Dendritik katılaştırmada katılaştırma işlem parametrelerinin mikroyapı parametrelerine etkisi
Effect of solidification processing parameters on microstructure parameters at dendritic growth
Yazar: AYŞE BERKDEMİR
Danışman: PROF. DR. MEHMET GÜNDÜZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Katılaştırma = Solidification

Özet:
Dendritik mikroyapılar (dendrit uç yarıçapı R, ikinci kollar arası mesafe ?2 ve birinci kollar arası mesafe ?1)'ın büyüklüğü ve düzenliliği, katılaştırılarak üretilen malzemenin fiziksel ve mekaniksel özelliklerini etkilediği için pratikte oldukça önemlidir. Doğrusal katılaştırma tekniği; birbirinden bağımsız ve hassas olarak katılaşma hızı V, sıcaklık gradyenti G ve alaşım kompozisyonu C0'ın kontrolünü sağladığı için mikroyapıların gelişiminin incelemesinde kullanılmıştır. Dendritik mikroyapı parametreleri (R, ?2, ?1)'ni katılaştırma işlem parametrelerinin fonksiyonu olarak incelemek için Cd-Pb ikili ve Al-Cu-Mg üçlü alaşımlarının doğrusal katılaştırma deneyleri yapılmıştır. Cd-% (20-60) ağ. Pb alaşımları, sabit sıcaklık gradyentinde G (4,31±0,19 K.mm-1), 5 farklı alaşım kompozisyonunda C0 (% 20-60 ağ. Pb) ve her kompozisyonda 5 farklı katılaşma hızında V (8,3-166,7 µm/s) doğrusal katılaştırılmıştır. Al-% 5 ağ. Cu-% (0-5) ağ. Mg alaşımları, sabit sıcaklık gradyentinde G (4,84±0,13 K.mm-1), 6 farklı alaşım kompozisyonunda C0-Mg [% (0-5) ağ. Mg] ve her kompozisyonda 6 farklı katılaşma hızında V (16,7-166,7 µm/s) doğrusal katılaştırılmıştır. Numuneler, metalografik metodlar kullanılarak hazırlanmış ve optik mikroskop altında incelenmiştir. Mikroyapıların fotoğrafları optik mikroskopta çekilmiş ve R, ?2 ve ?1' in ölçümleri bu fotoğraflar üzerinde yapılmıştır. Lineer regresyon analizi kullanılarak, Cd-Pb ve Al-Cu-Mg alaşımları için dendritik mikroyapı parametreleri (R, ?2, ?1)'ni katılaştırma işlem parametreleri (V, C0) cinsinden öngören deneysel bağıntılar elde edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar, literatürde yer alan ilgili teorik modeller ve daha önceki deneysel çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The scale and regularity of the dendritic microstructures (dendrite tip radius R, secondary dendrite arm spacing ?2 and primary dendrite arm spacing ?1) can affect the physical and mechanical properties of the solidified materials, and thus it is important practically. Directional solidification technique has been utilized to study the microstructure evolution since it provides an accurate and independent control of growth velocity V, temperature gradient G, and alloy composition C0. Directional solidification experiments have been carried out in Cd-Pb binary and Al-Cu-Mg ternary alloys to characterize dendritic microstructure parameters (R, ?2, ?1) as functions of solidification processing parameters (V, C0). For Cd-Pb alloy, under constant temperature gradient G (4.31±0.19 K.mm-1), a series of directional solidification experiments were performed at 5 different growth rates V (8.3-166.7 µm/s) and 5 different Pb contents C0 (20-60 wt.% Pb) of Cd-(20-60)wt.%Pb alloys. For Al-Cu-Mg alloy, under constant temperature gradient G (4.84±0.13 K.mm-1), a series of directional solidification experiments were performed at 6 different growth rates V (16.7-166.7 µm/s) and 6 different Mg contents C0-Mg (0-5 wt.% Mg) of Al-5wt.% Cu- (0-5)wt.% Mg alloys. Specimens were prepared by using metallographic methods and investigated with optical microscope and SEM. The photographs of the microstructures were taken under optical microscope and the measurements of R, ?2 and ?1 were made on these photographs. Experimental power law relationships have been developed by using linear regression analysis. Dependence of dendritic microstructure parameters (R, ?2, ?1) in terms of the solidification processing parameters (V, C0) were obtained for Cd-Pb and Al-Cu-Mg alloys. The obtained experimental results were compared with the related theoretical models and the previous experimental works.