Nikel-titanyum şekil bellekli alaşım üretimi ve şekil bellek eğitimi
Manufacturing of nickel-titanium shape memory alloy and shape memory training
Yazar: SAVAŞ DİLİBAL
Danışman: DOÇ. DR. NURHAN CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Şekil bellekli alaşımlar (ŞBA) birçok mühendislik ve tıp alanında fonksiyonel malzemelerolarak başarı ile kullanılmaktadır. Şekil bellekli alaşımların teknolojik önemi, şekil belleközelliği ve süperelastik özellik göstermelerinden kaynaklanmaktadır. Bu özellikler sıcaklık vegerilmeye bağlı olarak martenzit ve ostenit fazlarında alaşımda kristal yapı değişimi ileoluşur.Bu çalışmada nikel-titanyum şekil bellekli alaşım üretmek maksadıyla, ticari saflıkta nikel vetitanyum alınarak, faz diyagramında eşatomik yapı oluşturacak şekilde tartılıp oranlarıayarlandıktan sonra vakum ark ve vakum indüksiyon ocaklarında 21 döküm yapılmıştır.Başarılı döküm olarak elde edilen NiTi 12-3, NiTi 7-3, NiTi 4-3 ve NiTi 3-2 kodlualaşımların malzeme karakterizasyonu için DSC analizleri yapılarak martenzitik ve östenitikfaz dönüşüm sıcaklıkları tespit edilmiş, değişik büyütmelerde mikro yapıları incelenmiş,Vickers sertlik değerleri tespit edilmiş, X-ışınları kırınımı ile faz analizleri yapılmış ve şekilbellek kapasiteleri şekil bellek eğitimi deneyleriyle incelenmiştir.Üretilen nikel-titanyum alaşımlar içerisinde, vakum ark ocağında zirkonya pota kullanılaraküç defa tekrarlanan dökümle 4mm.x4mm.x65mm boyutlarında üretilen NiTi 12-3 kodlualaşım, en yüksek oranda şekil bellek özelliği göstermiştir. Alaşımın EDS analizi sonucunda,atomik oran olarak nikel ve titanyum oranları % 50.10 titanyum ve %49.90 nikel olarakbulunmuştur. Yapılan DSC analizinde martenzit ve östenit faz başlangıç ve bitiş sıcaklıklarıtespit edilmiştir.Üretilen nikel-titanyum alaşımlara istenilen şekil belleğinin verilmesi için yapılan ısıl işlemleriçerisinde en yüksek oranda şekil belleğinin elde edildiği sonuçlar kalıp içerisinde fırınabırakılarak 550ºC'de 10 dakika bekletme ve sonra suda soğutma ısıl işleminden sonra eldeedilmiştir. Şekil bellek eğitimi deneylerinde, şekil belleği verilmiş nikel-titanyum alaşımdeformasyona uğratıldıktan sonra östenit faz sıcaklığı üzerine ısıtılırken ilk şekline dönüşümüengellenirse, ilk verilen şekle geri dönüşüm belleğini, yüksek oranda kaybettiği görülmüştür.Üretilen NiTi 12-3 kodlu alaşımın şekil bellek eğitimi deneylerinde, geri dönüşümengellenerek sıcaklık 500ºC üzerine çıkarılırsa alaşımın eski belleğini tamamen kaybettiğitespit edilmiştir.Anahtar kelimeler: Şekil Bellekli Alaşımlar, Ni-Ti Alaşımı, Şekil bellek eğitimiJÜRİ:1. Doç.Dr. Nurhan CANSEVER (Danışman) Kabul Tarihi: 14 .12.20052. Prof. Dr. Adnan DİKİCİOĞLU Sayfa Sayısı: 1283. Prof..Dr. Mustafa ÇİĞDEM4. Prof.Dr. Adem BAKKALOĞLU5. Yrd.Doç.Dr. Levent TRABZON

Abstract:
Shape memory alloys (SMA) are successfully used for their potential use as functionalmaterial in many engineering and medical applications. The technological importance ofshape memory alloys is coming from their shape memory effect (SME) and superelastic (SE)capability. SME and SE capability are due to martensitic phase transformation, that istriggered by changing temperature and applied stress.In this study, in order to manufacture nickel-titanium shape memory alloy, commerciallypure Ni and Ti are measured and cast in vacuum arc and vacuum induction furnace, toproduce equiatomic structure. After successful manufacturing, DSC and microscopicalanalysis was applied to alloys NiTi 12-3, NiTi 7-3, NiTi 4-3 and NiTi 3-2 for materialcharacterization, to determine their transformation temperature and phase structure.Additionally, Vickers hardness and X-Ray diffraction phase analysis were performed and theshape memory capabilities of the alloys were studied with shape memory trainingexperiments.Among the produced nickel-titanium alloys, the one with highest shape memory capability isdetermined to be the one cast in zirconia crucible in three remelting castings, in4mm.x4mm.x65mm dimensions, namely NiTi 12-3. EDS analysis showed the atomicpercentage to be 50.10 % Ti and 49.90 % Ni. DSC analysis was done to find out the phasetransformation temperatures.Among the heat treatment that were applied to the produced alloys, the one resulting thehighest shape memory ability is found to be, holding at 550ºC for 10 minutes in mould andthan quenching in water. During shape memory training experiments, if the alloy, that hasundergone permanent deformation in martensitic phase, is prevented from returning to theoriginal shape during heating, it has been observed that the shape memory recovery of thealloy diminishes significantly. Shape memory training experiments revealed that the producedNiTi 12-3 alloy loses all of its shape memory, if it is prevented from returning to the previousshape at temperatures above 500ºC.Keywords: Shape memory alloys, Ni-Ti alloy, Shape memory trainingJURY:1. Assoc.Prof.Dr. Nurhan CANSEVER (Supervisor) Date : 14 .12.20052. Prof. Dr. Adnan DİKİCİOĞLU Page: 1283. Prof..Dr. Mustafa ÇİĞDEM4. Prof.Dr. Adem BAKKALOĞLU5. Assist.Prof.Dr. Levent TRABZON