Synthesis and structural characterization of multifunctional ti alloy: Gum metal
Çok fonksiyonlu ti alaşım: Sakız metal'in sentezlenmesi ve yapısal karakterizasyonu
- Tez No: 623217
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ, PROF. DR. AMDULLA MEKHRABOV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- 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
Son yıllarda keşfedilen bir titanyum alaşım türü olan sakız metal (Ti-23Nb-07Ta-2Zr-O) sahip olduğu olağanüstü düşük elastik modülü (50 GPa), yüksek akma dayanımı (2000 MPa'ya kadar), ve biyouyumluluk gibi özellikleri sayesinde spor malzemeleri, havacılık, endüstriyel ve özellikle biyomedikal alanlarda kullanılabilecek benzersiz bir alaşım türü olarak düşünülebilir. Ayrıca, bütün bu ayırt edici özellikleri şiddetli deformasyon halinde dahi koruyabilmesi ve Elinvar-Invar özelliklerine sahip olması sakız metali eşsiz bir malzeme haline getirmektedir. Sakız metalin sahip olduğu üstün mekanik ve fiziksel özellikler olağandışı deformasyon mekanizması ile ilişkilidir. Fakat, sakız metalin çalışılması zor olan ve oldukça kolay oksitlenme eğilimi gösteren hammaddelerden oluşması, yapının homojen bir şekilde üretilmesini zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, üretimi için oldukça hassas, zahmetli ve sorunlu bir yöntem olan toz metalurjisi yöntemi kullanılmaktadır. Toz metalurjisi seri üretime uygun bir yöntem olmadığı için yeni bir üretim methodu geliştirmek önemlidir. Bu tez üç ana konuya odaklanmaktadır: (i) teorik hesaplamalar yardımıyla sakız metal özellikleri sergileyen farklı alaşımları geliştirmek, (ii) seri üretime uygun, toz metalurjisinden daha kolay ve geleneksel bir yöntem olan ark ergitme fırınını kullanarak alaşımları başarılı bir şekilde üretmek ve (iii) alaşım elementlerinin Ti71.8+nNb25-nZr2O1.2 temel alaşımının deformasyon mekanizması, yapısal ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak, ve tek fazlı sakız metal alaşımı için önerilen teorik tahminlerin geçerliliğinin onaylamak. Teorik hesaplamalara göre, üç farklı yapı, (S1) Ti-23.8Nb-2Zr-1.2O (at%), (S2) Ti-23Nb-0.93V-2Zr-1.2O (at%) ve (S3) Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr-2Al-1.2O (at%) belirlenmiş ve atmosfer kontrollü ark eritme fırınına başarıyla dökülmüştür. Bu alaşımların kimyasal karakterizasyonu SEM, EDS, termal kararlılığı DSC, mineralojik analizleri XRD ve mekanik özellikleri ise mikro sertlik ve basma testi metodları kullanılarak araştırılmıştır. Hazırlanan üç alaşımın, tek fazlı, homojen morfolojiye ve elementel kompozisyona sahip olduğu gözlenmiştir. Temel alaşıma çeşitli elementlerin dahil edilmesi ile alfa fazından beta fazına geçiş sıcaklığı 100 °C' ye kadar düşürülmüş ve mekanik özelliklerin önemli ölçüde iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Basma testlerinde numune kalınlığı %85 oranında azaltılmasına rağmen, görünür bir çatlak oluşmamaktadır. Ayrıca, bu deformasyon sonucunda dahi sertlikte belirgin bir artış ortaya çıkmamıştır. Sonuç olarak, elde edilen mekanik ve yapısal bulgular, bu çalışma kapsamında hazırlanan tüm bileşimlerin sakız metal ailesinde olabileceğini düşündürmektedir.
Özet (Çeviri)
Gum metal (Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O at%), a newly discovered titanium alloy, is considered as a suitable unique alloy for structural applications in aerospace, sports equipment, industrial, and especially in biomedical areas because of their outstanding properties such as high yield strength (up to 2000 MPa) with low elastic modulus (50 GPa), and biocompatibility. Furthermore, in the heavily deformed state, it still possesses an ultra-low elastic modulus, ultra-high-strength, large elasticity (up to 2.5%), Elinvar, and Invar properties. These exclusive mechanical and physical properties are mainly attributed to their extraordinary deformation mechanism. However, alloy design and production of gum metal are quite difficult since it consists of raw materials that are difficult to work with and tend to oxidize quite easily. In addition, these raw materials are quite challenging to forge an alloy with a homogeneous structure. Therefore, it is generally produced by powder metallurgy, a very laborious, sensitive, and troubled production. It is important to develop a new production process since this method is not suitable for mass production. This thesis focuses on three main subjects: (i) to develop the candidate alloys exhibit gum metal properties with the help of the theoretical calculations, (ii) to be able to produce alloys successfully by using the arc melting furnace which is suitable for mass production, easier and conventional production method rather than powder metallurgy, and (iii) to investigate the effects of alloying elements on deformation mechanism, structural and mechanical properties of Ti71.8+nNb25-nZr2O1.2 base alloy and approval of the validity of theoretical estimations proposed for single-phase gum metal alloy. According to theoretical calculations, three different forms, (S1) Ti-23.8Nb-2Zr-1.2O (at%), (S2) Ti-23Nb-0.93V-2Zr-1.2O (at%) and (S3) Ti-25Nb-0.7Ta-2Zr-2Al-1.2O (at%), were determined and casted successfully in an atmosphere-controlled arc melting furnace. The chemical characterization, mineralogical analyses, and mechanical properties of these alloys were investigated by using XRD, DSC, SEM, EDS, microhardness, and compression test instruments. It has been observed that these three alloys were prepared composing of only a single phase with homogeneous morphology and elemental composition. On account of the incorporation of various elements to the base composition, from alpha to beta phase transition temperature were reduced as much as 100 degrees C and mechanical properties were improved significantly. Around 85% reduction in thickness with the compression tests were obtained with no apparent crack formation. Also, no noticeable increase in hardness emerged with this deformation. In the end, these mechanical and structural investigations suggest that all the prepared compositions within the scope of this work could be in the gum metal family.
Benzer Tezler
- Şarj edilebilir elektrokromik enerji depolama cihazları için Lİ4Tİ5O12 (LTO) tabanlı elektrokromik yapılarının farklı şartlarda sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of Lİ4Tİ5O12 (lto) based electrochromic structures for rechargeable electrochromic energy storage devices under different conditions
BURAK ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiErzincan Binali Yıldırım ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL MORKOÇ KARADENİZ
- Akıllı uygulamalara yönelik politiyofen tabanlı metalopolimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polythiophene-based metallopolymers for smart applications
NEŞE GÜVEN
- Synthesis and characterization of organic-inorganic hybrid materials
Organik-inorganik hibrit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
MÜFİDE DURİYE KARAHASANOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- Vanadyum ve molibdenin oksijen içeren ligantlarla oluşturduğu bileşiklerin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of vanadium and molybdenum compounds containing ligands with oxygen groups
ZEYNEP ALKAN