Tungsten ilavesinin Fe-Al-Cr esaslı demir alüminidlerin aşınma davranışına etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of tungsten addition on the wear behavior of Fe-Al-Cr based iron aluminides
Yazar: SEMİH PÜYE
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NEŞE ÖZTÜRK KÖRPE ; DOÇ. DR. İBRAHİM ÇELİKYÜREK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Metallerarası bileşikler = Intermetallic compounds ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear

Özet:
Mükemmel korozyon ve oksitlenme direnci, düşük maliyeti, nispeten yüksek mukavemeti ve aşınma direnci nedeniyle Demir (Fe)–Alüminyum (Al) esaslı malzemeler deniz suyu, yüksek sıcaklık, yüksek tuz ve vakum vb. zorlu ortamlarda kullanım için çalışılmakta olan malzeme grubundandır. Bu alaşımlardan Fe3Al metallerarası bileşikleri, yüksek mukavemet/yoğunluk oranı, düşük hammadde maliyeti, yüksek aşınma direnci ve yüksek sıcaklıklarda oksitleme, kükürtleme ve karbonlaştırma ortamlarında mükemmel korozyon direnci nedeniyle yapısal malzemeler olarak çeliklerin yerine potansiyel uygulamalar için büyük ilgi görmektedirler. Ancak Fe3Al malzemesinin sulu ortamdaki tribolojik özellikleri hakkında çok az çalışma bulunmaktadır. Proje yürütücüsünün krom (Cr)–itriyum (Y) içeren Fe–28Al (Fe3Al) alaşımların tungsten (W) ilavesine bağlı olarak yüksek sıcaklık özelliklerinin belirlendiği çalışmasında korozyon ve mukavemet değerlerinde önemli iyileşme sağlanmıştır.
Bu çalışmada, atomca % olarak (at.%) 0,5; 1,0; 1,5 oranlarında W ilavesinin Fe–at%.28Al–5Cr ve Fe–at.%28Al–5Cr–0,1Y alaşımlarının kuru ve sulu ortamda (deniz suyu) aşınma davranışlarına etkisi incelenmiştir. Vakum ark ergitme ile üretilecek alaşımların malzeme karakterizasyonu ve aşınma mekanizmasının belirlenmesi için optik metalografi, XRD ve SEM/EDS incelemelerinden faydalanılmıştır. Kuru ortamda aşınma için 0,1 Y ilaveli dörtlü alaşımlarda en düşük W içeriğine sahip Fe28Al alaşımında en yüksek aşınma direnci elde edilebilmiştir. Bu alaşımda Y elementinin yani oksit direnci sağlayan nadir toprak elementinin etkisi görülmüştür. Deniz suyu ortamında Fe28Al alaşımı hem mekanik aşınma hem de kimyasal korozyona maruz kalmaktadır. Fe28Al ve Fe28Al5Cr–W alaşımlarının yüzeyindeki pürüzlülük ve oyuklar, sürtünme ve aşındırma gibi mekanik kuvvetlerin etkisiyle abrazif aşınmanın meydana geldiğini ve deniz suyundaki tuz ile kum parçacıklarının bu aşınmayı tetiklediğini göstermektedir.

Abstract:
Iron (Fe)–Aluminum (Al) based materials have been studied for using under tough conditions like sea water, high temperature, high salty environment, under vacuum atmosphere, because of their perfect corrosion and oxidation resistance, lower cost, relatively high strength and wear resistance. Fe3Al (iron aluminide) intermetallic compound that are materials which have the potential to replace stainless steel in industrial applications because they have high strength/density ratio, lower cost, high wear resistance and high corrosion resistance under oxidation, sulfurization, carbonization environments at high temperatures. Unfortunately, there are limited studies about tribological properties of Fe3Al in water environments. In the study of project coordinator that is about high temperature behavior of chrome (Cr)–yttrium (Y) containing Fe–28Al (Fe3Al) intermetallic compound by tungsten addition, improvement of corrosion and strength values was obtained.
In this study, wear behavior in dry and sea water environment of Fe–at.%28Al (Fe3Al) alloy, Fe–at.%28Al–5Cr alloys with tungsten addition at.% 0.5, 1.0, 1.5 and these quaternary alloys with at.% 0.1 Yttrium addition was investigated. Optical metallography (OM), X–ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscopy and energy dispersive x–ray spectroscopy (SEM/EDS) examinations were used to determine the material characterization and wear mechanism of the alloys produced by vacuum arc melting. The highest wear resistance was obtained in the Fe–Al–Cr alloy with 0.1 Y and 0.5 W content. In this alloy, effect of Y which is rare earth element that shows oxidation resistance is determined. In the seawater environment, Fe28Al alloy is exposed to both mechanical wear and chemical corrosion. The roughness and pits on the surface of Fe28Al and Fe28Al5Cr–W alloys indicate that abrasive wear occurs under the influence of mechanical forces such as friction and abrasion, and that salt and sand particles in seawater trigger this wear.