşmıştır. Referans alaşımın çekme dayanımı 863 N/mm 2 olarak ölçülmüştür. % 1.3 Mn ilavesi çekme dayanımını düşürerek 820 N/ mm 2 seviyelerine gerilemesine sebep olmuştur. Titanyumun % 0.7 oranında alaşıma ilavesi, çekme dayanımını bir miktar düşürmüştür. Ti ilavesinin % 2.0 a çıkması ile çekme dayanımı tekrar bir miktar yükselmiş ve uzama da çok az artmıştır. Mikroyapı özelliklerini anlamak amacıyla yapılan elektron mikroskobu çalışmalarında referans alaşımın nano boyutlu dendritik bir yapıya sahip olduğu, bu nano boyutlu dendritik yapının sadece belirli bölgelerde görüldüğü ve bu bölgelerin de numune boyunca düzgün bir şekilde dağıldığı sonucuna varılmıştır. Mn ile nano boyutlu dendritik yapının görüldüğü bölgelerin numune üzerinde dağılımı değişmiş ve bu nano boyutlu dendritlerin morfolojisi de değişmiştir. Titanyum ilave edilmesi ile, referans alaşımın nano boyutlu dendritik yapısının tamamen kaybolduğu gözlenmiştir. 5. KAYNAKLAR 1. Williams, D.F., 1982, Biocompatibility in Clinical Practice, Boca Raton, F.L. CRC Press.P 2. asinli, A., 2004, Biyomedikal Uygulamalarda Kullanılan Biyomalzemeler, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi (4), 25-34. 32

Şap E., Çelik H, Teknolojik Araştırmalar: MTED 2012 (9) 25-33 3. Sarsılmaz F., 2003, Polimer- Hidroksiapatit Kompozitlerinin Ortopedik Biyomalzeme Olarak Kullanılmasının Arastırılması, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazıg, Yüksek Lisans Tezi, 5-6. 4. Kuzucu, V., Ceylan, M., Çelik, H., Aksoy, İ., 1997, Microstructure and Phaze Analyses of Stellite 6 plus 6 % wt. Mo Alloy, Journal of Materials Processing Technology, 69, 257-263. 5. Robert, M., 2000, Cobalt-Base Alloys Used in Bone Surgery, Injury, Int. J. Care Injured 31 S-D18-21. 6. Park, J.B., Lakes, R.S., 1992, Biomaterials, Planum Pres, New York and London, 66-115. Sibley S.F., Cobalt, MCP-5, U.S.A., Department of the interior, 1977. 7. Jonn B.P.,Young, K.K., 2000, Biomedical Enginering Handbook, Unit:37 Metalic Biomaterials. 8. Rideout, S., Manly, W.D., Kamen, E.L., Lemenand, B.S., Beck, P.A., 1951, Trans. AIME, Vol.191, 873-874,. 33