Niti şekil bellekli alaşımların süperelastik özelliklerinin termo-mekanik işlemlerle süperelastik özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of superelastic properties of niti shape memory alloys using thermo-mechanical processes
Yazar: HÜSEYİN ONUR ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. BENAT KOÇKAR
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
İki farklı üreticiden temin edilen Nikel açısından zengin (%50.7.at.) Nikel-Titanyum (NiTi) Şekil Bellek Alaşımı, 450°C sıcaklık altında bir saat boyunca 120MPa 250MPa basma ve çekme yönündeki yükler altında termo-mekanik işlemlerle yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Numunelere, sabit oranda artan gerinim aralıklarında basma ve çekme yönünde döngüsel gerilimler uygulanarak malzemeler kırılmaya gidene kadar süperelastik karakteristiklerin değişimi gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar daha sonra yüksüz ortamda 450°C'de yaşlandırılmış ve 950°C'de argon ortamında homojenize edilmiş numunelerde elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.

Çalışmada daha önceden literatürde yer alan sıcaklıkların yaklaşık 50°C - 100°C derece altında ancak uygulanan yükler anlamında %1250 mertebelerinde fazla yükler uygulanmıştır. Aynı zamanda uygulanan yükler hem basma hem de çekme yönlerinde gerçekleştirilerek malzeme üzerindeki farklı davranışları sergilenmiştir.

Ek olarak numunelerin dönüşüm sıcaklıklarının belirlenebilmesi için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri gerçekleştirilmiştir. Malzeme içerisindeki martensit-östenit ve çökelti oluşumları optik, taramalı elektron mikroskopu ve x-ışını kırınımı yöntemleri kullanılarak tespit edilmiştir. Hem basma hem de çekme yönünde termo-mekanik işlemlere maruz bırakılan numunelerde süperelastik özellikler ve mekanik özellikler gelişim sergilemiştir.

Malzemelerin süperelastik ve mekanik özelliklerinin özellikle üretim sırasında oluşan hatalara oldukça bağlı olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle çekme gerilimleri altında termo-mekanik işlemlere maruz bırakılan malzemelerin süperelastisite deneyleri erken kırılma ile sonuçlanmıştır. Öte yandan basma yönündeki gerilimler altında yaşlandırma işlemleri gerçekleştirilen malzemelerde ise, süperelastisite deneyleri, döngü içerisindeki geri kazanılamayan gerinim seviyelerinin, homojenize edilmiş numunede gözlemlenen seviyelere göre  yaklaşık %50 oranında azaldığını ve 450°C'de serbest yaşlandırılmış malzemeye göre, kırılmaya karşı direncinde  %50 oranında arttığını göstermiştir.

Abstract:
Nickel-rich (%50.7.at.) Nickel-Titanium Shape Memory Alloys which were commercially obtained from two different suppliers have been subjected to thermo-mechanical processing for one hour via aging under stress at 450°C both under tension and compression at 120MPa and 250Mpa, respectively. Cyclic loading/unloading tests, with incremental strain values were conducted in order to observe the changes to the superelastic characteristics of the material in both compressive and tensional loads until fracture. These results were then compared to stress-free aged samples at 450°C and homojenized samples at 950°C.

In contrast with the given literature, in this work, the aging temperatures were dropped around 50°C to 100°C whereas the compressive and tensional forces were increased upto 1250%. Also, both tensional and compressive forces were applied in order to understand the effects of different force characteristics.

Differential calorimetry scanning (DSC) tests were conducted in order to determine change in the transformation characteristics of the samples. The martenite-austenite phases and the precipitation formation in the microstructure of the samples were determined using optical and scanning electron microscopes and X-Ray Diffraction techniques. 

It was observed that the superelastic and mechanical behaviour of the materials were highly dependent on the defects which were induced during production. Therefore, the superelastic experiments of the samples which were aged under tensional stresses were ended up with premature failure. On the other hand, the superelastic experiment results of the materials which were aged under compressive stresses have shown that, the irrecoverable strain values of the stress-
aged samples after each cycles were almost 50% lower than that of the homogenized sample and  their resistance to failure were increased up to 50% with respect to the free aged sample.