ECiftci PDF - Makina Mühendisliği Bölümü

GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
MM 598 SEMİNER DERSİ
Tez Öğrencisi:Emre ÇİFTÇİ
Tez Danışmanı: Öğr.Gör.Dr. Elmas SALAMCI
Tez Konusu: Mekanik Alaşımlama İşlem Parametrelerinin Cu-Al-Ni Şekil Hafızalı Alaşımın Mikroyapısına Ve
Özelliklerine Etkilerinin Araştırılması
1.Giriş
Toz Metalurjisi (T/M) işlemi ilk olarak geleneksel döküm, sıcak ve soğuk presleme ve talaş kaldırma üretim
yöntemlerine alternatif olarak geliştirilmiştir. Toz metalurjisi, imali zor parçaların (küçük, fonksiyonel, birbiri ile
uyumsuz, kompozit yapılar, vb) toz formunda hammaddelerden başlayarak ekonomik, yüksek mukavemet ve
minimum toleransla (düşük fireli olarak) ve diğer üretim yöntemlerine kıyasla daha avantajlı bir şekilde
üretilmesi yöntem ve tekniğidir. Arzu edilen durum, yapılan işlemlerin ucuz olması ve kullanılacak olan tozların
istenilen fiziksel ve kimyasal özellikleri sağlamasıdır(Kurt, 2004).
Son derece homojen mikroyapılar üretmek için malzemelerin genellikle asal bir ortamda yoğun öğütme işlemi ile
sürekli olarak kırılma, soğuk kaynaklanma, yeniden kırılma ve yeniden kaynaklanmaya maruz bırakıldığı düşük
sıcaklıklarda alaşım üretme yöntemine mekanik alaşımlandırma (MA) denilmektedir (Kılınç,1999). Son yıllarda
geliştirilen MA tekniği, karmaşık ve üretilmesi zor olan alaşımlarda ergime ve katılaşma aşamasındaki bazı
problemlerden kaçınılması açısından önemli bir üretim yöntemidir.
Yüksek enerjili mekanik alaşımlandırma tekniği, bilya-toz-bilya çarpışmalarının neden olduğu tekrarlanan
mekanik deformasyonlar ile başlangıçtaki toz karışımının bileşenleri arasındaki katı hal reaksiyonlarını içerir. Bu
tekniğe artan ilgi, eşsiz fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahip malzemelerin daha düşük bir maliyette ve
kolayca elde edilebilir olmasından dolayıdır. (Ruggeri,1997)
MA yüksek enerjili bilyalı öğütmenin normal olarak kuru ortamda yapıldığı bir tekniktir ve ticari olarak
kullanışlı ve bilimsel olarak ilgi çekici malzemelerin üretiminde kullanılmıştır. MA işlemi esas olarak tozların
doğru oranda karıştırılması ve karıştırılan tozların bilyalarla birlikte öğütme ortamına konulmasıyla başlar. Bu
karışım kararlı duruma yani her toz partikülünün bileşimi başlangıçtaki toz oranıyla aynı olana kadar öğütürlür.
Öğütülen toz daha sonra hacim şeklini alması için birleştirilir ve arzu edilen mikroyapı ve özellikleri sağlaması
için ısıl işleme tabi tutulur. bu yüzden ham maddeler, öğütme ve süreç değişkenleri MA prosesinin önemli
bileşenleridir. (Suryanarayana,1995)
Düşük maliyet ve yüksek geri dönüşme kuvvetlerinden dolayı Bakır (Cu) esaslı şekil hafızalı alaşımlar pratik
kullanımda geleceği en parlak olan alaşımlardır. Cu-bazlı alaşımlar arasında ise Cu-Al-Ni alaşımı diğerlerine
oranla termal kararlılığı daha iyidir. Cu-Al-Ni alaşımları geleneksel döküm metotlarıyla üretildiğinde yüksek
elastik anizotropi ve büyük tane boyutuna bağlı olarak oldukça kırılgan olur ve genel olarak düşük mekanik
özellikler gösterirler.(Xiao ve ark.,2008) Döküm sırasındaki kompozisyon değişim dönüşüm sıcaklığını bile
değiştirebilir ve iri taneler alaşımın mekanik özelliklerini zayıflaştırır. Alaşımın mekanik özelliklerinin
geliştirilmesi alaşımın ince tane boyutlu olarak üretilmesiyle yakından alakalıdır. Mekanik alaşımlama ile tane
boyutu ve kompozisyon daha iyi kontrol edilebilir.(Li ve ark.,2006)
Literatürde Cu-Al-Ni alaşımının toz metalürjisi ve mekanik alaşımlama ile üretilmesini inceleyen birçok çalışma
mevcuttur. Xiao ve arkadaşları (2008), mekanik alaşımlamanın yapıldığı değirmen hızı ve sürenin
değiştirilmesinin alaşım oluşumu üzerindeki etkilerini incelemiş ve bakır kırımının 300 rpm hızda 25 saatte
görüldüğünü belirtmişlerdir. Li ve arkadaşları (2006) , Cu-Al-Ni alaşımının termoelastik özelliklerini artırmak
için alaşıma Mn eklemiş ve farklı değirmen sürelerinin alaşıma etkisini incelemiş ve Cu-Al-Ni-Mn alaşımının
mekanik alaşımlama yöntemiyle 35 saat sonunda başarılı bir şekilde üretilebildiğini belirtmişlerdir. Göğebakan
ve arkadaşları (2007), alaşımın mekanik alaşımlama ile üretimini ve üretilen numunenin yapı ve termal
özelliklerini incelemişler ve 30 saatlik süre sonucunda başarılı bir şekilde alaşımlamanın gerçekleştiğini
belirtmişlerdir. Tang ve arkadaşları (1997) alaşımın, mekanik alaşımlama yöntemiyle üretilebilirliğini
incelemişler ve 40 saatlik değirmen süresi sonucunda alaşımı başarıyla üretebilmişler ve değirmen süresinin çok
fazla olmasının martenzit dönüşümünü düşürdüğünü belirtmişlerdir.
Çalışmada literatürde yapılan çalışmaların ışığında ve bu çalışmalara ilave olarak farklı bilya-toz oranlarının ve
işlem kontrol kimyasallarının alaşım oluşumu süresine etkisi incelenecektir.
2.Kullanılacak Yöntem
Mekanik alaşımlama karmaşık bir prosestir ve bu proses, sonucunda istenilen fazı ve mikroyapıda ürün elde
edebilmek için bazı değişkenlerin optimizasyonunu içerir. Tozun son bileşimi üzerinde bazı parametrelerin etkisi
vardır. Bu parametreler: öğütücü tipi, öğütücü kabı, değirmen hızı, öğütme süresi, öğütücü bilyalar, bilya-toz
oranı, kabın doldurulma miktarı, öğütme atmosferi ve işlem kontrol kimyasallarıdır.
Çalışmada ağırlık oranına göre Cu83Al13Ni4 alaşımı Szegvari atritörde farklı bilya-toz oranları (10:1 ve 15: 1)
ve farklı değirmen hızlarında (100 – 300 rpm ), işlem kontrol kimyasalı kullanılarak ve kullanılmadan
üretilecektir. Yapılan çalışmalar incelendiğinde alaşımlama süresinin 20 saat ile 35 saat arasında sürebileceği
değerlendirilmektedir. Öğütme işlemi Argon gazı altında yapılacaktır.
Atritörde yapılan öğütme sonrası soğuk presleme ile oluşacak yeşil numuneler ısıl işleme tabi tutulacaktır.
Ayrıca tüm numunelerin yoğunlukları, mikro sertlikleri hesaplanacaktır. SEM (Scanning Electron Microscopy)
ile alaşımın mikroyapısı incelenirken DSC (Differantial Scanning Calorimetry) ile alaşımın termal özellikleri
incelenecektir.
3. Sonuç
Deneyler sonrasında alaşım süresine bağlı olarak parçacık boyundaki değişimler ve en uygun alaşım
parametreleri SEM sonuçlarına göre belirlenecektir. Bu sayede bilya-toz oranı ve öğütücü hızı parametrelerinin
alaşımlama üzerindeki etkisi incelenecektir. Ayrıca DSC ile yapılan analizler sonucunda mekanik alaşımlama ile
üretilen alaşımın termal özelliklerinin literatürle kıyaslaması yapılabilecektir.
4. Kaynaklar
Kurt O., 2004, Toz Üretim Yöntemleri ve Sinterleme, Ders Notları, Sakarya Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme
Bölümü, Sakarya
Kılınç, Y., 1999, Demir Bazlı Süperalaşımların Mekanik Alaşımlama Metodu ile Üretilmesi ve Özelliklerinin
Araştırılması, Doktora Tezi, 126 s.
Ruggeri, S., Lenain, C., Roue, L.,Liang, G., Hout, J. and Schulz R., 2002, Journal of Alloys and Compounds
339, 195-201 p.
Suryanarayana C. Bibliography on mechanical alloying and milling. Cambridge, UK: Cambridge International
Science Publishing, 1995.
Xiao ve ark.2007, Effect of processing of mechanical alloying and powder metallurgy on microstructure and
properties of Cu–Al–Ni–Mn alloy, Materials Science and Engineering A 488 (2008) 266–272
Li ve ark.2005, Cu–Al–Ni–Mn shape memory alloy processed by mechanical alloying and powder metallurgy,
Materials Science and Engineering A 417 (2006) 225–229
Göğebakan ve ark.2007, Production of CuAlNi Shape Memory Alloys by Mechanical Alloy, Sixth International
Conference of the Balkan Physical Union
Tang ve ark.1997, Preparation of Cu-AI-Ni-based Shape Memory Alloys by Mechanical Alloying and Powder
Metallurgy Method, Journal ofMaterials Processing Technology 63 (1997) 307-312