docŞekil Hatırlamalı Co-Ni-Al-Si Alaşımında Yaşlandırma Olayının
download 
Şikayet Transkript
Şekil Hatırlamalı Co-Ni-Al-Si Alaşımında Yaşlandırma Olayının
T.C. KİLİS 7 ARALIK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ŞEKİL HATIRLAMALI Co-Ni-Al-Si ALAŞIMINDA YAŞLANDIRMA OLAYININ MARTENSİTİK FAZ DÖNÜŞÜMÜ ÜZERİNE ETKİLERİ AHMET ÇETİN AKİS DANIŞMAN: YRD. DOÇ. DR. MURAT ESKİL YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM DALI TEMMUZ 2012 KİLİS KABUL VE ONAY SAYFASI Yrd. Doç. Dr. Murat ESKİL danışmanlığında, Ahmet Çetin AKİS tarafından hazırlanan ‘‘Şekil Hatırlamalı Co-Ni-Al-Si Alaşımında Yaşlandırma Olayının Martensitik Faz Dönüşümü Üzerine Etkileri ” adlı tez çalışması …./…../2012 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy ……… ile Kilis 7 Aralık Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı’nda YÜKSEK LĠSANS TEZĠ olarak kabul edilmiştir. Jüri Üyeleri Unvanı, Adı Soyadı Ġmza (Kurumu) BaĢkan …….Dr ……………… (………………… Üniv. …………... Fak. …………… ABD) Üye …… Dr. ………………. (………………… Üniv. …………... Fak. …………… ABD) Üye ……Dr. ……………….. (…………………. Üniv………………….. Fak. …… ABD) Bu tezin kabulü, Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulunun ……/……/2012 tarih ve ….…/……. sayılı kararı ile onaylanmıştır. Tez No: ………. Bu tez çalışması Kilis 7 Aralık Üniversitesi Bap Birimi tarafından desteklemiştir. Prof. Dr. Ahmet ÇAKIR Enstitü Müdürü ii ÖZET Yüksek Lisans Tezi ġEKĠL HATIRLAMALI Co-Ni-Al-Si ALAġIMINDA YAġLANDIRMA OLAYININ MARTENSĠTĠK FAZ DÖNÜġÜMÜ ÜZERĠNE ETKĠLERĠ Ahmet Çetin AKİS Kilis 7 Aralık Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Murat ESKİL Yıl: 2012 Sayfa: 121 CoNiAl ve CoNiAlSi gibi Co bazlı şekil hatırlamalı alaşımlar ticari uygulamalar için kullanışlıdır. Co bazlı şekil hatırlamalı malzemelerin kullanım alanları; sırasıyla uzay ve havacılık endüstrisi, otomotiv endüstrisi ve tıbbi uygulamalar olarak gruplandırılabilir. Özellikle mekanik araçlarda yay malzemesi, türbin motoru, robotik aletler ve klima sanayisinde performans arttırıcı olarak tercih edilmektedir. Bu çalışmada şekil hatırlamalı CoNiAlSi alaşımından elde edilen numunelerin, yaşlandırma etkileri sonucunda dönüşüm sıcaklıklarının belirlenmesi için Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) ölçümleri, örgü mesafelerinin ve düzenin belirlenmesi için X-ışını difraksiyonu, sertlik değişimleri için Vickers sertlik ölçümleri, Işık Mikroskobu ile metalografik gözlemleri ve korozyon testi ile korozyon dayanımları incelendi. Şekil hatırlamalı CoNiAlSi alaşımı üzerine yapılan araştırmaların incelemesi ile elde edilen sonuçlar özetlendi. Anahtar Kelimeler: Co Bazlı Alaşımlar, Martensitik Dönüşüm, Şekil Hatırlama Olayı, Yaşlandırma, Dönüşüm Sıcaklıkları iii ABSTRACT MSc. Thesis EFFECT of AGING PHENOMENON on MARTENSITIC PHASE TRANSFORMATION on SHAPE MEMORY Co-Ni-Al-Si ALLOY Ahmet Çetin AKİS Kilis 7 Aralık University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Supervisor: Asst. Prof. Dr. Murat ESKİL Year: 2012 Page: 121 Co-based shape memory alloys such as CoNiAl and CoNiAlSi are suitable for commercial applications. The uses of Co-based shape memory materials can be grouped as aerospace aviation , automative industry and medical applications. They are preferred as spreading material turbine engine, robotic instruments, especially in mechanical tools and as performance enhances in air conditioning industry. In this study, we examined the samples obtained from CoNiAlSi shape memory alloy by using Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements, X-ray diffraction measurements, Vickers hardness measurements, metallographic observations, by optical microscopy corrosion resistance by corrosion tests were evaluated for the determination of transformation temperatures after the heat treatment of certain effects of aging. The results obtained by examining the studies on CoNiAlSi shape memory alloy were summarized. Keywords: Co-based Alloys, Martensitic Trasformation, Shape-Memory Event, Aging, Transformation Temperatures iv TEġEKKÜR Yüksek lisans tez konusunun belirlenmesinde, araştırılması ve yazımı sırasında sahip olduğu bilgi birikimi ve tecrübesi ile çalışmayı yönlendiren ve her türlü yardımı esirgemeyen saygıdeğer danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Murat ESKİL’e, araştırma sırasında yardımlarını esirgemeyen Doç. Dr. Kani ARICI, Yrd. Doç. Dr. Erdoğan KANCA, Doç. Dr. Metin BEDİR’e, Yrd. Doç. Dr. Halim AVCI’ ya, GAZİANTEP ÜNİVERSTESİ Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü’ne, Ayrıca desteklerini, yaşamımın her anında eksik etmeyen aileme teşekkür ederim. Finansal olarak bu tezin tamamlanmasında desteği bulunan Kilis 7 Aralık Üniversitesi BAP birimine teşekkür ederim. Ahmet Çetin AKİS Kilis, Temmuz 2012 v Oğlum Selim ve Kızım Elif’e vi ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET.............................................................................................................................. III ABSTRACT ................................................................................................................... IV TEġEKKÜR ................................................................................................................... V ĠÇĠNDEKĠLER ........................................................................................................... VII SĠMGELER ve KISALTMALAR DĠZĠNĠ ................................................................. IX ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ...................................................................................................... XI ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ........................................................................................... XVII 1. GĠRĠġ ........................................................................................................................... 1 2. MARTENSĠTĠK FAZ DÖNÜġÜMLERĠ ................................................................. 4 2.1. Termoelastik Martensitik Dönüşümler ................................................................... 6 2.1.1 Atermal Martensitik Dönüşümler ......................................................................... 7 2.1.2. İzotermal Martensitik Dönüşümler ..................................................................... 8 3. ġEKĠL HATIRLAMA OLAYI ............................................................................... 10 3.1 Tek Yönlü Şekil Hatırlama Olayı .......................................................................... 11 3.2 Çift Yönlü Şekil Hatırlama Olayı .......................................................................... 12 4. SÜPER ÖRGÜLER VE Co BAZLI ġEKĠL HATIRLAMALI ALAġIMLARIN KRĠSTOGRAFĠSĠ ........................................................................................................ 14 4.1 Co Bazlı Şekil Hatırlamalı Alaşımların Kristografisi ........................................... 15 4.2. Co Bazlı Alaşımlarda Faz Diyagramları .............................................................. 17 5. Co BAZLI ALAġIMLARINDA TERMAL YAġLANDIRMA ETKĠLERĠ ........ 20 5.1 Ana Fazda Termal Yaşlandırma Olayı .................................................................. 20 5.2 Martensit Fazda Termal Yaşlandırma Olayı ......................................................... 20 6. ġEKĠL HATIRLAMALI ALAġIMLARIN ENDÜSTRĠYEL UYGULAMALARI ......................................................................................................................................... 25 6.1 Genel Uygulama Alanları ...................................................................................... 25 6.2 Şekil Hatırlamalı Aktüatörler ................................................................................ 31 vii 6.3 Şekil Hatırlamalı Alaşımlardan İmal Edilmiş Aktüatör Örnekleri ........................ 31 7. DENEYSEL ĠġLEMLER ......................................................................................... 34 7.1 X- Işını Difraksiyon Ölçümleri ............................................................................. 36 7.2 Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) Ölçümleri .......................................... 36 7.3 Korozyon Ölçümleri .............................................................................................. 36 7.4 Metalografik Gözlemler ........................................................................................ 37 7.5 Sertlik Ölçümleri ................................................................................................... 37 8. DENEYSEL SONUÇLARI VE SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ...... 38 8. 1. X-ışını Difraksiyonu Sonuçları ........................................................................... 38 8. 1. 1 CoNiAlSi Alaşımından elde edilen X-ışını sonuçları ...................................... 40 8. 2 Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) Sonuçları .......................................... 60 8. 2. 1. Yaşlandırma Süresinin Alaşım Üzerine Etkileri ve DSC Sonuçları ............... 63 8. 2. 2. Yaşlandırma Sıcaklığının Alaşım Üzerine Etkileri ve DSC Sonuçları ........... 73 8.3. Korozyon Deneyi Ölçümü Sonuçları ................................................................... 86 8. 4 Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları .................................................................... 93 8. 4. 1. Yaşlandırma Süresinin Alaşım Üzerine Etkileri ve Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları ...................................................................................................................... 95 8. 4. 2. Yaşlandırma Sıcaklığının Alaşım Üzerine Etkileri ve Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları ...................................................................................................... 102 8.5. Sertlik Ölçümü Sonuçları ................................................................................... 106 9. YORUMLARLAR ve TARTIġMALAR .............................................................. 112 10. ĠLERĠ ÇALIġMALAR ĠÇĠN ÖNERĠLER ......................................................... 114 KAYNAKLAR ............................................................................................................ 115 viii SĠMGELER ve KISALTMALAR DĠZĠNĠ 1.Simgeler As : Martensit→austenit dönüşümünde austenit başlama sıcaklığı. Af :Martensit→austenit dönüşümünde austenit yapının tamamlandığı sıcaklık. Ms : Austenit → martensit dönüşümünde martensit başlama sıcaklığı. Mf : Austenit →martensit dönüşümünde martensit yapının tamamlandığı sıcaklık. T0 : Austenit ve martensit fazların dengede bulunduğu sıcaklık Tc : Curie sıcaklığı d : Kristal yapıda düzlemler arası mesafe. γ : Yüksek sıcaklık fazı γ : Çökelti fazı L10 : Martensit fazı DO3 : Fe3Al tipi süper örgü L21 : Cu2MnAl tipi süper örgü β : Brass tipi süper örgü β1 : DO3 tipi süper örgü 75:25 kompozisyon oranına sahip faz 2H : AB İstiflenme Modundaki Ramsdell Sıkı Paket Tabaka Yapısı Notasyonu 3R : ABC İstiflenme Modundaki Ramsdell Sıkı Paket Tabaka Yapısı 9R : ABC BCA CAB İstiflenme Modundaki Ramsdell Sıkı Paket Tabaka Yapısı Notasyonu M9R : 9R Ramsdell Notasyonunun Monoklinik Distorsiyona Uğramış Hali 18R : Soy Metaller için Bir Tür İstiflenme Gösterimi Olan Ramsdell Notasyonu a : Kristal yapıda x-ekseni boyunca örgü parametresi. b : Kristal yapıda y-ekseni boyunca örgü parametresi. c : Kristal yapıda z-ekseni boyunca örgü parametresi. hkl : Kristal yapıda düzlemleri belirleyen indis sistemi (Miller indisleri). Ea : Aktivasyon enerjisi. ix R : Evrensel Gaz sabiti. T : Sıcaklık ( K). : Isıtma ve soğutma hızı. H : Planck sabiti. c : Işık hızı. ΔH : Entalpi değişimi ΔS : Entropi değişimi 2.Kısaltmalar DSC : Diferansiyel tarama kalorimetresi LSW : Lineer sweep voltametre bcc : Cisim merkezli kübik yapı. fcc : Yüzey merkezli kübik yapı. fct : Yüzey merkezli tetragonal yapı. bct : Cisim merkezli tetragonal yapı. hcp : Hekzagonal sıkı paket yapı. x ġEKĠLLER Şekil 2.1. Austenit ve martensit fazların kimyasal serbest enerjilerinin sıcaklıkla değişimi. ............................................................................................................................ 6 Şekil 2.2. Termoelastik (AuCd) ve termoelastik olmayan (FeNi) martensitik dönüşümlerin histerisiz eğrileri ........................................................................................ 8 Şekil 3.1. Şekil hatırlama olayının mekanizması ............................................................ 11 Şekil 3.2. Tek yönlü şekil hatırlama olayı ...................................................................... 12 Şekil 3.3. Çift yönlü şekil hatırlama olayı ...................................................................... 13 Şekil 4.1. Şekil hatırlama özelliğine sahip düzenli kristal yapı birim hücreleri ............. 15 Şekil 4.2. Co Bazlı alaşımların kristal örgüleri ............................................................... 17 Şekil 4.3. CoNiGa alaşımlarının faz diyağramı ............................................................. 18 Şekil 4.4. CoNiAl alaşımının faz diyağramı .................................................................. 19 Şekil 5.1. Co bazlı alaşımlarda yaşlandırma sıcaklıklarına karşı T0 ve Tc sıcaklıklarının durumu ............................................................................................................................ 21 Şekil 5.2. Co bazlı alaşımlarda tavlama sıcaklığı ve ısı akışı arasındaki ilişki .............. 22 Şekil 5.3. Co bazlı alaşımlarda tavlama sıcaklığı ile Tm ve Tc arasındaki ilişki............ 23 Şekil 6.1. Metal boru bağlantıların kaynaksız birleştirilmeleri ....................................... 25 Şekil 6.2. Şekil hatırlamalı alaşım yay ve öngerilmiş yay kullanılarak geliştirilmiş araştırma valfi. (a) İç yapı görülmektedir. Makaranın pozisyonu ve çıkış suyunun sıcaklığı, sıcaklık kontrolörü döndürülerek ayarlanır. Kontrolörün dönüşü, şekil hatırlamalı alaşımın boyutunu değiştirmektedir. (b) Geliştirilmiş karıştırma valfinin dış görünümü. (c) Otomobiller için termostat radyatörü ..................................................... 26 Şekil 6.3. Shinkansen hızlı trenlerinde otomatik yağlama ünitesinde şekil hatırlamalı alaşımların uygulanması. (a) Otomatik yağlama ünitesinin uygulandığı Shinkansen xi Nozomi-700 hızlı trenin fotoğrafı ve kullanılan şekil hatırlamalı alaşımların valfi (b), (c) Şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılan valfin iç yapısının düşük ve yüksek sıcaklıklardaki durumu ................................................................................................... 27 Şekil 6.4. Damarlardaki kan pıhtısının tutulması için şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılmış filtre ................................................................................................................. 28 Şekil 6.5. Damarlardaki tıkanma sorunlarının çözümü için şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılmış stent .................................................................................................................. 39 Şekil 6.6. Medikal uygulamalarda kullanılan kateterler için süperelastik kılavuz ......... 30 Şekil 6.7. Ortodontik düzeltme işlevli kavisli tellerin dişlerde kullanılarak üç haftada alınan sonuçlar ................................................................................................................ 30 Şekil 6.8. Tek yönlü aktüatör uygulaması ....................................................................... 32 Şekil 6.9. (a) Tek yönlü şekil hatırlamalı alaşımların ön gerilmeli yay ile tasarımı. (b) Ağırlık Motoru ............................................................................................................... 32 Şekil 6.10. İki yönlü aktüatör .......................................................................................... 33 Şekil 8.1.1 CoNiAl alaşımının farklı sıcaklıklarda X-ışını pikleri ................................ 39 Şekil 8.1.2. A numunesinden alınan X-ışını difraktogramı. ........................................... 41 Şekil 8.1.3. B numunesinden alınan X-ışını difraktogramı. ............................................ 41 Şekil 8.1.4. C numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................. 42 Şekil 8.1.5. D numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................ 43 Şekil 8.1.6. E numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................. 44 Şekil 8.1.7. F numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................. 45 Şekil 8.1.8. G numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................ 46 Şekil 8.1.9. H numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................ 47 xii Şekil 8.1.10. I numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ............................................ 47 Şekil 8.1.11. K numunesinden alınan X-ışını difraktogramı .......................................... 48 Şekil 8.1.12. L numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ........................................... 49 Şekil 8.1.13. M numunesinden alınan X-ışını difraktogramı .......................................... 50 Şekil 8.1.14. N numunesinden alınan X-ışını difraktogramı .......................................... 51 Şekil 8.1.15. . örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ................ 52 Şekil 8.1.16. örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi.............. 52 Şekil 8.1.17. aγ örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ...................... 53 Şekil 8.1.18. aγ örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi .................. 54 Şekil 8.1.19. aB2 örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi .................... 55 Şekil 8.1.20. aB2 örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi ................ 55 Şekil 8.1.21. aγ örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ..................... 56 Şekil 8.1.22. aγ örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi ................. 56 Şekil 8.2.1. B numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri.... 63 Şekil 8.2. 2.C numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri.... 64 Şekil 8.2. 3.D numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri.... 65 Şekil 8.2. 4. E numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri.... 65 Şekil 8.2. 5. F numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri.... 66 Şekil 8.2. 6. G numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. .. 66 Şekil 8. 2.7. B, C, D, E, F, G numunelerinin 5°C/dakika ısıtma hızları için DSC eğrileri. ......................................................................................................................................... 67 xiii Şekil 8.2.8. B, C, D, E, F, G numunelerinin 5°C/dakika soğutma hızları için DSC.......68 Şekil 8.2.9. Numunelerin yaşlandırma süresine göre As değerlerinin değişimi.. ............ 69 Şekil 8.2.10. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Amax değerleri............................69 Şekil 8.2.11. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Af değerleri................................70 Şekil 8.2.12. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Ms değerleri ............................... 70 Şekil 8.2.13. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Mmax değerleri ............................ 71 Şekil 8.2.14. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Mf değerleri. .............................. 72 Şekil 8.2.15. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Tm değerleri ............................... 72 Şekil 8.2.16. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Amax-Mmax değerlerinin değişimi. ......................................................................................................................................... 73 Şekil 8.2.17. H numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. . 74 Şekil 8.2.18. I numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. ... 74 Şekil 8.2.19. K numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. . 75 Şekil 8.2.20. L numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. .. 76 Şekil 8. 2.21. B, H, I, K, L numunelerinin 5°C/dakika ısıtma hızları için DSC eğrileri. 77 Şekil 8.2.22. B, H, I, K, L numunelerinin 5°C/dakika soğutma hızları için DSC eğrileri ......................................................................................................................................... 77 Şekil 8.2.23. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre As değerleri ............................ 78 Şekil 8.2.24. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Amax değerleri ........................ 79 Şekil 8.2.25. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Af değerleri ........................... 79 Şekil 8.2.26. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Ms değerleri ........................... 80 xiv Şekil 8.2.27. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Mmax değerleri ....................... 81 Şekil 8.2.28. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Mf değerleri ........................... 81 Şekil 8.2.29. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Tm değerleri ........................... 82 Şekil 8.2.30. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Amax-Mmax değerleri...............83 Şekil 8.2.31. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entalpi (ΔH) değerleri .........................................................................................................................................83 Şekil 8.2.32. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entalpi (ΔH) değerleri ..........................................................................................................................84 Şekil 8.2.33. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entropi (ΔS) değerleri. ......................................................................................................................................... 84 Şekil 8.2.34. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entropi (ΔS) değerleri ......................................................................................................................................... 85 Şekil 8.3.1. Tipik üçlü elektrot sistemi. .......................................................................... 87 Şekil 8.3.2. %3’lük NaCI sulu çözeltisinde 1 dakika bekletilmiş olan numunelerin LSV sonuçları .......................................................................................................................... 89 Şekil 8.3.3. %3’lük NaCI sulu çözeltisinde 20 dakika bekletilmiş olan numunelerin LSV sonuçları. ......................................................................................................................... 91 Şekil 8.4.1. A Numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi (b) Tane sınırları ve süreksiz çökeltiler............................................................................................................ 94 Şekil 8.4.2. B Numunesi içerisinde farklı yönelimdeki martensit yapıları. .................... 95 Şekil 8.4.3. C Numunesine ait a) Tane yapıları ve tane sınırındaki çökelti fazları. b) Aynı yönelimdeki martensit yapıları.. ............................................................................. 97 Şekil 8.4.4. D numunesine ait dendritik yapılar. ............................................................. 98 xv Şekil 8.4.5. E numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi (b) Mızrak şekilli martensit yapılar (c) Sürekli çökeltilerin oluşturduğu tane sınırı . ............................................... 100 Şekil 8.4.6. F numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi. (b) Tane yapılarının genel görüntüsü……………………………………………………………………………...101 Şekil 8.4.7. G numunesi içerisinde tane ve martensit morfolojisi. ............................... 102 Şekil 8.4.8. H numunesi içerisinde martensit morfolojisi ve tane sınırını oluşturan çökelti yapılanmaları. .................................................................................................... 102 Şekil 8.4.9. K numunesi içerisinde martensit morfolojisi. ............................................ 103 Şekil 8.4.10. L numunesi içerisinde martensit morfolojisi. .......................................... 104 Şekil 8.4.11. M numunesi içerisinde martensit morfolojisi . ........................................ 105 Şekil 8.4.12. N numunesi içerisinde farklı yönelimlere sahip martensit morfolojisi.... 105 Şekil 8.5.1. CoNiAlSi Alaşımı için Vickers Sertliğinin. (a) Yaşlandırma süresine göre değişimi. (b) Yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi……………......................……..109 Şekil 8.5.2. CoNiAlSi Alaşımı için ortalama Vickers Sertliğinin. (a) Yaşlandırma süresine göre değişimi. (b) Yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi…………………..110 xvi ÇĠZELGELER Çizelge 2.1: Martensitik dönüşüm tiplerinin genel karakteristikleri . ............................... 7 Çizelge 2.2: Şekil hatırlama ve sunielastiklik özelliği gösteren bazı alaşımlar ............... 9 Çizelge 5. 1. Co bazlı Alaşımların ∆Tm, Tm , ∆Tc değerleri ............................................. 24 Çizelge 7. 1: Bu çalışmada kullanılan alaşımların atomik ve ağırlık yüzdeleri .............. 34 Çizelge 7. 2:Tüm numunelere uygulanan ısıl işlemler.................................................... 35 Çizelge 7. 3: Bu çalışmada kullanılan numunelerin adları. ............................................ 35 Çizelge 7. 4: Tüm numunelerin kütle değerleri. ............................................................. 36 Çizelge 8. 1. 1: Yaşlandırma süresine göre yüksek sıcaklık fazları için hesaplanan aγ, aB 2 örgü sabitleri ............................................................................................................. 57 Çizelge 8. 1. 2: Yaşlandırma sıcaklığına göre yüksek sıcaklık fazları için hesaplanan aγ, aB 2 örgü sabitleri ............................................................................................................. 57 Çizelge 8. 1. 3: Yaşlandırma süresine göre martensit fazı için hesaplanan a L10, c L10 ve c L10 / a L10 örgü sabitleri ve oranları .................................................................................... 58 Çizelge 8. 1. 4: Yaşlandırma sıcaklığına göre martensit fazı için hesaplanan a L10, c L10 ve c L10 / a L10 örgü sabitleri ve oranları .................................................................................. 58 Çizelge 8. 1. 5: Tüm numunelerde bulunan fazlar. ......................................................... 59 Çizelge 8.2.1: A, B, C, D, E, F, G numunelerine uygulanan ısıtma ve soğutma programı için elde edilen deneysel sonuçlar. .................................................................................. 67 Çizelge 8.2.2: A, B, H, I, K, L, M, N numunelerine uygulanan ısıtma ve soğutma programı için elde edilen deneysel sonuçlar. .................................................................. 76 Çizelge 8.3.1. %3’luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma süresine göre 1 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları ……...........90 xvii Çizelge 8.3.2. %3’luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma sıcaklığına göre 1 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları. .................. 90 Çizelge 8.3.3. %3’luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma süresine göre 20 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları ................... 92 Çizelge 8.3.4. %3’luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma sıcaklığına göre 20 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları ................... 92 Çizelge 8.5.1. Numunelerin yaşlandırma süresine göre elde edilen sertlik değerleri ( VSN).......................................................................................................................….106 Çizelge 8.5.2. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre elde edilen sertlik değerleri ( VSN).......................................................................................................................….107 Çizelge 8.5.3. Numunelerin yaşlandırma süresine göre elde edilen ortalama sertlik değerleri ( VSN)............................................................................................................107 Çizelge 8.5.4. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre elde edilen ortalama sertlik değerleri ( VSN)............................................................................................................107 xviii 1. GĠRĠġ Metal ve alaşımlar farklı fiziksel etkiler altında değişik özellikler sergilemeleri nedeniyle teknolojide önemli bir yere sahiptir. Özellikle sıcaklık, basınç, zor ve bunların farklı kombinasyonları şeklindeki etkiler, bazı metal ve alaşımlarda mikro yapısal değişiklikler meydana getirir. Sözü edilen etkiler sonucu alaşım veya metal atomlarının komşulukları aynı kalarak sadece kristal yapının değiştiği dönüşümlere martensitik faz dönüşümleri denir. Bu dönüşüm ilk kez A. Martens tarafından gözlendiğinden, bu bilim adamının adıyla anılır (Friend, 1986). Bu dönüşüm sonunda oluşan makroskopik şekil değişimlerini kontrol edebilme amacı, bu alaşımların hem ticari kullanımlarına hem de metalürjik araştırmalara hız vermiştir. Yoğunlaştırılan araştırmalar sonucunda, demir bazlı alaşımlar dışında metalik özellik taşımayan materyallerin bir kısmında da martensitik dönüşümün gözlendiği bilinmektedir. Malzemeler üzerinde homojen sınırlarla ayrılmış ve özellikleri farklı olan bölgelere faz denir. Malzemedeki basınç, bileşim ve sıcaklıktaki herhangi bir değişim faz dönüşümüne neden olabilmektedir. Malzeme içerisindeki sıcaklık değişimleri, faz dönüşümünün en önemli nedenidir. Fcc yapının-bcc yapıya dönüşmesi katı-katı faz dönüşümüne örnektir. Bir malzeme faz dönüşümüne maruz kaldığında buna bağlı olarak bazı özellikleri de değişmektedir. Homojen olarak dizilmiş atomlar belirli bir fazı oluştururlar. Fakat şartlar değişirse denge bozulur. Atomlar başka bir denge konumuna geçip değişik biçimde dizilerek yeni bir faz oluştururlar. Birden fazla atom içeren çok bileşenli sistemlerin dengesi oldukça karmaşıktır. Sıcaklık ve basıncın yanında malzemenin bileşimi de iç yapı oluşumunu etkiler. Bunlar değiştiği zaman farklı tür fazlar meydana gelebilir. Dönüşüm olayına göre metal ve alaşım sistemlerindeki faz dönüşümleri, çekirdeklenme-büyüme dönüşümleri ve martensitik dönüşümler olmak üzere ikiye ayrılır. Çekirdeklenme-büyüme dönüşümleri sabit sıcaklıkta termal etkileşme ile difüzyonlu olarak meydana gelir. Martensitik dönüşüm ise sistemin sıcaklığı değiştirilerek veya deforme edilerek meydana gelebileceği gibi, her iki etkinin birlikte uygulanması ile de gerçekleşebilir. Sıcaklık etkisiyle oluşan martensitik dönüşümler alaşım sistemlerine göre atermal ve izotermal olmak üzere iki şekilde görülebilir (Soğuksu, 2006). Martensitik dönüşümlerde belli bir kristal yapıya sahip materyal 1 fiziksel etkilere maruz kaldığında daha düşük serbest enerjili düşük sıcaklık fazındaki yeni bir kristal yapıyı tercih eder. Yüksek sıcaklık fazına austenit, düşük sıcaklık fazına da martensit adı verilir (Güngüneş, 2005). Martensitik dönüşümlerin termoelastik olan ve termoelastik olmayan iki tipi vardır. Termoelastik dönüşüm sergileyen alaşımlar şekil hatırlamalı alaşımlardır. Şekil hatırlamalı alaşımlar ısıl işlemlere duyarlı fonksiyonel malzemelerdir. Temel özellikleri kritik dönüşüm sıcaklığının altında ve üstünde iki farklı şekil veya kristal yapısına sahip olmalarıdır. Şekil hatırlama mekanizmasında atomların yer değiştirme miktarı çok büyük olmamasına rağmen, hepsinin birden hacimsel olarak aynı doğrultuda olması nedeniyle, makroskopik bir şekil değişimi olur. Düşük sıcaklıklarda deforme edilebilen bu alaşımlar, daha yüksek sıcaklıklarda deformasyon öncesi şekillerine dönebilirler (Işık, 2007). Termoelastik dönüşümlerde sadece orijinal kristal yapı ve yönelimi eski halini almakla kalmayıp mikroyapı da eski halini hatırlar. Bu tür dönüşümlerde, sıcaklık düşürüldükçe martensit plakaları oluşup büyürler. Bu plakalar soğutma işleminin devam etmesiyle birbirlerine ya da tane sınırına ulaşıncaya kadar büyümeye devam ederler. Sıcaklık yükseltildiğinde ise ara yüzeyin geri hareketiyle martensitik oluşumlar büzülerek ana faza dönüşür (Kayalı, 1993). Son zamanlarda kobalt esaslı şekil hatırlamalı alaşımlar üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Bu alaşımlar arasında CoNi, CoNiGa ve CoNiAl ısıl işlemlerle martensitik dönüşüme sahip oldukları için eğitilerek şekil hatırlama özelliği kazandırılabilmektedir. CoNiAl alaşımlı şekil hatırlamalı malzemelerin kullanım alanları dört ana başlık altında toplanabilir. Bunlar sırasıyla tıbbi endüstri ve teknolojisi, uzay ve havacılık endüstrisi, otomotiv endüstrisi ve diğer uygulamalar olarak gruplandırılabilir. Özellikle mekanik araçlarda yay malzemesi, türbin motoru, robotik aletler ve klima üretiminde performans arttırıcı olarak tercih edilmektedir (Xu Guo ve ark., 2006). Bu araştırmada, üzerinde çalışılan CoNiAlSi alaşımında martensitik dönüşüm üzerinde termal yaşlandırma sonunda meydana gelen makroskobik ve mikroyapısal değişimler incelendi. Bu alaşım numunelerinden kesilen küçük parçalar belirli ısıl işlemlerden sonra X-Işınları Parça Difraktogramları, Korozyon, Optik Mikroskobu, Vickers Sertlik 2 ölçümleri alınarak araştırıldı. Termal yaşlandırma sonucu dönüşüm sıcaklıklarında ortaya çıkan değişiklikler Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) tekniği kullanılarak elde edildi. 3 2. MARTENSĠTĠK FAZ DÖNÜġÜMLERĠ Faz diyagramları, faz dönüşümleri neticesinde oluşturulur. Ergime, katılaşma, buharlaşma ve katı halde kristal yapının değişmesi (allotropik dönüşüm) gibi olaylara faz dönüşümü adı verilir. Sıcaklığa ve malzemenin içindeki yabancı maddelere bağlı olarak malzemede meydana gelen değişikliklerin gösterildiği şemalara faz diyagramları denir. Fizik alanında faz dönüşümü, sistemin bir fazdan diğer bir faza geçmesi olayıdır. Faz dönüşümü, diğer termodinamiksel değişkenler sabit tutulduğunda, belli bir sıcaklıkta oluşur ve bu sıcaklığa kritik sıcaklık denir. Faz diyagramları, bir maddenin çeşitli fazlarının termodinamik açıdan kararlı olduğu element konsantrasyonu ve sıcaklık bölgelerini gösteren diyagramlardır. Faz sınırları olarak adlandırılan ve bölgeleri ayıran çizgiler, iki fazın dengede olduğu basınç ve sıcaklık değerlerini gösterir. Faz diyagramları özellikle iki maddenin karışıp karışmayacağına, değişik şartlar altında dengenin var olup olmadığına veya sistem dengeye ulaşmadan önce basıncın, sıcaklığın ve kompozisyonun belirli değerlere ayarlanmasının gerekli olup olmadığına karar vermek için kullanılır. Faz diyagramlarının ticari ve endüstriyel açıdan önemli kullanım alanları vardır. Genel olarak, faz diyagramları metaller, yarı iletkenler, seramikler, çelikler ve alaşımlar için kullanılır (Işık, 2007). Martensitik faz dönüşümleri ilk olarak 1864 yılında Sorby tarafından ve daha sonra 1866 yılında Tschernoff ve 1878 yılında Martens tarafından demir bazlı alaşımlarda gözlenmiştir. Martens‟in tanımına benzer bir gözlem 1895 yılında Osmond tarafından yapılmış ve ürün faz martensit, yüksek sıcaklık fazı austenit ve bu olaya da martensitik geçiş adı verilmiştir (Aydoğdu, 1995). Martensitik faz dönüşümü, metal ve alaşım ana fazda (austenit faz) iken sıcaklık ile zor etkisinin ayrı ayrı veya birlikte uygulanması ile meydana gelir. Martensitik dönüşüm olayı bir kristal yapıdan yeni bir kristal yapıya dönüşüm olmasına rağmen, dönüşüm öncesi faz olan ana fazdaki atomların komşulukları, dönüşüm sonrası martensitik fazda aynı kalır. Metal ve alaşımlarda birinci derecede yapısal değişim olan bu dönüşüm difüzyonsuzdur. Difüzyonsuz martensitik dönüşümler çelik gibi birçok metal alaşım ve bileşiklerde gözlenmektedir. 4 Difüzyonsuz faz dönüşümleri en genel şekilde; yüksek sıcaklık fazında belirli bir kristal yapıda bulunan numunenin sıcaklık, zor ve bunların farklı kombinezonlarının etkisiyle, daha küçük serbest enerjili düşük sıcaklık fazındaki bir kristal yapıyı tercih etmesi şeklinde bilinir. Difüzyon olmadığı için dönüşüm öncesi atomik komşuluklar dönüşümden sonra da aynı kalır. Malzeme deforme edildiğinde, martensitik tabakaların konfigürasyonunda iç değişimler meydana gelmektedir. Martensitik dönüşümler, alaşımlarda kesme gibi mekanizmalarla oluşur. Ürün faz içerisinde dislokasyonlar, ikizlenmeler ve istiflenme kusurları gibi örgü kusurları meydana gelir. Isıtma, manyetik alanın kaldırılması ve kuvvetin kaldırılması gibi işlemlerle malzeme ilk haline martensitik dönüşümle dönebilmektedir (Işık, 2007). Austenit kristal yapı, bir T0 sıcaklığında termodinamik dengededir. Kristal yapı bu sıcaklıktan hızla soğutulursa kritik bir Ms sıcaklığından sonra, austenit kristal yapı içerisinde martensit yapı oluşmaya başlar. Bu Ms sıcaklığına martensit başlama sıcaklığı denir ve değişik alaşımlar için farklı değerlere sahiptir. (T0–Ms) sıcaklık farkı, fazlar arasındaki kimyasal serbest enerjiyi, bu enerji de Şekil 2.1‟ de görüldüğü gibi dönüşüm için gerekli sürücü kuvveti doğurur. Bu anda dışarıdan uygulanacak bir mekanik zor ile Ms sıcaklığı T0 sıcaklığının çok altına düşmeden dönüşüm başlayabilir. Dışarıdan uygulanan bu mekanik zor Ms yi artırdığı gibi dönüşen hacim miktarını da artırır (Işık, 2007). Ms sıcaklığında başlayan martensitik dönüşüm belli bir sıcaklık aralığında devam eder ve durur. Dönüşümün bittiği bu sıcaklığa martensit bitiş sıcaklığı (Mf) denir. Martensit haldeki dönüşmüş numune ısıtılınca tekrar ana faz olan austenit yapıya dönüşür. Ters dönüşüm de martensitik dönüşümde olduğu gibi belli bir sıcaklıkta başlayıp belli bir aralıkta devam ettikten sonra tamamlanır. Bu sıcaklıklar da austenit başlama (As) ve austenit bitiş (Af) sıcaklıkları olarak adlandırılır. Martensitik dönüşümlerin genel özellikleri şu başlıklar altında özetlenebilir (Aydoğdu, 1995) ; 1) Martensitik faz, ara bir katı çözeltidir. 2) Dönüşüm difüzyonsuzdur. Yani kristaldeki atomların dönüşüm öncesindeki komşulukları dönüşüm sonrasında da korunur. 5 3) Dönüşüm, sınırlı bir şekil değişikliğiyle meydana gelir. Ana faz durumunda, numunenin sıcaklığı düşürülürse yüzey üzerinde meydana gelen martensitik fazlı bölgeler kabartılar şeklinde gözlenir. 4) Bir martensitik dönüşümde bozulmamış olarak kalan ve ana faz ile ürün fazı ayıran düzleme yerleşme düzlemi (habit plane) denir. 5) Austenit faz ile martensitik faz örgüleri arasında sınırlı bir dönme bağıntısı vardır. 6) Dönüşümde kristal örgü kusurları da oluşur. ġekil 2.1. Austenit ve Martensit fazların kimyasal serbest enerjilerinin sıcaklıkla değişimi (Soğuksu, 2006). 2.1. Termoelastik Martensitik DönüĢümler Sıcaklık etkisiyle meydana gelen martensitik dönüşümler, alaşım sistemlerine göre atermal ve izotermal olarak meydana gelir. Martensitik dönüşümlerin izotermal ve atermal olması alaşımın kimyasal bileşimine bağlı değildir. Bu yüzden izotermal ve atermal dönüşümlerin her ikisi aynı alaşım içerisinde meydana gelebilir. Ancak meydana gelen dönüşümlerin bu iki tipi için dönüşüm sıcaklıkları ve dönüşüm sonrası 6 ürün yapıları farklıdır. Tek yönlü şekil hatırlama etkisi termomekanik etki ile oluşur (Işık, 2007). 2.1.1. Atermal martensitik dönüĢümler Atermal martensitik dönüşümlerde ana fazdaki numunenin sıcaklığı, Ms sıcaklığına düşürüldüğünde, alaşımın bütün kısmı bu sıcaklıkta martensit faza dönüşür ve dönüşüm tamamlanır. Dönüşüm çok hızlı, yani patlama reaksiyonları şeklinde meydana geldiği için şekil hatırlama olayı gözlenmez. Şekil 2.2 ve Çizelge 2.1‟de martensitik dönüşümlerin termoelastik olan ve olmayan tipleri karşılaştırılmıştır. Şekil 2. 2 de büyük histerisize sahip Fe-Ni alaşımı termoelastik olmayan ve küçük histerisize sahip Au-Cd alaşımı ise termoelastik dönüşüm gerçekleştirmektedirler. Çizelge 2.2 de ise şekil hatırlama olayı gösteren bir grup alaşım ve bazı özellikleri verilmiştir. Martensit plakaların atermal olarak oluşmaya başladığı sıcaklık (Ms) değeri soğutma hızından bağımsızdır. Geçen yüzyılın ortalarından bu yana austenit-martensit faz dönüşümleri üzerinde yapılan yoğun çalışmalarda, dönüşüm olayının atermal olarak, sesin katılardaki yayılma hızı ile saniyenin 10-7 de biri kadar zamanda, duyulabilir bir ses eşliğinde oluştuğu veya izotermal olarak gözle izlenebilecek bir hız ile ortaya çıktığı bulunmuştur (Eskil, 2006). Çizelge 2.1: Martensitik dönüşüm tiplerinin genel karakteristikleri (Eskil, 2006). Tip Çekirdeklenme Büyüme Kristal kusurları Termoelastik Soğutma etkisi Sıcaklık düşüşüyle Dönüşüm etkili orantılı Termoelastik olmayan Soğutmanın ani etkisi Ani ve hızlı, soğutma hızından bağımsız Dönüşüm etkili ve plastik deformasyonla 7 ġekil 2.2. Termoelastik (AuCd) ve termoelastik olmayan (FeNi) martensitik dönüşümlerin histerisiz eğrileri (Eskil, 2006). 2.1.2. Ġzotermal martensitik dönüĢümler İzotermal martensitik dönüşümde austenit haldeki numunenin sıcaklığı düşürülerek belirli bir (Ms) sıcaklığına gelindiğinde ana faz içinde martensit faz oluşmaya başlar. Bu dönüşüm olayı sıcaklık düşüşüyle devam eder ve (Mf) sıcaklığında tamamlanır. Austenit-martensit dönüşümleri tersinir dönüşümlerdir. Martensit kristalleri, sıcaklık değişimi tersine çevrildiği zaman yani T0 sıcaklığının üzerinde (As) sıcaklığında bu defa martensit faz içinde austenit faz oluşmaya başlar. Bazı alaşımlarda dönüşüm sıcaklığının (As-Af) histerisizi aşırı derecede geniştir. Bu genişlik yaklaşık olarak 400°C dir. Bazı alaşımlarda ise bu histerisiz son derece dardır, örneğin CuZnAl alaşımı için yaklaşık olarak 15 °C dir (Şekil 2.2). Şekilde termoelastik olmayan (FeNi) ve termoelastik (AuCd) martensit sıcaklık histerisizinin karşılaştırılması görülebilir (Aydoğdu, 1995). 8 Çizelge 2.2: Şekil hatırlama ve sunielastiklik özelliği gösteren bazı alaşımlar (Eskil, 2006). Alaşım Kompozisyon Yapı değişimi (atomik %) 14-32 Mn Fe-Mn-Si 1-6 Si Sıcaklık histerisizi ( C) Düzen durumu düzensiz FCC HCP FCC BCT 100-200 FCC FCT Au-Cd Cu-Zn Cu-Zn-X 38.5 41.5Zn Birkaç at.% (X=Si, Sn, Al, Ga) Cu-Al-Ni düzenli 46.5 50Cd B2 2H 15 düzenli B2 9R, rombohedral M9R 10 düzenli (DO3) B2 (L21) 9R (18R) 10 M9R (M18R) düzenli 28 29Al DO3 2H 35 3 4.5Ni Cu-Sn 15Sn Cu-Au-Zn 23 28Au düzenli DO3 2H, 18R düzenli Heusler 18R 6 B2 3R 10 B2 Monoklinik 20 100 45 47Zn Ni-Al 36 38Al Ti-Ni 49 51Ni düzenli düzenli 1 2 B2 Rombohedral In-Tl Ag-Cd Mn-Cu 18 23Tl düzensiz FCC FCT 4 B2 2H 15 düzenli 44 49Cd 5 35 Cu düzensiz FCC FCT 9 3. ġEKĠL HATIRLAMA OLAYI Şekil hatırlama özelliği, malzeme martensitik fazda deforme edilip daha sonra austenit faz sıcaklığına kadar ısıtıldığında, austenit fazda sahip olduğu ilk şeklini hatırlaması olayına verilen isimdir. Malzemenin deformasyonundan sonra düzelip ilk şeklini alması, bu çeşit malzemelerin önemli bir yeteneğini ifade eder. Şekil hatırlama etkisi alaşımın termoelastik dönüşüm sergileyebilmesi ile ilgilidir. Termoelastik dönüşümlerde sadece orijinal kristal yapı ve yönelimi eski halini almakla kalmayıp mikroyapı da eski halini hatırlar. Bu tür dönüşümlerde, sıcaklık düşürüldükçe martensit plakaları oluşup büyürler. Bu plakalar soğutma işleminin devam etmesiyle birbirlerine ya da tane sınırına ulaşıncaya kadar büyümeye devam ederler. Sıcaklık yükseltildiğinde ise ara yüzeyin geri hareketiyle martensitik oluşumlar büzülerek ana faza dönüşür (Işık, 2007). Şekil hatırlama olayı gözlenmeyen martensitik dönüşümlerde ise soğutma sırasında oluşan martensit plakaların büyüme oranı sınırlıdır. Oluşan bu martensit plakalar, yapı içinde sabitlenmiş olarak kalır. Malzeme ısıtılsa dahi oluşan plakalar austenit faza dönüşemez. Şekil hatırlamanın gözlenebilmesi için dönüşüm oranının yüksek olması gereklidir. Sonuç olarak termoelastik dönüşüm sergilemeyen bu tür malzemeler şekil hatırlama etkisi gösteremez. Şekil hatırlamalı alaşımlar Şekil 3.1‟ de görüldüğü gibi Mf sıcaklığının altında mekanik olarak deforme edilirlerse, Af sıcaklığının üzerine ısıtılana kadar deforme edilmiş şekillerini korurlar. Malzeme, Af sıcaklığının üzerine kadar ısıtıldığında deformasyon etkisini kaybeder. Alaşım austenit haldeki orijinal şeklini kazanır. Şekil hatırlama olayının gerçekleşebilmesi için gerekli şartlar aşağıdaki şekilde sıralanmıştır (Eskil, 2006); a) Martensitik dönüşüm termoelastik olmalıdır. b) Deformasyon, dislokasyon kayması ile değil ikizlenme benzeri bir mekanizma ile olmalıdır. c) Ana faz düzenli olmalıdır. 10 ġekil 3.1. Şekil hatırlama olayının mekanizması (Eskil, 2006) 3.1 Tek Yönlü ġekil Hatırlama Olayı Şekil hatırlamalı bir alaşımın, soğutma üzerine yapısının martensit fazına dönüşmesine rağmen herhangi bir şekil değişimine uğramaması tek yönlü şekil hatırlama olayıdır. Numune martensitik fazdayken deforme edildiğinde bu şekil bozukluğunu Af sıcaklığının üzerine ısıtılana kadar muhafaza eder. Fakat ısıtılmış bu malzeme, martensitik faza döndüğünde deforme edilmiş şeklini kendiliğinden kazanamaz. Deforme edilmiş şeklin kazanılabilmesi yeniden deformasyonla mümkündür. Martensitik dönüşümü ve yeniden yönelimle zorlanma oluşturma özelliği ve ısıtma 11 sonucunda deformasyon öncesi orijinal faz yöneliminin tekrar elde edilebilmesi, tek yönlü şekil hatırlama olayının temel mekanizmasıdır (Friend, 1986). Şekil 3.2‟de tek yönlü şekil hatırlama olayının mekanizması verilmiştir (Soğuksu, 2006). ġekil 3.2. Tek Yönlü Şekil Hatırlama Olayı (Işık, 2007). 3.2 Çift Yönlü ġekil Hatırlama Olayı Şekil hatırlamalı alaşımlarda gözlenen dönüşüm, uygulanan zor ve sıcaklık etkisine bağlı olarak tersinirlik gösterir. Bu nedenle, bu alaşımlar diğer alaşım sistemlerinden farklı mekaniksel davranış sergilerler. Tersinir şekil hatırlama olayının mekanizması 12 Şekil 3.3‟te şematik olarak gösterilmiştir. Mf sıcaklığının altında tamamen martensitik fazdaki bir numuneye dışarıdan zor uygulanarak şekli değiştirilebilir. Uygulanan zor kaldırılarak numune sıcaklığı Af „nin üstüne yükseltildiğinde deformasyonla kazanılan şekil yok olur ve malzeme orijinal şeklini alır. Sıcaklık tekrar Mf‟nin altına düşürülürse deforme edilmiş şekil yeniden kazanılır. Bu durum iki yönlü şekil hatırlama olayının sonucudur. Malzeme, ısıtma ve soğutma işlemlerinin tekrarlanması durumunda oluşan fazın şeklini alır. NiTi, CuZnAl, CuAlNi, CoNiGa, CoNiAl, FePd, NiFeGa, TiPd gibi alaşımlar ticari şekil hatırlama uygulamaları için kullanışlıdır (Gökdemir, 2006). ġekil 3.3. Çift Yönlü Şekil Hatırlama Olayı (Işık, 2007). 13 4. SÜPER ÖRGÜLER VE Co BAZLI ġEKĠL HATIRLAMALI ALAġIMLARIN KRĠSTOGRAFĠSĠ Şekil hatırlama olayı gösteren pek çok materyal, yüksek sıcaklıkta düzensiz yapıdayken daha düşük sıcaklıklarda düzenli yapıya geçer. Kritik bir değerin üzerindeki sıcaklıklarda rastgelelik hâkimdir fakat sıcaklık kritik değerin altına düşünce düzen kurulur ve sıcaklık düştükçe düzen derecesi artar. Düzenli yapılarda, atomlar bir kural dahilinde yerleşirler. Süper örgülü yapılar genellikle düşük sıcaklıklarda uzun periyotlu olabilir. AB ve AB3 tipindeki alaşım kompozisyonları uzun periyotluluğa yatkındır. Şekil hatırlama özelliğine sahip alaşımlarda süper örgülerin temeli, bcc örgülerdir. Bu örgüler aşağıdaki gibi sınıflandırılır (Aydoğdu, 1995). i. B2 beta (β) brass tipi süper örgüler: Bu yapı iç içe girmiş iki tane basit kübik yapı olarak görülebilir. Başka bir söylemle bu yapının bazı iki atomludur. Bu süper örgüye CsCl yapı da denir. Şekil 4.1.a‟da görüldüğü gibi Cl atomları küpün köşelerine, Cs atomları merkeze yerleşecek şekilde dağılır. Bu tip süper örgülere şekil hatırlamalı alaşım sistemlerinde sık sık rastlanır. CsCl tipi B2 süper örgüsü 50 : 50 kompozisyon oranı ile sağlanır ve β2 fazıyla temsil edilir. ZnCu, AuCd, AlNi, LiTl alaşımları buna örnek olarak gösterilebilir ii. Fe3Al yapı ve DO3 tipi süper örgüler: bcc tipinde birim hücrelerle, CsCl tipi hücrelerin periyodik olarak yan yana gelmeleriyle oluşan bir yapıdır. Bu oluşumda, bcc alt yapının bütün örgü noktaları ile CsCl tipi alt yapının köşelerinde Fe türü atomlar ve CsCl yapının cisim merkezinde ise Al türü atomlar bulunur. DO3 birim hücresini tanımlamak için bcc ve CsCl tipi dört hücreye ihtiyaç vardır. DO3 tipi süper örgü 75:25 kompozisyon oranına sahip β1 fazı ile temsil edilirler. Bu örgünün birim hücresi Şekil.4.1.b‟de görülmektedir. DO3 tipi süper örgülerin en tanınan özelliği her bir atomun maksimum sayıda benzemeyen atom tarafından çevrilmiş olmasıdır. Örneğin; Cu3Al, BiLi3, Fe3Si. iii. Cu2MnAl yapı veya L21 tipi süper örgüler: Köşelerinde Cu türü atomlar ve cisim merkezinde sırasıyla periyodik olarak Mn ve Al türü atomlar bulunan CsCl tipi birim hücrelerin yanyana gelmesiyle oluşan düzenli bir yapıdır. Birim hücre tanımı için sekiz 14 tane CsCl tipi hücreye ihtiyaç vardır. Bu hücre Şekil 4.1.c de görülmektedir. Cu2NiAl, Zn2CuAu, Cu2MnSn gibi alaşımlar bu yapıya iyi birer örnektir. ġekil 4.1. Şekil hatırlama özelliğine sahip düzenli kristal yapı birim hücreleri a) CsCl yapı, b) Fe3Al yapı, c) Cu2MnAl tipi yapı (Aydoğdu, 1995). 4.1 Co Bazlı ġekil Hatırlamalı AlaĢımların Kristografisi Co bazlı şekil hatırlamalı alaşımlarda martensitik dönüşümler düzenli L10 ana fazından meydana gelir. Yüksek sıcaklıkta γ fazı soğutma ile kısa mesafeli düzenli dönüşüme uğrar ve L21 süper örgü yapı meydana gelir. Soğutma ile en yakın komşu düzeni oluşur ve alaşım kompozisyonuna, soğutma hızına bağlı olarak L10 süper örgü yapısı hakim olur (Liu J. ve ark, 2006). 15 Liu ve arkadaşlarının (2006) yapmış olduğu çalışmada elde edilen örgü parametresi değerinin aksine Chatterjee ve arkadaşlarının (2008) yapmış oldukları çalışmada ise B2 fazına ait örgü parametresi 5,8 A° olarak bulunmuştur. Şekil 4.2 de ise β austenit bcc fazına ek olarak fcc γ fazı, L10 martensit fazı ve L12 çökelti fazına ait kristal yapılar gösterilmektedir. Yapısal sebeplerden dolayı yeteri kadar hızlı soğutmalarda β fazının kararlı olmadığı düşük sıcaklık bölgelerinde de β fazı kalıntıları olabilir. γ fazı çökeltileri ise yavaş soğutma ile gözlenir. β fazı, γ fazı görülmeden 1400 ˚C gibi yüksek sıcaklıktan buzlu suya atılarak görülebilir. Oikawa ve arkadaşlarının (2006) belirttiği gibi fcc γ fazı Co içeriği fazla olan bir fazdır. Bu durum ise matrix kompozisyonunda Co içeriğini azaltacak yönde olur ve elektron konsantrasyonunu da düşürür. Liu ve arkadaşları da (2004) L10 martensit fazına ait örgü parametrelerini A° ve 3,79 3,15 A° olarak bulmuştur. Diğer taraftan yapı bozulması B2 düzenli ana fazın cisim merkezli tetragonal bir yapıya dönüşmüş hali olarak kabul edilebilir. Bunlar sadece kristalografik eksenlerin seçimiyle değişir. Tetragonal yapı ve L10 yapısı arasındaki örgü sabitinin ilişkisi şu şekildedir (Liu ve ark., 2004); = 3,79 A° (4.1) = 3,15 A° (4.2) Bu durumda abct = bbct = 2,68 A° ve cbct = 3,15 A° olarak çıkar. L10 fazın da c/a = 0,83 ve olur. Burada elde edilen modüle edilmiş martensit yapısı, geneldeki ifadesi ile zıt bir sonuç çıkartmıştır. Liu ve arkadaşları da (2004) yapmış olduğu çalışmada bulunan L10 fazının c/a oranı Kainuma ve arkadaşlarının bulmuş oldukları 0,8 oranına daha yakındır. a0 örgü sabitine sahip kübik ana fazın (100) yönelimi, cisim merkezli tetragonal birim hücrenin martensitik tetragonal fazının a ve c eksenleriyle yakından ilgilidir. Morito ve arkadaşlarının (2010) X ışınları piklerinden elde ettikleri ana faz için örgü sabiti a0 = 2,87 A° ve martensit fazın örgü sabitleri a0 = 2,71 A°, c=3,15 A° ve c/a = 1,16 olarak ölçülmüştür. Co41Ni32Al27 için c/a oranı 1.16, Co47,5Ni22,5Ga30 sistemleri için bu oran 1,18 olarak belirlenmiştir. 16 ġekil 4.2. Co Bazlı alaşımların kristal örgüleri (Liu J. ve ark, 2006) 4.2. Co Bazlı AlaĢımlarda Faz Diyagramları CoNiAl alaşımları, geniş bir sıcaklık ve kompozisyon aralığında β fazı ile kararlı olan A1 tip γ fazına sahiptir. γ fazının hacmi, biçimi ve dağılımı martensitik dönüşüme büyük bir etki yapar. CoNiAl sistemleri, kompozisyona bağlı olarak 93 ve 393 °K sıcaklıkları arasında β austenit fazından (B2 kübik), L10 (tetragonal) martensit yapıya dönüşürler. Alaşımın Tc (kritik) sıcaklığı Co miktarının arttırılmasıyla yükseltilebilir. Tc sıcaklığı martensit fazı dönüşüm sıcaklığından yüksek olduğu zaman, martensit faz dönüşümü manyetik alan uygulanması ve kendisine eşlik eden ferromanyetiklikle meydana gelir (Liu ve ark, 2006). Polikristal malzemedeki tek β fazı son derece sert ve gevrektir ama yüzey merkezli kübik yapıya sahip olan (fcc) γ fazı sünektir. Yüksek sıcaklıklardan soğuma ile CoNiAl 17 alaşımları termoelastik martensit dönüşümüyle paramagnetik yapıdan ferromagnetik yapıya geçerler (Jian Liu ve ark, 2005). Şekil 4.3 de CoNiGa alaşımının faz diyagramı verilmiştir. Yüksek sıcaklık bölgelerinde, atomik olarak Ga kompozisyonu civarında bcc yapılı β faz bir denge durumunda; ötektik ayrışma ile 393 K‟de γ ve α faza (fcc) ayrışmış olur. Eğer numune β faz bölgesinden hızlı olarak soğutulursa ötektik ayrışım önlenir ve Ms‟nin altındaki sıcaklıklarda martensitik dönüşüm ortaya çıkar (Liu ve ark, 2005). Şekil 4.4 de verilen CoNiAl sisteminde, Al oranı yüksek olunca β faz bölgesinden uzaklaşılır, termoelastik martensitik dönüşüm ortaya çıkmaz ve γ fazının çökelmesi hızlı soğutmayla da önlenemeyebilir (Liu ve ark, 2006). ġekil 4.3. CoNiGa alaşımının faz diyagramı (Liu ve ark, 2005). 18 ġekil 4.4. CoNiAl alaşımlarının faz diyagramı (Liu ve ark, 2006). 19 5. Co BAZLI ALAġIMLARINDA TERMAL YAġLANDIRMA ETKĠLERĠ Şekil hatırlama olayı geniş çapta soy metal bakır bazlı alaşımları içine alan bir seri alaşım sistemlerinde görülen bir olaydır. Yapılan çalışmalarda, yaşlandırma olayının ana fazda veya martensit fazda olmasının, alaşımların şeklini geri kazanmanın derecesini etkilemede önemli bir rol oynadığı görülmüştür (Lam 1997). 5.1 Ana Fazda Termal YaĢlandırma Olayı Co bazlı alaşımlarda ana fazdaki yaşlandırma işlemi, soğutmadan sonra düzen derecesinin değişmesi ve çökelti fazlarının meydana gelmesi gibi, homojenliği bozan etkiler ortaya çıkarabilir (Maziarz, 2008). Co bazlı alaşımlarda, soğutma esnasında reaksiyon düzeni iki aşamada ortaya çıkar (Chumlyakov, 2008). Birinci aşamada düzensiz örgü belli bir sıcaklık bölgesinde B2 tipi süper örgüye, ikinci aşamada ise daha düşük bir sıcaklık bölgesinde B2 süper örgüsü L10 tipi süper örgüye dönüşür. Bu alaşımlarda özellikle L10 düzeni ve Ms sıcaklıkları alaşımın kompozisyonuna sıkı sıkıya bağlıdır. Sıcaklık düşüşü ile alaşım kompozisyonuna bağlı olarak β austenit fazından (B2 kübik) L10 (tetragonal) martensit düzenli yapıya dönüşürler (Liu ve ark., 2005). 5.2 Martensit Fazda Termal YaĢlandırma Olayı Şekil hatırlamalı alaşımlardaki martensitik dönüşüm sıcaklığı, bu sıcaklığın üzerindeki ve altındaki sıcaklıklarda yaşlanmayla farklı şekilde etkilenebilir. Bu şartlar altında doğal olarak ters dönüşüm de etkilenebilir. Co bazlı şekil hatırlamalı alaşımlar düşük sıcaklık yaşlandırma etkilerine karşı hassas olup yaşlandırma bu alaşımların dönüşüm davranışlarını değiştirebilir (Chumlyakov, 2004). Ms değerindeki değişimler, ya Ms üzerindeki yaşlandırma işlemlerinden ya da alaşımın Ms üzerinde farklı soğutma işlemlerine tabi tutulmasından doğar (Xu Guo ve ark., 2006). Şekil 5.1‟e göre dönüşüm sıcaklıkları yaşlandırmanın ilk saatlerinde ani değişimler göstermiştir. Daha sonraki yaşlandırma zamanlarında sıcaklıklar aynı kalmış, neredeyse hiç değişmemiştir. Yaşlandırmanın ilk saatlerindeki düşüşler (Şekil 5.1) de ilk kararlılığın bozulduğunu göstermektedir. Co bazlı alaşımlarda Ni ve Al oranı azaldıkça Curie sıcaklığı (Tc) değerinde artış görülür. 20 ġekil 5.1. Co bazlı alaşımlarda yaşlandırma sıcaklıklarına karşı To ve Tc sıcaklıklarının durumu (Tanaka ve ark., 2006). Hamilton ve arkadaşları (2005) yapmış oldukları çalışmalarda (Şekil 5.2.), 1275 C ‟de yapılan tavlama sonucunda termal histerisinin 25 C olduğu ve martensitik dönüşüm sıcaklıklarının artan tavlama süresi ile arttığını görmüşlerdir. Bu alaşımlarda yüksek sıcaklıkta kararlı olan austenit fazı ve düşük sıcaklıkta kararlı olan farklı bir kristal yapısına sahip martensit fazı bulunmaktadır ( Liu ve ark. 2004). As - Ms arasındaki fark ne kadar az ise alaşımın termoelastiklik özelliği o kadar kalitelidir (Akis ve ark., 2011). 21 ġekil 5.2. Co bazlı alaşımlarda tavlama sıcaklığı ve ısı akışı arasındaki ilişki (Hamilton ve ark., 2005). Tc ve Ms sıcaklıkları homojenizasyon sıcaklığının değişimi ve kimyasal kompozisyonun değişimine bağlıdır. Hem austenit ve martensit fazların dengede bulunduğu sıcaklık To, hem de Curie sıcaklığı (Tc) soğutma sıcaklığı ile lineer bir ilişki içindedir. Her 10 C artan soğutma sıcaklığı ile To, değeri ortalama 9 C, Tc, değeri ise ortalama 7,5 C artar (Şekil 5.3). Malzemenin tane büyüklüğü ve tane sınırlarının da geniş olması Ms sıcaklığını düşürmek için kullanılabilecek önemli bir faktördür. Ana fazın güçlendirilmesi mekanizmanın martensitik dönüşüm sürücü kuvvetini arttıran ve Ms sıcaklığını da azaltan bir sonuç getirir (X.U. ve ark., 2006). Martensit fazının örgüsünün e/a oranı ile Ms sıcaklığı arasında orantılı bir ilişki olduğu saptanmıştır. Bu ilişki şu şekilde ifade edilebilir; Martensit fazının e/a oranının küçük olması, örgü deformasyonunun da az olduğunu gösterir. Bu durum ise dönüşüm esnasında enerji değişikliğinin de küçük olmasına yol açar; bu küçük enerji değişikliği de martensitik dönüşüm sıcaklığını azaltacak şekilde malzemeyi etkiler, dislokasyonlar ve kalıcı martensit zor alanları Ms sıcaklığını malzeme üzerinde yapılacak her bir işlem döngüsü için arttıracaktır (Akis ve ark., 2011). 22 ġekil 5. 3.Co bazlı alaşımlarda tavlama sıcaklığı ile Tm ve Tc arasındaki ilişki (X.U. ve ark., 2006). X.u ve arkadaşları (Çizelge 5. 1) de martensitik dönüşüm sıcaklığı olarak Tm kavramını ve Tm için ise Tm= (As+ Ms)/2 (5.2.1) ifadesini kullanmışlardır (Xu. ve ark, 2006). β fazlı Co-Ni-Al alaşımları B2→L10 faz dönüşümü gösterir. Malzemeye Al yanında Sb eklenmesi ile soğutma işlemi yapıldığında martensitik dönüşüm sıcaklıklarında azalma meydana gelir. Martensitik dönüşüm sıcaklık aralığı ∆Tm= [(Ms-Mf) + (As-Af)] / 2 (5.2.2) formülü ile verilir (Xu. ve ark, 2006). Bu sıcaklık aralığı değeri ferromagnetik şekil hatırlama olayının gerçekleşmesinde önemli bir faktördür. 23 Çizelge 5. 1. Co bazlı Alaşımların ∆Tm, Tm , ∆Tc değerleri (Xu Guo ve ark., 2006). Martensitik Dönüşüm Sıcaklığı ( C) Alaşım Co41Ni32Al27 Co41Ni32Al24Sb3 Yaşlandırma Sıcaklığı ( C) 1150 1200 1250 1300 1350 1150 1200 1250 1300 Ms -54 -41 29 -83 -34 20 34 Mf -93 -79 -25 105 -57 -2 7 As -183 -132 -85 -44 -1 -73 -24 24 31 ΔTm=(Ms-Mf+Af-As)/2; Tm=(As+Ms)/2 24 ∆Tm( C) Tm( C) ∆Tc ( C) Af -134 -83 -43 -3 54 -47 -2 47 62 -226,0 -224,0 -232,0 -233,5 -218,5 -249,0 -250,5 -250,5 -244,0 -144,0 -93,0 -48,5 -22,0 41,5 -65,0 -18,0 33,5 48,7 -8 28 59 102 141 11 55 91 119 6. ġEKĠL HATIRLAMALI ALAġIMLARIN ENDÜSTRĠYEL UYGULAMALARI 6.1 Genel Uygulama Alanları Şekil hatırlama etkisinin kullanıldığı uygulama alanlarını şu şekilde sınıflandırabiliriz (Eskil, 2002) ; -Birleştirmeler (Bağlantılar) -Akıllı malzemeler -Yaylar (Actuators) Genelde bilindiği gibi şekil hatırlamalı alaşım elemanı, martensitik durumdayken deforme edildiğinde serbest enerjiye sahip olur ve ısıtıldığı zaman bünyesinde bulundurduğu bu serbest enerjiyi kullanarak daha önceki şekline geri döner. Bu davranıştan yararlanılarak elde edilen en başarılı uygulama ise hidrolik kaplinlerdir. Şekil 6.1‟de görülen bu kaplinler, birleştirilecekleri metal tüpden çok az küçük olacak şekilde tasarlanmış silindirik bileziklerdir. Çapları, malzeme martensitik fazda iken genişletilir, montajı yapılır ve daha sonra ısıtılarak austenit faza getirilir. Böylece çap yeniden daralıp eski boyutuna dönmeye çalışır ve sıkı bir şekilde metal tüpe montelenir (Aygahoğlu, 1996). Metal tüp kaplinin orijinal çapına dönmesini engeller ve yaratılan gerilme sayesinde kaynak işlemi ile elde edilen bir bağlantıya eşdeğer üstün bir birleşme sağlanmış olur. ġekil 6.1. Metal Boru Bağlantıların Kaynaksız Birleştirilmeleri (Toptaş, 2006) 25 Aynı prensibe dayanarak, CuZnAl şekil hatırlamalı alaşımların bu alanda birçok uygulamaları mevcuttur. Yine bunlardan biri, yangın durumunda yanıcı ve zehirli gazların çıkışını kapatacak şekilde tasarlanmış CuZnAl engelleyicilerden oluşan yangın güvenlik valfleridir (Toptaş, 2006). ġekil 6.2. Şekil Hatırlamalı Alaşım Yay ve Öngerilmiş Yay Kullanılarak Geliştirilmiş Karıştırma Valfi. (a) İçyapı görülmektedir. Makaranın pozisyonu ve çıkış suyunun sıcaklığı sıcaklık kontrolörü döndürülerek ayarlanır. Kontrolörün dönüşü şekil hatırlamalı alaşımın boyutunu değiştirmektedir. (b) Geliştirilmiş karıştırma valfinin dış görünümü (Toptaş, 2006). (c) Otomobiller için termostat radyatörü (Aygahoğlu, 1996). Dönüşümün belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelmesinden yararlanarak seçilen belirli bir geri kazanım miktarıyla kesin bir mekanizma hareketi sağlamak için şekilsel 26 geri kazanımın bir kısmı kullanılabilir. Bunu sağlayan düzenek, bir valfi istenilen miktarda kapatmayı veya açmayı sağlayan bir tertibattır. Şekil hatırlamalı alaşımdan yapılmış yay sıcaklığa duyarlı olduğundan boyutlarını değiştirerek çıkış akışkanının sıcaklığını ayarlar. Alaşımın duyarlı olması istenilen sıcaklık değeri manuel ayarlanır. Şekil 6.2‟de karıştırma valfi ve parçaları görülmektedir. Şekil 6.3 (a)‟da gösterildiği gibi şekil hatırlamalı alaşımlar ile yapılan endüstriyel uygulamalardan bir diğeri ise Shinkansen hızlı trenlerinde uygulanmıştır. Şekil 6.3 (b) ve Şekil 6.3 (c)‟de gösterildiği gibi şekil hatırlama özelliği gösteren yay trende otomatik yağ seviye ayarlayıcısı olarak kullanılmıştır. ġekil 6.3. Shinkansen hızlı trenlerinde otomatik yağlama ünitesinde şekil hatırlamalı alaşımların uygulanması. (a) Otomatik yağlama ünitesinin uygulandığı Shinkansen Nozomi-700 hızlı trenin fotoğrafı ve kullanılan şekil hatırlamalı alaşımların valfi (b), (c) şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılan valfin içyapısının düşük ve yüksek sıcaklıklardaki durumu (Toptaş, 2006). Burada tren yüksek hızlara çıktığında şekil hatırlamalı yay ortamdaki sıcaklığın artması ile birlikte öngerilmeli yayı yenerek valfin açılmasını sağlamaktadır. Buradaki amaç, iki 27 odaya ayrılan dişli kutusunun arasındaki bağlantıyı sağlayan deliğin açma-kapama işlemini etkin bir şekilde gerçekleştirmesidir. Düşük sıcaklıklarda iki oda arasındaki yağ akışı açıkken, sıcaklığın artması durumunda ise yağın iki oda arasındaki bağlantısı sınırlandırma yoluna giderek akışkan basıncı ayarı yapılmaktadır (Toptaş, 2006). Bazı uygulamalarda şekil hatırlamalı eleman, düşünülen hareket sınırları çerçevesinde güç üretmek amacıyla tasarlanır. Örnek bir uygulama Beta Phase Inc. tarafından geliştirilen devre kartlı konnektörlerdir. Elektrikle çalışan rabıtalı sistemde şekil hatırlamalı engelleyici, rabıta ısındığında bir yayı açmak için kuvvet yaratmak amaçlı kullanılır. Bu kuvvet ile rabıtadaki devre kartının geri çekilmesi sağlanır. Soğutma durumunda NiTi engelleyici zayıf kalır ve yay engelleyiciyi deforme ederken devre kartı rabıtaya sıkıca kapanır. Böylece bağlantı gerçekleşir (Akdoğan, 2003). Şekil hatırlamalı alaşımların bu fonksiyonel özelliklerinin avantajından ötürü biyomedikal uygulamalarda kullanılan damarlar içindeki kan pıhtılarını yakalayan bir filtre geliştirilmiştir. NiTi alaşımlı telden yapılmış çapa şeklindeki filtre damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Şekil 6.4‟de gösterildiği gibi damar içine yerleştirildikten sonra tel, vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal şekline döner ve toplardamarın içinden geçmekte olan pıhtıları tutar (Toptaş, 2006). ġekil 6.4. Damarlardaki kan pıhtısının tutulması için şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılmış filtre (Toptaş, 2006). 28 Yine Şekil 6.5‟de gösterildiği gibi NiTi alaşımından yapılan ve yukarıda bahsedilen konuya benzer olarak üretilen stent, damar tıkanıklarında kullanılmaktadır. NiTi telden yapılmış stent damar içine sokulmadan önce düz bir hale getirilir. Damar içine yerleştirildikten sonra tel, vücut ısısı ile harekete geçerek damarın tıkanan yerinde orijinal şekline döner bu şekilde damardaki tıkanıklığın açılması sağlanmaktadır (Toptaş, 2006). ġekil 6.5. Damarlardaki tıkanma sorunlarının çözümü için şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılmış stent (Toptaş, 2006). Çok büyük deformasyonları dahi absorbe ederek zarar görmeyen süperelastik NiTi alaşımdan gözlük çerçeveleri üretilmektedir. Canlının vücudundaki damarlara 29 yerleştirilen, Şekil 6.6 (b)‟de görüleceği üzere NiTi kılavuz tellerden ibaret kontrol edilebilir kateterler yapılmıştır. Ayrıca Şekil 6.7‟de gösterildiği gibi dişlere geniş bir hareket imkanı sağlayan ve yıllardır kullanılan ortodontik düzeltme işlevli kavisli teller şeklinde NiTi ürünler vardır (Akdoğan, 2003). ġekil 6.6. Medikal uygulamalarda kullanılan kateterler için süperelastik kılavuz tel (a) Beyine ait bir uygulama, (b) Kılavuz telin görünümü (Eskil, 2002). ġekil 6.7. Ortodontik düzeltme işlevli kavisli tellerin dişlerde kullanılarak üç haftada alınan sonuçlar (Toptaş, 2006). NiTi alaşımlar, sahip oldukları üstün özellikler sayesinde özellikle biyomedikal uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Bu alaşımlar korozyona karşı son derece dayanıklı olup mükemmel bir biyolojik uyumluluk gösterir. Günümüzde uygulama alanlarına baktığımızda biyomedikal malzemelerden, uçak uzay sanayi gibi 30 ileri teknoloji gerektiren parçalar, kalorifer tesisatlarında kullanılan termostatik vanalar, klimalar, otomotiv sanayinde ve gözlük çerçevesi gibi gündelik hayatta sıkça kullandığımız ve çoğumuzun farkında olmadığı mekanik sistemler örnek olarak gösterilebilir (Otsuka, 1999). 6.2 ġekil Hatırlamalı Aktüatörler Şekil Hatırlamalı Alaşımlar, doğru bir biçimde dizayn edilirse ve eğitilirse, bu değişim tamamen tersinir kılınabilmekte ve bu alaşımlar aktüatör olarak kullanılabilmektedir. Uygulamalarda şekil hatırlama etkisi gösteren çok sayıda alaşımların olmasına karşılık en çok ilgi görenler NiTi alaşımları ile bakır esaslı alaşımlardır. Bu malzemeler bu üstün özelliklerinin keşfedilmesiyle birlikte endüstri içerisinde çok değişik uygulamalarda yerini almıştır. Bu uygulamalar içerisinde önemli bir pay ise mekanik sistemlerde kullanılan tetikleyecilerdir. Sistemin mekanik durumu verilen anda sahip olduğu enerji seviyesi açısından tanımlanabilir. Sistemin mekanik durumundaki değişimi çevresi ile enerjisinin etkin olarak etkileşimi sonucu olmaktadır. Sahip olduğu enerji değişimine örnek olarak, pasif mekanizmaların herhangi birinin diğer sistemle aktif etkileşim sonucunda değişen enerji mekanizması şeklinde verilebilir. Aktüatör, bu durumda birleştirildiği sistemin mekanik durumunu değiştiren bir konumda rol almaktadır. Aktüatörler mekanik sistemler içerisinde girdilerin işlenmesiyle durumların değişimini sağlamaktadır. Aktüatör girişçıkış değerleri arasında enerjinin akışını kuran sistem olarak görülebilir (Toptaş, 2006). 6.3. ġekil Hatırlamalı AlaĢımlardan Ġmal EdilmiĢ Aktüatör Örnekleri Şekil hatırlamalı alaşımlar temel manada tasarımı yapılacaksa şu temeller baz alınabilir (Toptaş, 2006): tek yönlü aktüatör tasarımı Şekil 6.8‟de gösterildiği gibi olmaktadır. Burada şekil hatırlamalı alaşımlardan imal edilmiş yayın görevi bir F kuvveti ile veya yerçekiminin etkisi ile çekilen yayın veya telin uygun ısı prosedürü kullanıldığında ters yönde kuvvet üreterek cisimlerin ters yönde hareketlerini sağlamaktır. 31 ġekil 6. 8. Tek yönlü aktüatör uygulaması (Toptaş, 2006). Kullanılabilecek diğer bir tasarımda Şekil 6. 9 (a) da gösterildiği gibi şekil hatırlamalı alaşımların karşısına standartlara uygun bir yay konulmasıdır. Burada şekil hatırlamalı alaşımların ısınması anında göstereceği tepki kuvvetinin büyümesinden yola çıkılmıştır. Şekil hatırlamalı alaşımlar normal durumda standart yayın tepki kuvvetine yenik düşebilmektedir. Fakat bu alaşımlar uygun ısı prosedürü uygulandığında içerisinde meydana gelen faz dönüşümlerinin etkisi ile oluşturduğu tepki kuvveti, ilk konumdakine göre fazla olacağından karşısındaki yayın tepki kuvvetini yenerek hareketin sağlanması amaçlanmıştır. Ama şekil hatırlamalı alaşımlara uygulanan ısı kesilir ise şekil hatırlamalı alaşımlar kolay deformasyon gösterebilecek konuma gelerek karşı yayın tepki kuvvetine yenilerek başlangıç konumuna geçmiş olacaktır (Toptaş, 2006). Şekil 6. 9 (b) de bu sistemden üretilmiş ağırlık motoru tasarımı görülmektedir. ġekil 6.9. (a) Tek yönlü şekil hatırlamalı alaşımların ön gerilmeli yay ile tasarımı (Toptaş, 2006). (b) Ağırlık Motoru ( Işıkçı, 1993). 32 Diğer bir tasarım olarak iki yönlü aktüatör tasarımı Şekil 6.10 da verilmektedir. Buradan şekil hatırlamalı alaşımların kontrolü iki yönlü olarak gerçekleştirilebilmektedir. Yani P cisminin hareketi hangi yönde isteniliyor ise o yöndeki yaya verilen uygun ısı değeri yeterli olacaktır. ġekil 6.10. İki yönlü aktüatör (Toptaş, 2006). Şekil hatırlamalı aktüatörlerin tasarımı yapılırken orijinal şekil ile deformasyona uğramış şekil arasında oluşacak doğrusal ve dönme hareketleri düşünülerek şekillendirme gerçekleştirilmelidir. Çünkü tasarlanmış malzeme deformasyon esnasından sonra ısıtıldığı esnada orijinal şekline dönmek isteyecektir. Bu durumda iken alaşım orijinal şekline dönerken birbiri içerisine girerek birbirlerine engelleme söz konusu olabilmektedir. Şekil hatırlamalı alaşımlardan yapılan malzemeler konusundaki son gelişmeler, araştırmacılara, çevresel değişimlere istenilen şekilde yanıt vermek için kendi kendini düzenleyen akıllı tekstillerin üretilmesi konusunda esin kaynağı olmaktadır. Şekil hatırlamalı alaşımlar değişik formlarda tekstil malzemeleri ile birlikte kullanılmaktadır (Bedeloğlu, 2011). 33 7. DENEYSEL ĠġLEMLER Şekil hatırlama özellikleri incelenen bir adet CoNiAlSi alaşımı, TÜBİTAK MAM‟da hazırlandı. Ergitme işleminde Balzers VSG02 model vakum indüksiyon ocağı ve Zirkonya esaslı ZR93TC pota kullanıldı. Numunelerin dökümü esnasında, ergitme işleminde Co ve Ni elementleri pota içerisine, Al ve Si elementleri ise ocak içerisindeki alaşım katkı bölmesine yerleştirildi. Vakumlama yapıldıktan sonra 200 Torr argon atmosferinde ergitme yapıldı. Pota içerisindeki karışım ergidikten sonra Al ve Si ilave edildi. Döküm sıcaklığına gelindiğinde vakum kaldırılıp kapak açıldı ve önceden ısıtılmış seramik kalıba döküm yapıldı. Sıcaklık bu aşamada 1500 C ile 1600 C arasında kontrol edildi. Alaşımların, bir Spectrolab marka M5 model cihaz kullanılarak yapılan analizleri Çizelge 7. 1 de verilmiştir. Bu çalışmada kullanılan alaşım numunelerine Çizelge 7. 2 de belirtilen ısıl işlemler uygulandı. Elektron/Atom (e/a) oranı alaşımda atom başına ortalama serbest (valans) elektron sayısıdır. e/a oranı aşağıdaki formül ile hesaplanır (Gökdemir, 2006); e / a = Σi (valans)i x(atomik oran)i (7.1.1) burada; i; alaşımlardaki elementlerin toplamını gösterir. Örneğin; atomik %38 Co- % 36 Ni-% 23Al- % 3 Si oranına sahip alaşım için elektron konsantrasyonu (Co→9, Ni→10, Al→3, Si→4 değerlikli olduğundan); bu verilere göre CoNiAlSi kompozisyonu için e/a = 7.83 olur. Co bazlı alaşımlarda e/a oranı önemli bir veridir. Bu oranın artırılması ile Co bazlı şekil hatırlamalı alaşımlarda As ve Ms sıcaklıkları da düzenli bir şekilde artış gözlenir (Zhang ve ark. 2008). Çizelge 7.1. Bu çalışmada kullanılan alaşımların atomik ve ağırlık yüzdeleri Co Ni Al Si Atomik (%) 38 36 23 3 Ağırlık (%) 44,32 41,36 12,09 2,61 34 e/a oranı 7,83 Çizelge 7. 2. Tüm numunelere uygulanan ısıl işlemler A B C D E F G H I K L M N Döküm Numunesi 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 1100 C° Homojenizasyon 300 300 300 300 300 100 200 300 400 500 600 C de 1 Saat C de 2 Saat C de 3 Saat C de 4 Saat C de 5 Saat C de 1 Saat C de 1 Saat C de 1 Saat C de 1 Saat C de 1 Saat C de 1 Saat yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma yaşlandırma Çizelge 7. 3: Bu çalışmada kullanılan numunelerin adları. Deney Türü Yaşlandırma Yaşlandırma Süresi( saat) Sıcaklığı( C) A - - B - - C 1 300 C D 2 300 C E 3 300 C F 4 300 C G 5 300 C H 1 100 C I 1 200 C K 1 300 C L 1 400 C M 1 500 C N 1 600 C Numune Adı 35 Bu çalışma boyunca incelenen CoNiAlSi alaşım numunelerinin çeşitleri ve uygulanan ısıl işlemleri Çizelge 7. 3 de verilmiştir. İlerideki yazımlarda numune adları bu tabloya göre ifade edilmiştir. 7.1 X- IĢını Difraksiyon Ölçümleri Alaşım numunelerinden parçalar kesildi. Numuneler Çizelge 7.2 ile gösterilen ısıl işlemlere tabi tutuldu. X-ışını difraktogramları için, bilgisayar kontrollü bir RIGAKU RADB DMAX-III X-ışını difraktometresi kullanıldı. Difraktometrede süzülmüş 1,54056 Å dalgaboylu Cu-K ışını kullanıldı. Alınan tüm difraktogramlar esnasında difraktometrenin 2 açısı tarama hızı 6 /dakika olarak seçildi. Çizelge 7. 3 de verilen numunelerden elde edilen X-ışını difraksiyon pikleri indislendi, tüm numunelerin örgü parametreleri ve kristal yapıları belirlendi. 7.2 Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) Ölçümleri Çizelge 7. 4 de verilen kütle değerlerine sahip numuneler Çizelge 7. 2 ile gösterilen ısıl işlemlere tabi tutulduktan sonra dönüşüm sıcaklıklarının tayin edilmesinde Perkin Elmer Pyris 6 DSC termal analizörü kullanıldı. Çizelge 7. 4. DSC analizinde kullanılan numunelerin kütle değerleri A 47,9 B 42,5 C 45,2 D 48,4 E 35,7 F 47,5 G 47,2 H 44,3 I 41,6 K 45,2 L 34,3 M 36,8 N 40,5 7.3 Korozyon Ölçümleri Malzemelerin korozyon ölçümleri Lineer Sweep Voltametre (LSW) yöntemiyle CH Instruments (USA) CH 1100 model elektro depolama sistemi kullanılarak alınmıştır. Bu ölçümler alınırken elektrotlardan biri Ag/AgCl referans elektrodu, diğeri platin elektrod ve numunenin bulunduğu üçlü elektrod sistemi kullanılmıştır. Deneyde %3 36 „lük NaCl çözeltisi kullanılmıştır. Numuneler çözelti içerisinde 1 dak ve 20 dak bekletilerek LSW ölçümleri alınmıştır. 7.4 Metalografik Gözlemler Alaşımlardan küçük parçalar kesilerek Çizelge 7. 2 de belirtilen ısıl işlemlere tabi tutuldular. Isıl işlemli bu parça numuneler soğuk kalıplama yöntemiyle polyestere gömüldü. Sırasıyla 250, 800, 1000, 1200 lük zımparalarla su altında parlatıldılar ve daha sonra 1 mikronluk elmas pasta kullanılarak parlatıldılar. % 75 Etanol- % 25 HCl dağlama reaktifi kullanılarak kimyasal dağlama yapıldı. Numuneler dağlandıktan sonra metalografik gözlemleri Nikon MA 100 marka Optik Mikroskobu ile yapıldı. 7.5 Sertlik Ölçümleri Metalografik incelemeler için hazırlanmış numunelerin Vickers sertlik ölçümleri yapıldı. Vickers sertlik ölçümleri için bir “ KB-Prüftechnik Üniversal” sertlik cihazı kullanıldı. Tüm sertlik ölçümleri 10kg lık sabit bir yük kullanılarak yapıldı ve her numuneden bir ölçme anında beş ölçüm alındı. 37 8. DENEY SONUÇLARI VE SONUÇLARIN DEĞERLENDĠRMESĠ 8. 1. X-ıĢını Difraksiyonu Sonuçları Faz diyagramları alaşım sistemlerinin araştırılmasında önemli bir adımdır. Faz kararlılığı ve faz dönüşümleri, alaşımların ve mümkün teknolojik uygulamaların temel özelliklerinin anlaşılmasında önemli referans noktalarıdır (Ferro ve ark., 2004). Faz diyagramlarına göre Co iki kristal yapıda ortaya çıkabilir. Bunlar bct ve fcc‟dir. Fakat her iki fazın kararlılığıda örgünün yapı bozulmasının (distorsiyon) derecesi ve kristal büyüklüğü kadar tavlama sıcaklığına da bağlıdır. 450 ˚C nin altında sadece bct yapının kararlı olmasına rağmen nadiren de olsa malzeme her iki kristal yapıda görülebilir (Tanaka ve ark., 2005). CoNiAl alaşımlarında sırasıyla ötektik reaksiyon katılaşma esnasında L + γ → β şeklinde gerçekleşir. Tavlanmış numunelerde γ direkt olarak β fazı matriksinden oluşmuştur. Çünkü γ çökeltisi β →L10 martensitik dönüşümü ile meydana gelir. CoNiAl alaşımları birçok alaşım türünden farklı olarak yüksek sıcaklıklarda birden fazla faz bulundurabilir ve bu bölgede genellikle β(B2)+γ(A1) çift faz yapısına sahiptirler. γ (fcc) fazı kırılgan olan β fazının aksine malzemenin sünekliğini arttırır. γ fazı martensitik dönüşüme yol açmaz ve ilerleyen martensit plakalarının ilişkilerini olumsuz etkiler (Şehitoğlu ve ark., 2004). (8. 1. 1) eşitliği yardımı ile bcc β (B2) austenit yapının örgü parametreleri bulunur. (8. 1. 2) eşitliği yardımı ile bct (L10) martensit yapının örgü parametreleri bulunur. Yüksek sıcaklıkta görülen β fazı ((Ni, Co) Al) B2 tipi bir düzene sahiptir. Yüksek sıcaklıkta görülen diğer bir faz ise düzenli fcc γ fazıdır (Murakami, 2002). β fazı, 38 yüksek sıcaklık bölgesinden soğutma sonrasında L10 (bct) martensit yapısına dönüşür. Bu martensitik dönüşüm CoNiAl alaşımlarının şekil hatırlama özelliğinden ve suni elastikliğinden sorumludur. Bu malzemeler, polikristal durumda yüksek derecede sertlik ve kırılganlığa sahiptir. Bundan dolayı malzemede γ fazının varlığı zayıf olan sünekliği önemli ölçüde arttırır. Bu yüzden Sünekliği, martensit fazı varken artırabilmek için malzeme içinde γ fazının da bir miktar bulunması gerekir (Morito ve ark., 2010). CoNiAl alaşımına ait X-ışınları difraktogramında β fazının karakteristik pikleri Şekil 8.1.1‟ de açıkça görülmektedir. Bu alaşımlar kuvvetli bir şekilde düzenli intermetalik alaşımlar içerirken, yüksek güç, yüksek süneklik ve iyi bir oksidasyon özelliği göstermektedir (Tanaka ve ark., 2006). ġekil 8.1.1 CoNiAl alaşımının farklı sıcaklıklarda X-ışınları pikleri (Tanaka ve ark., 2006) Dadda ve arkadaşlarının (2006) yaptığı çalışmada CoNiAl alaşımı için martensitik piklerinin yanında bazı farklı pikler de görülmüştür. Bu pikler 2θ = 44,04º, 47,50º de 39 ortaya çıkmıştır. Bu düşük dereceli difraksiyon piklerinin varlığı düzenli yapı fazına işarettir (Dadda, 2006) . Bu yapı düzenli fcc L12 fazı ya da γ fazı olarak adlandırılır. Morfolojik olarak γ fazı genellikle çökelti fazı olarak görülür ve birbirinden çok farklı çokgensel şekiller halinde ortaya çıkar. CoNiAl alaşımına ait faz diyagramlarına bakıldığında γ fazının düşük sıcaklık işlemlerinde çökelti fazı olarak çıktığı görülür. Diğer yandan uzun süreli yaşlandırmanın ise β fazını arttırdığı görülmektedir. X-ışını piklerinde düşük sıcaklıklarda yapılan tavlamalarda sadece β fazı, sıcaklığın artmasıyla da diğer fazların (β, γ ve γ ) ortaya çıktığı açıkça görülmektedir. Tavlama sıcaklığı azaldıkça β fazı arttığı, tavlama sıcaklığının artması ile γ fazının miktarının önemsenecek derecede fazlalaştığı görülmüştür. 8. 1. 1 CoNiAlSi AlaĢımından elde edilen X-ıĢını sonuçları A numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.2 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından A numunesi içerisinde üç farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 martensit fazı, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.2 deki X-ışını difraktogramının parametreleri; = 3,8314 Å, , pikinden martensit fazına ait örgü = 3,1742 Å ve / = 0,8315 olarak, (220)γ yüksek sıcaklık fazının örgü parametresi; aγ = 3,5587Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8135Å olarak bulundu. B numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.3 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından B numunesi içerisinde üç farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 martensit fazı, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.3 deki X-ışını difraktogramının parametreleri; =3,8314 Å, pikinden martensit fazına ait örgü = 3,1516 Å ve / = 0,8225 olarak, (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5587Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8134Å olarak bulundu. 40 ġekil 8.1.2. A numunesinden alınan X-ışını difraktogramı. ġekil 8.1.3. B numunesinden alınan X-ışını difraktogramı. 41 C numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.4 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından C numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.4 deki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri =3,8462 Å ve = 3,1386 Å / = 0,8160 olarak, (200)γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ =3, 5694 Å ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5632 Å ve (210)B2 pikleri kullanılarak austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8169 Å olarak bulundu. ġekil 8.1.4. C numunesinden alınan X-ışını difraktogramı D numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.5 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından D numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.5 deki X-ışını difraktogramının 42 pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / =3,8462 Å, = 3,1350 Å ve = 0,8150 olarak, (200) γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5694 Å ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5474 Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8301 Å olarak bulundu. D numunesine ait diftaktogramda (220)γ ve (210)B2 fazı piklerinin diğer numunere ait (220)γ ve (210)B2 fazı piklerinden daha büyük olduğu görülmüştür. E numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.6 da gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından E numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.6 daki X-ışını difraktogramının martensit fazına ait örgü parametreleri =3,8462 Å, = 3,1511 Å ve pikinden / 0,8192 olarak ve (200)γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 577 Å ve (220) = γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5674 Å ve (210) B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8203 Å olarak bulundu. 43 ġekil 8.1.5. D numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ġekil 8.1.6. E numunesinden alınan X-ışını difraktogramı F numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.7 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından F numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 martensit fazı, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Şekil 8.1.7 deki X-ışını difraktogramının = 3,8648 Å ve pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri = 3,1373 Å ve / = 0,8117 olarak (220) γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5666 Å ve (210) B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8196 Å olarak bulundu. G numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.8 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından G numunesi içerisinde dört farklı fazın 44 mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.8 deki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / =3,8362 Å ve = 3,1557 Å ve = 0,8226 olarak (200) γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5778 Å olarak ve (220) γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5657 Å ve (210) B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8190 Å olarak bulundu. ġekil 8.1.7. F numunesinden alınan X-ışını difraktogramı H numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.9 da gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından H numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip 45 B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.9 daki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / = 3,8558 Å ve = 3,1261 Å ve = 0,8107 olarak, (200)γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5642 Å olarak ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5561Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8114Å olarak bulundu. ġekil 8.1.8. G numunesinden alınan X-ışını difraktogramı I numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.10 da gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından I numunesi içerisinde üç farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.10 daki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / = 3,8558 Å ve = 3,1129 Å ve = 0,8073 olarak (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5604 Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8147 Å olarak bulundu. 46 ġekil 8.1.9. H numunesinden alınan X-ışını difraktogramı ġekil 8.1.10. I numunesinden alınan X-ışını difraktogramı 47 K numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.11 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından K numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.11 deki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri 0,8160 olarak, (200) γ =3,8462 Å ve = 3,1386 Å ve / = martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5694 Å ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5632 Å ve (210)B2 pikleri kullanılarak austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8169 Å olarak bulundu. ġekil 8.1.11. K numunesinden alınan X-ışını difraktogramı L numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.12 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından L numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.12 deki X-ışını difraktogramının 48 pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / = 3,8236 Å ve = 3,1699 Å ve = 0,8290 olarak, (200)γ martensit fazına ait örgü parametresi; a γ = 3, 5628 Å ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5638 Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; ve aB2= 2,8174 Å olarak bulundu. ġekil 8.1.12. L numunesinden alınan X-ışını difraktogramı M numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.13 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından M numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.13 deki X-ışını difraktogramının ( pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / = 3,8612 Å, = 3,1222 Å ve = 0,8086 olarak, (200) γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5678 Å olarak ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5570 Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8174 Å olarak bulundu. 49 ġekil 8.1.13. M numunesinden alınan X-ışını difraktogramı N numunesinden alınan X-ışını difraktogramı indislenmiş haliyle Şekil 8.1.14 de gösterilmiştir. Bu X-ışını difraktogramından N numunesi içerisinde dört farklı fazın mevcut olduğu tespit edildi. Bu fazlar, bct yapıya sahip L10 ve düzenli fcc yapıya sahip γ ( L12) martensit fazları, fcc yapıya sahip yüksek sıcaklık fazı γ ve bcc yapıya sahip B2 austenit fazlarıdır. Bu fazlar Şekil 8.1.14 deki X-ışını difraktogramının pikinden martensit fazına ait örgü parametreleri / = 3,8194 Å ve = 3,1456 Å ve = 0,8235 olarak, (200)γ martensit fazına ait örgü parametresi; aγ = 3, 5746 Å olarak ve (220)γ yüksek sıcaklık fazına ait örgü parametresi; aγ = 3,5966 Å ve (210)B2 austenit fazına ait örgü parametresi ise; aB2= 2,8174 Å olarak bulundu. 50 ġekil 8.1.14. N numunesinden alınan X-ışını difraktogramı Şekil 8.1.15 de görüldüğü gibi yaşlandırma süresine göre değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin F numunesinde yani 300°C de 4 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise A numunesinde yani döküm numunesinde olduğu görülmektedir. Şekilden yaşlandırma süresini arttırma işleminin değerini yükselttiği anlaşılmıştır. Şekil 8.1.16 da yaşlandırma sıcaklığına göre değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin M numunesinde yani 500°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise A numunesinde yani döküm numunesinde olduğu görülmektedir. Martensit fazı L10 a ait diğer örgü parametreleri değişimlerinde ise anlamlı değişim bulunamadığından burada değerlendirilememiştir. 51 ġekil 8.1.15. örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ġekil 8.1.16. örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi 52 Şekil 8.1.17 de yaşlandırma süresine göre aγ değerleri karşılaştırıldığın da en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise A numunesinde yani döküm numunesinde olduğu görülmektedir. D numunesinin X-ışını pikleri incelendiğinde β ve γ fazına ait yansımalar diğer numunelerden daha yüksek çıkmaktadır. Ayrıca optik mikroskop gözlemleri de diğer numunelerden farklı morfolojik görüntüler vermektedir. Tüm bu durumlar D numunesinde yüksek sıcaklık fazlarının etkisinin diğer numunelerden daha fazla etkili olduğunu göstermektedir. Şekil 8.1.18 de yaşlandırma sıcaklığına göre aγ değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede, en düşük değerin ise M numunesinde yani 500°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.1.17. aγ örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi 53 ġekil 8.1.18. aγ örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi Şekil 8.1.19 da yaşlandırma süresine göre aB2 değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede görülmektedir. Diğer numunelerin ise birbirine yakın değerler aldığı ve D numunesine göre oldukça düşük değerlere sahip olduğu görülmektedir. Şekil 8.1.20 de yaşlandırma sıcaklığına göre aB2 değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin M numunesinde yani 500°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise H numunesinde yani 100°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.1.21 de yaşlandırma süresine göre aγ değerleri karşılaştırıldığın da en yüksek değerin G numunesinde yani 300°C de 5 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise D numunesinde 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.1.22 de yaşlandırma sıcaklığına göre aγ değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin N numunesinde yani 600°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede, en düşük değerin ise K numunesinde yani 300°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede olduğu 54 görülmektedir. Her iki şekilde değerlendirildiğinde hem yaşlandırma süresinin yaşlandırma sıcaklığının arttırılmasının γ ( L12) fazına ait örgü parametresini arttıracağı sonucunu ortaya koymaktadır. ġekil 8.1.19. aB2 örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ġekil 8.1.20. aB2 örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi 55 ġekil 8.1.21. aγ örgü parametresinin yaşlandırma süresine göre değişimi ġekil 8.1.22. aγ örgü parametresinin yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi 56 Çizelge 8. 1. 1: Yaşlandırma süresine göre yüksek sıcaklık fazları için hesaplanan aγ ve aB2 örgü sabitleri A γ a γ (Å) 3,5587 B2 aB2 (Å) 2,8135 B 3,6012 2,8134 C (1 saat) 3,5632 2,8169 D (2 saat) 3,6241 2,9591 E (3 saat) 3,5674 2,8203 F (4 saat) 3,581 2,8196 G (5 saat) 3,5657 2,8190 Çizelge 8. 1. 2: Yaşlandırma sıcaklığına göre yüksek sıcaklık fazları için hesaplanan aγ ve aB2 örgü sabitleri A γ a γ (Å) 3,5587 B2 aB2 (Å) 2,8135 B 3,6012 2,8134 H (100 °C) 3,599 2,8114 I (200 °C) 3,564 2,8147 K (300 °C) 3,5632 2,8169 L (400 °C) 3,5638 2,8174 M (500 °C) 3,5570 2,8530 N (600 °C) 3,5966 2,8433 57 Çizelge 8. 1. 3: Yaşlandırma süresine göre martensit fazı için hesaplanan a L10, c L10 örgü sabitleri ve c L10 / a L10 oranları ile γ çökelti fazı için hesaplanan aγ örgü sabiti L10 c L10(Å) a L10 (Å) γ aγ (Å) c L10/ a L10 A 3,8171 3,1742 0,8315 - B 3,8314 3,1516 0,8225 - C (1 saat) 3,8462 3,1386 0,8160 3,5694 D (2 saat) 3,8462 3,1350 0,8150 3,5694 E (3 saat) 3,8462 3,151 0,8192 3,577 F (4 saat) 3,8648 3,1373 0,8117 - G (5 saat) 3,8362 3,1557 0,8226 3,5778 Çizelge 8. 1. 4: Yaşlandırma sıcaklığına göre martensit fazı için hesaplanan a L10, c L10 örgü sabitleri ve c L10 / a L10 oranları ile γ çökelti fazı için hesaplanan aγ örgü sabiti a L10 (Å) L10 c L10(Å) c L10/ a L10 γ aγ (Å) A 3,8171 3,1742 0,8315 - B 3,8314 3,1516 0,8225 - H (100 °C) 3,8558 3,1261 0,8107 3,5642 I (200 °C) 3,8558 3,1129 0,8073 - K (300 °C) 3,8462 3,1386 0,8160 3,5694 L (400 °C) 3,8236 3,1699 0,8290 3,5628 M (500 °C) 3,8612 3,1222 0,8086 3,5678 N (600 °C) 3,8194 3,1456 0,8235 3,5746 58 Çizelge 8. 1. 5: Tüm numunelerde bulunan fazlar. A C D E F G H I K L M (1saat) (2saat) (3saat) (4saat) (5saat) (100°C) (200°C) (300°C) (400°C) (500°C) (600°C) γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 L10 γ γ γ γ γ γ γ γ γ B2 - B - γ N CoNiAlSi numunelerine uygulanan tüm ısıl işlemler sonucu alınan ve yukarıda verilen X ışını difraktogramlarından elde edilen örgü parametreleri Çizelge 8. 1. 1, Çizelge 8. 1. 2, Çizelge 8. 1. 3 ve Çizelge 8. 1. 4 de görülmektedir. Çizelge 8.1.5‟de ise her bir numunede tespit edilen fazlar belirtilmiştir. Tüm bu verilerden aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır: a) Tüm numunelerde L10 fazına rastlanmıştır ve en baskın faz L10 martensit fazıdır. Buda tüm numuneler için B2→L10 martensitik dönüşümünün gerçekleştiğini gösterir. Ayrıca tüm numunelerde γ ve B2 fazınada rastlanmıştır. B2 fazı malzemeye kırılganlık katarken, γ fazı ise malzemeye süneklik kazandırmaktadır (Tanaka ve ark., 2006). b) Yapılan tüm ısıl işlemler kıyaslandığında, F ve L numunelerinde yani 300°C de 4 saat yaşlandırılan ile 400°C de 1 saat yaşlandırılan numunelere ait L10 martensit fazının a örgü sabiti genel olarak en yüksek değerleri almışlardır. Bu yüzdende / oranları en yüksek numuneler F ve L numunelerine aittir. c) C, D, E, G, H, K, L, M, N numunelerinde γ intermetalik fazına rastlanmıştır. γ (L12) martensit fazıdır. Bu faz malzeme içerisinde çökelti şeklinde oluşmaktadır. γ (L12) fazı malzemenin şekil hatırlama etkisi azaltıcı yönde etki eder (Tanaka ve ark., 2006). Yaşlandırma işlemi γ ( L12) fazının oluşumunu genel olarak arttırmaktadır. 59 d) D numunesinde yüksek sıcaklık fazlarının etkisinin diğer numunelere göre daha yüksek olduğu ortaya çıkmıştır. Burada elde edilen X-ışını sonuçlarının, diğer araştırıcıların sonuçları ile uyum içinde olduğu gözlenmiştir. 8. 2 Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) Sonuçları Üzerinde çalışılan Çizelge 7. 1 de verilen numunelere ait Ms, Mmax, Mf, As, Amax ve Af değerlerinin ve dönüşüm entalpilerinin (ΔH) belirlenmesi için diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) tekniği kullanıldı. Çizelge 7. 2‟ de ağırlık oranları verilen Alaşıma ait Çizelge 7. 4 de kütleleri verilen numuneler için ileri ve ters dönüşümün gerçekleşmesinde gerekli olan aktivasyon enerjisini tespit etmek amacıyla 5°C/dak. hız ile alınan ısıtma ve soğutma DSC eğrileri aşağıdaki bölümlerde sırasıyla incelenmiştir. Bu eğrilerden, martensit (L10: bct yapı)→austenit (B2: bcc yapı) ters dönüşümünün endotermik, austenit→martensit ileri dönüşümünün ise ekzotermik bir reaksiyonla ortaya çıktığı görülmektedir. A, M ve N numunelerinden DSC sonuçları alınamamıştır. Austenit–martensit faz dönüşümünde, kristal yapının değişimi ile hacim değişikliği de gözlenir. Bu durumda termodinamik yasalar gereği kapalı bir sistemin, sabit bir P basıncına karşı hacmi V1‟den V2‟ye değiştirilecek olursa; termodinamiğin birinci kanununa göre enerji E1‟den E2‟ye değişmiş olur, bu durumda da ΔE enerji değişimi; ΔE = E2 – E1 = ΔQ – P(V2 –V1) (8.2.1) olur. Böyle bir değişim esnasında sistemin ΔQ ısı enerjisi değişimi, yukarıdaki ifadeden hesaplanırsa; ΔQ = E2 + PV2 – E1 + PV1 (8.2.2) bulunur. Sabit P basıncına karşı iş yaparak hacim değiştiren kapalı sistemin ısı enerjisinde meydana gelen ΔQ farkı, iki ifade farkına eşittir. (E + PV) toplamından ibaret olan bu ifadeye sistemin içerdiği ısı veya “entalpi” adı verilir. Buna göre, sistemin 60 ısı enerjisindeki değişim, ilk ve son termodinamik durumlardaki entalpilerinin farkına eşittir. Genel olarak entalpi H ile gösterildiğine göre; H = E + PV (8.2.3) ΔQ = H2 – H1 (8.2.4) bağıntıları yazılabilir. Austenit ve martensit arasındaki öz ısı farkı ihmal edilirse; austenit-martensit dönüşümünde ölçülen ısı, martensit-austenit dönüşümde buna karşılık gelen ısıdan mutlak değer olarak daha büyük olmasına rağmen; numunenin entropi değişimi, her iki dönüşüm için aynıdır. Ergime, buharlaşma gibi faz dönüşümlerinde basınç sabit kalmak kaydıyla, enerji değişimine rağmen sistemin sıcaklığı değişmez. Bu bakımdan sabit sıcaklıkta entropi değişiminin hesaplanması önemlidir. Buna göre sabit basınçta entalpi ifadesinin türevi; ΔH = ΔE + PΔV (8.2.5) şeklindedir. Buna göre, termodinamiğin birinci kanunundan faydalanarak, ΔE = ΔQ – PΔV (8.2.6) ΔH = ΔQ (8.2.7) yazıldığında; bulunur. Buradan sabit basınçta entropi değişimi; ΔS= = (8.2.8) şeklinde verilir. Prado ve arkadaşları (1995), entalpi değişimini, ΔS M→A = ΔH M→A/ T0 (8.2.9) 61 formülüyle hesaplamışlardır burada T0 ise denge sıcaklığını temsil eder. T0 denge sıcaklığının, dönüşüm sıcaklıklarına bağlı olarak hesaplanması için iki farklı yaklaşım geliştirilmiştir. Bunlar; Salzbrenner ve Cohen tarafından kabul edilen T0 denge sıcaklığı, T0 = (Ms+As) (8.2.10) şeklindedir. Tong ve Wayman‟a göre T0 denge sıcaklığı ise, T0 = (Ms+Af) (8.2.11) olarak alınmıştır (Gökdemir, 2006). B numunesi için elde edilen DSC eğrileri Şekil 8.2.1 de gösterilmiştir. Buradan tespit edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 80°C, 100°C, 22°C, 128°C, 88°C, 64,81°C ve 55,04°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,4516 J/g ve -1,1179 J/g dır. DSC eğrilerine ait alanın genişliği, DSC ölçümleri esnasında ısıtma ya da soğutma işlemleri için faz dönüşümünün ne oranda gerçekleştiği hakkında bilgi verebilir. DSC ölçümlerinden elde edilen eğri ne kadar genişse meydana gelen faz dönüşümü de o kadar fazladır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 35,41°C olduğu tespit edilmiştir. 62 Şekil 8.2.1. B numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. 8.2.1. YaĢlandırma Süresinin AlaĢım Üzerine Etkileri ve DSC Sonuçları C numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.2 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 84,6°C, 98,3°C, 116°C, 87°C, 66,8°C ve 55,83°C olarak belirlenmiştir. C numunesi için ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,7253 J/g ve -1,5313 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 31,50°C olduğu tespit edilmiştir. D numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.3 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 96,34°C, 111,69°C, 129,3°C, 84,88°C, 75,56°C ve 66,16°C olarak belirlenmiştir. D numune için ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,6385 J/g ve -1,1181 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 36,13°C olduğu tespit edilmiştir. D numunesi Am-Mm histerisiz farkının yaşlandırma süreleri karşılaştırıldığında en yüksek olduğu numunedir. E numunesine ait DSC ergileri Şekil 8.2.4 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 89,29°C, 101°C, 125,6°C, 63 98,8°C, 68,71°C ve 58,33°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,5821 J/g ve -1,5185 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 32,29°C olduğu tespit edilmiştir. ġekil 8.2.2. C numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. F numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.5 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 94,11°C, 105,82°C, 116,1°C, 84,88°C, 70,26°C ve 60,66°C olarak belirlenmiştir. F numune için ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,7917 J/g ve -1,2344 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 35,56°C olduğu tespit edilmiştir. G numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.6 da gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 87,66°C, 99,91°C, 116,6°C, 64 80,33°C, 67,28°C ve 55,55°C olarak belirlenmiştir. G numune için ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,4560 J/g ve -1,2089 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 32,63°C olduğu tespit edilmiştir. ġekil 8.2.3. D numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. ġekil 8.2.4. E numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. 65 ġekil 8.2.5. F numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. ġekil 8.2.6. G numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. 66 Çizelge 8.2.1. A, B, C, D, E, F, G numunelere uygulanan ısıtma ve soğutma programı için elde edilen deneysel sonuçlar. Numune Amax (°C) - Af (°C) - Ms (°C) - Mmax (°C) - Mf (°C) - ∆Hıs ( J/g) ∆Hsoğ. ( J/g) A As (°C) - B 80,00 100,22 128,0 88,00 64,81 55,04 (J/g) (J/g) 2,4516 -1,1179 C 84,60 98,30 116,0 87,00 66,80 55,83 D 96,34 E ∆Sıs ∆Ssoğ Am-Mm ( J/g°C) ( J/g°C) (°C) 0,0227 -0,0103 35,41 2,7253 -1,5313 0,0268 -0,0150 31,50 111,69 129,3 84,88 75,56 66,16 2,6385 -1,1181 0,0246 -0,0104 36,13 89,29 101,00 125,6 98,80 68,71 58,33 2,5821 -1,5185 0,0230 -0,0135 32,29 F 94,11 105,82 116,1 84,88 70,26 60,66 2,7917 -1,2344 0,0277 -0,0122 35,56 G 87,66 99,91 116,6 80,33 67,28 55,55 2,4560 -1,2089 0,0249 -0,0122 32,63 ġekil 8.2.7. B, C, D, E, F, G numunelerinin 5°C/dakika ısıtma hızları için DSC eğrileri. 67 ġekil 8.2.8. B, C, D, E, F, G numunelerinin 5°C/dakika soğutma hızları için DSC eğrileri. Şekil 8.2.9 de yaşlandırma süresine göre As değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.10 de yaşlandırma süresine göre Amax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise C numunesinde yani 300°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. 68 Şekil 8.2.9. Numunelerin yaşlandırma süresine göre As değerleri. ġekil 8.2.10. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Amax değerleri. Şekil 8.2.11 da yaşlandırma süresine göre Af değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. 69 Şekil 8.2.11. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Af değerleri. Şekil 8.2.12 de yaşlandırma süresine göre Ms değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin E numunesinde yani 300°C de 3 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise G numunesinde yani 300°C de 5 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.2.12. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Ms değerleri. 70 Şekil 8.2.13 de yaşlandırma süresine göre Mmax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.2.13. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Mmax değerleri. Şekil 8.2.14 de yaşlandırma süresine göre Mf değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. 71 ġekil 8.2.14. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Mf değerleri. Şekil 8.2.15 de yaşlandırma süresine göre Kısım 5.2 de belirtilen Tm değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin E numunelesinde yani 300°C de 4 saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.2.15. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Tm değerleri. 72 Şekil 8.2.16 da yaşlandırma süresine göre Amax-Mmax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin D numunesinde yani 300°C de 2 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin C numunesinde yani 300°C de 1saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.2.16. Numunelerin yaşlandırma süresine göre Amax-Mmax değerleri. 8. 2. 2. YaĢlandırma Sıcaklığının AlaĢım Üzerine Etkileri ve DSC Sonuçları B numunesi için elde edilen sonuçlar 8.2 ve 8.2.1 de verilmiştir. H numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.17 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 90,85°C, 101,39°C, 111,1°C, 75,96°C, 67,62°C ve 52,14°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,3107 J/g ve -1,584 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 33,77°C olduğu tespit edilmiştir. I numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.18 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 81,55°C, 94,93°C, 126,3°C, 88,3°C, 67,48°C ve 51,6°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen 73 ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,9598 J/g ve -1,2552 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 27,15°C olduğu tespit edilmiştir. ġekil 8.2.17. H numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. ġekil 8.2.18. I numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. 74 K numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.19 da gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 83,91°C, 98,3°C, 114,1°C, 83,26°C, 66,8°C ve 51,87°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,7253 J/g ve -1,5313 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 31,50°C olduğu tespit edilmiştir. L numunesine ait DSC eğrileri Şekil 8.2.20 de gösterilmiştir. Buradan elde edilen dönüşüm sıcaklıkları As, Amax, Af, Ms, Mmax ve Mf sırasıyla 96,02°C, 114,46°C, 135,2°C, 88,09°C, 71,17°C ve 56,65°C olarak belirlenmiştir. Numune için tespit edilen ısıtma ve soğutma dönüşüm entalpileri sırasıyla 2,819 J/g ve -1,4111 J/g dır. Am-Mm sıcaklık farkının bu numune için 43,29°C olduğu tespit edilmiştir. ġekil 8.2.19. K numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. 75 ġekil 8.2.20. L numunesinin 5°C/dakika ısıtma ve soğutma hızları için DSC eğrileri. Çizelge 8.2.2. A, B, H, I, K, L, M, N numuneleri için uygulanan ısıtma ve soğutma programı için elde edilen deneysel sonuçlar. Numune As (°C) Amax (°C) Af (°C) Ms (°C) Mmax (°C) Mf (°C) ∆Hıs ( J/g) ∆Hsoğ. ( J/g) ∆Sıs ( J/g°C) - ∆Ssoğ ( J/g-°C) A - - - - - - - - 0,0227 -0,0103 35,41 AmMm (°C) - B 80,00 100,2 128, (J/g) (J/g) 88,00 64,81 55,04 2,4516 -1,1179 H 90,85 2 0 101,3 111, 75,96 67,62 52,14 2,3107 -1,5840 0,0247 ) -0,0169 33,77 I 81,55 9 1 94,63 126, 88,30 67,48 51,60 2,9598 -1,2552 0,0275 -0,0116 27,15 K 83,91 98,30 3 114, 83,26 66,80 51,87 2,7253 -1,5313 0,0276 -0,0155 31,50 L 96,02 114,4 1 135, 88,09 71,17 56,65 2,8190 -1,4111 0,0252 -0,0126 43,29 M - 6 - 2 - - - - - - - - - N - - - - - - - - - - - 76 ġekil 8. 2.21. B, H, I, K, L numunelerinin 5°C/dakika ısıtma hızları için DSC eğrileri. Şekil 8.2.22. B, H, I, K, L numunelerinin 5°C/dakika soğutma hızları için DSC eğrileri. 77 Şekil 8.2.23 de yaşlandırma sıcaklığına göre As değerleri karşılaştırıldığında ise en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.23. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre As değerleri. Şekil 8.2.24 de yaşlandırma sıcaklığına göre Amax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise I numunesinde yani 200°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir Şekil 8.2.25 de yaşlandırma sıcaklığına göre Af değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise H numunesinde yani 100°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. 78 ġekil 8.2.24. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Amax değerleri. ġekil 8.2.25. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Af değerleri. Şekil 8.2.26 da yaşlandırma sıcaklığına göre Ms değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük 79 değerin ise H numunesinde yani 100°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. ġekil 8.2.26. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Ms değerleri. Şekil 8.2.27 de yaşlandırma sıcaklığına göre Mmax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde yani homojenize edilmiş ve yaşlandırma işlemi uygulanmamış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.28 de yaşlandırma sıcaklığına göre Mf değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise I numunesinde yani 200°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.29 da yaşlandırma sıcaklığına göre Kısım 5.2 de belirtilen Tm değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede olduğu görülmektedir. 80 ġekil 8.2.27. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Mmax değerleri. ġekil 8.2.28. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Mf değerleri. 81 ġekil 8.2.29. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Tm değerleri. Şekil 8.2.30 da yaşlandırma sıcaklığına göre Amax-Mmax değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin L numunesinde yani 400°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise I numunesinde yani 200°C de 1 saat yaşlandırma işlemi uygulanmış numunede olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.31 de yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entalpi (ΔH) değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin I numunesinde yani 200°C de 1 saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise H numunesinde olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.32 de yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entalpi (ΔH) değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin H numunesinde yani 100°C de 1saat numunede, en düşük değerin ise B numunesinde olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.33 de yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entropi (ΔS) değerleri karşılaştırıldığında B numunesinden başlamak üzere K numunesine kadar arttığı, en düşük değerin ise B numunesinde olduğu görülmektedir. Şekil 8.2.34 de yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entropi (ΔS) değerleri karşılaştırıldığında en yüksek değerin H numunesinde yani 100°C de 1saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise B numunesinde olduğu görülmektedir. 82 ġekil 8.2.30. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre Amax-Mmax değerleri. ġekil 8.2.31. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entalpi (ΔH) değerleri. 83 ġekil 8.2.32. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entalpi (ΔH) değerleri. ġekil 8.2.33. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre ısıtma entropi (ΔS) değerleri. 84 ġekil 8.2.34. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre soğutma entropi (ΔS) değerleri. Numunelerden elde edilen DSC bulgularından aşağıdaki sonuçlar çıkartılabilir: a) Tüm ölçümlerde gözlenebilen Ms sıcaklığının oda sıcaklığının üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Ms sıcaklığının oda sıcaklığının üzerinde olması termal etkili martensitik dönüşümün gerçekleşmesini kuvvetli bir şekilde destekler. Bu durum ise zor etkili martensitik dönüşüm oranını termal-etkili martensitik dönüşüme göre azaltır. b) Şekil hatırlama özelliğine sahip diğer alaşımlara kıyasla Co-Ni-Al-Si alaşımında görülen martensitik dönüşümler termoelastik olan ve Af - Ms sıcaklık farkı 100 C den daha az bir histerisize sahiptir. c) Yaşlandırma sıcaklığı deneylerinden hesaplanan Am-Mm değerleri incelendiğinde en yüksek değerin D numunesine ait olduğu gözlenmiştir. D numunesinin morfolojik yapısı diğerlerinden farklı yapıdadır. Burada elde edilen DSC sonuçlarının, diğer araştırıcıların sonuçları ile uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir 85 8.3. Korozyon Deneyi Ölçümü Sonuçları Korozyon, metallerin içinde bulundukları ortam ile kimyasal veya elektrokimyasal reaksiyonlara girerek metalik özelliklerini kaybetmeleri olayıdır. İki farklı metal bir korozif ortama daldırılır ve elektriksel bir bağ ile birbirine bağlanırsa, bir pil oluşur. Bu metallerden elektrot potansiyeli daha elektronegatif olan metal anot olarak korozyona uğrar. Korozyon hızı, iki metal arasında oluşan potansiyel farkına bağlıdır. Metallerden hangisinin anot olacağı, elektrot potansiyeli göz önüne alınarak anlaşılabilir. Korozyon olaylarında, metaller hiç bir zaman kendi iyonları ile denge halinde bulunmaz. Bu nedenle galvanik korozyon olaylarında standart elektrot potansiyeller yerine, galvanik seride yer alan deniz suyu içindeki potansiyellerinin alınması daha uygundur. Galvanik bir hücrede korozyon hızı, yürütücü kuvvet olan anot ve katot arasındaki potansiyel farkına bağlıdır. Ancak bu fark, polarizasyon nedeniyle zamanla azalır. Polarizasyon genellikle katot bölgesinde görülür (Bard, 1980). Korozyon olayları metal yüzeylerinde oluşan korozyon hücrelerinin anot ve katodunda meydana gelen elektrokimyasal reaksiyonlar ile yürür. Bir korozyon hücresinin oluşması için şu üç koşulun bir arada bulunması gerekir (Brett, 1993); 1. İyon içeren bir sulu çözelti (elektrolit) 2. Yeteri kadar negatif potansiyelli bir anot 3. Anottan daha pozitif potansiyelli bir katot. Bu üç koşuldan birinin bulunmaması halinde korozyonun oluşmayacağı kesin olarak söylenebilir. Ancak bu üç koşulun bulunması halinde bile, eğer kinetik koşullar mevcut değilse, örneğin elektrolit direnci çok yüksek veya anot-katot arasındaki potansiyel farkı çok düşük ise, korozyon olayı pratik olarak yine de gerçekleşmeyebilir (Bard, 1980). Elektrokimyasal bir sistemin kalbi potansiyostattır. Potansiyostat bir çift elektrot arasına bir potansiyel (veya gerilim) uygulayan ve aynı anda bir analitin (kimyasal çözelti) içinden akan akımı ölçen bir cihazdır. Doğrusal Taramalı Voltametri (LSV) ölçümünde; doğrusal bir potansiyel dalga şeklinde uygulanır ve potansiyel zamanın doğrusal bir 86 fonksiyonu olarak değiştirilir. Zaman ile potansiyelin değişim oranı, tarama hızı olarak adlandırılır (Bagotskii, 1993). %3‟lük NaCI olarak hazırlanmış olan sulu elektrolit çözeltisi içerisine daldırılmış olan elektrotlar yardımıyla yük alış-verişi ve elektrolit içindeki potansiyel değişimler gözlenebilmektedir. Bu elektrotlar; çalışma elektrotu, referans elektrot ve karşıt (yardımcı) elektrot olarak adlandırılırlar. Korozyon hızının belirlenmesinde günümüzde en çok kullanılan yöntemler Galvanostatik ve Potansiyostatik yöntemlerdir. Şekil.8.3.1‟de de görüldüğü gibi üçlü elektrot yöntemi en yaygın olarak kullanılan yöntemdir. ÇalıĢma Elektrotu: Çalışma elektrotu üzerinde elektrokimyasal reaksiyonun meydana geldiği elektrottur. İdeal bir çalışma elektrotu, analit iyon aktivitesindeki değişimlere hızlı ve tekrarlanabilir cevaplar verir. Çalışma elektrotu olarak genellikle altın, platin, gümüş ve bazı metaller tercih edilir. Yardımcı (KarĢıt) Elektrot: Karşıt elektrotun görevi devreyi tamamlayarak akımın iletilmesini sağlamaktır. Elektrokimyasal reaksiyonlarda karşıt elektrot olarak genelde altın, platin, grafit, karbon ve çeşitli metal oksitler kullanılmaktadır. A V Çalışma Elektrotu Karşıt Elektrotu Referans Elektrot ġekil 8.3.1. Tipik üçlü elektrot sistemi (Bagotskii, 1993). Referans Elektrot: Referans elektrotlar, yarı hücre potansiyeli sabit, çalışılan çözeltinin bileşiminden bağımsız ve potansiyel değeri bilinen elektrotlardır. Referans 87 elektrot, çalışma elektrotunun potansiyelini ölçer ve reaksiyon ile hiçbir ilgisi yoktur. İndirgenme ve yükseltgenme potansiyellerinin tam olarak belirlenebilmesi, bağlantılardaki ve çözelti içindeki potansiyel kaybının ve ayrıca çözelti direncinin giderilmesi için referans elektrot kullanılmalıdır. Genellikle referans elektrotlar polarize olmayan elektrotlardan seçilir. Kalomel elektrot, referans elektrotu olarak çok kullanılan elektrotlardan bir tanesidir. Elektrotta, Hg2Cl2 + 2e ↔ 2Hg + 2Cl- (8.3.1) reaksiyonu cereyan eder. Böyle bir reaksiyonun potansiyeli ortamdaki klor iyonu konsantrasyonuna bağlıdır. Elektrot kabında çökmüş halde bol miktarda kalomel olmak şartıyla (doymuş çözelti), klor iyonu konsantrasyonuna göre üç kalomel elektrotundan söz edilebilir. Bunların verdikleri potansiyeller az çok sıcaklığa bağlıdır (Bockris, 1993). Bu elektrotlardan en çok kullanılanı doymuş kalomel elektrottur (doymuşluk potasyum klorürcedir). Sıcaklıkla potansiyeli çok değişmesine rağmen akım alınmalarına karşı çok dayanıklıdır (Bagotskii, 1993). Korozyon ölçümleri alınırken elektrotlardan biri Ag/AgCl referans elektrotu, diğeri platin elektrot ve numunenin bulunduğu çalışma elektrotu olan üçlü elektrot sistemi kullanılmıştır. Deneyde %3 „lük NaCl çözeltisi kullanılarak malzemeler yapay olarak korozyona uğratılmıştır. Numuneler çözelti içerisinde 1 dakika ve 20 dakika boyunca bekletilerek LSV ölçümleri alınmıştır. Ölçümlerin logaritmik grafikleri aşağıda verilmiştir. Korozyon ölçümleri; -1.5 ile 0.5 volt aralığında 0.1 V/sn hızında tarama yapılarak alınmıştır. Her bir ölçüm için taze %3‟lük NaCI çözeltisi hazırlanarak örnek çözelti içerisinden çıkarılmadan ilk 1. dakikada ve 20. dakikada korozyon ölçümleri alınmıştır. Şekil 8.3.2‟de malzemelerin korozyon ölçümlerinin potansiyodinamik polarizasyon eğrilerinden elde edilen veriler aşağıdaki Çizelge 8.3.1‟de de görüldüğü gibi, Tafel değerlerinin verilmiş olduğu sütundaki voltaj değerleri korozyon dirençliğini göstermektedir. Bu değerler karşılaştırıldığında, -1.0 ile -1.2V arasındaki örneklerin yaşlandırma süreleri en az olanlardır. Korozyon dirençleri -1.0V altında olan örnekler ise yaşlanma süreleri daha yüksek olan örneklerdir. Bu sonuçlara göre, yaşlanma sürelerinin korozyon ile ilişkisi olduğu söylenebilir. Tüm numunelerin korozyon 88 dirençleri karşılaştırıldığında, B örneğinin korozyon direnci -1.144 V‟dan E örneğinin korozyon direnci -0.797 V‟a pozitif yönde değişim göstermiştir. Bu korozyonun anodik yönde olduğunu, oksijen gaz çıkışının azaldığını ve korozyon hızının yavaşladığını gösterir. Çizelge 8.3.1 ve Çizelge 8.3.2 de görüldüğü gibi genel olarak; 300 0C‟de 1, 2, 3, 4, 5 saat süre ile yaşlandırılan numunelerin korozyon potansiyelleri 100, 200, 300, 400, 500, 600 0C „de 1 saat yaşlandırmaya bırakılan numunelerin korozyon potansiyellerinden daha pozitif olduğu görülmektedir. 400 0C de 1 saat yaşlandırılan numunenin korozyon direncinin diğerlerinden daha fazla olduğu söylenebilir. Ancak 300 0C deki değerle hemen hemen aynı sonuç olduğuna dikkat çekmek gerekmektedir. Bu da göstermektedir ki, yaşlandırma sıcaklığı numunenin korozyon direncini etkilemektedir. Şekil 8.3.3‟te 20 dakika boyunca %3‟lük NaCI sulu çözeltisi içinde bekletilmiş olan örneklerden alınan LSV sonuçları, Çizelge 8.3.2‟de verilmiştir. ġekil 8.3.2. %3‟lük NaCI sulu çözeltisinde 1 dakika bekletilmiş olan numunelerin LSV sonuçları 89 Çizelge 8.3.1. %3‟luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma süresine göre 1 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları Örnek Adı A B C D E F G Ep (V) -0,807 -1,144 -0,818 -0,83 -0,798 -0,811 -0,808 Ip (A) -1.892 -2,497 -2,193 -1,861 -2,278 -2,167 -2,312 An ( C ) -0,673 -0,4323 -0,4529 0,3607 -0,4968 -0,4382 -0,4248 Tafel Değerleri Volt ( V ) -0,807 -1,144 -0,818 -0,829 -0,797 -0,8121 -0,8092 Akım ( A ) -4,105 -3,519 -4,341 -4,161 -3,996 -3,999 -3,741 Çizelge 8.3.2. %3‟luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma sıcaklığına göre 1 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları Örnek Adı A B H I K L M N Ep (V) -0,807 -1,144 -1,109 -1,044 -0,818 -0,812 -1,076 -1,099 Ip (A) -1.892 -2,497 -2,411 -2,876 -2,193 -2,448 -2,26 -2,233 90 An ( C ) -0,673 -0,4323 -0,5919 -0,4763 -0,4529 -0,6013 -0,4678 -0,5168 Tafel Değerleri Volt ( V ) -0,807 -1,144 -1,1084 -1,0421 -0,818 -0,8121 -1,0767 -1,0996 Akım ( A ) -4,105 -3,519 -3,496 -3,041 -4,341 -4,036 -3,755 -3,233 ġekil 8.3.3. %3‟lük NaCI sulu çözeltisinde 20 dakika bekletilmiş olan numunelerin LSV sonuçlarını göstermektedir. Çizelge 8.3.3 ve Çizelge 8.3.4 de görüldüğü gibi, örneklerin yaşlanma süresi arttıkça korozyon direncinde de artış olduğu görülmektedir. Çizelge 8.3.3 de görüldüğü gibi B örneğinin korozyon direnci -1.123 V‟dan K örneğinin korozyon direnci -0.714 V‟a pozitif yönde değişim göstermiştir. Bu, korozyonun anodik yönde olduğunu, oksijen gaz çıkışının azaldığını ve korozyon hızının yavaşladığını gösterir. Yapay korozyon ortamında aynı sürelerde bekletilen örneklerin korozyon dirençlerinde zaman içinde oluşan değişim -1.144 ile -0.722 V aralığında pozitif yönde oluşmuştur. Bu değerler örneklerin korozyona karşı bir direnç gösterdiğini belirtmektedir. 91 Çizelge 8.3.3. %3‟luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma süresine göre 20 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları. Örnek Adı Ep (V) Ip (A) An ( C ) A B C D E F G -0,959 -1,123 -0,847 -0,83 -0,723 -0,728 -0,805 -0,5203 -0,4973 -0,4138 -0,3413 -0,4615 -0,6143 -0,4003 -3 -2,905 -1,855 -2,204 -2,476 -2,68 -2,262 Tafel Değerleri Volt ( V ) Akım ( A ) -0,959 -3,482 -1,123 -3,335 -0,846 -4,161 -0,829 -3,903 -0,722 -4,271 -0,728 -3,696 -0,806 -3,695 Çizelge 8.3.4. %3‟luk NaCI sulu çözeltisinde yaşlandırma sıcaklığına göre 20 dakika bekletilerek alınmış olan potansiyodinamik polarizasyon ölçüm sonuçları. Örnek Adı Ep (V) Ip (A) An ( C ) A B H I K L M N -0,959 -1,123 -1,101 -0,714 -0,847 -0,716 -0,795 -1,089 -0,5203 -0,4973 -0,6215 -0,6947 -0,4138 -0,7109 -0,4591 -0,5537 -3 -2,905 -3,889 -3,375 -1,855 -2,936 -2,636 -2,529 Tafel Değerleri Volt ( V ) Akım ( A ) -0,959 -3,482 -1,123 -3,335 -1,099 -3,352 -0,714 -3,703 -0,846 -4,161 -0,717 -4,254 -0,794 -3,711 -1,091 -3,171 Numunelerden elde edilen Korozyon Deneyi bulgularından aşağıdaki sonuçlar çıkartılabilir: a) B numunesinin korozyon direnci -1.123 V‟dan K numunesinin korozyon direnci 0.714 V‟a pozitif yönde değişim göstermiştir. Bu, korozyonun anodik yönde olduğunu, oksijen gaz çıkışının azaldığını ve korozyon hızının yavaşladığını gösterir. b) Yapay korozyon ortamında aynı sürelerde bekletilen örneklerin korozyon dirençlerinde zaman içinde oluşan değişim -1.144 ile -0.722 V aralığında pozitif yönde oluşmuştur. Bu değerler örneklerin korozyona karşı bir direnç gösterdiğini belirtmektedir. 92 c) 300 0C‟de 1, 2, 3, 4, 5 saat süre ile yaşlandırılan numunelerin korozyon potansiyelleri 100, 200, 300, 400, 500, 600 0C „de 1 saat yaşlandırmaya bırakılan numunelerin korozyon potansiyellerinden daha pozitif olduğu görülmektedir. d) 400 C0‟de 1 saat yaşlandırılan numunenin korozyon direncinin diğerlerinden daha fazla olduğu söylenebilir. e) Yaşlandırma sıcaklığı numunenin korozyon direncini etkilemektedir. 8. 4 Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları Çizelge 7. 1 de verilen CoNiAlSi alaşımı, Çizelge 7.3 de gösterilen ısıl işlemlere tabi tutulup, parlatıldıktan ve Bölüm 7 de belirtilen dağlama çözeltisi ile dağlandıktan sonra optik mikroskopta metalografik olarak incelendi. Polikristal olan bu numunelerin tane yapıları ve martensit morfolojileri gözlendi. Yaşlandırma işlemine bağlı olarak ortaya çıkan martensit morfolojileri, tane yapıları ve çökelti fazları gözlendi. Bu yapıların yaşlandırma işlemine göre yapısal değişimleri incelendi. Şekil 8.4.1 (a) da A numunesine ait morfolojiyi göstermektedir. Mikrografın orta bölgesinde ve bu bölgenin sol alt köşesine doğru inildikçe görülen martensit plakalarının aynı yönelimlere sahip oldukları anlaşılmaktadır. Bu şekilde meydana gelen martensit plakaları bir dış etkinin uygulanması veya bu etkinin kaldırılması üzerine ileri ve geri doğru hareket ederler. Birbirleriyle uyumlu kabartı grupları genellikle (A1) ve (B2) faz bölgesinden ani soğutma işlemleri sonunda (B2) L10 ( ) dönüşümü geçirerek ortaya çıktıkları gibi Ms sıcaklığının üstündeki bir sıcaklıktan soğutma ile de oluşabilirler (Şehitoğlu ve ark., 2004). Mikrografı dolduran plakalar genel olarak tek yönde istiflenmemişler, fakat sol üst kısımda bir yönde istiflenen plakalara dik bir şekilde ikinci bir istiflenme daha gerçekleştirmişlerdir. Şekil 8.4.1 (b) de malzeme içerisinde tane yapılarının çökelti fazları ile oluşturulmuş doğal sınırlarını göstermektedir. Sol alt ve sağ üst kısımda görülen iki ayrı büyük tane ortasında daha küçük bir tanenin oluştuğu anlaşılmıştır. Ortada oluşan küçük tane sınırının yönü, büyük taneleri ayıran tane sınırının yönü ile aynıdır. Tane içlerinde hiç çökelti görülmemesine rağmen tane sınırlarında bol miktarda sürekli olmayan çökelti gözlenmektedir. 93 (a) (b) ġekil 8.4.1. A Numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi (b) Tane sınırları ve süreksiz çökeltiler. B numunesine ait Şekil 8.4.2‟de verilen mikrografın orta bölgesi ve ayrıca sağ ve sol üst bölgelerinde görülen martensit plakalarının farklı yönelimlere sahip oldukları anlaşılmaktadır. Yaşlandırma işlemine tabi tutulmadan, homojenizasyon işlemi sonucunda havada soğutulan numunenin içerisindeki martensit yapıların birbirleriyle uyumlu ve ikiz lath morfolojide oldukları anlaşılmaktadır (Liu ve ark., 2005; Zhang ve Liu, 2008). Hava ortamında soğutulan numune üzerinde yoğun miktarda martensit 94 plakalarının görülmesi, üretilmiş olan CoNiAlSi alaşımının (B2) L10 ( ) dönüşümünü oda sıcaklığının üzerinde gerçekleştirdiğini ve malzemenin Ms dönüşüm sıcaklığının DSC ölçümlerinde elde edilen sonuçlarla birbirlerini desteklediğini göstermektedir. Doğrudan döküm sonucunda elde edilen A ve havada soğutulan B numunelerinde fazı çökeltilerinin neredeyse hiç görülmemesi, daha çok martensit plakalarına rastlanması bu numunelerin dönüşüm sıcaklıklarını oda sıcaklığı değerlerinin çok üstünde çıkmasının sebeplerinden birisidir. fazı çökeltileri malzemenin martensitik dönüşüm sıcaklığını oda sıcaklığına doğru düşüren önemli bir faktördür (Xu Guo vd., 2006). ġekil 8.4.2. B Numunesi içerisinde farklı yönelimdeki martensit yapıları. 8. 4. 1. YaĢlandırma Süresinin AlaĢım Üzerine Etkileri ve Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları Şekil 8.4.3 (a) da gösterilen mikrograf C numunesine aittir. Burada 5 tane mevcuttur. Dikkatli bakıldığında taneler içerisinde yoğun miktarda çökelti fazları olduğu görülmektedir. Tüm tanelerin iç kısmındaki martensit plakalarının lath martensit kabartılarından oluştuğu rahatça anlaşılmaktadır. Bu martensit yapılarının yönelimlerinin de birbiri ile uyumlu olduğu söylenebilir. Tane sınırlarında doğrudan döküm sonucu elde edilen numunede olduğu gibi süreksiz küçük çökelti fazları oluşturmaktadır. 95 Şekil 8.4.3 (b) deki mikrograf da ise C numunesinde bir tanenin içerisinden bir bölüm görülmektedir. Mikrograf içerisinde geniş bir bölgede aynı yönelime sahip martensit yapılanmaları görülmektedir. Bu martensit yapıların sağ alt köşeleri tıpkı bir mızrak ucu şeklindedir. Tüm matrix bölgesinin martensit dışındaki faz yapısının bcc kristal yapısındaki fazı olduğu tahmin edilmektedir. Matrix bölgenin morfolojisi, Bartova ve arkadaşlarının çalışmalarında da mikroskop görüntüleri için benzer şekilde sonuçlar vermiştir (Bartova vd, 2007). L10 fazı şeklinde oluşan martensit plakaları kalın ve seyrek bir şekilde istiflenmiştir. D numunesine ait yüzey morfolojisi Şekil 8.4.4 de verilmiştir. Bu numunede diğer numunelerden farklı olarak dendritik bir morfoloji elde edilmiştir. Bu dendrit yapılar iki farklı bölgeden oluşmaktadır. Bu ayırım farklı bölgelerde meydana gelen kompozisyon içeriğinin birbiri ile aynı olmamasından kaynaklanmaktadır. Her iki şekil içerisinde de koyu ve açık bölgeleri boydan boya geçen L10 martensit plakaları görülmektedir. L10 martensit, yüksek sıcaklık bölgesinde oluşan bcc β fazının, daha düşük sıcaklıklarda kristal yapısının değişerek bir habit düzlemi üzerinden bct kristal yapıya dönüşmesi sonucu meydana gelir. (a) 96 (b) ġekil 8.4.3. C Numunesine ait a) Tane yapıları ve tane sınırlarındaki çökelti fazları. b) Aynı yönelimdeki martensit yapıları. (a) 97 (b) (c) ġekil 8.4.4. D numunesine ait dendritik yapılar. E numunesine ait Şekil 8.4.5 (a) da görülen mikrografın orta bölgesinde martensit plakaları görülmemekte fakat mikrografın sağ ve sol üst bölgelerinde görülen martensit plakalarının aynı yönelimlere sahip oldukları anlaşılmaktadır. Bu martensit yapıların birbirleriyle uyumlu ve ikiz lath morfolojide oldukları anlaşılmaktadır. Şekil 8.4.5 (b) 98 de ki mikrografta martensit plakalarının farklı yönelimlere sahip oldukları ve plaka uçlarının mızrak ucu şeklinde sivri olduğu görülmektedir. Şekil 8.4.5 (c) de mikrografı boydan boya kesen tane sınırı görülmektedir. Bu tane sınırının sonucu oluşmaktadır. (a) (b) 99 fazı çökeltilerinin bir (c) ġekil 8.4.5. E numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi (b) Mızrak şekilli martensit yapılar (c) Sürekli çökeltilerin oluşturduğu tane sınırı. F numunesine ait Şekil 8.4.6 (a) da görüldüğü gibi farklı yönelimlere sahip ve birbiriyle kesişmekte olan martensit plakalarına rastlanmaktadır. Bu martensit yapılarının yönelimlerinin de birbiri ile uyumlu olduğu söylenebilir. Şekil 8.4.6 (b) de malzeme içerisinde yer yer tane yapılarının çökelti fazları ile oluşturulmuş doğal sınırlarını göstermektedir. Sol alt ve sağ üst kısımda görülen iki ayrı büyük tane ortasında daha küçük bir tanenin oluştuğu anlaşılmıştır. Ortada oluşan küçük tane sınırının yönü, büyük taneleri ayıran tane sınırının yönü ile aynıdır. Büyük tanelerin içerilerinde martensitik yapılar gözlenmektedir. Şekil 8.4.7 de gösterilen mikrograf G numunesine aittir. Burada dikkatli bakıldığında çökelti fazlarının çizgisel olarak tane sınırlarını oluşturduğu görülmektedir. Tüm tanelerin iç kısmındaki martensit plakalarının lath martensit kabartılarından oluştuğu rahatça anlaşılmaktadır. Bu martensit yapılarının yönelimlerinin de birbiri ile uyumlu olduğu söylenebilir. Ayrıca şekilde sağ kısımda görülen iki ayrı büyük tane oluştuğu anlaşılmıştır. Büyük tanelerin içerilerinde martensitik yapılar gözlenmektedir. Tüm matrix bölgesinin martensit dışındaki faz yapısının, fcc kristal yapısındaki γ ve bcc kristal yapısındaki fazı olduğu tahmin edilmektedir. 100 (a) (b) ġekil 8.4.6. F numunesi içerisinde (a) Martensit morfolojisi (b) Tane yapılarının genel görüntüsü 101 ġekil 8.4.7. G numunesi içerisinde tane ve martensit morfolojisi. 8. 4. 2 YaĢlandırma Sıcaklığının AlaĢım Üzerine Etkileri ve Optik Mikroskop Gözlem Sonuçları Şekil 8.4.8 de H numunesi içerisinde tane yapılarının çökelti fazları ile oluşturulmuş doğal sınırlarını göstermektedir. Mikrograf‟ ın alt taraftaki tane içerisinde yönelimleri aynı ve birbiriyle uyumlu yoğun bir şekilde istiflenmiş martensit plakaları görülmektedir. Tane sınırlarında bol miktarda sürekli çökelti gözlenmektedir. ġekil 8.4.8. H numunesi içerisinde martensit morfolojisi ve tane sınırını oluşturan çökelti yapılanmaları 102 Şekil 8.4.9 (a) ve (b) de gösterilen mikrograflar K numunesine aittir. Şekil 8.4.9 (a) da alt ve üst kısımda iki büyük tane ve üst sağ köşede başka bir tanenin küçük bir kısmı görülmektedir. Tüm tane yapılarının içerisinde martensit plakaları görülmektedir. Her bir tane içerisindeki plakalar birbirlerine göre farklı yönelime sahiptirler. Şekil 8.4.9 (b) ye bakıldığında taneler içerisinde yoğun miktarda martensit plakalarının olduğu görülmektedir. Tüm tanelerin iç kısmındaki martensit plakalarının lath martensit kabartılarından oluştuğu rahatça anlaşılmaktadır. Bu martensit yapılarının yönelimlerinin de birbiri ile uyumlu olduğu söylenebilir. (a) (b) ġekil 8.4.9. K numunesi içerisinde bulunan martensit morfolojileri. 103 L numunesine ait Şekil 8.4.10 da malzeme içerisinde martensit plakaları çok belirgindir. Fotoğrafın sağ tarafında bulunan martensit plakalarının yönelimleri ters V şeklinde birbirleriyle belli bir açı yapacak şekildedir. ġekil 8.4.10. L numunesi içerisinde martensit morfolojisi. M numunesine ait Şekil 8.4.11 de görülen mikrografta bir tanenin içerisinden bir bölge görülmektedir. Yapılan bu yaşlandırma işleminin sonunda, numunelerin içerisinde aynı yönelime sahip ve çok sık martensit plakaları oluşmuştur. Mikrografın üst sağ kısmında diğer yapılanmalara göre daha açık renkte salkımlanmış çökelmelerin olduğu dikkat çekmektedir. N numunesine ait Şekil 8.4.12 deki mikrograftan da görülebileceği gibi martensit plaka yapılanmaları bulunmaktadır. Martensit plakalarının yönelimleri bazı bölgelerde birbiriyle aynı, bazı bölgelerde ise kesişen plakaların yönelimleri birbirleriyle belli bir açı yapacak şekildedir. Özellikle orta kısımda boydan boya uzanmış şerit şeklinde plaka yapılanmaları görülmektedir. 104 ġekil 8.4.11. M numunesi içerisinde martensit morfolojisi . ġekil 8.4.12. N numunesi içerisinde farklı yönelimlere sahip martensit morfolojisi. Sonuç olarak; a) Metalografik incelemeler malzemelerin morfolojisinde birçok yüzey kabartılarının olduğunu göstermektedir. Bu gözlem sonuçları X-ışını analizleri ile birleştirilince, bu morfolojik gözlemlerin L10 martensit yapıları olduğu kesin bir şekilde anlaşılmaktadır. b) D numunesinde diğer numunelerden farklı olarak dendritik yapılara rastlanmıştır. Bu yapıların ısıl işlem sonucunda oluştuğu açıkça görülmektedir. Şekil 8.1.21deki 105 yaşlandırma süresine göre aγ örgü parametrelerine ve Şekil 8.1.23 deki yaşlandırma süresine göre aB2 örgü parametrelerine bakıldığında D numunesinin en yüksek değeri aldığı görülmektedir, buda ölçümlerin birbiriyle uyumlu olduğunu göstermektedir. c) Özellikle tane sınırlarında olmak üzere bazı numunelerde çökelti fazlarına rastlanmıştır. 8.5. Sertlik Ölçümü Sonuçları Çizelge 7. 1 de ağırlık yüzdeleri verilen CoNiAlSi alaşımına Çizelge 7. 2‟ de gösterilen ısıl işlemler uygulandı. Şekil 8.5.1 de CoNiAlSi Alaşımı için Vickers Sertliğinin yaşlandırma zamanına göre değişimi verilen ısıl işleme tabi tutulmuş numunelere ait sertlik ölçümleri görülmektedir. Tüm ölçümlerde uygun mekanizmanın sağlanabilmesi için 10kg lık sabit bir yük kullanıldı. Yaşlandırma süresine göre malzemelerin ortalama sertlik değerleri ve sertlik değerlerinin ortalamaları Çizelge 8.5.1 ve Çizelge 8.5.3‟ de, yaşlandırma sıcaklığına göre sertlik değerleri ve sertlik değerlerinin ortalamaları Çizelge 8.5.2 ve Çizelge 8.5.4 de açıkça görülmektedir. Çizelge 8.5.1. Numunelerin yaşlandırma süresine göre elde edilen sertlik değerleri ( VSN) A B C (1 saat) D(2 saat) E(3 saat) F(4 saat) G(5 saat) Ölçüm I Ölçüm II 448,6 454,5 478,3 327,8 422,6 488,2 397,8 449,10 454,40 476,40 329,10 424,30 487,30 396,40 106 Ölçüm III Ölçüm IV Ölçüm V 447,50 453,90 479,80 328,60 424,60 486,60 397,20 447,20 455,00 475,10 327,00 423,30 485,20 398,00 448,40 454,20 474,40 329,60 452,20 485,90 397,20 Çizelge 8.5.2. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre elde edilen sertlik değerleri ( VSN) A B H (100 0C) I (200 0C) K (300 0C) L (400 0C) M (500 0C) N (600 0C) Ölçüm I Ölçüm II Ölçüm III 448,6 454,5 530,8 452,8 478,3 484,25 449,4 505,15 449,10 454,40 532,10 451,70 476,40 488,10 450,10 511,25 447,50 453,90 531,90 451,90 479,80 474,45 449,90 510,45 Ölçüm IV Ölçüm V 447,20 455,00 531,10 452,20 475,10 475,45 450,10 506,75 448,40 454,20 532,60 452,30 474,40 478,00 451,00 515,40 Çizelge 8.5.3. Numunelerin yaşlandırma süresine göre elde edilen ortalama sertlik değerleri ( VSN) 448,16 454,4 476,8 328,42 429,4 486,64 397,32 A B C (1 saat) D(2 saat) E(3 saat) F(4 saat) G(5 saat) Çizelge 8.5.4. Numunelerin yaşlandırma sıcaklığına göre elde edilen ortalama sertlik değerleri ( VSN) 448,16 454,4 531,7 452,18 476,8 480,05 450,1 509,80 A B H (100 0C) I (200 0C) K (300 0C) L (400 0C) M (500 0C) N (600 0C) 107 Alaşım numunelerinin yaşlandırma süresi değiştirildiğinde sertliklerinin 328,42 VSN ile 486,64 VSN arasında değerler aldığı görülmüştür. Bu işlem sonunda Alaşıma ait sertlik ortalaması, 431,59 VSN dir. Alaşım numunelerinin yaşlandırma sıcaklığı değiştirildiğinde ise sertliklerinin 450,1 VSN ile 531,7 VSN arasında değerler aldığı görülmüştür. Bu işlem sonunda alaşıma ait sertlik ortalaması, 483,43 VSN olarak bulunmuştur. Vickers sertliğinin artması, daha kararsız durumdan daha kararlı duruma geçişin bir ölçüsüdür (Eskil, 2006). Şekil 8.5.2 (a) da ki yaşlandırma süresine göre ortalama Vickers Sertliği değerleri karşılaştırıldığında D numunesinin sertlik değerinin diğer numunelere göre düşük olduğu görülmektedir. D numunesinin sertlik ortalaması diğer değerlerden çok daha düşük bir değerdedir. B2 fazının kırılgan olması malzemenin sert olmasını sağlar. Bu durumda D numunesinde daha çok hakim olan yüksek sıcaklık fazının γ fazı olduğu düşünülebilir. D numunesinin sertlik değerlerinin diğerlerinden farklı çıkması dendiritik yapıda olmasına bağlanabilir. Diğer numunelerin martensit fazı yoğunlukları daha fazladır. Şekil 8.5.2 (b) de yaşlandırma sıcaklığına göre ortalama Vickers Sertliği değerleri karşılaştırıldığında ise en yüksek değerin H numunesinde yani 100°C de 1saat yaşlandırılmış numunede, en düşük değerin ise A numunesinde olduğu görülmektedir (a) 108 (b) ġekil 8.5.1. CoNiAlSi Alaşımı için Vickers Sertliğinin. (a) Yaşlandırma süresine göre değişimi. (b) Yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi (a) 109 (b) ġekil 8.5.2. CoNiAlSi Alaşımı için ortalama Vickers Sertliğinin. (a) Yaşlandırma süresine göre değişimi. (b) Yaşlandırma sıcaklığına göre değişimi Böylece, alaşımdan aldığımız ölçümler doğrultusunda yapılan yaşlandırma işlemlerinin alaşımların kararlılık derecesini ne derece arttırdığı sonucuna varabiliriz. Yapılan termal işlemler sonucunda sertlikte meydana gelen artışlarda aşağıdaki faktörlerin etkin olduğu sonucuna varılmıştır: (a) İncelenen numunelerin sertliklerinde meydana gelen artışlar, uygulanan farklı ısıl işlemlerden dolayı numunelerde meydana gelen yapı kusurlarından kaynaklanmaktadır. (b) Alaşımda sertlik değerlerinin birbirinden farklı olmasının sebebi, yaşlandırma sıcaklıklarının ve yaşlandırma zamanının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Yaşlandırma sıcaklıklarının değiştirildiği numunelerin sertliklerinde azda olsa yaşlandırma sıcaklığının artışıyla bir miktar artış olmuştur. Bu durum martensit fazın bir miktar stabilize olması ile açıklanabilir. 110 (c) Isıl işleme tabi tutulan numunelerde sertlikte meydana gelen artışlar kararlılık derecesinin bir ölçüsü olarak yorumlanmıştır. d) Yaşlandırma süresine göre ortalama Vickers Sertliği değerleri karşılaştırıldığında D numunesinin sertlik değerinin diğer numunelere göre düşük olduğu görülmektedir. Bu D numunesinin yüksek sıcaklık fazlarından diğer ısıl işlemler görmüş numunelere göre daha fazla etkilemesinden kaynaklanmaktadır. 111 9. YORUMLAR ve TARTIġMALAR Bu araştırmada, üzerinde çalışılan Co-Ni-Al-Si numunelerinden elde edilen sonuçlar, toplu olarak aşağıdaki şekilde özetlenebilir: L10 fazına tüm numunelerde rastlanmıştır ve en baskın faz L10 martensit fazıdır. Buda tüm numuneler için B2→L10 martensitik dönüşümünün gerçekleştiğini gösterir. L10 martensit fazının a örgü sabiti yapılan tüm ısıl işlemler kıyaslandığında genel olarak F ve L numunelerinde en yüksek değerleri almışlardır. Bu yüzdende / oranları en yüksek numuneler F ve L numunelerine aittir. F ve L numunelerinde bct fazı için / diger numunelere göre daha yüksek çıkmasının diger bir nedeni de bu malzemelere uygulanan ısıl işlemden kaynaklanmaktadır. γ ve B2 fazına tüm numunelerde rastlanmıştır. B2 fazı malzemeye kırılganlık katarken, γ fazı ise malzemeye süneklik kazandırmaktadır. γ intermetalik fazına C, D, E, G, H, K, L, M numunelerinde rastlanmıştır. Bu faz malzeme içerisinde çökelti şeklinde oluşmaktadır. γ (L12) fazı malzemenin şekil hatırlama etkisini azaltıcı yönde etki eder. Yaşlandırma işlemi γ ( L12) fazının oluşumunu arttırmaktadır. Tüm ölçümlerde Ms sıcaklığının oda sıcaklığının üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Ms sıcaklığının oda sıcaklığının üzerinde olması termal etkili martensitik dönüşümün gerçekleşmesini kuvvetli bir şekilde destekler. Bu durum ise zor etkili martensitik dönüşüm oranını termal-etkili martensitik dönüşüme göre azaltır. Yaşlandırma süresi ile ilgili deneyler incelendiğinde hesaplanan Am-Mm değerleri en yüksek olan numunenin D numunesi olduğu gözlenmiştir. D numunesinin morfolojik yapısı diğerlerinden farklı ve dendritik yapıdadır. CoNiAlSi alaşımında görülen martensitik dönüşümler termoelastik özellik göstermektedir ve Af - Ms sıcaklık farkı 100 C den çok daha küçük bir histerisize sahiptir. B numunesinin korozyon direnci -1.123 V‟dan K numunesinin korozyon direnci -0.714 V‟a pozitif yönde değişim göstermiştir. Bu, korozyonun anodik yönde olduğunu, oksijen gaz çıkışının azaldığını ve korozyon hızının yavaşladığını gösterir. Yapay korozyon ortamında aynı sürelerde bekletilen örneklerin korozyon dirençlerinde zaman 112 içinde oluşan değişim -1.144 ile -0.722 V aralığında pozitif yönde oluşmuştur. Bu değerler örneklerin korozyona karşı bir direnç gösterdiğini belirtmektedir. 300 0C‟de 1, 2, 3, 4, 5 saat süre ile yaşlandırılan numunelerin korozyon potansiyelleri 100, 200, 300, 500, 600 0 C „de 1 saat yaşlandırmaya bırakılan numunelerin korozyon potansiyellerinden daha pozitif olduğu görülmektedir. 400 0C‟de 1 saat yaşlandırılan numunenin korozyon direncinin diğerlerinden daha fazla olduğu söylenebilir. Yaşlandırma sıcaklığı numunenin korozyon direncini etkilemektedir. CoNiAlSi alaşımındaki metalografik incelemeler malzemelerin morfolojisinde birçok yüzey kabartılarının olduğunu göstermektedir. Bu gözlem sonuçları X-ışını analizleri ile birleştirilince, bu morfolojik gözlemlerin L10 martensit yapıları olduğu kesin bir şekilde anlaşılmaktadır. Özellikle tane sınırlarında olmak üzere bazı numunelerde çökelti fazlarına rastlanmıştır. D numunesinde diğer numunelerden farklı olarak dendritik yapılara rastlanmıştır. Bu yapıların ısıl işlem sonucunda oluştuğu açıkça görülmektedir. İncelenen numunelerin sertliklerinde meydana gelen artışlar, uygulanan farklı ısıl işlemlerden dolayı numunelerde meydana gelen yapı kusurlarından kaynaklanmaktadır. Alaşımda sertlik değerlerinin birbirinden farklı olmasının sebebi, yaşlandırma sıcaklıklarının ve yaşlandırma zamanının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Isıl işleme tabi tutulan numunelerde sertlikte meydana gelen artışlar kararlılık derecesinin bir ölçüsü olarak yorumlanmıştır. Yaşlandırma sıcaklıklarının değiştirildiği numunelerin sertliklerinde azda olsa yaşlandırma sıcaklığının artışıyla bir miktar artış olmuştur. Bu durum martensit fazın bir miktar stabilize olması ile açıklanabilir. 113 10. ĠLERĠ ÇALIġMALAR ĠÇĠN ÖNERĠLER (1) CoNiAlSi Alaşımlarında Tane Büyüklüğünün Şekil Hatırlama Özellikleri ve Dönüşüm Sıcaklıklarına Etkileri (2) CoNiAlSi Alaşımlarında Kristalografik Dönüşüm Parametrelerinin Şekil Hatırlama Özelliklerine Etkilerinin İncelenmesi (3) Tavlama Sıcaklığının CoNiAlSi Alaşımlarında Şekil Hatırlama Davranışı Üzerine Etkileri (4) CoNiAlSi Alaşımlarının Mekaniksel Alaşımlama Yöntemiyle Üretimi ve Şekil Hatırlama Davranışlarının Karakterizasyonu (5) CoNiAlSi Alaşımlarının Farklı Termal ve Mekaniksel İşlemler Altında Örgü Parametrelerindeki Değişimin Şekil Hatırlama Davranışı Üzerine Etkileri (6) CoNiAlSi Alaşımlarında Çökelti Oluşumunun Şekil Hatırlama Davranışı Üzerine Etkileri (7) CoNiAlSi Alaşımlarında Dönüşüm Sıcaklıklarının Şekil Hatırlama Davranışı Üzerine Etkileri (8) CoNiAlSi Alaşımlarında Faz Kararlılığı (9) CoNiAlSi Alaşımlarında İstiflenme Hatalarının Şekil Hatırlama Davranışı Üzerine Etkileri ve TEM Gözlemleri 114 KAYNAKLAR: Akdoğan A., Nurveren K. 2003. Şekil Hafızalı Alaşımlar, Mühendis ve Makine Dergisi, 521 Akis Ahmet Ç., Eskil M. ve Sevval E. 2011. Farklı Etkiler Altında Şekil Hatırlamalı CoNiAl Alaşımlarının Martensitik Dönüşüm Sıcaklıklarındaki Değişimler. eJournal of New World Sciences Academy, 6, 1, 1A0167 Aydoğdu, A., Şekil Hatırlamalı Cu-Al-Ni Alaşımlarındaki Martensitik Dönüşümler Üzerinde Termal Yaşlandırma Etkileri, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, 1995. Aygahoğlu, A., Şekil Bellekli Alaşımlar ve Uygulama Alanları, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstititüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, 1996. Bard J., Faulkner L. R., Bockris J., S.U.M. Khan Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications, Surface Electrochemistry: A Molecular Level Approach, Plenum Press, New York and London 1993. Bedeloğlu, A., 2011. Şekil Hafızalı Alaşımlar ve Tekstil Malzemelerindeki Uygulamaları. The Journal of Textiles and Engineers, 18, 27-37. Bagotskii V. S., Fundamentals of Electrochemistry, Plenum Press, 1993. Brown, Gandy P.J., Ishida A.P., Kainuma K., Kanomata R., Morito T. M., Neumann H., Oikawa K.-U, Ouladdiaf K., Ziebec B., K.R.A., 2007. Magnetic Shape Memory Behaviour, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310, 2755–2760. Brett C. M. A., Brett A. M. O., Electrochemistry: Principle Methods and Applications, Oxford University Press 1993. 115 Chatterjee, S. Thakur, M. Giri, S. Majumdar, S. Deb, A.K. De. S.K., 2008. Transport, Magnetic and Structural Investigations of Co–Ni–Al Shape Memory Alloy. Journal of Alloys and Compounds, 456, 96–100. Chumlyakov Y. I., Kireeva I. V., Karaman I., Panchenko Y. E., E. Zakharova G., Tverskov A. V., Ovsyannikov A. V., Nazarov K. M. and Kirillov V. A.. 2004. Orıentatıonal Dependence of Shape Memory Effects and Superelastıcıty in CoNiGa, NiMnGa, CoNiAl, FeNiCoTi, and TiNi Sıngle Crystals. Russian Physics Journal, 669, 893-911. Chumlyakov Y. I., Kireeva I. V., Panchenko Y. E., Timofeeva E. E., Pobedennaya Z. V., Chusov S. V., Karaman I., Maier H., Cesari E. and Kirillov V. A., 2008. HighTemperature Superelasticity in CoNiGa, CoNiAl, NiFeGa, and TiNi Monocrystals. Russian Physics Journal. 669, 1016-1036 Dadda, J. Maier, H.J. Karaman, I. Karaca, H.E. Chumlyakov, Y. I., 2006. Pseudoelasticity at Elevated Temperatures in [001] Oriented Co49Ni21Ga30 Single Crystals Under Compression. Scripta Materialia, 55, 663-666. Efstathiou C., Şehitoglu H., Wagoner Johnson A. J., Hamilton R.F., Maier H.J., Chumlyakov Y.. 2004. Large Reduction in Critical Stress in Co–Ni–Al upon Repeated Transformation. Scripta Materialia, 51, 979–985. Eskil, M., Demir Bazlı Şekil Hatırlamalı Alaşımların Termodinamiği, Doktora Semineri, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Fizik Anabilim Dalı, 2002. Eskil, M., Fe-Mn-Si Alaşımlarının Mekanik Ve Termal Etkiler Altında Şekil Hatırlama Özelliklerini İncelenmesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Fizik Anabilim Dalı, 2006. 116 Friend, C.M., 1986. The Effect of Applied Stress on the Reversible Strain in CuZnAl Shape Memory Alloys. Scripta Metallurgica, 20, 995-100 Gökdemir, N., Şekil Hatırlamalı Cu-%14,70Al-%4,72Ni Alaşımında Martensitik Dönüşümün Kristalografik ve Kinetik Özellikleri, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, 2006. Güngüneş, H., Fe-%24.5Ni-%4.5Si Alaşımında Austenit ve Martensitik Faz Dönüşümleri Üzerine Çalışmalar, Doktora Tezi, Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, 2005. Işık, A., FePd Ferromagnetik Şekil Hatırlamalı Alaşımının Kristalografisi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Ana Bilim Dalı, 2007. Işıkçı, G., Şekil Bellekli Alaşımlar ve Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Ana Bilim Dalı, 1993. Liu J. and Li J.G., 2006. Magnetic Force Microscopy Observations of Co–Ni–Ga and Co–Ni–Al Alloys with Two-Phase Structures. Scripta Materialia 55, 755–758. Liu J., Zheng H.X., Xia M.X., Huang Y.L., Li J.G., 2005. Martensitic Transformation and Magnetic Properties in Heusler CoNiGa Magnetic Shape Memory Alloys. Scripta Materialia, 52, 935–938. Liu J., Xie H., Huo Y., Zheng H., Li J., 2006. Microstructure Evolution in CoNiGa Shape Memory Alloys. Journal of Alloys and Compounds, 420, 145–157. Liu J., Zheng H., Huang Y., Xia M., Li J., 2005. Microstructure and Magnetic Field Induced Strain of Directionally Solidified Ferromagnetic Shape Memory CoNiAl Alloys. Scripta Materialia, 53, 29–33. 117 Karaca H. E., Karaman I., Chumlyakov Y. I., Lagoudas D. C., Zhang X., (2004). Compressive Response of a Single Crystalline CoNiAl Shape Memory Alloy. Scripta Materialia, 51, 261–266. Karaca, H.E. Karaman, I. Chumlyakov, Y.I. Lagoudas, D.C. Zhang. X., 2004. Compressive Response of a Single Crystalline CoNiAl Shape Memory Alloy. Scripta Materialia, 51, 261–266. Oikawa K., Ota T., Imano Y., Omori T., Kainuma R., and Ishida K., 2005. Phase Equilibria and Phase Transformation of Co-Ni-Ga Ferromagnetic Shape Memory Alloy System. Basic and Applied Research, 27, 75-82. Kayalı, N., CuZnAl Alaşımlarında Martensit Stabilizasyonu ve Yaşlandırma Etkileri, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, 1993. LAM, C.W.H., CHUNG, C.Y., LĠNG, C.C., FUNG, S., BELING, C.D., 1997. Removal of Martensite Stabilisation in CANTiM Shape Memory Alloy by Postquench Ageing. Journal Of Materials Processing Tecnology, 600-603. Liu, J. Hongxing, Z. Yanlu, H. Mingxu, X. Jianguo, L., 2005. Microstructure and Magnetic Field Induced Strain of Directionally Solidified Ferromagnetic Shape Memory CoNiAl Alloys. Scripta Materialia, 53, 29–33. Liu, J. Hongxing, Z. Xia, M.X. Huang, Y.L. Jianguo, L., 2005. Martensitic Transformation and Magnetic Properties in Heusler CoNiGa Magnetic Shape Memory Alloys. Scripta Materialia, 52, 935–938. Liu, J. Li, J.G., 2006. Magnetic Force Microscopy Observations of Co–Ni–Ga and Co– Ni–Al Alloys With Two-Phase Structures. Scripta Materialia, 55, 755–758. 118 Liu Z. H., Dai X. F., Zhu Z. H., And Chen J.L., 2004. Martensitic Transformation and Magnetic Properties of Co–Ni–Al Shape Memory Alloys Ribbons. Scripta Materialia 37, 2643–264. Maziarz W., 2008. Structure Changes of Co–Ni–Al Ferromagnetic Shape Memory Alloys after Vacuum Annealing and Hot Rolling. Journal of Alloys and Compounds, 448, 223–226. Morito, H. Fujita, A. Fukamichi, K. Kainuma, R. Ishida K., 2002. Magnetocrystalline Anisotropy in Single-Crystal Co–Ni–Al Ferromagnetic Shape-Memory Alloy. Department of Materials Science, 980, 1657-1659. Morito, H. Oikawa, K. Fujita, A. Fukamichi, K. Kainuma, R. Ishida K., 2010. Large Magnetic-Field-Induced Strain in Co-Ni-Al Single Variant Ferromagnetic Shape Memory Alloy, Scripta Materialia, 5, 1-6. Murakami, Shindo Y., Oikawa D., Kainuma K., Ishida R. K., 2002. Magnetic Domain Structures in Co–Ni–Al Shape Memory Alloys Studied by Lorentz Microscopy and Electron Holography. Acta Materialia, 50, 2173–2184. Nishiyama, Z., 1978. Martensitic Transformation. Academic Press, NewYork. Otsuka, K. Ren, X., 1999. Recent Developments in the Research of Shape Memory Alloys, Intermetallics, 7, 511- 528. Soğuksu, A.K., Şekil Hatırlamalı Cu-Al-Ni Ve Cu-Zn-Al Alaşımların Üretilmesi ve Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006. Tanaka, Y. Oikawa, K. Sutou, Y. Omori, T. Kainuma, R. Ishida, K., 2006. Martensitic Transition and Superelasticity of Co–Ni–Al Ferromagnetic Shape Memory Alloys 119 with β+γ Two-Phase Structure. Materials Science and Engineering, 438–440, 1054–1060. Toptaş, E., Şekil Hafızalı Metaller ile Aktüatör Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Eğitimi Anabilim Dalı Makine Eğitimi Programı, 2006. Xu G., Yın Z., Luo F., Mou S., 0ikawa K.. 2006. Martensitic and Magnetic Transformation of Co41Ni32A124Sb3 and Co41Ni32A127 Alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 16, 776-782. Tanaka Y., Oikawa K., Sutou Y., Omori T., Kainuma R., Ishida K.. 2006. Martensitic Transition and Superelasticity of Co–Ni–Al Ferromagnetic Shape Memory Alloys with β +γ Two-Phase Structure. Materials Science and Engineering. 438-440, 1054–1060. Valiullin A.I., Kositsin S.V., Kositsina I.I., Kataeva N.V., Zavalishin V.A.. 2006. Study of Ferromagnetic Co–Ni–Al Alloys with Thermoelastic L10 Martensite. Materials Science and Engineering, A 438–440. 1041–1044. Zhang P.N., Liu J., 2008. Microstructure and Mechanical Properties in Co–Ni–Ga–Al Shape Memory Alloys with Two-Phase Structure. Journal of Alloys and Compounds, 462, 225–228. Zhuhong L., Shuyun Y., Hong Y., Guangheng W., Yinong L., 2008. Phase Separation and Magnetic Properties of CoNiAl Ferromagnetic Shape Memory Alloys. Intermetallics, 16, 447-452. 120 ÖZGEÇMĠġ Adı Soyadı :Ahmet Çetin AKİS Doğum Yeri :Kilis Doğum Tarihi :09/03/1977 E posta :ahmetcetinakis@hotmail.com Yabancı Dili :İngilizce Eğitim Durumu (Okul, baĢlama ve mezuniyet yılı, Ģehir) : Ġlkokul :Aslanbey İlkokulu Ortakokul :Kilis Ortaokulu Lise :Kilis Lisesi Lisans :Karadeniz Teknik Üniversitesi, 1995-1999, Trabzon Yayın ve/veya Bildirileri: 1. Akis Ahmet Ç., Eskil M. ve Sevval E. (2011). Farklı Etkiler Altında Şekil Hatırlamalı CoNiAl Alaşımlarının Martensitik Dönüşüm Sıcaklıklarındaki Değişimler. e-Journal of New World Sciences Academy, Volume: 6, Number: 1, Article Number: 1A0167 121
