Sıcak Presleme Ve Yüksek Sıcaklık Sinterleme Kombinasyonu İle Β Tipi Biyomedikal Ti74Nb26 Alaşımının Üretimi

Ti-Nb alaşımları genellikle döküm yöntemi ile üretilirler. Saf Ti ve Nb’un erime sıcaklıkları oldukça yüksek olduğundan döküm yoluyla Ti-Nb alaşımlarını üretmek maliyetlidir. Toz metalurjisi yöntemi ile bu alaşımları çok daha düşük sıcaklıklarda (Ti erime sıcaklığından daha az) ve tamamen katı halde ekonomik olarak üretmek mümkündür. Bu çalışmada Ti74Nb26 alaşımları saf Ti ve saf Nb tozları kullanılarak, sıcak presleme ve yüksek sıcaklık sinterlemesinin ilk kez birlikte uygulanması ile üretilmiştir. Üretim sürecinde uygulanan işlem sıcaklığı ve zamanının yoğunluk, mikroyapı ve mekanik davranış üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yoğunluk ölçümleri, 800 °C'de yapılan sıcak presleme işleminin tam yoğunluğu sağladığını göstermiştir. XRD ve SEM incelemeleri, sinterleme süresinin artmasıyla birlikte β fazı oluşumunun arttığını ortaya koymuştur. Ana faz β'ya ilaveten, mikroyapıda az miktarda α fazı ve çok az miktarda saf Nb gözlenmiştir. Mekanik özellikler tek eksenli basma ve mikro Vickers sertlik testleri ile belirlenmiştir. Mekanik test sonuçları, 1200 °C'de 4 saatlik sinterlemenin en yüksek sertlik (336 HV), elastik modül (44 GPa), akma mukavemeti (894 MPa) ve basma mukavemeti (1178 MPa) değerlerini sağladığını göstermiştir.

PROCESSING OF β-TYPE BIOMEDICAL Ti74Nb26 ALLOY BY COMBINATION OF HOT PRESSING AND HIGH TEMPERATURE SINTERING

Titanium (Ti)-Niobium (Nb) alloys are generally produced by casting methods. Since themelting temperatures of pure Ti and Nb are quite high, their fabrication by casting techniques is costly.On the other hand, it is possible to produce these alloys economically at much lower temperatures (lessthan melting temperature of Ti), completely in solid state using powder metallurgy. In the present study,Ti74Nb26 alloys were produced using pure Ti and pure Nb powders by combination of hot pressing andhigh temperature sintering for the first time. The influences of processing temperature and time ondensity, microstructure, and mechanical behavior were investigated. Density measurements showed thathot pressing at 800 °C provided full density. XRD and SEM investigations revealed that amount of β phaseformed increased with increasing sintering time. In addition to main phase β, little amount of α phase anda very small amount of pure Nb were observed in the microstructure. Mechanical properties weremeasured by means of uniaxial compression and micro Vickers indentation tests. The results indicatedthat 4 h of sintering at 1200 °C exhibited the highest value of hardness (336 HV), elastic modulus (44 GPa),yield strength (894 MPa), and compressive strength (1178 MPa).

___

  • Andrade, D.P., Vasconcellos, L.M.R., Carvalho, I.C.S., Forte, L.F.B.P., Santos, E.L.S., Prado, R.F., Santos, D.R., Cairo, C.A.A., Carvalho, Y.R., 2015, “Titanium-35Niobium Alloy as a Potential Material for Biomedical Implants: In vitro Study”, Materials Science and Engineering C, Vol. 56, pp. 538-544.
  • Bönisch M., Calin, M., Humbeeck, J.V., Skrotzki, W., Eckert, J., 2015, “Factors Influencing the Elastic Moduli, Reversible Strains and Hysteresis Loops in Martensitic Ti-Nb Alloys”, Materials Science and Engineering C, Vol. 48, pp. 511-520.
  • Chai, Y.W., Kim, H.Y., Hosoda, H., Miyazaki, S., 2008, “Interfacial Defects in Ti-Nb Shape Memory Alloys”, Acta Materialia, Vol. 56, pp. 3088-3097.
  • Chai, Y.W., Kim, H.Y., Hosoda, H., Miyazaki, S., 2009, “Self-accommodation in Ti-Nb Shape Memory Alloys”, Acta Materialia, Vol. 57, pp. 4054-4064.
  • Cremasco, A., Ferreira, I., Caram R., 2010, “Effect of Heat Treatments on Mechanical Properties and Fatigue Behavior of Ti-35Nb Alloy Used as Biomaterial”, Materials Science Forum, Vol. 636- 637 pp. 68-75.
  • Cremasco, A., Lopes, E.S.N., Cardoso, F.F., Contieri, R.J., Ferreira, I., Caram, R., 2013, “Effects of the Microstructural Characteristics of a Metastable β Ti Alloy on its Corrosion Fatigue Properties”, International Journal of Fatigue, Vol. 54, pp. 32-37.
  • Elias, L.M., Schneider, S.G., Schneider, S., Silva, H.M., Malvisi, F., 2006, “Microstructural and Mechanical Characterization of Biomedical Ti-Nb-Zr (-Ta) Alloys”, Materials Science and Engineering A, Vol. 432, No. 1-2, pp. 108-112.
  • Elmay, W., Patoor, E., Gloriant, T., Prima, F., Laheurte, P., 2014, “Improvement of Superelastic Performance of Ti-Nb Binary Alloys for Biomedical Applications”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23, No. 7, pp. 2471-2476.
  • Han, M.K., Kim, J.Y., Hwang, M.J., Song, H.J., Park Y.J., 2015, “Effect of Nb on the Microstructure, Mechanical Properties, Corrosion Behavior, and Cytotoxicity of Ti-Nb Alloys”, Materials, Vol. 8, No. 9, pp. 5986-6003.
  • Hon, Y.H., Wang, J.Y., Pan, Y.N., 2003, “Composition/Phase Structure and Properties of TitaniumNiobium Alloys”, Materials Transactions, Vol. 44, No. 11, pp. 2384-2390.
  • Kent, D., Wang, G., Dargusch, M., 2013, “Effects of Phase Stability and Processing on the Mechanical Properties of Ti-Nb based β Ti Alloys”, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 28, pp. 15-25.
  • Kim, H.Y., Kim, J.I., Inamura, T., Hosoda, H., Miyazaki, S., 2006, “Effect of Thermo-mechanical Treatment on Mechanical Properties and Shape Memory Behavior of Ti-(26-28) at.% Nb Alloys”, Materials Science and Engineering A, Vol. 438-440, pp. 839-843.
  • Lee, C.M., Ju, C.P., Chern Lin, J.H., 2002, “Structure-property relationship of cast Ti-Nb alloys”, Journal of Oral Rehabilitation, Vol. 29, No. 4, pp. 314-322.
  • Li, Y., Yang, C., Zhao, H., Qu, S., Li, X., Li, Y., 2014, “New Developments of Ti-based Alloys for Biomedical Applications”, Materials, Vol. 7, No. 3, pp. 1709-1800.
  • Ma, J., Karaman, I., Maier H.J., Chumlyakov, Y.I., 2010, “Superelastic Cycling and Room Temperature Recovery of Ti74Nb26 Shape Memory Alloy”, Acta Materialia, Vol. 58, pp. 2216-2224.
  • McMahon, R.E., Ma, J., Verkhoturov, S.V., Munoz-Pinto, D., Karaman, I., Rubitschek, F., Maier, H.J., Hahn, M.S., 2012, “A Comparative Study of the Cytotoxicity and Corrosion Resistance of NickelTitanium and Titanium-Niobium Shape Memory Alloys”, Acta Biomaterialia, Vol. 8, No. 7, pp. 2863-2870.
  • Niinomi, M., Nakai, M., Hieda, J., 2012, “Development of New Metallic Alloys for Biomedical Applications”, Acta Biomaterialia, Vol. 8, No. 11, pp. 3888-3903.
  • Ozaki, T., Matsumoto, H., Watanabe, S., Hanada, S., 2004, “Beta Ti Alloys with Low Young’s Modulus”, Materials Transactions, Vol. 45, No. 8, pp. 2776-2779.
  • Prokoshkin, S., Brailovski, V., Dubinskiy, S., Zhukova, Y., Sheremetyev, V., Konopatsky, A., Inaekyan, K., 2016, “Manufacturing, Structure Control, and Functional Testing of Ti-Nb-Based SMA for Medical Application”, Shape Memory and Superelasticity, Vol. 2, No. 2, pp. 130-144.
  • Santos, D.R., Henriques, V.A.R., Cairo, C.A.A., Pereira, M.S., 2005, “Production of a Low Young Modulus Titanium Alloy by Powder Metallurgy”, Materials Research, Vol. 8, No. 4, pp. 439-442.
  • Sharma, B., Vajpai, S.K., Ameyama, K., 2016, “Microstructure and Properties of Beta Ti-Nb Alloy Prepared by Powder Metallurgy Route Using Titanium Hydride Powder”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 656, pp. 978-986.
  • Shymanski, V.I., Cherenda, N.N., Uglov, V.V., Astashynski, V.M., Kuzmitski, A.M., 2015, “Structure and Phase Composition of Nb/Ti System Subjected to Compression Plasma Flow Impact”, Surface & Coatings Technology, Vol. 278, pp. 183-189.
  • Wang, Y.B., Zheng, Y.F., 2009, “Corrosion Behaviour and Biocompatibility Evaluation of Low Modulus Ti-16Nb Shape Memory Alloy as Potential Biomaterial”, Materials Letters, Vol. 63, pp. 1293-1295.
  • Zhao, D., Chang, K., Ebel, T., Qian, M., Willumeit, R., Yan, M., Pyczak, F., 2013, “Microstructure and Mechanical Behavior of Metal Injection Molded Ti-Nb Binary Alloys as Biomedical Material”, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 28, pp. 171-182.
  • Zhao, D., Chang, K., Ebel, T., Nie, H., Willumeit, R., Pyczak, F., 2015, “Sintering Behavior and Mechanical Properties of a Metal Injection Molded Ti-Nb Binary Alloy as Biomaterial”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 640, pp. 393-400.
  • Zhuravleva, K., Bönisch, M., Prashanth, K.G., Hempel, U., Helth, A., Gemming, T., Calin, M., Scudino, S., Schultz, L., Eckert, J., Gebert, A., 2013, “Production of Porous β-Type Ti-40Nb Alloy for Biomedical Applications: Comparison of Selective Laser Melting and Hot Pressing”, Materials, Vol. 6, No. 12, pp. 5700-5712
Konya mühendislik bilimleri dergisi (Online)-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Yayıncı: Konya Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

ZASEY’E DAYALI HARMONİKLİ YÜK VE DENGESİZ BESLEME GERİLİMİ ALTINDA TRANSFORMATÖRÜN İNDİRGENMESİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Atabak NAJAFİ

AISI 1040 Çeliğinin Kuru ve Islak Koşullarda Delinmesinin Deneysel ve İstatistiksel İncelenmesi

Murat ÖZSOY, Neslihan ÖZSOY

HETEROJEN İŞGÜCÜNE SAHİP PARALEL MONTAJ HATLARI İÇİN MALİYET YÖNELİMLİ MATEMATİKSEL BİR MODEL VE SEZGİSEL BİR YAKLAŞIM

Selçuk Kürşat İŞLEYEN, Serhan KÖKHAN, Ömer Faruk BAYKOÇ

Zihinsel Sağlık için Markov Karar Süreci Yaklaşımı

Yasin GÖÇGÜN

GMAK YÖNTEMİ İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ HARDOKS500 - ST52 NUMUNENİN ÇEKME DAYANIMI VE SERTLİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Şeyma KORKMAZ, M. Hüseyin ÇETİN, Muhammed ADAR, Abdulkadir ORAK

Sıcak Presleme Ve Yüksek Sıcaklık Sinterleme Kombinasyonu İle Β Tipi Biyomedikal Ti74Nb26 Alaşımının Üretimi

Tarık AYDOĞMUŞ, Fevzi KELEN, Nuaman Jasim Filamarz Al ZANGANA

Basınç Rijitliğinin Hidrostatik Basınç Etkisi Altındaki Katmanlı Kompozit Silindirlerin Burulmalı Burkulmalarına Etkisi

İzzet U. ÇAGDAŞ

KALSİNASYONUN MG-FE HİDROTALSİT (FEHT) ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

Taha BOYRAZ, Tuğba TÜRK, İbrahim ALP

İstanbul İlinde Hava Kalitesi İzleme ve Yönetimi için WebGIS Tabanlı Hava Kalite GeoPortalı Tasarımı

Fatih SARI

13B Wankel Motorunda Ateşleme Avansının Yanma, Yakıt Tüketimi ve Emisyona Etkileri

Osman Akın KUTLAR, Ömer CİHAN, Abdurrahman DEMİRCİ, Hüseyin Emre DOĞAN