Eşdeğer atomik olmayan fecralni orta entropili alaşımlarının üretimi ve yüksek sıcaklık oksidasyon davranışı
Production and high temperature oxidation behavior of non-equatomic fecralni medium entropy alloys
Yazar: TUĞÇE ÖZGENÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEREM ÖZGÜR GÜNDÜZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Fex(CrAlNi)100-x (x = 25, 35, 45, 55, 65) alaşımlarının 1100 °C'de 15, 42, 84, 168 saat olacak şekilde yüksek sıcaklık oksidasyon ve mikroyapısal kararlılık üzerindeki Fe katkısının etkisi araştırılmıştır. Döküm sonrasında tüm alaşımların A2 ve B2 fazından oluştuğu tespit edilmiştir. Döküm mikroyapıları Fe25 alaşımında lameller ve iç içe geçmiş bir yapıdayken Fe miktarının artmasıyla birlikte B2 çökeltileri izole kübik küresele yakın bir morfolojiye dönüşmüşlerdir. Ayrıca Fe miktarının artmasıyla birlikte çökelti boyutu azalmıştır (Fe25: 171.8 nm ± 43 nm, Fe55: 75 nm ± 16 nm). Döküm yapısındaki alaşımlarda, artan Fe konsantrasyonu B2 faz miktarını azaltmasına rağmen, homojen olarak dağılmış koherent B2 çökeltileri mikrosertlik değerlerinde yalnızca %10'luk düşüşe sebep olmuştur (Fe25: 517.7 ± 19 HV, Fe65: 470.6 ± 22 HV). 
Oksidasyon sonrasında, tüm incelenen kompozisyonlarda B2 çökeltilerin kabalaştığı gözlemlenmiş ve bu kabalaşma 168 saat sonunda mikrosertlikte %20-25'lik bir azalmaya neden olmuştur. Fe25-Fe55 alaşımlarında α-Al2O3 oksit tabaka oluşurken, Fe65 alaşımda sürekli ve koruyucu bir α-Al2O3 tabakası oluşmamıştır. Bu sonuç, Fe miktarının artmasıyla B2 çökeltilerin azalan Al konsantrasyonu ve faz miktarı ile A2 fazının düşük Cr konsantrasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, α-Al2O3 tabakalar reaktif elementlerin eksikliği nedeniyle eş-eksenli ve bükülmüş bir morfolojiye sahiptir. Reaktif elementlerin eksikliği aynı zamanda oksit tabakanın yüzeyden dökülmesi ile sonuçlanmıştır. Bu dökülme Fe miktarının artmasıyla şiddetlenmiştir.  Fe katkısı ile oksit dökülmesinin arasındaki muhtemel nedenler tartışılmıştır. Yine de Fe25-Fe55 alaşımları, FeCrAl alaşımlarına göre B2 takviyesi nedeniyle gelişmiş mekanik özelliklere sahipken FeCrAl alaşımlarına benzer oksidasyon davranışı sergilemişlerdir. Bu sayede yüke maruz kalan yüksek sıcaklık uygulamalarında ekonomik bir alternatif olarak tercih edilebilirler.

Abstract:
This study investigates the effect of Fe addition on the high-temperature oxidation and microstructural stability in Fex(CrAlNi)100-x alloys (x = 25, 35, 45, 55, 65) at 1100 °C for 15,42,84,168 hours under air. All cast alloys were consisted of A2 and B2 phases. In the as-cast state, Fe25 alloy exhibited lamellar and intertwined structure, but with the increasing Fe concentration, B2 precipitates transformed into isolated cubic, nearly spherical shapes, accompanied by a reduction in precipitate size (Fe25: 171.8 nm ± 43 nm, Fe55: 75 nm ± 16 nm). Despite a decrease in the molar phase fraction of the B2 phase due to Fe addition, microhardness values only experienced a 10% reduction due to well-distributed coherent B2 precipitates (Fe25: 517.7 ± 19 HV, Fe65: 470.6 ± 22 HV).
Following oxidation, all compositions exhibited coarsening of B2 precipitates, resulting in a 20-25% microhardness reduction after 168 hours. α-Al2O3 scales were formed on Fe25-Fe55 alloys, while Fe65 alloy failed to establish a continuous and protective α-Al2O3 scale. This outcome was attributed reduced Al concentration and phase fraction of B2 precipitates, and the low Cr concentration in the A2 phase with Fe addition. Additionally, α-Al2O3 scales had a wrinkled, equiaxed morphology due to the absence of reactive elements, which also led to oxide spallation, intensifying with higher Fe content. 
Nevertheless, Fe25-Fe55 alloys exhibited oxidation behavior similar to FeCrAl alloys while possessing improved mechanical properties due to B2 reinforcement. Thus, they offer a potentially cost-effective alternative for high-temperature load-bearing applications.