Investigation of the effect of dwell period in load controlled fatigue tests of inconel 718 superalloy
Inconel 718 süperalaşımının yük kontrollü yorulma deneyinde bekleme süresinin etkisinin incelenmesi
- Tez No: 720137
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Geçtiğimiz yüzyıl boyunca Nikel alaşımlarının farklı endüstrilerde kullanımı giderek artış göstermiştir. Nikel alaşımları ile birlikte geleneksel demir bazlı alaşımlara görece daha iyi mekanik özellik gösterdiği bu nedenle de birçok farklı endüstride kullanımı yaygınlaşmıştır. Özellikle Nikel alaşımlarının yüksek sıcaklık oksidasyon ve mekanik direnci bu malzemeyi motor uygulamalarında tercih edilmesine sebep olmuştur. Türbinli motorların yüksek sıcaklıklı bölgelerinde yaygın olarak kullanılan Nb/Cr katkılı nikel süper alaşımı olan Inconel718 örnektir. Bu çalışmada bu malzemenin mekanik davranışları üzerinde durulmuştur. Inconel718 süperalaşımı yüzey merkezli kafes yapısına sahip olup Nikel Krom Nb bazlı süper alaşımıdır, bu alaşım 649°C derecelere kadar iyi mekanik özelliklerini koruması ile tercih edilen malzeme olmuştur. Bu yüksek mukavemet özellikleri yapısında bulunan γ″-Ni3Nb çökeltiler ile sağlanır. Belirtilen sıcaklık değeri 649°C derece ikincil δ fazlarının oluşmasını bu da bu sıcaklıktan sonra ani mukavemet düşüşlerinin gözlemlenmesine sebep olur. Endüstriyel uygulamalarda malzemeler ömürleri üzerinde tehlikeli olabilecek çeşitli koşullara marus kalırlar örnek olarak; yüksek sıcaklıklar, kalıntı gerinimler, korozyon vb. Uygulamaya bağlı olarakta bu tehlikeli koşullar farklı tiplerde hasarlara yol açarlar bunlar; sürünme, yorulma, aşırı yüklenme ani kırılması vb olarak örneklendirilebilir. Bunlardan farklı olarak da motor uygulamalarında kullanılan bu alaşım bu örneklendirilen koşullarından daha farklı tesirler altında da çalışırlar. Bu çalışmada Inconel718'in mekanik özellikleri yorulma davranışı merkezli olacak şekilde incelenmiştir. Bu çalışmanın ana unsuru malzemenin eğme baskın olacak şekilde yorulma davranışı üzerine durulmuştur, bu duruma ilaveten farklı parametrelerde dahil edilmiştir. Test koşulları oda sıcaklığı, 450°C derece atmosfer koşullarının yanı sıra bekleme periyodlarının çevrimsel yüklemeli teste dahil edilmesi ile malzemenin motor koşullarına daha yakın olarak simüle edilmesi için planlanmıştır. Yorulma testlerinin yanında sertlik ölçümleri, nano indentasyon testleri gerçekleştirilmiştir. Fraktorafik ve mikroyapısal incelemelerde optik mikroskop ve SEM (taramalı elektron mikroskobu) kullanılmıştır. Bu incelemelerle malzemenin farklı koşullar altında nasıl tepki gösterdiğini anlamak için yoğun olarak çalışılmıştır. Testlerde malzemenin standard koşulda mekanik özelliklerini anlamak için öncelikli olarak oda sıcaklığı yük kontrollü yorulma testleri gerçekleştirilmiştir. Buna mukabil yüksek sıcaklık testleri ve bu testlere bekleme periyotları ve bekleme süreleri yüksek streslerde harcanaca sürelerin etkisini en yüksek seviyeye çıkaracak şekilde planlanmıştır. En yüksek yüklerde uygulanan bekleme süreleri malzemenin havacılık motorlarında etkisi altında kaldıkları seyir yüklerini simüle etmek bu seyir yüklemelerinin yanı sıra motor başlatma ve durdurma çevrimlerini ele almak için malzemede çevrimsel ve statik yüklemeleri aynı anda yapılarak sağlanmıştır. Bu bekleme sürelerinde normal şartlarda statik yüklemelerde görülen sürünme, oksidasyon, statik toparlanma, tekrar kristalleşme mekanizmalarını tespit edebilmesi için nano indentasyon, sertlik testleri ve mikro yapı çalışmaları hasara uğrayan her numune için uygulanmıştır. Test uygulamarına ek olarak literatür karşılaştırmaları bu çalışma kapsamında önemli yer almaktadır. Bu literatür araştırmalarında yorulma çevrimlerinin kesintiye uğratılmasıyla başlayan dinamik test içinde statik yüklemelere önem verilmesi son yüzyılda mühendislik uygulamarının ve özellikle motor teknolojilerinin gelişmesi ile son yüzyılda ayrıntılı olarak çalışılmıştır. Bu çalışmalar dinamik yüklemelerin kesintiye uğratılması ile başlayıp günümüzde de eksenel yüklemeler altında çatlak ilerleme testleri ile halen devam edilmektedir. Eksenel yorulma ve yorulma çatlak ilerleme testleri malzemenin dinamik davranışlarını anlamada yaygın ve etkili olarak kullanılan test yükleme yöntemidir. Dinamik eğme testleri de havacılık motorlarında kullanılan hareketli ve titreşime maruz kalan parçaları simüle etmek için çalışma koşuluna da bağlı olarak eksenel testlere denk ve daha mühim özellikleri tanımlar. Akademik çalışmalardan farklı olarak bu çalışmada bekleme süreleri eksenel yüklemelerden ziyade eğme yüklemeleri özelinde çalışılmıştır. Yapılan akademik çalışmalarda özellikle bazı malzemelerin test sıcaklıklarına da bağlı olarak ömür değerlerinin önemli derecelerde etkilendiği gözlemlenmiştir. Eksenel yükleme altında yapılan çatlak ilerleme testlerinde de Nikel alaşımlarında da çatlak ilerleme hızlarının arttığı bununda ömür değerlerini yine düşürücü etkilediği gözlemlenmiştir. Bu çalışmalarda oksijen difüsitesine bağlı olarak çatlak ilerlemelerinde oksidasyona bağlı mekanizmalar gözlemlenmiştir. Bunlar dinamik gevrekleşme ve gerilme tesirli tane sınırı okidasyonları olarak tanımlanmıştır. Çalışmalarda anlaşılan test sıcaklıkları yüksedikçe bekleme süreleri ile de birlikte malzemede belirtilen oksdasyona bağlı mekanizmalara ilaveten sürünme fenomeninde görülen boşluk oluşumu ve yüzey için çatlak başlangıçları bu test koşullarında beklenen bir durumdur. Çalışmamızda seçilen test sıcaklığı Inconel718'in en yüksek çalışma sıcaklığından uzak ancak motor koşullarında maruz kaldığı bir sıcaklık seçildiği için sürünme mekanizmaları öncelikli olarak beklenmemiştir. Yükleme koşulunun değişmesi ile bekleme sürelerinde gözlemlenecek metalurjik olguların nasıl etkileneceği sorusunun akademik çalışmalarda yeteri ile çalışılmamış olması bu çalışmanın motivasyonu olmuştur. Yapılan çalışmanın sonunda Inconel718 malzemesinin yüksek çevrimli yorulma koşullarında sıcaklığa bağlı yumuşama gösterdiği gözlemlenmiştir. Bekletme sürelerinin malzemenin yorulma davranışına etkisinin uygulanan gerilmeye bağlı olduğu düşük gerilmelerde Inconel718 malzemesinin bekletme sürelerine hassas olduğu görülmüştür. Çalışmada eğme koşulunda bekleme süresinin sıcaklığa bağlı olarak hem ömrü arttıran hem de azaltan sonuç verdiği görülmüştür. Bekleme süresi uygulanan test numunelerinde kırılma yüzeyindeki topografik değişik malzemelerin kırılma mekaniklerinde değişim gerçekleştiği sonucuna varmamızı sağlamıştır. Yorulma testlerine ek olarak yapılan nano indentasyon testlerinde malzemedeki ömür değişimine rağmen bekleme süresi etkisi ile malzemenin plastik kabiliyetinde bir değişim olmadığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak bekleme sürelerinin tesiri ile 450°C'de yorulma ömründe artış oda sıcaklığında da ömür düşüş görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The use of nickel alloys has become widespread in many industries during this last century, nickel with its alloys providing relatively better mechanical properties than conventional ferrous alloys for various industrial applications. Especially with its decent high-temperature oxidation and mechanical resistance makes this alloy the material of choice for engine applications. An example of a mostly used alloy in turbine engine hot sections is Inconel 718 is a niobium-modified and nickel-based superalloy that will be examined in this work. Inconel 718 superalloy is a face-centered cubic latticed nickel-chromium alloy that can relatively retain its good mechanical strength up to 649°C. These superior mechanical properties are provided with γ″-Ni3Nb precipitate phases present in the structure of the alloy, above mentioned 649°C temperature level secondary δ phase formation causes rapid strength loss of the material. In industrial applications materials are exposed to various hazardous factors and these can be exemplified as; temperature, residual stresses, corrosion, etc. Depending on the application type these hazardous factors generate different types of deformations can be summed as; creep, fatigue, overload failure, etc. Unlike commonly known deformation types, the exampled engine application of this alloy includes different factors. In this study, the mechanical property of Inconel 718 is examined in terms of fatigue behavior. The main concern of this work is to determine the material's fatigue properties under pure bending and different conditions. Test conditions will include room temperature, 450°C, and dwell times to simulate material's real usage in the engine application. Additional to fatigue testing hardness measurements and nanoindentation testing were performed at ambient temperature. Fractographic and microstructural examinations of the tested specimens are performed with an optical microscope and SEM (scanning electron microscope) to understand the material's reaction for different deformation factors. To understand the material's mechanical behavior first room temperature and high-temperature load controlled fatigue tests without dwell application have been performed. Parameters are selected to examine mainly the dwell effect on the material by maximizing the dwell cycle. It is observed that Inconel718 alloy's dwell sensitivity is depending on temperature and applied stress, change in mechanical properties is also observed with hardness testing. Fractographic examinations have shown that different features become visible under different test conditions. In this work in addition to mechanical testing statistical analysis is also studied for observed data sets.
Benzer Tezler
- Farklı restoratif materyallerin mine ve dentine makaslama dayanımları üzerine air-abraziv tekniği etkisi
The effect of air-abrasive technique on the shear bond strength of different restorative materials on enamel and dentin
ARZU MÜJDECİ
Doktora
Türkçe
2002
Diş HekimliğiAnkara ÜniversitesiDiş Hastalıkları ve Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. OSMAN GÖKAY
- Râşid Halifeler Döneminde siyasi değişmeler ve toplumsal etkileri
Political changes in the period of Rightly and social effects
AYŞE NUR MUTLU
- Mimari tasarım ve görsel çevre etkileşimi bağlamında 'yer' kavramı: İstanbul Edirnekapı - Fatih - Şehzadebaşı Aksı / Örneği
Başlık çevirisi yok
RUŞEN YAMAÇLI
Doktora
Türkçe
1997
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSÜN SAĞLAMER
- Gecekondular ve köken yerleşmelerinin yapısal kültür bağlamında incelenmesi
A Study on squatter settlements and their origins in a cultural context
NEVNİHAL ERDOĞAN
