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: 212
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
- 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
- Yapı bilgi modelleme tabanlı hesaplamalı tasarım yaklaşımı ile mimari tasarım iş akışlarının verimliliğinin sağlanması
Ensuring the efficiency of architectural design workflowswith computational design approach based on building information modeling
AYŞEGÜL ÖZLEM BAYRAKTAR SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
- Yapı bilgi modelleme süreçleri için algoritma destekli yaklaşım önerisi
Algorithm aided approach for the processes of building information modelling
ŞEYMANUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM
- Development of an integrated lab-on-a-chip (LOC) platform for multidrug effect analysis
Çoklu ilaç etkisi analizi için entegre bir çip üstü laboratuvar platformunun geliştirilmesi
ALİ CAN ATİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- 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