Solidification dynamics of three-phased eutectic patterns in 2D
2B lu üç fazlı ötektik dizilimlerin katılaştırma dinamikleri
- Tez No: 397267
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical 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: 61
Özet
Malzemeler katılaştırma esnasında fazların kristal yapıları yanında soğuma hızı, kompozisyon, ve numune boyutu gibi dış parametrelere de bağlı olarak belirli büyüme dizilimleri gösterirler. Fazların kristal yapılarıın değiştirilememesine karşın, katılaştırma yöntemi ile üretilen malzemelerin mikroyapılarını kontrol edebilmek için katılaştırma dinamikleri dış parametrelerle oynarak değiştirilebilir. Mikroyapıları control edebilmek önemli, çünkü malzemelerin mekanik, fiziksel ve elektriksel özellikleri mikroyapılarına bağlı olarak değişmektedir. Oluşan katılaştırma mikroyapıları arasında, mikro-kompozit yapılarından dolayı daha iyi malzeme özellikleri sunan ötektik dizilimleri gösteren alaşımlar mühendislik malzemeleri olarak döküm, kaynak ve lehim gibi geniş alanlarda kullanılmaktadır. Literature giren çalışmaların büyük çoğunluğu yalnızca bir tane olası büyüme dizilimi olan (ABABAB) ikili ötektik sistemler ile ilgilidir çünkü yüksek dizilim gösterebilen sistemlerle kıyaslandığında daha basittirler. Yeni malzemeler keşfetme yolunda, üçlü, dörtlü, ve daha yüksek dizilim gösterebilen sistemler kullanılarak elde edilen alaşımlar yaygın olarak endüstirde kullanılmaktadır. Üçüncü fazın eklenmesi ile olası büyüme dizilimlerinin ve dizilim mesafelerinin ayarlanmasında kullanılan mekanizmaların sayısı büyük oranda artmaktadır. Bu tezde, gerçek zamanlı tek yönlü katılaştırma yöntemi ve ötektik kompozisyona sahip 2B numuneler kullanarak In-Bi-Sn üç fazlı ötektik sisteminin katılaştırma dinamikleri incelenmiştir. Üçlü ötektik sistemlerde kararlı halde bulunan periyodik ve üç fazlı yapının ABAC diziliminde olduğu belirlenmiştir. Bu dizilimde A, B, ve C sırasıyla In2Bi, (In) and (Sn) fazlarını ifade etmektedir. ABAC dizilimin yalnızca temel durumda değil, eğimli ve asimetrik yapılarda da kararlı olduğu görülmüştür. Katılaştırma hızının, V, kontrol parametresi olarak kullanıldığı deneylerde, bu dizilimin belirli bir ötektik mesafesi aralığında değişmeden büyüyebildiği gözlemlenmiştir. Katılaştırma hızı yeterince değiştirilerek bu dizilim bozulmaya çalışıldığında, dizilim kararlılık limitleri dışına çıkmaya itilmiş ve sonuç olarak sistemin eliminasyon, osilasyon, ve dallanma gibi mesafe ayarlama mekanizmaları gerçekleştirdiği görülmüştür. Bu aralığın üst sınırına doğru gidilirken fazların osilasyona (1λO) uğradığı ve sınırın ötesinde dallanma mekanizması kullanarak kararsız olan ötektik mesafesini kararlılık limitleri içindeki değerlere düşürdüğü gözlemlenmiştir. Üç fazlı sistemde gözlemlediğimiz osilasyon mekanizması yakın zamanda gerçekleştirilen faz-alanı simülasyonları sonuçlarında da gösterilmiştir [1]. Ancak bu çalışmada osilasyonların kararlı bir büyüme göstermediği, giderek artan ya da sönümlenen geçiş mekanizmaları olduğu gözlenlenmiştir. İki fazlılarda alt limitin altındaki ötektik mesafelerinde gözlemlenen ve A ya da B fazlarından birinin yok olması ile sonuçlanan eliminasyon mekanizması, ABAC diziliminin alt kararlılık sınırının ötesinde bir ABAC diziliminin yok olması şeklinde gözlemlenmiştir. İki fazlılarda görülen eliminasyon mekanizması Eckhaus kararsızlığı olarak tanımlanırken, Eckhaus kararsızlığı için tanımlanan gerekliliklerin üç fazlılarda geçerli olmadığı saptanmıştır. İki fazlı ötektik sistemlerinde de görüldüğü gibi, alt sınırın minimum ötektik mesafesi değerinden düşük değerde olduğu belirlenmiştir. Ötektik mesafesi ölçek sabiti [2] λ_JH^2 V = 135 ± 35 μm3/s olarak bulunmuştur.ABAC dizilimi için üst ve alt kararlılık limitleri sırasıyla Λbr = 1.9 ± 0.5 ve 0.6 < Λc < 1.1 olarak belirlenmiştir. Λ değeri minimum ötektik mesafesine gore normalize edilmiş ötektik mesafesini tanımlamaktadır. Son olarak, bu tezde deneyler sırasında gözlemlenen kompleks dizilimler (örn. ABABACACAC), eğimli dizilimler, In2Bi fazlarının kalınlık asimetrisi ve yüksek ölçekli süperyapılar gibi mikroyapısal oluşumlar rapor edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Materials select particular growth patterns during solidification depending on the crystalline nature of phases as well as external parameters such as cooling rate, composition, and sample dimensions. Although one cannot change the nature of phases, solidification dynamics can be altered by changing the external parameters in order to understand and control the microstructural features of solidified materials. Controlling these features is highly critical since the material properties including mechanical, physical, and electrical properties are extremely dependent on the microstructure of the materials. Among these solidification patterns, alloys forming eutectic patterns are used extensively in industry in a wide range of processes such as casting, welding, and soldering of engineered components due to their favorable properties resulting from their micro-composite structure. The majority of the eutectic solidification studies in the literature focus on two-phased eutectic systems where there is only one possible arrangement of phases (the ABAB order), due to their simplicity compared to higher-order systems. However, in pursuit of new generations of materials, alloys obtained using ternary, quaternary, and even higher order systems, have been extensively used in the industry. With the advent of the third phase, the number of possible arrangements of phases and spacing adjustment mechanisms increases tremendously. In this thesis, the growth dynamics of In-Bi-Sn three-phased eutectic system is investigated experimentally using real-time directional solidification technique and 2D samples at the ternary eutectic composition. The stable microstructure formed in three-phased eutectics is found to grow with ABAC stacking order, where A, B, and C stand for individual lamella of the In2Bi, β-In, and γ-Sn phases, respectively. This ABAC order is not only stable in the basic state, but also in tilted and asymmetric patterns. At a given growth velocity V, this pattern is observed to be stable over a finite range of eutectic spacing, similar to binary eutectic microstructures. When the stable ABAC pattern is perturbed enough by changing the growth velocity, it is forced to go beyond the stability limits and as a result, the system employs spacing adjustment mechanisms like elimination, oscillation, and branching to go back to the stable regime. Beyond the upper limit of the stability, branching takes place, which is systematically preceded by the amplification of a period-preserving oscillatory mode (1λO) that has been predicted by phase-field simulations of a three-phased eutectic system [1]. However, in this study, oscillations were never observed to grow at steady-state, but they were transients that are either amplified or damped. Beyond the lower stability limit, the system eliminates a complete ABAC pattern where at two-phased eutectics only A or B phase is eliminated at spacing values below the lower limit. Additionally, the elimination observed in the two-phased eutectics is Eckhaus instability, whereas for three-phased eutectics the requirements of Eckhaus instability are found to be invalid. The lower stability limit for three-phased eutectics is measured to be substantially lower than the minimum undercooling spacing which is consistent with binary eutectic systems. The scaling constant [2] is found as λ_JH^2 V = 135 ± 35 μm3/s. The upper and lower limits of stability for ABAC pattern are found as Λbr = 1.9 ± 0.5 and 0.6 < Λc < 1.1, respectively, where Λ is normalized eutectic spacing with respect to minimum undercooling spacing. Finally, some observations of more complex patterns, tilted patterns, thickness-asymmetry in In2Bi phases, and large-scale superstructures are reported.
Benzer Tezler
- Dynamics of eutectic growth in a three-phase system
Üç fazlı sistemde ötektik büyüme dinamikleri
SAMIRA MOHAGHEGHI
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA
DR. MEHMET SOMER
- Microstructural characterization of Al-Ag-Cu eutectic system
Al-Ag-Cu ötektik sisteminin mikroyapısal karakterizasyonu
MEHMET EMRE ÇETİNKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA
- Farklı yöntemlerle titanyum alüminyum intermetalik kaplama oluşturulması
Formation of titanium aluminium intermetallic coatings by different methods
OKAN GÖK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Katı çözelti sertleşmesinin küresel grafitli dökme demirin dönel eğmeli yorulma davranışına etkisi
Effect of solid solution strengthening on rotating bending fatigue behaviour of ductile cast iron
BARIŞ ATEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Hunter sürekli döküm prosesi ile üretilen Al-Fe-Mn-Si alaşımının mikroyapısının karakterizasyonu ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
NECMİ DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilim Dalı
PROF. DR. OKAN ADDEMİR