Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorKoçkar, Benat
dc.contributor.authorAkgül, Oğulcan
dc.date.accessioned2022-04-01T08:34:35Z
dc.date.issued2022
dc.date.submitted2022-01-06
dc.identifier.citationO. Akgul, Investigating The Effect Of Low Heating-Cooling Rate And The Thermomechanical Treatments On The Shape Memory Behavior Of NiTiHf Alloys, Msc Thesis, Graduate School Of Science And Engineering Of Hacettepe University, (2022).tr_TR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/26077
dc.description.abstractShape memory alloys (SMAs) have an extraordinary ability to recover their shape via martensitic transformation. That ability provides SMAs to be used as actuators in many applications as a result of doing work against load. Superelasticity and shape memory are two key phenomena observed in SMAs as a result of the martensitic transformation. Superleasticity takes place when SMA is in parent phase. Under the applied load, parent phase transforms to martensite phase and elongates via martensite reorientation and detwinning and martensite transforms back to austenite and the alloy remembers its original shape via unloading. On the other hand, shape memory effect is triggered via heating the alloy above Austenite Finish (Af) and cooling to Martensite Finish (Mf) temperatures. Nickel Titanium-based shape memory alloys are the most popular SMAs due to their excellent shape memory characteristics however their transformation temperatures are limited to 100-120 ˚C if the alloy is Ni-Lean. As Nickel content increases above 50 at. %, transformation temperatures decrease. However, many applications require higher transformation temperatures. Addition of Hf element effectively strengthens the alloy and increases transformation temperatures of NiTi-Based SMAs. However, as service temperature increases, cyclic stability of SMAs decreases due to the softening at elevated temperatures thus it is crucial to have knowledge about shape memory behavior at these temperatures. In the first part of this thesis, Ni50Ti30Hf20 at. % shape memory alloy was used to investigate the heating/cooling rate effect on the shape memory properties. Material was purchased from Sophisticated Alloys Inc. and produced with high purity Ni, Ti and Hf elements via vacuum induction melting. Melting process was conducted under high purity argon atmosphere. Material was sealed within mild steel can and extrusion process with an area reduction of 4:1 was conducted. DSC experiments were conducted via Perkin Elmer Differential Scanning Calorimetry 800 on extruded specimens to reveal heating/cooling rate effect on equiatomic Ni50Ti30Hf20 at. % shape memory alloy. Isobaric heating/cooling experiments were run to investigate shape memory effect via following different heating/cooling rates which were the same rates used in DSC experiments. Thermal stability was investigated via DSC experiments while mechanical stability was investigated via isobaric experiments. Stress-free DSC experiments showed that transformation temperatures were not affected by different heating/cooling rates while transformation enthalpy increased as scanning rate was increased. Isobaric experiments, which were done under 200 MPa demonstrated no variety in terms of shape memory properties such as the transforming volume and transformation temperatures with different heating/cooling rates. In the second part of this thesis, cyclic stability and shape memory characteristics were investigated on equiatomic Ni50Ti25Hf25 at. % SMA. Material was produced with the same procedure as defined above and purchased from Sophisticated Alloys Inc. Addition to the extrusion process, material was subjected to homogenizing heat treatment at 1050 °C for 2 hours. High Hf content of NiTiHf alloy has been admitted as a great candidate for very high temperature (up to 600 °C) actuation applications. DSC studies were conducted to characterize transformation behavior of the alloy under no load. After determining transformation characteristics, functional fatigue experiments were conducted under pre-determined load on homogenized sample to investigate shape memory behavior of Ni50Ti25Hf25 at. % shape memory alloy. It is known that plastic deformation methods are effective way to improve shape memory characteristics of SMAs. Cold rolling was applied to homogenized sample with thickness reduction of 5% then cold rolled sample was subjected to annealing heat treatment at 500 °C for 30 minutes to further improve SME behavior. Warm rolling study was also conducted at 500 °C with same thickness reduction as it was achieved with cold rolling operation. Recoverable strain, transformation temperatures, hysteresis, irrecoverable strain values were gathered from the experiments. It was observed that cyclic stability of Ni50Ti25Hf25 at. % HTSMA was increased via both cold and warm rolling processes although the operating temperatures were very high.tr_TR
dc.language.isoentr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectShape memory Alloystr_TR
dc.subjectCold rollingtr_TR
dc.subjectWarm rollingtr_TR
dc.subjectThermo-Mechanical treatmentstr_TR
dc.subjectFunctional fatiguetr_TR
dc.titleInvestıgatıng the Effect of Low Heatıng Coolıng Rate and the Thermomechanıcal Treatments on The Shape Memory Behavıor of Nıtıhf Alloystr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesistr_TR
dc.description.ozetŞekil hafızalı alaşımlar (ŞHA’lar) martensitik dönüşüm sayesinde şekillerini geri kazanma gibi olağanüstü bir yeteneğe sahiptir. Bu yetenek ile yüke karşı iş yapabildikleri için, ŞHA’lar birçok uygulamada aktüatör olarak kullanılabilirler. Martensitik dönüşüm, süperelastisite ve şekil hafıza etkisi olarak adlandırılan iki ana etkinin gözlemlenmesine yol açar. Süperleastisite, ŞHA yüksek sıcaklık fazında iken gerçekleşir. Uygulanan yük ile yüksek sıcaklık fazı martensit faza dönüşür ve martensitin yeniden oryantasyonu ve ikizlenmenin bozulması yoluyla uzama gerçekleştirir. Yükün ortadan kaldırılması ile martensit yüksek sıcaklık fazına geri döner ve yüksek sıcaklık fazındaki şeklini geri hatırlar. Şekil hafıza etkisi ise alaşımın Af (östenit bitiş) sıcaklığının üzerine ısıtılması ve Mf (martenzit bitiş) sıcaklığının altına soğutulması ile vuku bulur. Nikel-Titanyum bazlı şekil hafıza alaşımları mükemmel şekil hafıza özellikleri sebebiyle en popüler ŞHA’lardır, ancak dönüşüm sıcaklıkları 100-120 ˚C ile sınırlıdır. Nikel içeriği atomik olarak %50’nin üzerine çıktıkça dönüşüm sıcaklıkları düşüş gösterir, bu sebeple daha yüksek sıcaklıklardaki birçok uygulama için bu alaşımların dönüşüm sıcaklıklarının arttırılması gerekmektedir. Hf elementinin eklenmesi, alaşımı etkili bir şekilde güçlendirdiği gibi bahsi geçen dönüşüm sıcaklıklarını da arttırır. Ancak yüksek sıcaklıklarda malzemenin gösterdiği yumuşama sebebiyle ŞHA’ların döngüsel kararlılığı azalır bu sebeple yüksek sıcaklıklarda şekil hafıza davranışı hakkında bilgi sahibi olmak önem arz etmektedir. Tezin ilk bölümünde, ısıtma/soğutma hızının şekil hafıza özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için Ni50Ti30Hf20 (at. %) şekil hafızalı alaşım kullanılmıştır. Sophisticated Alloys Inc. şirketinden temin edilen malzeme, yüksek saflıkta Ni, Ti ve Hf elementleri kullanılarak vakum indüksiyon ergitme yoluyla üretilmiştir. Ergitme işlemi yüksek saflıkta Argon atmosferi altında gerçekleştirilmiştir. Malzeme, yumuşak çelik ile kaplandıktan sonra 4:1 oranında alan küçültecek şekilde ekstrüzyon işlemine tabii tutulmuştur. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) deneyleri eş atomlu Ni50Ti30Hf20 şekil hafızalı alaşım üzerinde ısıtma/soğutma hızının etkisini ortaya çıkarmak için ekstrüde edilmiş numuneler kullanılarak Perkin Elmer Diferansiyel Taramalı Kalorimetre 800 ile gerçekleştirilmiştir. DSC deneylerine ek olarak izobarik ısıtma/soğutma deneyleri, DSC deneylerinde kullanılan hız ile aynı olacak şekilde farklı ısıtma/soğutma hızları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde farklı ısıtma/soğutma hızlarının şekil hafıza etkisi (ŞHE) üzerindeki etkileri incelenmiştir. DSC deneyleri ile termal kararlılık incelenirken izobarik deneyler ile mekanik kararlılık incelenmiştir. Gerilmesiz DSC deneyleri, tarama hızı arttıkça dönüşüm entalpisi artarken dönüşüm sıcaklıklarının farklı ısıtma/soğutma hızlarından etkilenmediğini göstermiştir. 200 MPa altında yapılan izobarik deneyler ise farklı ısıtma/soğutma hızlarında dönüşüm hacmi ve dönüşüm sıcaklıkları gibi şekil hafıza özellikleri açısından çeşitlilik göstermemiştir. Tezin ikinci bölümünde, eş atomlu Ni50Ti25Hf25 at. % şekil hafızalı alaşımı kullanmış ve alaşım üzerinde çevrimsel kararlılık ve şekil hafıza özellikleri incelenmiştir. Malzeme yukarıdaki ile aynı prosedür ile üretilmiş ve temin edilmiştir. Ekstrüzyon işlemine ek olarak malzeme 1050 °C'de 2 saat homojenleştirme ısıl işlemine tabi tutulmuştur. NiTiHf alaşımları, yüksek Hf içeriği ile çok yüksek sıcaklıklardaki (600 °C'ye kadar) uygulamalar için harika bir aday olarak kabul edilmiştir. Alaşımın yüksüz dönüşüm davranışını karakterize etmek için DSC çalışmaları yapılmıştır. Dönüşüm özellikleri belirlendikten sonra, Ni50Ti25Hf25 at. % alaşımının şekil hafıza davranışını araştırmak için homojenize edilmiş numune üzerinde önceden belirlenmiş yük altında fonksiyonel yorulma deneyleri yapılmıştır. Plastik deformasyon yöntemlerinin ŞHA'ların şekil hafıza özelliklerini iyileştirmede etkili bir yol olduğu bilinmektedir. Homojenize edilmiş numuneye %5 kalınlık azaltılacak şekilde soğuk haddeleme uygulanmıştır, ardından soğuk haddelenmiş numune, ŞHE davranışını iyileştirmek için 500 °C'de 30 dakika tavlama ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Sıcak haddeleme çalışması da soğuk haddeleme işleminde olduğu gibi %5 kalınlık azalmasıyla 500 °C'de gerçekleştirilmiştir. Deneylerden geri kazanılabilir gerinim, dönüşüm sıcaklıkları, histerezis, geri döndürülemez gerinim değerleri elde edilmiştir. Ni50Ti25Hf25 at. % şekil hafızalı alaşımının çevrimsel kararlılığı araştırılmıştır. Çalışma sıcaklıkları çok yüksek olmasına rağmen hem soğuk hem de sıcak haddeleme işlemleri ile çevrimsel kararlılık arttırılmıştır.tr_TR
dc.contributor.departmentMakine Mühendisliğitr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2022-04-01T08:34:35Z
dc.fundingYoktr_TR


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster