Yüksek sıcaklık TiVaL şekil hafızalı alaşımlarda zirkonyum içeriğinin mekaniksel ve şekil hafıza özellikleri üzerine etkisi
The effect of zirconium content on mechanical and shape memory properties in high temperature TiVaL shape memory alloys
Yazar: ÖZNUR BAĞ
Danışman: PROF. DR. UĞUR KÖLEMEN
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Sunulan araştırmada zirkonyum miktarının Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 ve 2) (ağ.%) mastır alaşımlarında mikroyapı, şekil hafıza ve mekanik özellikleri üzerine etkisi araştırıldı. Bu amaçla Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 ve 2) (ağ.%) alaşımları Ark-Eritme tekniği ile mastır alaşım olarak üretildi. Bu alaşımlar içinden martensitik dönüşüm sıcaklığı en uygun olan Ti-12V-4Al-0,5Zr (ağ.%) alaşımı ise hızlı katılaştırma yöntemlerinden biri olan Eriyik-Eğirme (Melt-Spinning) tekniği ile şerit formda üretildi. Hem mastır alaşımların hem de şerit alaşımın faz dönüşüm sıcaklıklarını belirlemek adına Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizleri yapıldı. DSC analizleri sonucu bütün alaşımlarda faz dönüşümünün gerçekleştiği gözlemlendi. Zr miktarındaki artışın Ti-12V-4Al-0,5Zr (ağ.%) mastır alaşımının ostenit bitiş sıcaklığında artışa, diğer alaşımlarda ise azalmaya neden olduğu tespit edildi. Ti-12V-4Al-0,5Zr (ağ.%) şerit alaşımın DSC analizi sonucunda ise alaşımda iki kez faz dönüşümünün gerçekleştiği görüldü. XRD analizi ile birlikte SEM analizlerinde, mastır ve şerit alaşımlarının oda sıcaklığında hem ostenit hem de martensit yapıda iki farklı faza sahip olduğu gözlemlendi. Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 ve 2) (ağ.%) mastır alaşımları için alınan TEM analizlerine göre, artan Zr içeriği ile martensit plaka miktarının azaldığı ve plaka kalınlığının küçüldüğü gözlemlendi. Mastır alaşımların hem ostenit hem de martensit fazdaki mekanik özellikleri (sertlik, elastik modülü, süperelastisite) yüksek sıcaklık mikroçentme cihazı kullanılarak karakterize edildi. Buna göre, Zr içeriğinin artmasıyla, alaşımların süperelastisite davranışında oda sıcaklığında (24oC) azalma meydana gelirken yüksek sıcaklıklarda (450oC) bu davranışın arttığı görüldü. Alaşımların sertlik ve elastik modülü değerlerinin Zr miktarının artması ile azaldığı tespit edildi.

Abstract:
In this study, the effect of zirconium content on microstructure, shape memory and mechanical properties of Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 and 2) (wt%) master alloys was investigated. For this purpose, Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 and 2) (wt.%) alloys were produced as master alloy by Arc-Melting technique. Among these alloys, Ti-12V-4Al-0,5Zr (wt.%) alloy, which has the best martensite transformation temperature, was produced in ribbon form by Melt-Spinning technique which is one of the rapid solidification methods. Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis was performed to determine the phase transformation temperatures of the both master alloys and ribbon alloy. As a result of DSC analysis, phase transformation was observed in all alloys. It was found that the increase in Zr amount caused an increase in the austenite finish temperature of Ti-12V-4Al-0,5Zr (wt%) alloy and a decrease in other master alloys. DSC analysis of Ti-12V-4Al-0,5Zr (wt%) ribbon alloy showed that phase transformation was materialized twice. SEM observations together with XRD analysis showed that the structures of both master alloys and ribbon alloy had two different phases which were austenite and martensite at room temperature. According to TEM analysis of Ti-12V-4Al-xZr (x: 0; 0,5; 1; 1,5 and 2) (wt.%) master alloys, it was observed that martensite plate amount decreased and plate thickness reduced with increasing Zr amount. The mechanical properties (hardness, elastic modulus, superelasticity) of the master alloys in both austenite and martensite phases were characterized by using a high temperature microindentation device. Accordingly, superelasticity behavior of alloys decreased at room temperature (24oC) with the increase of Zr amount while this behavior increased at high temperatures (450oC). It was determined that the hardness and elastic modulus values of the alloys decreased with increasing Zr amount.