Development and production of ductile tizrnbhfta refractory high entropy alloy system for extreme environments
Ekstrem koşullara dayanıklı ve sünek tizrnbhfta refrakter yüksek entropi alaşımı sisteminin geliştirilmesi ve üretilmesi
- Tez No: 715360
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. EDA AYDOĞAN GÜNGÖR, PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 139
Özet
Yüksek entropi alaşımları (YEA), 2000'li yılların başında keşfedilmiş, popüler bir konu ve malzeme sınıfıdır. Tanım olarak, 5-13 elementin %5-35 atomik oranlı kombinasyonu ile meydana gelir ve tek veya çift fazdan oluşur. Bu alaşımları farklı kılan yapısal, mekanik, aşındırıcı ve termal anlamda alışılagelmişin dışında özellikler sergilemesidir. Ayrıca bu alan, sonsuz kompozisyon oluşturma fırsatı verir. Bu özellikler ve avantajlar çeşitli uygulama alanlarında kullanımına olanak sağlar. YEA'ların popüler olan alt gruplarından biri, Refrakter yüksek entropi alaşımlarıdır (RYEA). Yüksek termal kararlılıkları ve yüksek sıcaklıktaki mekanik özellikleri nedeniyle yüksek sıcaklık uygulamaları için geleceğin malzemeleri olarak kabul edilirler. Bu çalışma, yapısal ve mekanik özelliklerin geliştirilmesine ve RYEA'ların yüksek sıcaklık ve radyasyon altındaki özelliklerinin anlaşılmasına odaklanmıştır. CALPHAD modellemesi ve termofiziksel parametre optimizasyonu kullanılarak oksijen katkılı ve katkısız olmak üzere iki alaşım tasarlanmıştır. Bu alaşımlar, vakumlu ark eritme ile üretilip X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile yapısal karakterizasyonu yapılmıştır. Alaşım tasarımında amaçlandığı gibi her iki alaşımın da herhangi bir düzenli faz olmaksızın BCC yapılı tek bir katı çözeltiden oluştuğu görülmüştür. Ayrıca mikro sertlik testleri sonucu oksijen katkılı ve katkısız alaşımların sırasıyla 440HV ve 321HV sertlik değerleri sergiledikleri ve sünek bir davranış gösterdikleri gözlemlenmiştir. Oksijen katkılı alaşımın yüksek sıcaklık davranışı, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve yüksek sıcaklık XRD analizleri ile araştırılmıştır. Sonuçlar, oksijen katkılı RYEA'nın 1000 °C'nin üzerinde herhangi bir metalik oksit içermeyen tek bir BCC yapısı içerdiğini ortaya koymuştur. Ayrıca oksijen katkısı, simülasyonlarla ilişkilendirilirken katkısız alaşıma kıyasla yapısal veya morfolojik farklılık yaratmamaktadır. Sonuç olarak, oda sıcaklığı yapısı ve oksijen katkılı mekanik iyileştirmeler göz önüne alındığında, yüksek sıcaklık analizlerinin sonuçları, oksijen katkılı RYEA'ların yüksek sıcaklık uygulamalarını teşvik etmektedir. Son olarak, oksijen katkılı RYEA'nn radyasyona karşı direncini araştırmak amacıyla 3 doz (3, 10 ve 30 dpa) ve 2 sıcaklıkta (oda sıcaklığı ve 450 °C) alaşıma radyasyon uygulanmış ve sonuçlar geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve nano sertlik ölçümleriyle incelenmiştir. Yapısal, mekanik ve dislokasyon analizleri sonucu 6 durumda faz değişimi, yapısal değişim, boşluk oluşumu görülmemiş ve düşük sertlik artışı eğilimi görülmüştür. Bu sonuçlar doğrultusunda oksijen katkılı RYEA'ların yüksek radyasyon dayancı onu gelecekteki nüklear uygulamalarda kullanılması için iyi bir aday haline getirmiştir.
Özet (Çeviri)
High entropy alloy (HEA) is a trending material class that was discovered in the early 2000s. By definition, it consists of a single or dual phase by combining 5-13 elements with a 5-35% atomic ratio. They exhibit extraordinary properties, such as structural, mechanical, corrosive and thermal. Moreover, this field gives an opportunity to combine infinite number of elements with infinite compositions. These properties and opportunities make them candidates for various extreme application areas, which will grow further in the future. Among the HEAs, Refractory High Entropy Alloys (RHEAs) are considered as future materials for high-temperature and nuclear applications due to their thermal stability and high-temperature mechanical properties. This study focuses on improving structural and mechanical properties and understanding the high-temperature and irradiated characteristics of RHEAs. By using CALPHAD modeling and thermophysical parameter optimization, two alloys were designed as oxygen-doped and undoped compositions. These alloys were produced by vacuum arc melting (VAM), and the structural characterization was performed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). It has been found that both alloys consist of a single solid solution with BCC structure without any ordered phase, as designed. Besides, micro-indentation was performed to understand their hardness. It has been observed that oxygen-doped and undoped alloys exhibit hardness values of 440HV and 321HV, respectively and oxygen-doped alloy exhibited 1240 MPa compressive yield strength with a ductile behavior. The high-temperature behavior of promising oxygen-doped alloy is investigated by differential scanning calorimetry (DSC), in-situ XRD and TEM analyses. The results revealed that oxygen-doped RHEA contains a single BCC structure above 1000 °C without any metallic oxide. Also, oxygen doping does not make any significant structural or morphological difference compared to undoped alloy, similar to the simulation results. Eventually, considering the room temperature structure and mechanical improvements of oxygen-doping, the results are encouraging for the high-temperature applications of oxygen-doped RHEAs. Finally, to understand the radiation resistance, the oxygen-doped alloy is irradiated at three dosages (3, 10 and 30 dpa) and two temperatures (room temperature and 450 °C). Radiation effects are investigated using transmission electron microscopy (TEM) and nanoindentation. Mechanical and dislocation loops analyses revealed that there is no phase transformation, structural change, void formation as well as low hardening for all conditions. The observed high resistance under radiation makes oxygen-doped RHEA a good candidate for nuclear applications.
Benzer Tezler
- ÖKGDD dişli üretim teknolojisinin geliştirilmesi
Development of manufacturing technology for adi gear
YILMAZ YALÇIN
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN KISAKÜREK
- Optimization of fragmentation behaviour of brittle phase in a ductile matrix during mechanical alloying for the production of nano composite powders and final products
Mekanik alaşımlama sırasında gevrek fazın sünek matris içerisindeki ufalanma davranışlarının optimize edilmesi ve nano kompozit tozu nihai ürün üretimi
AYDIN ŞELTE
Doktora
İngilizce
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Anizotropik plastik akma yüzeyine dayalı sayısal hasar modelinin geliştirilmesi ve deneysel doğrulaması
Development and experimental validation of a numerical damage model based upon an anisotropic plastic yield criterion
TOROS ARDA AKŞEN
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FIRAT
- Tekrarlı ekstrüzyon basması deney tesisatı geliştirilmesi
Development of cyclic extrusion compression expperimental setup
BATUHAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN EROL AKATA
- Kobiler ve mikro işletmelerde demir döküm sanayi sektör analizi
Sector analysis for smes and enterprises in iron foundry industry
UMUT AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK