HEHeHeİlB - TMMOB Makina Mühendisleri Odası Arşivi - Makina ...

Titanyum ve
alaşımlarının
kaynak kabiliyeti
Prof. Selâhaddin ANIK
İ.T.Ü. Makina Fakültesi
Y. Müh. Murat SÜATAÇ
Alsim-Alarko San. Tesis ve Tic. A.Ş.
Titanyum ve titanyum alaşımları ısıl mukavemetleri,
hafiflikleri ve korozyona karşı dayanıklıkları dolayısıyla
havacılıkta, kimya ve petrokimya endüstrisinde,
denizcilikte ve aşırı korozif ortamda geniş çapta
kullanılmaktadır. Memleketimizde de son yıllarda
kullanılan titanyum ve alaşımılarının bu yazıda
kaynak kabiliyeti ve özellikle TIG — kaynağı
incelenmiştir.
Because of their high temperature strength,
corrosion resistance and loıv density titanium and
titanium alloys are ıvidely used in aircraft and petrochemical
industry, marine applications and high
corrosive environments . in this article the ıveldability
specially by TIG ıvelding - of titanium and its alloys
is investigated.
GİRİŞ
Titanyum ve alaşımları gün geçtikçe daha çok önem
kazanan ve çeşitli endüstri dallarında kullanma alanı artan
bir malzemedir.
Titanyum dünyada demir, alüminyum ve magnezyumdan
sonra en fazla kullanılan bir metal olmasına rağmen, oldukça
pahalı ve yakın zamana kadar da çok az tanınan bir
metaldir. Doğada rutil (TİO2) veya ilmenit (FeTiO3) şeklinde
bulunur. Oksijene karşı aşırı ilgisi dolayısıyla, titanyumu
saflaştırma ve kullanılmaya hazır duruma getirme maliyeti
oldukça yüksektir. En zengin titanyum yatakları Ouebec
(Kanada), Virginia, Newyork, Wyoming, Florida, Kuzey
Ca'oljna ve California'da bulunmaktadır.
Özgül ağırlığı çeliğin yaklaşık olarak % 6O'ı, alüminyumun
ise 1,5 katıdır. Hafif bir metal olmasına rağmen.
18
yüksek bir ergime sıcaklığına (1727 C) sahiptir. Saf titanyum,
özellikle alaşımlarının yükselen sıcaklıklardaki mukavemet
özellikleri çok iyidir. Mesalâ, Ti - 6A1- 6V - 2Sn titanyum
alaşımı 430° C sıcaklıkta 900N/mm2 lik bir mukavemete
sahiptir. Bütün bunların tabii bir sonucu olarak da
titanyum ve alaşımları jet ve roket motorlarının yapımında,
özellikle ses hızını aşan uçakların gövde kaplamalarında ve
iskeletlerinin çeşitli kısımlarında gittikçe daha fazla miktarda
kullanılmaktadır. Bazı tip uçaklarda kullanma oranı
ağırlıkça % 39'a yaklaşmakta olup, uçuş hızlarına paralel
olarak değişiklik arzetmektedir. Meselâ, Boing 747 uçağında
iskeletin % 8 kadarı titanyum iken bu oran Concorde
uçağında % 20'dir. Diğer bazı örnekler olarak, GE - F 101
savaş uçağının motor açık gaz çıkış borularının 1,3 mm
kalınlığındaki Tİ-6A1 - 4V saclarının plazma kaynağı ile
birleştirilmesinden ileri geldiğini, uzay mekiğinin iskelet
kollarında ise diffuzyon kaynağı ile birleştirilmiş titanyum
malzemenin kullanıldığı söylenebilir. Bu son taşıtın motorunda
da Ti - 6A1-6V - 2Sn. ve Ti - 6A1 - 4V alaşımları
kullanılmıştır.
Titanyum ve alaşımları ısıl mukavemetleri ve hafifliklerinin
yanısıra korozyona karşı dayanıklıklarıyla da bilinmektedir.
.Bu sebepten ötürü kimya ve petrokimya sanayiinde,
denizcilikte ve aşırı korozif ortamların söz konusu olduğu
dallarda özel bir yere sahiptir. Titanyum bugün memleketimizde,
korozyona karşı dayanaklığı dolayısıyla Aliağa
Petrokimya Tesislerinde asetik asit iletim hatları için borulama
malzemesi olarak kullanılmaktadır ve problemin
tek çözümüdür. Asetik asitin konsantrasyonu % 99,5 olsa
bile, temasta bulunduğu titanyum malzemedeki korozyon
miktarı yılda 0,127 mm'nir» altında kalmaktadır ve bu da
oldukça iyi bir sonuçtur. 1,2
Titanyum ısıl mukavemeti ve hafifliği nedeniyle savaş
sanayiinde ateşli silahların yapımında, organik sıvılara dayanıklığı
dolayısıyla tıpta kemiklerin birleştirilmesinde kullanılmakta
ve ayrıca endüstride kullanılan birçok malzemenin
alaşımlandırılmasında önemli bir yer tutmaktadır.
TİTANYUM VE ALAŞIMLARININ ÖZELLİKLERİ
Üretimi ve Saflaştırılması
Titanyum cevherleri rutil (TİO2) ve ilmenit (FeTiC>3)
dir. Bunların çeşitli işlemlerden geçirilerek saf titanyumun
elde edilmesi oldukça masraflıdır. Titanyum cevheri öğütülüp
manyetik alandan geçirilerek içerisindeki demiroksitten
arındırılır ve ardından uygulanan çökeltme ile
diğer yabancı maddeler uzaklaştırılır. Geriye kalan TİO2
sülfürik asit ile reaksiyona sokularak titanilsülfirikasit elde
edilir. Daha sonra bu asidin sıcak su ile karıştırılması sonucu
TİO2 çöker ve filtre ile süzülerek alınır. Sonuçta TİO2
saf olarak elde edilmiş olur.
Bu bileşiği indirgemek için Kroll tarafından 1939 yılında
geliştirilen "Kroll Usulü" kullanınır. Bu usulle ancak 1947
yılında teknik üretime geçilebilmiştir. Kroll usulüne göre
TİO2, C ve CL ile karıştırılıp, 800° C'a kadar ısıtılır ve
TİCL4 elde edilir.
Oluşan titanyum klorür 135 C'da yoğunlaştırılıp kısmi
destilasyon ile saflaştırılır. Ardından 800 C civarında
erimiş Mg üzerinden geçirilir. Sonuçta titanyum süngeri
denilen iri parçalı poröz bir metal meydana gelir. Bu malzeme
de ark fırınında ve vakum altında ısıtılarak son kalan
MÜHENDİS VE MAKİNA DERGİSİ CİLT : 27 SAYI : 318 TEMMUZ 1986