Bakır alaşımlarının mikroyapı, mekanik ve elektriksel özellikleri üzerinde eş kanallı açısal presleme konform prosesinin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of equal channel angular pressing conform process on microstructure, mechanical and electrical properties of copper alloys
Yazar: ASLIHAN GÖKDUMAN
Danışman: PROF. DR. ADEM BAKKALOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN YILMAZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Günümüzde, saf bakır(Cu) ve bakır alaşımları üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı endüstride yaygın olarak kullanım alanı bulmuştur. Güç ve iletişim kabloları, mıknatıs (sargı) teli, baskılı devre iletkeni ve diğer elektrik uygulamalarında Cu ve alaşımları modern hayata büyük değer sağlamaktadır. Özellikle Ar-Ge çalışmaları yüksek hızlı trenlerde, trenlerin 300 km/saat hızı aşabilmesi amacıyla katener tel malzemesi olarak yüksek mekanik performansa sahip Cu ve alaşımları kullanılması üzerine yoğunlaşmıştır. Hızlı trenlerin hızlarının artırılmasındaki en önemli engel katener hattı (catenary line) olarak bilinen bölgede kullanılan telin mekanik performans olarak yeterli olamamasından kaynaklanmaktadır. Bu telden beklenenler yüksek elektriksel iletkenlik ve yüksek mekanik dayanımdır.
Yapılan çalışmada yüksek performansta mekanik davranış ve uygulamada kullanılabilecek seviyede elektriksel iletkenliğe sahip UİT(ultra ince taneli) Cu-Sn tellerinin üretimi ve prosesinin optimizasyonu amaçlanmıştır.
Klasik Aşırı Plastik Deformasyon(APD) yöntemleri olan Eş Kanallı Açısal Presleme (EKAP)'ye nazaran Eş Kanallı Açısal Presleme-Konform(EKAP-Konform) ile Türkiye'de ilk kez çalışılmaktadır. EKAP-Konform işleminin tercih edilmesinin nedeni bir süreklilik sağladığı için uzun tel malzemelerde kullanıma çok uygun olmasıdır. 
Sürünme dayanımı büyük önem taşıyan UİT Cu-Sn(kalay) tellerinin önce sertlik ve çekme davranışları araştırılmıştır. Tel malzemeleri yüksek hız nedeniyle büyük oranda aşınmaya uğrayacak ve tellerde aşırı ısınma meydana gelecektir. Sürünme deneyi ile tellerde yüksek sıcaklıklardaki çalışma performansı incelenmiştir. Sürünme davranışları üzerine yapılacak çalışmalarla literatürdeki bu boşlukların kapatılması hedeflenmektedir.
Çalışmada EKAP-Konform uygulanmamış 20 mm Cu-Sn0,18 ve Cu-Sn0,20 numuneleri (Cu-0,18SnC, Cu-0,20SnC ), 1 EKAP-Konform pasosu (Cu-0,18SnEC1P, Cu-0,20SnEC1P ) ve 2 EKAP-Konform pasosu sonrası elde edilen 8 mm çaplı Cu-Sn0,18 ve Cu-Sn0,20 numuneleri (Cu-0,18SnEC2P, Cu-0,20SnEC2P) kullanılmıştır.
EKAP-Konform uygulanmamış numunelerin optik mikroskop ile mikroyapılarının incelenmesi sonucunda tanelerin çok büyük olduğu görülmüş, EKAP-Konform uygulamasından sonraki EBSD sonuçlarında ise tanelerin ultra ince taneli hale dönüştüğü belirlenmiştir.
Ultra ince taneli Cu-Sn tellerde, mekanik davranışlarının açıklanması için tane ve alt tane sınırları gibi ara yüzeyler ve dislokasyon karakteri (türü, oluşumu, yönlenmesi ve yok olması) "X-ışınları profil analizi" ileri karakterizasyon yöntemleriyle ortaya konmuştur. Yapılan deneyler sonucunda EKAP-Konform prosesi sonrası en sert malzemenin; Cu-0,18SnEC 1P olduğu belirlenmiştir.
Numunelerin çekme dayanımları EKAP-Konform ile artmış, fakat artan paso sayısı ile dayanımları düşmüştür. En dayanıklı malzemenin Cu-0,18SnEC 1P numunesi olduğu görülmüştür. En yüksek % uzama değeri Cu-0,18SnCG numunesinde görülmüştür. Numunelerde dislokasyonların taneler içinde ve / veya tane sınırları boyunca (tane sınırı kayması) difüzyon kontrollü hareketi ile sürünme meydana gelmiştir. Sürünme deneyinde malzemelere uygulanan gerilim arttıkça malzemelerin kırılma sürelerinin azaldığı görülmüştür.
Ayrıca çalışma ile EKAP-Konform işleminin elektriksel özellikler üzerindeki etkisi de incelenmiş, EKAP-Konform işlemi sonrası elektriksel iletkenlik artmıştır. Çalışmada kullanılan numuneler ERBAKIR A.Ş. tesislerinde üretilmiş olup çalışma sonuçları prosesin ticarileştirilmesi üzerinde de etkili olacaktır.

Abstract:
Today, pure copper (Cu) and copper alloys have been widely used in industry due to their superior physical and chemical properties. Today, power and communication cables, magnet (winding) wire, printed circuit conductor and other electrical applications Cu and its alloys give great value to modern life. In high-speed trains, R & D studies concentrate on Cu and alloys with high mechanical performance as catenary wire material in order to overcome the trains speed of 300 km / h. The most important handicap catenary line for increasing the speed of today's high-speed trains is due to the fact that the wire used in the region is not sufficient as mechanical performance. The requirements of this wire are, in summary, high electrical conductivity and high mechanical strength. The final goal in the thesis is to optimize the production and process of UFG (ultra fine-grained) Cu-Sn wires with electrical conductivity at high performance and high level of mechanical conductivity.
Severe plastic deformation (SPD) compared with conventional methods that ECAP-Conform being studied for the first time in Turkey. ECAP-Conform process provides a continuity of long wire materials is very suitable for use. This is the most important preference.
The hardness and tensile behavior of the ultra-fine-grained Cu-Sn wires were investigated in detail. Creep strength is of great importance here. Wire materials will cause high wear due to high speed and overheating of the wires will occur. With creep deneys, the result of heating in the wires is the performance of the materials at high temperatures. With the studies on creep behavior, it is aimed to close these gaps in the literature.
ECAP-Conformed samples were found to be very large in the optical microscope images. The EBSD results after ECAP-Conform application showed that the grains were converted into ultra fine grained grains. In the case of ultra-fine-grained Cu-Sn wires, for the first time for the explanation of their mechanical behavior, interfaces such as grain and sub-grain boundaries and dislocation character (type, formation, orientation and extinction) de X-ray profile analysis / advanced characterization methods.
As a result of the experiments carried out ECAP-Conform process after the hardest material; Cu-0,18SnEC is a sample of 1P. The tensile strength of the samples increased with ECAP-Conform, but the strengths decreased slightly with increasing rust. The most resistant material was Cu-0,18SnEC 1P sample. The highest % elongation was observed in the Cu-0,18SnCG sample. In specimens, creeping with diffusion controlled movement of the dislocations in grains and / or along grain boundaries (grain boundary shift) has occurred. The creep deney showed that the materials applied to the materials decreased and the breakage times of the materials decreased.
In addition, the effect of EKAP-Conform process on electrical properties was also examined and the electrical conductivity increased after EKAP-conform process. Samples used in the project are manufactured in ERBAKIR A.Ş. The results of the project will be effective on the commercialization of the process.