Cu bazlı şekil hafızalı metallerin üretimindeki alaşım miktarlarının faz dönüşüm sıcaklıklarına etkisi ve karakterizasyonu
Effects of alloying quantities in the production of Cu-based shape memory metals on the phase transformation temperatures and characterization
Yazar: İSKENDER ÖZKUL
Danışman: PROF. DR. KEMAL ALDAŞ
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Differensiyel tarama kalorimetresi = Differential scanning calorimetry ; Termoelastik martensitik dönüşüm = Thermoelastic martensitic transformation

Özet:
Üretimi zor ve oldukça yüksek maliyetli NiTi esaslı şekil hafızalı alaşımlara alternatif olan bakır bazlı şekil hafızalı alaşımlar gün geçtikçe daha da çok ilerleme kaydetmektedir. Bakır bazlı şekil hafızalı alaşımlar genel olarak Cu-Al ikili alaşım olarak kullanılmaktadır. Fakat fazın stabilizasyonunu sağlamak ve fiziksel özelliklerini geliştirmek amaçlı Zn, Ni, Be ve Mn gibi üçüncü bir alaşımlama elementi de kullanılmaktır. Şekil hafızalı alaşımlarda kimyasal kompozisyondaki çok az derecede değişiklik ve ısıl işlem farklılıkları; dönüşüm sıcaklığını, kristal yapısını, morfolojisini ve mekanik özelliklerini ciddi derecede etkilemektedir. Bu çalışmada daha avantajlı özelliklere sahip olması nedeniyle üçüncü alaşımlama elementi olarak Mn kullanılmış ve kullanılan element oranlarının faz dönüşüm sıcaklıklarına olan etkilerini incelemek amaçlanmıştır. Deneyler iki aşamalı olarak yapılmıştır. Birinci aşama deneyleri, argon ortamında ark fırınında üretilen CuAlMn alaşımlarının homojenizasyon sonrası yaşlandırmadaki sıcaklık ile süre parametrelerinin seçilmesi amaçlı yapılmıştır. Elde edilen ideal yaşlandırma parametreleri ikinci aşama olan dönüşüm sıcaklıklarının karakterizasyon deneylerinde üretilen numunelerin homojenizyondan sonraki yaşlandırma işleminde kullanılmıştır. Birinci aşamada kullanılan üretim metotları ile üretilen numunelerin ısıl işlemleri tamamlandıktan sonra diferansiyel taramalı kalorimetre cihazı ile martenzit faz dönüşüm sıcaklıkları belirlenmiştir. Daha sonra numunelerin kristal yapılarını belirlemekte kullanılan düzlem yansımaları, X-ışını toz difraktometresi cihazı ile tespit edilmiştir. Numunelerin yüzey morfolojisi bilgileri ise taramalı elektron mikroskobu ile kontrol edilerek yüzey mikro yapı resimleri elde edilmiştir. Numunelerin dönüşüm sıcaklıklarının her bir değeri olan martenzit başlangıç, martenzit bitiş, östenit başlangıç ve östenit bitiş sıcaklıklarının elementlere göre olan değişimini gösteren grafikler oluşturulmuştur. Bu grafikler vasıtası ile alaşımlama elementlerinin kimyasal oranlarının dönüşüm sıcaklıklarına olan etkisi incelenmiştir.

Abstract:
Copper-based shape memory alloys which are an alternative for NiTi shape memory metals which is quite costly material, have been getting advanced day by day. Copper-based shape memory alloys are used as generally Cu-Al binary alloy. However, in order to get phase stability and improve the physical properties, Zn, Ni, Be and Mn elements are used as a ternary alloying element. In the production of shape memory alloys a small variation on production condition or heat treatment conditions leads to change, transformation temperature, affects the crystal structure the morphology and mechanical properties substantially. In this study, Mn was used as a third alloying element since it provides more advantageous qualities to alloy and aimed to investigate on effects of alloying quantities in the production on transformation temperatures. The experiments were performed in two stages. The first stage experiments were conducted for selecting parameters of aging temperature and duration of CuAlMn alloys which were produced in arc furnace at argon environment. The obtained ideal aging parameters were used in the aging process of after homogenisation of the produced the samples which are the second stage named as characterization of the transformation temperature experimental group. After heat treatment process of the samples produced by the above methods, martensite phase transformation temperatures were determined by differential scanning calorimeter device. Then the samples plane reflection, which is used for determining the crystal structures, has been anaylzed by X-ray powder diffractometer. In order to obtain the surface morphology of the samples, scanning electron microscope were used. Each value of the obtained transformation temperautures such as martensite start, martensite finish, austenite start and austenite finish temperatures variations graphs were generated according shifts of the elements of alloys. The effects of the chemical ratio of alloying elements to transformation temperature were examined through these graphs.