Integrated computational alloy design, single crystal growth, and characterization of nickel base superalloys
Nıkel esaslı süperalaşımların entegre hesaplamalı alaşım tasarımı, tek krıstal olarak üretımı ve karakterızasyonu
- Tez No: 522149
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCAN BALIKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması 112M783 numaralı TÜBİTAK projesi kapsamında elde edilen araştırma sonuçlarının bir kısmından oluşturulmuştur. Tez çalışmasında, önce bir üçüncü nesil süperalasım tasarlanmış, daha sonra ise bu alaşımın tek kristal olarak üretimi, ısıl işlemleri ve sürünme davranışları incelenmiştir. Kombine olarak kullanılan sinir ağı (NN: Neural Network)–PHACOMP (PHAse COMPutations)–CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) yöntemleri, düşük yoğunluklu ve yüksek sürünme direncine sahip tek kristal Ni bazlı süperalaşımların alaşım tasarlanmasına uygulanmıştır. PHACOMP metodu, γ' hacimsel miktarını ve Md parametresini hesaplamak için kullanılmıştır. Md parametresi alaşımların TCP fazlarının oluşmasına yönelik eğilimini tahmin etmek için kullanılır. NN modelleme sonuçları, PHACOMP yönteminden elde edilen verilerle birleştirilmiş ve çok değerli malzeme seçim dağılım grafikleri oluşturmak için kullanılmıştır. Bu grafikler Ni esaslı tek kristal süper alaşımlarda bulunan alaşım elementlerinin, stresin, sıcaklığın ve γ' hacimsel miktarının, Ni bazlı süper alaşımların yoğunluk ve sürünme kopma mukavemeti üzerindeki etkisini belirlemek için kullanılmıştır. Tasarlanan üçüncü nesil bir alaşım (ERBALLOY), düşey Bridgman (VB) ve düşük sıvı yükseklikli Bridgman (VBSB) yöntemleriyle üretilmiştir. Düşük sıvı yüksekliğinin katılaşma karakteri üzerindeki etkisi çalışılmıştır. Katılaşmış alaşımların çözelti ve yaşlanma ısıl işlemleri Dictra ve TC-Prisma yazılımları ile modellenmiştir. Mikroyapı karakterizasyonu optik, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elektron prob mikroanaliz (EPMA) yöntemleriyle yapılmıştır. ERBALLOY'un sürünme davranışını belirlemek için orta ve yüksek sıcaklıkta testler yapılmıştır. Deneysel sonuçlar ile NN sonuçları arasında makul bir uyum görülmüştür. Tezde kullanılan bu yaklaşım Malzeme Gen Girişimi (MGI) ve Entegre Hesaplamalı Malzeme Mühendisliği (ICME) yaklaşımları ile uyumludur. Sonuçlar havacılık/gaz türbini motorları için düşük yoğunluklu ve yüksek sürünme dayanımlı tek kristal süperalaşımların tasarlanması için değerlendirilebilir.
Özet (Çeviri)
This dissertation is formed by a part of work conducted in a TUBITAK project (112M783). In the dissertation, first alloy design of a third generation superalloy, and then its production as single crystals, heat treatments, and creep tests are investigated. A combined Neural Network (NN) – PHAse COMPutation (PHACOMP) – CALculation of PHAse Diagrams (CALPHAD) method is applied to alloy development of single crystal Ni base superalloys with low density and high creep resistance. PHACOMP method is used for estimation of the volume fraction of the γ' and a parameter named Md which is an index showing the propensity of the alloys towards formation of the TCP phases. Neural network is used for modeling the density and rupture time by training and testing a network with a set of the known experimental alloy compositions. Modeling results is combined with data obtained from PHACOMP to render very useful scatter plots for the effect of alloying elements; stress, temperature and volume fraction of the γ' phase on density, rupture strength and formation of TCP phases in the Ni base single crystal superalloys. A third generation alloy (ERBALLOY) was designed and produced by two methods, vertical Bridgman (VB), and vertical Bridgman with a submerged baffle (VBSB). The effect of low melt height on solidification characteristics of the alloys is studied. Evolution of the phases is simulated by CALPHAD bases Thermo-Calc software. The solution and aging heat treatment of the alloys are modeled with Dictra and TC-Prisma software. Characterization of the microstructure is performed by optical, scanning transmission electron microscope (SEM), and electron probe microanalysis (EPMA). The creep behavior of the ERBALLOY is tested at an intermediate and a high temperature and showed reasonable agreement with NN results. The approach used in this study is in line with the Materials Genome Initiative (GMI) and Integrated Computational Materials Engineering (ICME), and it can be applied for designing low density-creep resistant single crystal superalloys for critical parts of the aircraft/gas turbine engines.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of refractory high entropy WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alloys by mechanical alloying method and vacuum arc melting
Mekanik alaşımlama ve vakum ark eritme yöntemleriyle refrakter yüksek entropi WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alaşımlarının sentezi ve karakterizasyonu
AMMAR BASIL NADER ALKRAIDI
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Mimari tasarım stüdyosunda işlemsel tasarım ve ekoloji tabanlı bir yaklaşım önerisi
A proposal for a computational design and ecology based approach to architectural design studio
DERYA KARADAĞ
Doktora
Türkçe
2018
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ZEYNEP AYGEN
DOÇ. ÇETİN TÜKER
- Yığma kabuk strüktürlerin hesaplamalı tasarımına yönelik bütüncül bir yaklaşım
A holistic approach to computational design of masonry shell structures
ZEYNEP SENA SANCAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiEnformatik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BÜLENT ONUR TURAN
- Hafif e-mobilite uygulamalarında entegre şarj sistemi için yüksek verimli ve güç yoğunluklu çok-fazlı E-motor tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of high efficient and power density multi-phase E-motor for integrated charging system in light e-mobility applications
MUSA BURAK YELEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ