CuAlMn bazlı şekil hafızalı alaşımlarının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Enhancement of mechanical properties of CuAlMn based shape memory alloys
Yazar: NAZIM BABACAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OSMAN SELİM TÜRKBAŞ ; DOÇ. DR. BENAT KOÇKAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, yaşlandırmanın, ısıtma-soğutma testlerinde malzemenin ısıtıldığı en yüksek sıcaklık olan üst çevrim sıcaklığının (ÜÇS'nin), tane boyutunun ve soğuk deformasyonun Cu73Al16Mn11 (% atomik) şekil hafızalı alaşımlarının (ŞHA'nın) şekil hafıza özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Yapılan yaşlandırmalar sonucunda östenit fazının düzenlilik derecesini en kararlı duruma getiren işlemin 150 °C'de gerçekleştirilen ve ardından suda soğutma yapılan yaşlandırma işlemi olduğu tespit edilmiştir. Çevrimsel diferensiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve eş basınçlı ısıtma-soğutma deneylerinde ÜÇS değiştirilerek dinamik yaşlandırmanın mikroyapı, dönüşüm sıcaklıkları ve dönüşüm gerinimi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. ÜÇS olarak 120 °C seçildiğinde malzemenin çevrimsel kararlılığa sahip olduğu ve bu sıcaklık seviyelerine kadar eyleyici olarak kullanılabileceği görülmüştür. ÜÇS 145 °C değeri için östenit fazı düzenliliğindeki artıştan dolayı dönüşüm sıcaklıkları azalmıştır. ÜÇS 175 ve 205 °C'ye çıkarıldığında ise mikroyapıda beynit ve α oluşumu gözlenmiş olup dönüşüm sıcaklıkları ve dönüşüm gerinimi azalmıştır. Homojenize durumda 900 µm olan tane boyutu, soğuk haddeleme ve ardından gerçekleştirilen yeniden kristalleşme tekniğiyle 260 µm'ye indirilmiştir. Tane boyutunun ve soğuk deformasyonun Cu73Al16Mn11 alaşımının boyutsal kararlılığına olan etkisi süperelastisite ve eş basınçlı ısıtma-soğutma deneyleri ile araştırılmıştır. Yalnızca soğuk deformasyonun malzemenin boyutsal kararlılığını olumsuz yönde etkilediği gözlemlenmiştir. Tane boyutu küçülmesinin ise eş basınçlı deneylerde boyutsal kararlılığı arttırırken süperelastisite deneylerinde ise bir iyileşme tespit edilememiştir. Bu farklı sonuçlar her iki deney esnasındaki malzemelere uygulanan gerilme seviyelerindeki farklılıklarla ilişkilendirilmiştir. Malzemenin daha yüksek gerilmelere maruz kaldığı süperelastisite deneylerinde bakır bazlı alaşımların sahip olduğu yüksek elastik anizotropi küçük tane boyutlu alaşımın boyutsal kararlılığını olumsuz olarak etkilemiştir. Daha düşük gerilmeler altında gerçekleştirilen eş basınçlı ısıtma-soğutma deneylerinde ise tane boyutu küçülmesinin malzemeyi güçlendirici etkisi plastik gerinimleri azaltarak malzemenin boyutsal kararlılığının artmasına neden olmuştur.

Abstract:
In this thesis study, the effect of aging, upper cycle temperature (UCT) which is the maximum temperature that the material is heated in the heating-cooling tests, grain size and cold working on the shape memory properties of Cu73Al16Mn11 (% atomic) shape memory alloys (SMAs) were investigated. At the end of the aging studies, the process that brings the degree of ordering of the austenite phase to its steady state was determined as 150 °C aging with subsequently water quenching treatment. The effect of dynamic aging on microstructure, transformation temperatures and transformation strain were investigated by changing the UCTs in the differential scanning calorimetry (DSC) and isobaric heating-cooling tests. When the UCT was chosen as 120 °C, it was observed that material has cyclic stability and this material can be used as an actuator until that temperature levels. Transformation temperature increased due to the increase in the degree of order of the austenite phase for the UCT of 145 °C. When the UCT was increased to 175 and 205 °C, bainite and α phase formation were seen in the microstructure and transformation temperatures and transformation strain decreased. While the grain size is 900 µm, it was decreased to 260 µm with the cold rolling and subsequently recrystallization technique. The effect of the grain size and cold working on the dimensional stability of Cu73Al16Mn11 were investigated with the superelasticity and isobaric heating-cooling experiments. It was observed that only pure cold working affects the dimensional stability of the material negatively. While the dimensional stability increased in the isobaric experiments, no improvement was found in the superelasticity experiments with the grain refinement. These two different results were associated with the difference in applied stress levels during both experiments. The high elastic anisotropy that Cu-based alloys have affected the dimensional stability of the alloy with the small grain size in the superelasticity experiments where the materials were exposed to the higher stresses. The strengthening of the grain size reduction on the material led an increase in dimensional stability of the material reducing the plastic strains in the isobaric heating-cooling experiments which were performed under lower stresses.