Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorKoçkar, Benat
dc.contributor.authorAkın, Erhan
dc.date.accessioned2023-06-05T13:34:43Z
dc.date.issued2023
dc.date.submitted2023-01-11
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11655/33331
dc.description.abstractHigh temperature shape memory alloys (HTSMAs) have a wide range of application in aerospace, automotive and petroleum industries as high temperature actuators. NiTiHf HTSMAs are the most potential alloys compared to the other HTSMAs due to being cost friendly, having very high transformation temperatures and their ability to show high work output. Since exposure time of the alloy to high temperatures is dictated by heating-cooling rate of thermo-mechanical cycling, clarifying the effect of this rate to the functional fatigue life and the stability of the shape memory properties with the number of thermal cycles is crucial to offer a solution for enhancing these properties. The time spent at high temperatures may lead to observe higher plastic deformation since the strength of the metal alloys decreases and dislocation formation during phase transformation becomes easier. The cyclic instability of shape memory behaviors such as the shift of transformation temperatures, the increase or decrease of thermal hysteresis, actuation and accumulated irrecoverable strains stemming from lattice incompatibility between low temperature and high temperature phases and the phase transformation induced dislocations is also a substantial problem, which needs to tackle with. Besides the precipitation and deformation strengthening treatments that are conducted to increase the strength of these alloys, medium temperature rolling operation is another possible thermo-mechanical processing method in equiatomic NiTiHf alloys since they are known as hard-to-deform materials and precipitation formation is not possible in these materials. In the light of the information presented above, the aims of the present study can be summarized as to characterize the actuation fatigue properties till failure and the effect of heating-cooling rate during thermal cycling to the actuation/functional fatigue life and the shape memory properties with the number of cycles. Moreover, enhancing the cyclic stability of the alloy by increasing the critical shear stress for slip and decreasing the plastic deformation during phase transformation under stress for equiatomic Ni50Ti30Hf20 (at.%) HTSMAs are among the desired aims of this study as well. Actuation fatigue behaviors of the hot extruded material, the influences of annealing heat treatment and warm rolling at different temperatures on the thermal cycling stability and functional fatigue properties of the equiatomic Ni50Ti30Hf20 (at.%) HTSMAs were revealed in the present study. First of all, thermal cycling under constant stress experiments were performed on the randomly selected samples from the hot extruded billet with different heating and cooling rates such as 5, 10, 15, 20 and 25°C/s. Not only the different rates but also the same rates displayed variation in the shape memory properties and fatigue lives. For instance, the specimens tested with 15°C/s rate exhibited 580, 754 and 1738 thermal fatigue cycles under 200 MPa constant stress level via heating the samples to an identical upper cycle temperature. Temperature distribution through the length of the test samples during heating-cooling cycles were analyzed and almost similar temperature gradient was observed for the different rates. To investigate the reason of the discrepancy in the shape memory properties, six fatigue test specimens were cut along the cross section of another virgin piece of the hot extruded billet and enumerated for futher fatigue experiments. Additionally, edges through the gage sections of the enumerated samples were ground and in order to mitigate the surface roughness and micro surface cracks for test standardization. The 15°C/s heating-cooling rate was utilized on all enumerated and edge ground samples during functional fatigue experiments as an average rate. Even though the actuation fatigue life were increased to almost 8500 thermal cycles for hot extruded samples after edge grinding, the discrepancy in the shape memory behaviors were still oberved. This different behavior was attributed to microstructural nonuniformity and deformation variation induced by hot extrusion process. Annealing heat treatment at 550°C-3h was utilized following hot extrusion on the samples obtained from different regions of bulk material in order to overcome deformation variation problem. The similar transformation temperatures, thermal hysteresis, actuation and irrecoverable strains magnitudes were observed for both of the annealed samples due to relieving the internal stress and removing the microstructural nonuniformity via annealing treatment. More importantly, the stable transformation temperatures were measured and actuation fatigue life time was reached to about 12000 cycles. To increase thermal cycling stability, warm rolling at 600°C and 700°C with 5% thickness reduction were conducted on hot extruded-annealed alloy. The stability of all shape memory properties with the increase in the number of cycles was almost attained with the warm rolling at 600°C process, however, less fatigue lives were obtained for both warm rolled samples compared to annealed ones due to possible microcrack formations, which were induced during rolling operations.tr_TR
dc.language.isoentr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectHigh temperature shape memory alloystr_TR
dc.subjectNiTiHftr_TR
dc.subjectHot extrusiontr_TR
dc.subjectAnnealingtr_TR
dc.subjectWarm rollingtr_TR
dc.subjectFunctional fatiguetr_TR
dc.subject.lcshMakina mühendisliğitr_TR
dc.titleEffect of Hot Extrusion, Annealing and Warm Rolling on the Functional Fatigue Behaviors of Nitihf High Temperature Shape Memory Alloystr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesistr_TR
dc.description.ozetYüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlar (YSŞHA’lar) havacılık, otomotiv ve petrol sanayisinde yüksek sıcaklık aktüatörü olarak geniş kapsamlı uygulamalara sahiptir. NiTiHf YSŞHA’lar uygun fiyatlı olmasından, çok yüksek dönüşüm sıcaklıklarına sahip olmasından ve yüksek iş çıktısı gösterme kabiliyetlerinden dolayı diğer YSŞHA’lara kıyasla kullanım potansiyelleri en fazla olan alaşımlardır. Alaşımın yüksek sıcaklıklara maruz kalma süresi termomekanik çevrimin ısıtma-soğutma hızı tarafından belirlendiği için, bu hızın artan termal çevrim sayısı ile fonksiyonel yorulma ömrü ve şekil hafıza özelliklerine etkisinin açıklanması bu özelliklerin geliştirilmesine bir çözüm sunulması için çok önemlidir. Metal alaşımlarının dayanımı azalacağı ve faz dönüşümü sırasında dislokasyon oluşumu kolaylaşacağı için yüksek sıcaklıklarda geçirilen süre daha yüksek kalıcı şekil değişimi görülmesine öncülük edebilir. Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık fazları arasındaki kafes uyuşmazlığından ve faz dönüşümüyle endüklenmiş dislokasyonlardan kaynaklanan dönüşüm sıcaklıklarının değişimi, thermal histerezis, aktivasyon ve birikimli geri kazanılamayan gerinimlerin artması veya azalması gibi şekil hafıza özelliklerinin çevrim kararsızlığı üstesinden gelinmesi gereken önemli bir sorundur. Bu alaşımların dayanımının arttırılması için uygulanan çökelimli ve deformasyonla dayanım arttırma işlemlerinin yanı sıra, deforme edilmesi zor malzemeler olarak bilindikleri ve bu alaşımlarda çökelti oluşumu mümkün olmadığı için orta sıcaklık haddeleme işlemi eşit atomlu NiTiHf alaşımlardaki bir diğer olası termomekanik proses metodudur. Yukarıda sunulan bu bilgiler göz önüne alınarak, bu çalışmanın amaçları, kırılmaya kadarki aktivasyon yorulma özelliklerinin ve termal çevrim boyunca ısıtma-soğutma hızının aktivasyon/fonksiyonel yorulma ömrüne ve artan çevrim sayısı ile şekil hafıza özelliklerine etkisinin karakterize edilmesi olarak özetlenebilir. Ayrıca, eşit atomlu Ni50Ti30Hf20 (at.%) YSŞHA’lar için kayma için kritik kayma gerilmesi arttırılarak ve stress altındaki faz dönüşümü sırasındaki kalıcı deformasyon azaltılarak bu alaşımın çevrim kararlılığının arttırılması da bu çalışmanın arzu edilen amaçları arasındadır. Bu çalışmada, sıcak ekstrüde malzemenin aktivasyon yorulma davranışları, tavlama ısıl işleminin ve farklı sıcaklıklardaki sıcak haddelemenin eşit atomlu Ni50Ti30Hf20 (at.%) YSŞHA’ların termal çevrim kararlılığı ve fonsiyonel yorulma özellikleri üzerindeki etkileri gösterildi. İlk olarak, sıcak ektrüde çubuktan rastgele seçilmiş numunelerde 5, 10, 15, 20 and 25°C/sn gibi farklı ısıtma-soğutma hızlarında sabit gerilim altında termal çevrimler gerşekleştirildi. Sadece farklı hızlarda değil aynı hızlarda da şekil hafıza özelliklerinde ve yorulma ömürlerinde farklılık sergiledi. Örnek olarak, 200 MPa sabit gerilim seviyesi altında aynı en yüksek çevrim sıcaklığına ısıtılarak 15°C/sn hız ile test edilen numuneler 580, 754 ve 1738 termal yorulma çevrimleri gösterdi. Isıtma-soğutma çevrimleri sırasında test numunesinin ölçüm açıklığı boyunca sıcaklık dağılımı analiz edildi ve farklı hızlar için hemen hemen aynı sıcaklık gradyanı gözlemlendi. Şekil hafıza özelliklerindeki farklılığın sebebini araştırmak için, sıcak ekstrüze çubukğun işlem görmemiş bir diğer parçasından kesit alanı boyunca altı yorulma test numunesi kesildi ve ileriki yorulma testleri için numaralandırıldı. Ek olarak, test standardizasyonu için mikro yüzey çatlaklarının ve yüzey pürüzlülüğünün azaltılması için numaralandırılmış numunelerin ölçüm açıklığı boyuncaki kenarları zımparalandı. Kenarları zımparalanmış ve numaralandırılmış tüm numunelerin fonksiyonel yorulma testlerinde ortalama hız olarak 15°C/sn ısıtma-soğutma hızı uygulandı. Kenar zımparalamadan sonra sıcak ekstrüze edilmiş numuneler için aktivasyon yorulma ömrü yaklaşık 8500 termal çevrime arttırılmasına rağmen, hala şekil hafıza davranışlarındaki farklılık gözlemlendi. Bu farklı davranış sıcak ekstrüzyon işlemi tarafından indüklenen mikro yapısal faklılık ve deformasyon varyasyonuna dayandırıldı. Deformasyon varyasyon sorununun ortadan kaldırılması için sıcak ekstrüze edilmiş kaba malzemenin farklı bölgelerinden elde edilen numunelere 550°C’de 3 saat tavlama ısıl işlemi uygulandı. Tavlama işlemi ile iç gerilimin düşürülmesi ve mikro yapısal farklılığın ortadan kaldırılmasından dolayı her iki tavlanmış numune için benzer dönüşüm sıcaklıkları, termal histerezis, aktivasyon ve geri kazanılamayan gerinim değerleri gözlemlendi. Daha da önemlisi, sabit dönüşüm sıcaklıkları ölçüldü ve aktivasyon yorulma ömrü yaklaşık 12000 çevrime ulaştı. Termal çevrim kararlılığını arttırmak için, sıcak ektrüde edimiş-tavlanmış alaşıma 600°C‘de ve 700°C’de %5 kalınlık azalması ile sıcak haddeleme uygulandı. 600°C sıcak haddeleme işlemi ile artan çevrim sayısındaki tüm şekil hafıza özelliklerinin kararlılığı hemen hemen elde edildi ama haddeleme işlemi sırasında indüklenen olası mikro çatlak yapılarından dolayı tavlanmış numunelere kıyasla her iki sıcak haddelenmiş numune için de daha az yorulma ömrü elde edildi.tr_TR
dc.contributor.departmentMakine Mühendisliğitr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2023-06-05T13:34:43Z
dc.fundingYoktr_TR


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster