Influence of cold rolling and subsequent annealing processes on the functional fatigue properties of high temperature nitihf shape memory alloys
Soğuk haddeleme ve sonraki tavlama işlemlerinin yüksek sıcaklık nitihf şekil hafızalı alaşımların fonksiyonel yorulma özellikleri üzerindeki etkisi
- Tez No: 758888
- Danışmanlar: PROF. DR. BENAT KOÇKAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Şekil hafızalı alaşımlar, yük altında ısıtıldıklarında önceki şekillerini geri kazanabildiği için birçok uygulamalarda aktüatör olarak yararlanılabilen özel malzemelerdir. Ağırlık başına düşen yüksek güç oranları, onları başta havacılık endüstrisi olmak üzere, geleneksel pnömatik, hidrolik ve motor tipi katı hal ağır aktüatör kullanımları yerine kullanılabilecek önemli bir alternatif yapar. Havacılık endüstrisindeki uygulamaların çoğu, eyleyicilerde süreklilik ve 100 °C'yi aşan dönüşüm sıcaklıkları gerektirir. Şekil hafıza özelliklerinin endüstriyel uygulamalarda başarısını belirleyebilmek için, şekil hafızalı alaşımların eyleyici gerinimi ve yüksek dönüşüm sıcaklıklarının görev ömrü boyunca muhafaza edilmesi hayati önem taşımaktadır. Bu nedenlerden ötürü, sıcaklık gereksinimi yüksek uygulamalarda kullanım amacıyla dönüşüm sıcaklığı 100 °C'den yüksek şekil hafızalı alaşımlar üzerine araştırmalar yoğunlaşmıştır. İkili NiTi alaşımına hafniyum eklemek, yüksek sıcaklıklı bir şekil hafızalı alaşım yapmanın en etkili yollarından biridir. Yüksek sıcaklıklı şekil hafızalı alaşımlar, eyleyicilik kabiliyetinin artırılması, şekil hafıza özelliklerinin istikrarını iyileştirmesi ve eyleyici uygulamalarında uygun bir seçenek haline getirilmesi amacıyla termal, mekanik ve termomekanik işlemlere tâbi tutulur. Bu çalışmada, soğuk haddeleme ile farklı kalınlıklara düşürme ve haddelemeye müteakip farklı sıcaklıklarda tavlama yöntemlerinin Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) alaşımının fonksiyonel yorulma özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan malzeme, oldukça saf Ni, Ti ve Hf elementlerininin vakum indüksiyon eritme prosesi ile üretilmiştir. Kimyasal homojenite sağlamak amacıyla da 900 °C'de sıcak ekstrüde edilmektedir. Soğuk haddeleme ve müteakip tavlamanın fonksiyonel parametreler üzerindeki etkisini analiz etmek ve malzeme içerisinde doku oluşumunu önlemek amacıyla tüm numuneler homojenizasyon işleminden geçirilmiştir. Bir grup numuneye %2'lik, diğer bir gruba ise %5'lik soğuk haddelenme işlemi uygulanarak kalınlıkları azaltılmıştır. Daha sonra gruplardaki numunelerden üçer tanesine 500°C, 550°C ve 600 °C sıcaklıklarda tavlanma işlemi uygulanmış ve birer tanesi tavlanmadan bırakılmıştır. Ayrıca soğuk haddeleme ve tavlama işlemleri yapılmamış bir başlangıç numunesi ayrılmış ve sonuçlar bu numunenin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi ile tüm numuneler için dönüşüm sıcaklıkları incelenmiştir. Test edilmeye uygun görülen numuneler ile yorulma ömrü, eyleyici gerinimleri, birikmiş plastik gerinimler ve dönüşüm sıcaklıkları gibi fonksiyonel yorulma özelliklerinin tayin edilmesi amacıyla 300MPa yük altında 15 °C/s ısıtma soğutma hızlı ile, termal çevrimler gerçekleştirilmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetri ölçümlerine göre; soğuk haddeleme miktarındaki artış, dönüşüm sıcaklıklarını azaltmıştır. Çünkü soğuk haddeleme dislokasyon yoğunluğunu arttırıp faz dönüşümünü baskılamıştır. Öte yandan tavlama işlemi, dislokasyonları kısmen yok olmasına neden olup numunedeki dislokasyon yoğunluğunu azalttığından, tavlama sıcaklığı yükseltildikçe dönüşüm sıcaklıkları da artmıştır. Fonksiyonel yorulma testi sonuçları; soğuk haddeleme işlemeninden sonra tavlamanın, şekil hafıza parametrelerini kararlı hale getirdiğini ve tavlamanın matristeki haddeleme sonucu oluşan yoğun dislokasyon miktarını ve iç gerilmeleri azaltarak dönüşebilen hacim miktarını arttırdığı için eyleyici gerinimlerinin de arttırdığını ortaya koydu. Bununla birlikte, hafniyum içeriğinin 30at% olması malzemeyi deforme etmeyi son derece zorlaştırması ile soğuk haddeleme sırasında oluşan mikro çatlakların test sırasında hızlı ilerlemesinden dolayı alaşımın fonsiyonel yorulma ömürleri kısalmıştır. Ayrıca Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) alaşımında, 300MPa gerilme altında, tam östenit dönüşümünün 600 °C civarında elde edilmesi sebebiyle, bu gerilme altında yüksek plastik deformasyon gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Shape memory alloys are very special alloys that can be used as actuators in various applications due to their capability of returning to a prearranged shape via heating under applied load. Their high power per weight ratio makes them an important alternative to conventional pneumatic, hydraulic and motor kind of solid-state heavy actuators, primarily in the aerospace industry. The majority of applications in the aerospace industry demand continuous actuation with transformation temperatures exceeding 100 °C. To judge the feasibility of adopting shape memory alloys in industrial applications, the stability of shape memory properties in terms of actuation strain and transformation temperatures at high temperatures during operational life time is essential. Therefore, shape memory alloys, which have transformation temperatures higher than approximately 100°C, are being widely studied for their utilization in high-temperature applications. Adding hafnium to NiTi binary alloys is one of the most effective ways to create a High Temperature Shape Memory Alloy (HTSMA). HTSMAs undergo thermal, mechanical or thermomechanical treatments to enhance their actuation abilities and stability of shape memory properties and make them a valid option for actuation applications. In this study, the effects of cold rolling with different reduction thicknesses and subsequent annealing conducted at different temperatures on the functional fatigue properties Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) were investigated. The material utilized in this work was produced by vacuum induction melting using high purity Ni, Ti, and Hf elements and the cast billet was hot extruded at 900°C for achieving chemical homogeneity. To analyze the influence of the cold rolling and subsequent annealing on the functional parameters, all of the samples were homogenized to get rid of any texture formation in the material. The first set of samples was cold-rolled by 2% and the second set was cold-rolled by 5%. Then, three samples in each set were annealed at the following different temperatures: 500, 550, and 600 °C. In each set, one sample was kept in cold rolled condition. The transformation temperatures of all samples were first examined by Differential Scanning Calorimetry (DSC). Afterward, the samples with the selected conditions were thermally cycled under 300MPa with a 15°C/sec heating cooling rates to determine the functional fatigue properties such as the evolution of fatigue life, actuation strains, accumulated irrecoverable strains, and transformation temperatures. DSC measurements showed that an increase in cold work percentage reduced the transformation temperatures since cold work led to an increase in dislocation density and thus, suppressed the phase transformation. On the other hand, transformation temperatures increased as the annealing temperature was increased since annealing caused partial annihilation of dislocations, thus reduced dislocation density in the sample. Functional fatigue test results revealed that cold rolling with subsequent annealing stabilized the shape memory parameters and increased the actuation strains since annealing removed the rolling induced dislocation with the internal stress fields in the matrix and increased the amount of transforming volume. However, 30at% of hafnium content made the material extremely hard to deform, and micro-cracks were induced during cold rolling and these micro-cracks were propagated fast during functional fatigue tests and shortened the fatigue lives. Additionally, Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) alloy showed very high plastic deformation with 300MPa of loading since full austenite transformations of the alloy can be achieved at approximately 600°C under this stress magnitude.
Benzer Tezler
- Toz metalurjisi yöntemleri ile üretilen çeşitli W-Ni-Fe ve W-Ni-Cu ağır alaşımların mikroyapısal ve fiziksel karekterizasyonu
Microstructural and physical characterization of various W-Ni-Fe and W-Ni-Cu heavy alloys manufactured via powder metallurgy methods
GÜNKUT ERNAS
- Atık araç yağları ve atık bitkisel yağ katkılı bitüm içeren asfalt betonlarının performans özelliklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of the performance properties of asphalt concretes containing waste vehicle oils and waste vegetable oil additive bitumen
BELİT KERMAN ERKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OSMAN ATAHAN
PROF. DR. MURAT KARACASU
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Alaşım elementlerinin çinko alüminyum esaslı ZA 8 alaşımının sertlik ve darbe direncine etkisi
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN BELKIS
- Microstructural and mechanical characterization of shape/fraction controlled Fe2B ceramic phase reinforced Fe matrix monofilament composite wires and bulk wire-reinforced composites manufactured by a novel processing approach
Geometrisi ve fraksiyonu control edilebilen ve özgün bir yaklaşımla üretilen Fe2B seramik faz takviyeli Fe matris monofilament kompozit tellerin ve tel takviyeli kompozitlerin mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonu
HAFIZ MUHAMMAD NUMAN ZAFAR
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEHMİ NAİR