Alloy design for the development and production of titanium based bulk metallic glasses
Titanyum esaslı hacimli metalik camların geliştirilmesi ve üretimi için alaşım tasarımı
- Tez No: 562490
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ, PROF. DR. AMDULLA MEHRABOV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Titanyum alaşımları, Titanium alloys
- Yıl: 2019
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Hacimli metalik camlar düzensiz atomik yapıları sayesinde yüksek akma dayanımı, gelişmiş elastik davranış, yüksek korozyon dayanımı ve üstün aşınma direnci gibi birçok benzersiz özelliğe sahip nispeten yeni bir metalik alaşım türüdür. Günümüzde enerji tüketiminin azaltılmasının önemi nedeniyle hafif element esaslı hacimli metalik camlara özel ilgi gösterilmektedir. Bunların arasında, yalnızca Ti esaslı alaşım sistemleri şu anda yapısal mühendislik uygulamalarında kullanılacak gerekli tokluğu göstermektedir. Bu nedenle, Ti esaslı hacimli metalik camlar; tıbbi uygulamalar, savunma, otomotiv ve havacılık endüstrilerinde kullanılmak üzere yeni hafif malzemeler sınıfı olarak umut vermektedir. Fakat bununla birlikte, Ti esaslı metalik camların çoğu, potansiyel uygulama alanlarını kısıtlayan zayıf hacimli metalik cam oluşturma kabiliyetine sahiptir ve bu konuda yapılacak çalışmalar bu alaşımların cam oluşturma kabiliyetlerinin geliştirilmesinde önemli katkılar sunacaktır. Literatürde çok bileşenli alaşım sistemlerinin hacimli metalik cam oluşturma kabiliyetini değerlendirmek için bir takım yarı-ampirik ve teorik kriterler önerilmiştir. Fakat bu kriterler bazı sistemler için olumlu sonuçlar verirken bazı sistemlerde işe yaramamaktadır. Bu nedenle hacimli metalik cam alaşım sistemlerinin geliştirilebilmesi için teorik hesaplamalardan yola çıkarak sistematik bir şekilde alaşım elementlerinin etkisinin incelenmesi şarttır. Bu tez çalışması kapsamında yarı ampirik kriterlerin yanı sıra, daha önce yapılmış çalışmada yer alan, elektronik alaşım teorisinin psödopoterik yaklaşımda birleştirilmesiyle teorik olarak hesaplanmış kritik soğuma hızı ve karışım entalpisi verilerine dayanan hesaplamalar kullanılmıştır. Bu hesaplamalara göre cam yapma kabiliyetini arttırabileceği düşünülen aday alaşım elementlerinden Ni, Al, V ve Si'nin etkisinin incelenmesine karar verilmiştir. Bu kapsamda Ti-Cu ikili sistemine dayanan üç komposizyon Ti48Cu30Ni10Al7V5, Ti47Cu30Ni10Al7V5Si1 ve (Ti48Cu30Ni10Al7V5)97Si3 olarak belirlemiştir Alaşımlar kontrollü atmosfer altında emme döküm ünitesi ile donatılmış ark eritme ile üretilmiştir. Hacimli metalik cam oluşturma kabiliyeti üzerindeki potansiyel alaşım elementlerinin etkisi ve Ti-Cu ikili sistemi esas alınarak yapısal ve termal karakterizasyon teknikleri ile sunulmuştur. Atomik %1 Si ilavesi yaklaşık 40µm kalınlığında amorf fazın oluşmasını sağlamıştır. Artan Si ilavesi cam oluşturma kabiliyeti üzerinde olumsuz sonuçlar verdi.
Özet (Çeviri)
The bulk metallic glasses (BMGs) are quite new type of metallic alloys exhibiting many superior features like high yield strength, improved elastic behavior, high corrosion resistance and superior abrasion resistance by virtue of its irregular atomic structures. Due to the importance of today's reduced energy consumption, special attention is given to the light element-based bulk metallic glasses. Among these, Ti-based amorphous alloys have promising mechanical properties for use in engineering applications. Therefore, Ti-based bulk metallic glasses provides a hope as an advanced set of lightweight materials for use in medical applications, defense, automotive and aerospace industries. However, generally Ti-based bulk metallic glasses show poor bulk glass formation that restricts their potential application areas. Studies on this subject will provide an important involvement for the development of glass formation of the Ti based BMGs. In the literature, there are many studies on theoretical and semi-empirical criteria for evaluation of glass forming ability (GFA) of the alloy systems. However, these criteria do not work on every alloy system while providing positive results for some system. Therefore, it is essential to systematically examine the effects of alloying elements for the development of cast metallic glass alloy systems. In this thesis study, besides semi-empirical criteria, with the aim of improvement of the GFA, alloys were synthesized by alloying Ti-Cu binary system with potential candidate alloying elements derived from theoretical predictions by combining the electronic theory of alloys in the pseudopotential approximation which are the part of previous thesis study. As a starting point, Ni, Al and V were selected as alloying elements and correspondingly Ti48Cu30Ni10Al7V5 alloy was produced. After that gradual Si addition was provided on this alloy and Ti47Cu30Ni10Al7V5Si1 and (Ti48Cu30Ni10Al7V5)97Si3 alloys were fabricated to investigate effect of Si as a minor alloying element. Samples of alloys were fabricated by arc melting device equipped with suction casting unit under controlled atmosphere. The effect of the potential alloying elements on the ability to create Ti based BMG was presented by structural and thermal characterization techniques. Atomic 1% of Si addition favored the formation of approximately 40 µm in thickness amorphous structure at the outer zone of the alloy composition Ti47Cu30Ni10Al7V5Si1. Further addition of Si has detrimental effects on glass formation ability. Even at non-equilibrium cooling condition amorphous structure was not observed and the crystallization could not be prevented by copper mold suction casting.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat için gaz atomizasyon yöntemi ile alüminyum alaşımı metal tozlarının üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of aluminum alloy metal powders by gas atomization for additive manufacturing
ANIL EMİRALİOĞLU
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ ÜNAL
- Use of smart materials in the design of dynamic intelligent surfaces
Akıllı malzemelerin dinamik akıllı yüzeylerin tasarımında kullanılması
BUKET ÜRKMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL
- Development of iron-rich anode materials for lithium-ion battery technology from local FeCr alloys
Yerli FeCr alaşımlarından lityum iyon pil teknolojisi için demirce zengin anot malzemelerinin geliştirilmesi
MEHMET FERYAT GÜLCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLLUR DENİZ KARAHAN
- Çok işlevli uyluk çivisi tasarımı, üretimi ve mekanik özellikleri
Multifunctional femoral nail design, production and mechanical properties
MUHARREM MERAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- Özgün mekanik bir aort kapakçığı tasarımı, mekanik analizi ve prototip üretimi
A novel mechanical aortic valve prosthesis design, mechanical analysis and prototype production
NİLGÜN ÖZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriAkdeniz ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET BOZKURT