Fe-Mn bazlı alaşımlarda termal etkili faz dönüşümleri ve faz dönüşümlerinin manyetik özellikleri üzerine etkisi
Thermally induced phase transformations and the effect of phase transformations on magnetic properties in Fe-Mn based alloys
Yazar: OSMAN ARMAĞAN
Danışman: PROF. DR. TALİP KIRINDI
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si ve Fe-%18,45Mn-%4,69Mo-%1,99Si alaşımlarında termal etki ile meydana gelen faz dönüşümlerinin yapısal, kristalografik ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Isıl işlem sıcaklığının numunelerin mikro yapısı üzerine etkisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Metalurji Mikroskobu (MM) incelemeleri ile kristalografik özellikleri ise Geçirmeli Elektron Mikroskobu (TEM) ve X-Işınları Kırınımı (XRD) yöntemleri kullanılarak ortaya çıkarılmıştır. Faz dönüşümlerinin alaşımların manyetik özellikleri üzerine etkisi ise Mössbauer Spektroskopisi yöntemi kullanılarak incelenmiştir.
750 C' de ısıl işleme tabi tutulan Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si alaşımında beynit (bainite) yapı, Fe-%18.45Mn-%4.69Mo-%1.99Si alaşımında ise ferrit (ferrite) yapı oluşumu gözlendi. 900 C' de her iki alaşımda da perlit (pearlite) yapı oluşumu gözlendi. Kristalografik incelemelerde beynit ve perlit mikro yapılarının ferrit ve sementit (cementite) karışımını içerdiği anlaşıldı. TEM incelemelerinde elektron kırınım deseni analizleri sayesinde beynit ve ferrit fazın b.c.c. yapısında, sementit fazın ise ortorombik yapıda kristalleştiği ortaya konuldu.  -beynit oluşumu için  türü dönüşüm gözlendi ve dönme bağımlılığı 〖(1 ̅11)〗_//〖(011)〗_ , 〖[101]〗_//〖[1 ̅11 ̅]〗_ olarak bulundu. Bu yönelim bağıntısının literatürle (Kurdjumov-Sachs yönelim bağıntısı) uyum içerisinde olduğu gözlendi. XRD incelemelerinde bu fazların kırınım veren düzlemlerine ait olan beynit yapı için (110), ferrit yapı için (110), sementite yapı için (112) pikleri elde edildi. Örgü parametreleri; beynit yapının (110) düzlemi için a  2,8818 Å, ferrit yapının (110) düzlemi için a  2,8707 Å, sementit yapının (112) düzlemi için a  4,4329 Å, b  4,9507 Å ve c  6,6592 Å olarak hesaplandı. Her iki alaşım için de; 1050 C ısıl işlem sıcaklığında kaba perlit yapı, 1200 C ısıl işlem sıcaklığında ise östenit (-austenite) tane içerisinde martenzit (martensite) yapıların ( ve ) oluştuğu görüldü.  martenzit plaka oluşumu için, → türü dönüşüm gözlendi ve dönme bağımlılığı 〖(1 ̅11 ̅)〗_  //〖(0002 ̅)〗_ , 〖[1 ̅1 ̅0]〗_  //〖[2 ̅110]〗_ olarak bulundu. Bu yönelim bağıntısının literatürle (Shoji – Nishiyama yönelim ilişkisi) uyum içerisinde olduğu gözlendi. 
Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si ve Fe-%18,45Mn-%4,69Mo-%1,99Si alaşımlarının manyetik özelliklerini incelemek için Mössbauer Spektroskopisi yöntemi kullanıldı. Mössbauer Spektroskopisi ile ana ve ürün fazların iç manyetik alanları, hacimsel oranları (dönüşüm oranları), izomer kayma değerleri ve manyetik karakterleri ortaya çıkarıldı. Mössbauer Spektrumlarında -beynit, -ferrit ve -sementit fazların altılı ferromanyetik pik, -martenzit ve -östenit yapıların tekli paramanyetik pik, -martenzitin de altılı ferromanyetik pik sergilediği görüldü.

Abstract:
In this study, structural, crystallographic and magnetic properties of phase transformations occurring with thermal effect in Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si and Fe-%18,45Mn-%4,69Mo-%1.99Si alloys have been investigated. The effect of heat treatment temperature on the micro structure of the samples was revealed by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Metallurgical Microscopy (MM) and crystallographic features by using Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-Ray Diffraction (XRD) methods. The effect of phase transformations on the magnetic properties of alloys has been investigated by using Mössbauer Spectroscopy method.
Bainite structure was observed Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si alloy subjected to heat treated in 750 C and ferrite structure was observed in Fe-%18,45Mn-%4,69Mo-%1,99Si alloy. Pearlite structure formation was observed at 900 C in both alloys. The bainite and pearlite microstructures were understood to contain a mixture of ferrite and cementite in the crystallographic studies. In the TEM studies it was revealed by electron diffraction pattern analyses that bainite and ferrite phase crystallized in b.c.c. structure and cementite phase in orthorhombic structure.  →  type transformation was observed for -bainite formation, and orientation relationship was found as 〖(1 ̅11)〗_//〖(011)〗_ , 〖[101]〗_//〖[1 ̅11 ̅]〗_ . It was noticed that this orientation relationship was compatible with the literatüre (Kurdjumov-Sachs orientation relationship). In the XRD investigations, the peaks belonging to diffraction giving planes of these phases were obtained for the bainite structure (110), for the ferrite structure (110), and for the cementite structure (112). Lattice paramaters; were calculated as a  2,8818 Å for the (110) plane of bainite structure, a  2,8707 Å for the (110) plane of ferrite structure, a  4,4329 Å, b  4,9507 Å and c  6,6592 Å for the (112) plane of cementite structure. It was noticed in both alloys that there was the coarse pearlite structure at 1050 C heat treatment temperature and martensite structures ( and ) within austenite () grain at 1200 C heat treatment temperature.  →  type transformation was observed for  martensite plate formation, and orientation relationship was found as 〖(1 ̅11 ̅)〗_  //〖(0002 ̅)〗_ , 〖[1 ̅1 ̅0]〗_  //〖[2 ̅110]〗_ . It was observed that this orientation relationship was compatible with the literatüre (Shoji – Nishiyama orientation relationship).
Mössbauer Spectroscopy method was used to investigate the magnetic properties of Fe-%15,14Mn-%5,10Mo-%2,18Si and Fe-%18,45Mn-% 4,69Mo-%1,99Si alloys. The internal magnetic field, volume fractions (transformation rates), isomer shift values and magnetic properties of the main and product phases were revealed with Mössbauer Spectroscopy. In the Mössbauer Spectrum, it was noticed that -bainite, -ferrite and -cementite phases showed ferromagnetic six-peaks, -martensite and -austenite structures showed paramagnetic single-peak, and -martensite showed ferromagnetic six- peaks.