Düşük termal genleşmeli alaşımların mekanik özelliklerinin hızlı katılaştırma yöntemi ile geliştirilmesi
Improvement of mechanical properties of low thermal expansion alloys by rapid solidification
- Tez No: 985123
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET KUL, DR. YUSUF ZİYA KARABAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Savunma ve Savunma Teknolojileri, Metalurji Mühendisliği, Defense and Defense Technologies, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alaşımlar, Alloys
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık, savunma ve uzay endüstrisinde kritik bir öneme sahip %36 nikel içeren demir esaslı invar 36 alaşımı düşük termal genleşme özelliği ile vazgeçilmez bir malzeme konumundadır. İnvar alaşımları ivme ölçer, kompozit kalıpları, hermetik paket ve opto mekanik uygulamalarında kullanımı yaygındır. Fakat östenitik yapısı ile sünek bir doğası vardır. Bu sünek karakteristiği düşük mekanik özellikler ile sonuçlanmaktadır ki bu durum endüstride kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Ayrıca uygulama şartlarında işleme zorlukları alaşımın kullanım kabiliyetlerini ve maliyetlerini arttırmaktadır. İnvar 36'nın mekanik özelliklerini geliştirebilmek için alaşım elementi ilavesi ile çökelti sertleşmesi, tane inceltme ile mekanik özelliklerinin artışı ve aşırı plastik deformasyon ile sertlik ve çekme mukavemetinin artışı sağlanabilmektedir. Fakat literatürdeki bu çalışmalar incelendiğinde sertlik ve çekme mukavemeti gibi mekanik özellikler artarken termal genleşme katsayısı önemli ölçüde zarar görmektedir. İnvar 36'ya alaşım elementi ilave edildiğinde kendine has manyetik kafes yapısı zarar gördüğü için termal genleşme katsayısı artmaktadır. Demir ve nikel esaslı invar alaşımları sahip oldukları manyetik büzülme özelliği ile sıcaklık artışında kafes genişlemek isterken manyetik olarak büzülmeye çalışır ve makro boyutta neredeyse sıfıra yakın bir genleşme olur. Aşırı plastik deformasyon ile mukavemet artışı sağlanmaktadır fakat malzeme böyle bir deformasyon sonrası aşırı kalıntı gerilme ve dislokasyon yoğunlukları ile kararsız bir hale gelmektedir. Sıcaklık artışlarında ani ve beklenmedik genleşme davranışları göstermektedir. Tüm bu çalışmalar değerlendirildiğinde tez çalışması kapsamında bir hızlı katılaştırma tekniği olan eriyik eğirme yöntemi ile invar 36 alaşımları literatürde ilk defa şerit formunda ~106 °C/s soğuma hızlarında üretilmiştir. İnvar alaşımının sertliği geleneksel döküm yöntemlerine göre iki kattan fazla artmıştır. 20 – 120 m arasında kalınlığa ve ortalama 200 mm uzunluklara sahip invar 36 şeritleri sıcak ekstrüzyon yöntemi ile katı çubuk veya ingot formuna getirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Invar 36, an iron–nickel alloy containing approximately 36 wt% Ni, is indispensable to the aviation, defense, and space industries due to its ultra-low coefficient of thermal expansion (CTE). The substance under consideration is utilized in a variety of applications, including, but not limited to, accelerometers, composite molds, hermetic packaging, and opto-mechanical systems. Notwithstanding, the austenitic crystal structure is responsible for the ductile nature of the substance, which consequently results in relatively poor mechanical properties. This, in turn, leads to limitations in its industrial applicability. The alloy is also notoriously difficult and expensive to machine. Conventional strategies to enhance the mechanical response of Invar 36 include precipitation hardening via alloying, grain refinement, and severe plastic deformation (SPD). While these routes can enhance hardness and tensile strength, they invariably compromise the alloy's characteristic low coefficient of thermal expansion (CTE). The addition of alloying elements disrupts the distinctive magnetic-lattice coupling that governs Invar's“magnetostrictive”lattice collapse upon heating. Consequently, the coefficient of thermal expansion (CTE) exhibits a substantial increase. SPD has been demonstrated to enhance strength; however, it does so by compromising the material's stability, resulting in the presence of residual stresses and elevated dislocation densities. This, in turn, engenders an unpredictable thermal expansion during subsequent temperature fluctuations. In this thesis, the production of Invar 36 ribbons is reported for the first time in the open literature. These ribbons were produced by melt-spinning, a rapid-solidification technique that achieves cooling rates on the order of ~106 °C s⁻¹. In comparison with conventionally cast counterparts, the ribbons exhibit more than a two-fold increase in hardness while retaining their low-expansion behavior. The ribbons, with a thickness ranging from 20 to 120 m and a length of approximately 200 mm, were then consolidated into solid rods or ingots through the process of hot extrusion. This method was found to be a viable route for processing ribbons into bulk forms without compromising the enhanced property characteristics that were observed.
Benzer Tezler
- Geleneksel döküm ve hızlı katılaştırma yöntemleri ile üretilen Al- 8Si -5.1Cu ve Al-20Si-5.1Cu alaşımlarının mikroyapısal karakterizasyonu
Microstructural characterization of ternary Al-8Si-5.1Cu and Al-20Si-5.1Cu alloys produced by convenional casting and rapid solidification techniques
TANER LİLA
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Niyobyum borür katkılı Al5Si hibrit tozların ve kompozitlerin mekanik alaşımlama ve basınçsız sinterleme yöntemleriyle geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Developing and characterization of niobium boride reinforced Al5Si hybride powders and composites with mechanical alloying and pressureless sintering methods
EZGİ BURCU ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Yüksek işlenebilirlik kabiliyetine sahip 2011 alüminyum alaşımı geliştirilmesi
Development of highly machinable 2011 aluminium alloy
İLYAS ARTUNÇ SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Thermal and mechanical behaviour of plasma-sprayed oxide ceramic coatings on steels
Başlık çevirisi yok
MURAT VURAL
- The effect of dead clay contents on mechanical properties of foundry molding sands
Ölü bentonit içeriğinin döküm kalıp kumlarının mekanik özelliklerine etkisi
MEHRAN JALALI KANDELOUS
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NECİP ÜNLÜ