Utilizing multi-scale modeling and experimentation to uncover the role of micro-deformation mechanisms on the performance of high-strength steels
Mikro deformasyon mekanizmalarının yüksek mukavemetli çeliklerin performansına etkilerinin çok ölçekli modelleme ve deneysel yöntemlerle belirlenmesi
- Tez No: 397249
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Burada sunulan çalışmanın ilk amacı, yüksek manganezli östenitik çeliklerin, farklı yüksek hızlı mekanik yükleme şartları altındaki deformasyon davranışlarının incelenmesi ve kimyasal kompozisyon ve sıcaklığın bu davranışlar üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. Bu doğrultuda, mikroyapı gözlemleri mikro ölçekli deformasyon mekanizmalarına odaklanarak gerçekleştirilmiştir. Düşük deformasyon hızı altında gerçekleşen kayma-ikizleme etkileşimi yerine, yüksek deformasyon hızı altındaki yoğun mekanik ikizlemeler optik mikroskop, derin gören mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve geçirmeli elektron mikroskobu yardımı ile gözlemlenmiştir. Buna ilaveten, yerinde termal kamera kullanımı ile plastik deformasyon sırasındaki ısı değişimi gözlenmiştir. Bu gözlemlerin sonucunda, önceden oluşmuş mekanik ikizlemelerin içerisindeki nano ikizlemelerin yüksek manganezli östenitik çeliklerin gerinim sertleşmesine katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bahsedilen çalışmanın sonuçları, yüksek manganezli östenitik çeliklerin, yüksek deformasyon hızlı çekme-basma-darbe yüklemeleri altındaki karışık işlem sertleşme mekanizmalarını daha detaylı anlaşılmasını sağlamıştır. Yüksek manganezli östenitik çeliklerin mikro ölçekli deformasyon mekanizmalarının incelenmesi, Hadfield çeliğinin olağan dışı sertleşme kapasitesine, dinamik germe yaşlandırmasının etkisinin ve hidrojen depolama malzemelerinin mekanik özelliklerine, hidrojen arayer atomunun etkilerinin modellenmeleri ile genişletilmiştir. Bu amaçlar doğrultusunda, yeni bir, çok ölçekli modelleme yöntemi geliştirilmiştir. Spesifik olarak, dinamik germe yaşlandırması çalışmasında, karbon atomlarının kesme gerilimi etkisini geleneksel Voce sertleşme denklemi ile birleştiren, yeni bir sertleşme denklemi önerilmiştir. Önerilen model, dinamik germe yaşlandırmasını ve sonucunda meydana gelen Hadfield çeliklerinin deformasyon davranışındaki negatif gerinim duyarlılığını hesaplayabilmektedir. Hidrojen depolama malzemelerinin mekanik özelliklerine, hidrojen arayer atomunun etkilerinin modellemesi çalışmasında, geleneksel kristal plastisite denklemleri, hidrojen kaynaklı oluşan kesme gerilimi etkisini içerecek şekilde tadil edilmiştir. Bahsedilen hidrojen etkisinin deneysel olarak gözlemlenip, modelleme sonuçlarının geçerli kılınabilmesi için, hidrojen içeren malzemelere düşük gerinim hızında ve oda sıcaklığında çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneysel ve modelleme çalışmaları sonuçları, hidrojen etkisinin kristal plastisite denklemlerine eklenmesine ve hidrojen gevrekleşme mekanizmasının daha detaylı anlaşılmasına önemli bir katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The first aim of the work presented herein is to investigate the composition and temperature dependencies of deformation response of high-manganese austenitic steels under high-velocity tensile, compressive and impact loading scenarios with a focus on micro-scale deformation mechanisms. The promotion of twinning deformation under high-velocity loading over the slip-twin interactions usually observed in low-velocity loading conditions was comprehensively examined with optical microscopy, confocal laser scanning microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. In addition, thermal analysis of plastic deformation was carried out by in-situ thermal imaging. The current findings clearly demonstrate that the formation of nano-twins within the primary twins constitutes a significant contribution to the strain hardening response of high-manganese austenitic steels. Overall, the current results shed light on the complicated work hardening mechanisms prevalent in high-manganese austenitic steels utilizing high-velocity deformation experiments. The investigation of micro-deformation mechanisms in high-manganese austenitic steels was extended by modeling the contributions of dynamic strain aging on the unique hardening response of this class of steels, as well as hydrogen interstitial effects on hydrogen storage materials. For these purposes, a new multi-scale modeling approach was proposed. Specifically, for dynamic strain aging modeling, a unique hardening model was proposed that can compute the shear stress contribution of carbon atom and incorporates it to the classical Voce hardening. The proposed model is capable of predicting the role of dynamic strain aging and resulting negative strain rate sensitivity on the deformation response of Hadfield steel. For modeling the hydrogen interstitial effects on the overall hardening response of hydrogen storage materials, classical crystal plasticity scheme was modified to account for the shear stress imposed on arrested dislocations due to the surrounding hydrogen interstitials. In order to observe the hydrogen effect experimentally and validate the corresponding model, several tensile tests were conducted to hydrogen-induced samples at a moderate strain rate and at room temperature. The combined experimental and unique modeling effort opens a new venue for predicting the alterations in the performance of metallic hydrogen storage materials, where hydrogen embrittlement is unavoidable.
Benzer Tezler
- An investigation on structural identification (ST-ID) of a long-span bridge for performance prediction
Uzun açıklıklı bir köprünün performans tahmini için yapısal tanılanması üzerine bir araştırma
SELÇUK BAŞ
Doktora
İngilizce
2017
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
DOÇ. DR. NURDAN APAYDIN
- Novel deep learning approaches for functional MRI data analysis
Fonksiyonel MRG veri analizi için yenilikçi derin öğrenme yöntemleri
HASAN ATAKAN BEDEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. TOLGA ÇUKUR
- Modeling the severe plastic and cyclic deformations of structural and biomedical alloys by incorporating microstructure – mechanical property relationship
Mikroyapi - mekanik özellik i̇lişkisi yardımıyla yapısal ve biyomedikal alaşımların çevrimsel ve ağır plastik deformasyonlar altında modellenmesi
ORKUN ÖNAL
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Modeling the roles of micro-deformation mechanisms on the deformation response of high-manganese austenitic steel single and polycrystals deformed under tensile and impact loading
Çekme ve darbe yükleri altındaki tek ve çok kristalli yüksek manganlı östenitik çeliklerde mikro-deformasyon mekanizmalarının deformasyon davranışındaki rollerinin modellenmesi
CEMRE ÖZMENCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Kalabalık gözetleme ortamlarında anomali tespiti
Anomaly detection in crowded surveillance scenes
EFSUN SEFA SEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET BURAK CAN