Farklı oranlarda üretilen NiTiCuW yeni dörtlü şekil hatırlamalı alaşımlarının termodinamik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of thermodynamic and physical properties of NiTiCuW new quaternary shape memory alloys produced at different rates
Yazar: ALEV TAZE
Danışman: PROF. DR. CENGİZ TATAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada Ni44-xTi49Cux+5W2 (x=%wt. 0, 2, 4, 6) formu baz alınarak hazırlanan şekil hatırlamalı alaşımlar argon gazı atmosferinde ark-ergitme(arc-melting) yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen A1 (Ni44Ti49Cu5W2), A2 (Ni42Ti49Cu7W2), A3 (Ni40Ti49Cu9W2) ve A4 (Ni38Ti49Cu11W2) kodlu şekil hatırlamalı alaşımlardan uygun ebatlarda numuneler kesilip gerekli ölçüm ve analiz işlemleri yapılmıştır. NiTiCuW dörtlü şekil hatırlamalı alaşımlarının termodinamik parametrelerini inceleyebilmek için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ölçümleri alınmıştır. DSC ölçümleri sonucunda A1, A2, A3 ve A4 alaşımlarının entalpi ve faz dönüşümü sıcaklık değerleri belirlenmiştir. Alaşımların tamamında martensit ve austenit faz dönüşümlerini içeren belirgin ve keskin pikler elde edilmiştir. DSC eğrileri incelendiğinde, alaşımdaki bakır oranı arttıkça austenit dönüşüm sıcaklığı değerinin düştüğü ve oda sıcaklığının altındaki değerlere kadar gerilediği görülmüştür. Ayrıca iki aşamalı bir faz dönüşümü gözlenmiştir. Bu çalışmada, A1 alaşımı için dönüşüm tek bir adımda gerçekleşmiş ve B19 martensit fazı B2 martensit fazına dönüşmüştür. Benzer dönüşüm A2 alaşımında da gözlenirken, A3 ve A4 alaşımlarında rombohedral (R) dönüşümü de tespit edilmiştir. Alaşımların kristal yapı analiz tayinleri için X ışını kırınım cihazı (XRD) kullanılmıştır. NiTiCuW alaşımında A1 ve A2 alaşımları martensit fazı kristal yapısı sergilerken, A3 ve A4 alaşımları austenit fazı kristal yapısı sergilemiştir. Alaşımların mikroyapı analizinde SEM(Scanning Electron Microscopy) yani Taramalı Elektron Mikroskobu kullanılmıştır. Alaşımların kimyasal yapı (matris fazları, çökelti oluşumu, ayrışma bölgeleri) analizi için EDX kullanılmıştır. SEM-EDX ölçümlerinin sonuçları incelendiğinde numunede martensit faz yapısı ve bir miktarda çökelti oluşumunun mevcut olduğu, alaşımın yapısındaki tane ve tane sınırları net bir şekilde görülmüştür. Ayrıca yapı içerisinde belirtilen fazların varlığı X ışınları sonuçları ile de uyuşmaktadır. Görüntüler incelendiğinde çukur ve tümsek bölgeler tespit edilmiştir. Çukur bölgelerde bakır(Cu), tümsek bölgelerde tungsten(W) elementleri yoğunlaşmıştır. Alaşımların mikrosertliğinin belirlenebilmesi için Vickers sertlik ölçümleri alınmıştır. Alınan vickers mikro sertlik ölçümlerinin aritmetik ortalaması karşılaştırıldığında, alaşımların oda sıcaklığındaki faz yapısının sertlik değerleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, shape-memory alloys prepared on the basis of Ni44-xTi49Cux+5W2 (x=%wt. 0, 2, 4, 6) form were produced by arc-melting method in argon gas atmosphere. From the produced A1 (Ni44Ti49Cu5W2), A2 (Ni42Ti49Cu7W2), A3 (Ni40Ti49Cu9W2) and A4 (Ni38Ti49Cu11W2) coded shape-memory alloys, samples of appropriate sizes were cut and necessary measurement and analysis procedures were carried out. Differential scanning calorimetry (DSC) measurements were taken to investigate the thermodynamic parameters of NiTiCuW quadruple shape memory alloys. As a result of DSC measurements, enthalpy values and phase transformation temperature values of A1, A2, A3 and A4 alloys were determined. When the DSC measurements were analysed, clear and sharp peaks were observed for martensite and austenite phase transformation values in all alloys. When the DSC curves were analysed, the austenite transformation temperature value decreased as the copper content in the alloy increased and decreased to values below room temperature. In addition, a two-stage phase transformation was observed. In this study, for alloy A1, the transformation occurred in a single step and the B19 martensite phase was transformed into the B2 martensite phase. Similar transformation was also observed in alloy A2, while rhombohedral (R) interphase transformation was also detected in alloys A3 and A4. X-ray diffraction (XRD) was also used for crystal structure analysis of the alloys. In NiTiCuW alloy, A1 and A2 alloys exhibited martensite phase and interphase crystal structure, while A3 and A4 alloys exhibited austenite phase crystal structure. SEM (Scanning Electron Microscopy) was used for microstructure analysis of the alloys. EDX was used for chemical structure (matrix phases, precipitate formation, segregation zones) analysis of the alloys. When the results of SEM-EDX measurements were examined, it was clearly seen that martensite phase structures and some precipitate formation were present in the sample, and the grains and grain boundaries in the alloy structure were clearly seen. In addition, the presence of the specified phases in the structure is also consistent with the X-ray results. When the images were analysed, pit and bump regions were detected. Copper (Cu) elements are concentrated in the hollow regions and tungsten (W) elements are concentrated in the bump regions. Vickers hardness measurements were taken to determine the microhardness of the alloys. When the arithmetic mean of the Vickers microhardness measurements were compared, it was observed that the phase structure of the alloys at room temperature had a significant effect on the hardness values.