Design and development of iron aluminium intermetallic compounds for structural applications at high temperatures
Yüksek sıcaklık yapısal uygulamaları için demir alüminyum metallerarası bileşiklerinin tasarımı ve geliştirilmesi
- Tez No: 381016
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ, PROF. DR. AMDULLA MEHRABOV
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Fe-Al esaslı metallerarası bileşikler sahip oldukları mükemmel oksitlenme ve korozyon dirençleri, orta sıcaklık mukavemetleri, düşük yoğunlukları, düşük maliyetleri ve nispeten yüksek erime noktalarından dolayı yüksek sıcaklıktaki yapısal uygulamalar için aday malzemeler olarak düşünülmektedir. Bu tip malzemelerin üstün fiziksel ve mekanik özellikleri çoğunlukla sahip oldukları uzun mesafe düzenine sahip süper-kafeslerine, stokiyometriden sapmalarına ve üçüncül alaşım elementi ilavesine bağlıdır. Ancak oda sıcaklığında sahip oldukları düşük süneklik üretilebilirliklerini ve olası uygulama alanlarını önemli ölçüde kısıtlamaktadır. Bu sebeple ileri alaşışm tasarımına ve geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada iki temel amaç hedeflenmiştir: (i) üçüncül alaşım elementi ilavesinin Fe50Al50-nXn metallerarası bileşiklerinin B2↔A2 düzen-düzensizlik faz dönüşüm sıcaklığı ve birim kafes pozisyonları gibi düzenlenme karakteristiklerine etkisinin incelenmesi ve tek fazlı yapıya sahip Fe50Al50-nXn metallerarası bileşikleri için önerilen teorik tahminlerin doğruluğunun ispatlanması, (ii) Fe50Al50-nXn metallerarası bileşiklerinin oda sıcaklığındaki mekanik özellikleri ve yüksek sıcaklık oksitlenme davranışlarının alaşım elementi ilavesi ve/veya uygun ısıl işlem yöntemleri ile geliştirilmesi. Üçüncül alaşım elementi ilavesinin B2 tip düzenli yapıya sahip FeAl metallerarası bileşiklerinin yapısal özelliklerine, mikroyapısına, oda sıcaklığındaki mekanik özelliklerine ve oksitlenme davranışına etkisi hem dökülmüş haldeki hem de ısıl işlem görmüş numunelerde incelenmiş, üçüncül alaşım elementinin cinsi ve mikatrının uygun tavlama koşulları ile birlikte incelenen özelliklere önemli etkisinin olduğu saptanmıştır. Ayrıca üçüncül alaşım elementinin cinsinin düzen-düzensizlik faz dönüşüm sıcaklığı ve birim kafes pozisyonları gibi düzenlenme karakteristiklerine önemli etkisinin olduğu gözlenmiş, elde edilen sonucların var olan teorik verilerle mükemmel uymluluk gösterdiği saptanmıştır. Düzen-düzensizlik faz dönüşümlerini daha iyi analiz etmek için deneysel olarak ölçülen dönüşüm sıcaklıkları teorik tahminler ile kıyaslanmış ve mükemmel uyumluluk gösterdiği saptanmıştır. Bu bağlamda, relatif kısmi düzenlenme enerjisi parametresi, β, literatürde ilk defa tanımlanmıştır. Bu parametre hem alaşım elementlerinin birim kafeste hangi pozisyona yerleşeceklerini hem de düzen-düzensizlik faz dönüşüm sıcaklığındaki değişiklikleri hesaba katmaktadır. Bu parametrenin işareti alaşım elemetinin Fe ya da Al alt-kafeslerinden hangisine yerleşeceğini, büyüklüğü ise Al-X ve Fe-X çiftlerinin relatif bağ kuvvetlerini Fe-Al çiftinin bağ kuvvetti ile kıyaslayarak düzen-düzensizlik faz dönüşüm sıcaklığı hakkında önemli bilgi vermektedir. Bu parametre temelinde yapılan hesaplamalar teorik tahminler ile iyi bir uyum göstermektedir. Alaşımların mekenik karakterizasyonu oda sıcaklığındaki mekanik özelliklerin düzenlenme ve yapı içerisinde bulunan fazların sayısı, miktarı, büyüklüğü, morfolojisi ve dağılımı gibi mikroyapısal parametreler ve alaşımların katılaşma davranışına çok fazla bağlı olduğunu göstermiştir. Bu mikroyapısal parametreler üçüncül alaşım elementi ve yapıdaki Al miktarı ile kontrol edilmektedir. Yapıdaki Al miktarı düzenlenmeyi kontrol ederken, üçüncül alaşım elementinin çeşidi ve miktarı ise var olan fazların miktarlarını alaşım elementinin FeAl metallerarası bileşiğindeki çözünürlüğüne bağlı olarak kontrol etmektedir. Çevrimsel oksitlenme testleri ve test sonrası oluşan oksit tabakasının yapısal karakterizasyonu koruyucu, sürekli ve kararlı α-Al2O3 tabakasının uygun türde ve miktarda üçüncül alaşım elementi seçilerek kolaylıkla oluşabileceğini göstermiştir. α-Al2O3 oksit tabakasının ilk birkaç çevrimde oluşması düzenli, kararlı ve sürekli tabakanın herhangi bir boşluk ya da çatlak oluşmadan hızlıca büyüdüğünü göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Fe-Al based intermetallic compounds are considered as suitable candidates for structural applications at high temperatures due to their outstanding oxidation and corrosion resistance, good intermediate temperature strength, low density, low cost and relatively high melting point. These outstanding physical and mechanical properties are mainly attributed to their long-range ordered superlattices, deviation from stochiometry and ternary alloying additions. However, poor ductility at ambient temperatures significantly restricts the fabricability and potential applications. Thus, further alloy design and development is needed in order to improve insufficient properties. This study focuses on two main topics: (i) investigation of the effect of ternary alloying additions on ordering characteristics especially B2↔A2 order-disorder transformation temperature and site occupancy characteristics of Fe50Al50-nXn intermetallics and confirmation of the validity of theoretical predictions proposed for single phase Fe50Al50-nXn intermetallics, (ii) improvement of room temperature mechanical properties and high temperature oxidation behavior of Fe50Al50-nXn intermetallics via alloying additions and/or proper heat-treatment. The effect of ternary alloying element additions on the ordering characteristics, room temperature mechanical properties and oxidation behavior of B2-type ordered FeAl intermetallic compounds were studied for as-cast and heat-treated states. It is shown that type and content of ternary alloying element together with heat-treatment have strong influences on these properties. It is also shown that type of ternary alloying element has also important effect on ordering characteristics such as order-disorder transition temperature and site occupancy behavior. In order to have better analyzing of order-disorder transition, experimentally measured transition temperatures were compared with theoretical predictions where excellent agreement was obtained. In this manner, the relative partial ordering energy parameter (RPOE), β, has been defined for the first time. The RPOE parameter takes into account both site occupancy behavior of alloying elements and variation of order-disorder transition temperature. The sign of this parameter implies the distribution of alloying elements over Fe or Al sublattices, while its magnitude provides useful information about order-disorder transition temperatures featuring the bond strengths of Al-X or Fe-X pairs relative to Fe-Al pair. Current predictions based on the RPOE parameter are consistent with the theoretical predictions. Mechanical characterization of the alloys reveals that room temperature mechanical properties strongly depend on ordering and microstructural features such as volume fraction, size, morphology and distribution of existent phases and solidification route, i.e, eutectic or liquidus + solidus. These microstructural parameters can be controlled by controlling the Al content and content of ternary alloying element. Al content dominates the order, whereas content of ternary alloying element dominates the volume fraction of present phases with regard to solid solubility of alloying element in FeAl intermetallic. The cyclic oxidation tests and structural characterization of oxide scale after oxidation demonstrated that protective, continuous and stable α-Al2O3 scale can easily be formed by proper selection of the type and content of alloying elements. Analyzing the results, formation of α-Al2O3 scale takes place in the first few cycles of oxidation indicating the fast growing of even, continuous and uniform scale without formation of any voids or cracks.
Benzer Tezler
- Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen Al-Cu alaşımlarının mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
Improving mechanical properties of Al-Cu powder metallurgy alloy
AZİM GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ OSMAN KURT
PROF. DR. FEHİM FINDIK
- Investigation of the cutting performances of the diamond tools used in the natural stone industry
Doğal taş sanayisinde kullanılan elmaslı kesicilerin kesim performansının incelenmesi
BERRAK BULUT
Doktora
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Bazik oksijen fırını için külçe alüminyum besleme sistemi tasarımı ve optimizasyonu
Aluminum ingot feeding system design and optimization for basic oxygen furnace
AHMET KAYRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDOĞAN KANCA
- Ters osmoz membranlarında yenilikçi aktif tabakaların geliştirilmesi
Development of novel active layers in reverse osmosis membranes
SERKAN GÜÇLÜ
Doktora
Türkçe
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU