The role of microstructure on the thermo-mechanical fatigue performance of HiSiMo alloy and the corrosion behavior of biomedical high entropy alloy
Mikroyapının HiSiMo alaşımlarının ısıl-mekanik yorulma performansına etkisi ve biyomedikal titahfnbzr yüksek entropili alaşımların aşınma davranışı
- Tez No: 594389
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu çalışmanın ilk bölümünde, dizel kamyon motorlarında egzoz manifoldunun yapımında kullanılan HiSiMo dökme demirinin ısıl-mekanik çevrimsel yükler altındaki davranışı incelenmiştir. Malzemenin yüzeyi, mikroyapısı ve içeriği, SEM, EDX ve Yüksek-Sonlu Optik Emisyon Spektrometre ile incelenmiştir. Tek eksenli çekme testleri uygulanarak, bu malzemenin mekanik özellikleri elde edilmiştir. Mekanik özelliklerinin sıcaklığa bağlı değişimini de inceleyebilmek için, motorun çalışma şartları göz önünde bulundurularak çekme teslteri, oda sıcaklığı ve 800°C arasındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, sıcaklık arttıkça, malzemenin sünekliğinin arttığını, ancak esneklik katsayısı ve maksimum çekme dayanımının azaldığını göstermiştir. Bu deneylere ek olarak, malzemenin izotermal, ısıl-mekanik çevrimsel yükler altındaki davranışının incelenmesi için izotermal yorulma deneyleri ve faz dışı ısıl-mekanik yorulma deneyi yapılmıştır. İzotermal yorulma deneyleri, sıcaklık arttıkça, malzemenin sünekliğinin artmasından dolayı, malzemenin kırılmasının geciktiğini göstermiştir. Süneklik artışı malzemedeki küresel yumrular halindeki grafitten kaynaklanmıştır. Öte yandan, izotermal yorulma deneylerinin sonuçları, Jiang-Sehitoğlu ömür tahmini modelindeki yorulma hasarı malzeme parametrelerinin elde edilmesi için de kullanılmıştır. Yine aynı modeldeki oksidasyon hasarı malzeme paratrelerinin elde edilebilmesi için, oksitlenme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen deney sonuçları ile, oksidasyon malzeme parametreleri hesaplanmıştır. Öte yandan, Şehitoğlu birleşik viskoplastik modeldeki geri gerinim, sürüklenme gerinimi katsayıları ve malzeme parametrelerinin elde edilebilmesi icin, farklı sıcaklık ve gerinim hızı altında tek eksenli çekme testleri yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda elde edilen değerlerin, projenin devamında, hasar modeli ve ömür tahmin etme metodundaki parametre ve katsayıların elde edilmesi için kullanılması planlanmıştır. Tezin son kısmında, mikroyapısında meydana gelen gerilim destekli faz değişimi ve dislokasyon kayması-ikizlenme gibi birden çok ve ilişkili deformasyon mekanizması bakımından HiSiMo tipi dökme demire benzemesi ve biyomedikal uygulamalarda güncel bir konu olması sebebiyle yüksek entropili alaşım olan TiTaHfNbZr kaplamalar incelenmiştir. Bu çalışmada, NiTi şekil hafızalı substratlar, TiTaHfNbZr alaşımlar kullanılarak, RF magnetron sputtering methodla kaplanmıştır. Ardından, yapay salvia ve mide sıvısı içerisinde bekletilerek bu sıvılar içerisindeki Ni iyon salınımı incelenmiştir. Sonuçlar, TiTaHfNbZr yüksek alaşımlı kaplamaların, oldukça asidik olan vücut sıvılarında Ni iyon salınımını önemli ölçüde azalttığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The first part of this study investigates thermo-mechanical fatigue behaviour of diesel truck engine manifold made of HiSiMo cast iron. To inspect morphology, microstructure and composition of the HiSiMo samples, SEM, EDX, High-End Optical Emission Spectrometer analyses were conducted. Mechanical properties of HiSiMo samples were determined with uniaxial tensile tests. Temperature dependency of mechanical properties of this HiSiMo cast iron were evaluated by performing tensile test experiments at different temperatures between room temperature and 800°C regarding operating conditions of truck engines. Experiments demonstrated that as the temperature increases, ductility of the HiSiMo cast iron improves while elastic modulus and ultimate tensile strength of the material decrease after 400 °C. Moreover, isothermal fatigue experiments and an out-phase thermo-mechanical (OP-TMF) experiment were performed to examine behaviour of exhaust manifold of truck engine under cyclic isothermal and thermo-mechanical loads. Isothermal fatigue (IF) experiments shown that as the operating temperature increases, failure of the truck engine components made of HiSiMo delay thanks to improved ductility of HiSiMo cast iron containing spheroidal graphite. Moreover, IF experiments' results were used in order to determine fatigue damage parameter in Jiang-Sehitoglu life prediction model. Oxide growth on HiSiMo cast iron was investigated by static oxidation experiments. Oxidation damage term parameters in Jiang-Sehitoglu life prediction model were obtained from these experiments. On the other hand, to calculate material constants, drag stress coefficient and back stress recovery terms present in Sehitoglu unified visco-plastic model, various uniaxial tensile test experiments at different temperatures and at different strain rates were performed. Results of these experiments were planned to be used in computational modelling of damage and lifetime prediction method. In the second (and last) part of the thesis, since the microstructure of the high entropy alloys exhibits multiple and interacting deformation mechanisms such as stress induced phase transformations, dislocations slipping and twinning similar to HiSiMo alloys, investigation of TiTaHfNbZr high entropy alloy for the biomedical applications were done. NiTi shape memory alloy substrates were coated with TiTaHfNbZr high entropy alloy (HEA) thin films by RF magnetron sputtering, and then immersed into artificial salvia (AS) and gastric fluid (GF) solutions in order to evaluate the effectiveness of the HEA coating in preventing Ni ion release from the substrates. The findings demonstrate that the TiTaHfNbZr HEA coating significantly restricts Ni ion release from NiTi even when subjected to two very acidic body fluids (AS and GF), warranting a thorough examination of this material for utility as coating material in NiTi based biomedical applications.
Benzer Tezler
- Bazı kobalt esaslı alaşımlarda mikroyapı ve faz analizi
Microstructure and phase analysis in some cobalt-base alloys
ALEV OSMA
- Akışla şekillendirme uygulanmış AA7075 kalite alüminyum alaşımının mekanik ve korozyon özelliklerine retrogresyon ve yeniden yaşlandırma işleminin etkisi
The effect of retrogression and reaging heat treatment on the mechanical and corrosion properties of a flow formed AA7075 aluminum alloy
EDA URAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Microstructural and mechanical characterization of yttrium-modified high entropy alloys
İtriyum modifiyeli yüksek entropili alaşımların mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonu
FATMA SAADET GÜVEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Thermoelastic stability analysis of solidification of pure metals on a coated planar mold of finite thickness: Effects of the coating layer
Katılaşma sürecinde gözlemlenen kararsızlık mekanizmasının analizi: Kalıp yüzeyi kaplama tabakasının etkileri
MEHMET HAKAN DEMİR
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARUK YİĞİT
- Mikroalaşımlı dövme çeliklerde mikroyapısal karakterizasyon ve mikroyapı-mekanik özellikler ilişkisi
Microstructural characterization and microstructure mechanical properties relationship in microalloyed forging steels
IŞIL ÇEVİKER