Havacılık ve uzay sanayinde kullanılmak üzere yeni bir titanyum alaşımı geliştirilmesi ve mekanik özelliklerinin araştırılması

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Erdem MERMER

Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hanifi Çinici

Eş Danışman: Rahmi Ünal

Özet:

Ti-Al esaslı alaşımlar, yüksek özgül dayanımları, yüksek ergime sıcaklıkları, oksidasyon dirençleri ve düşük yoğunlukları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Havacılık ve uzay endüstrisi için umut verici malzemeler olarak kabul edilmektedirler. Bununla birlikte, ortam sıcaklıklarındaki zayıf süneklik, Ti-Al alaşımlarının geniş çapta kullanımını sınırlamaktadır. Bu nedenle, yetersiz özellikleri geliştirmek için daha fazla alaşım tasarımı ve geliştirilmesi gereklidir. Bu kapsamda Ti, Al, Hf, Zr ve Nb elementleri kullanılarak Al bakımından zengin yeni Ti-Al alaşımları üretilmiştir. Bu tez, havacılık endüstrisi için Al bakımından zengin Ti- Al alaşımlarının tasarımını, üretimini ve karakterizasyonunu içermektedir. Ti-Al alaşımlarında kullanılacak alaşım elementleri, Cambridge Sequential Total Energy Package (CASTEP) ile ilk prensipler ilkesi hesaplamaları ve Thermo-Calc yazılımı ile termofiziksel hesaplamalar temel alınarak hesaplanmıştır. Öncelikle, birinci prensip hesaplamaları ile yapısal ve mekanik kararlılığa sahip uygun bileşimler belirlenmiştir. Daha sonra Thermo Calc ile her bir alaşımın faz diyagramı ile termodinamik özellikleri çalışılmıştır. Teorik çalışmaların ardından seçilen alaşım kompozisyonları vakum indüksiyon ergitme (VIM) yöntemiyle üretilmiştir. Ti-Al bazlı alaşımlar, elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve fiziksel analiz kullanılarak ayrıntılı olarak karakterize edilmiştir. Alaşımların mekanik özellikleri anlamak için nanoindentasyon tekniği ile analizler yapılmıştır. İncelenen tüm alaşımlar arasında en umut verici alaşımın Ti-43Al-6Hf-2Nb olduğu bulunmuştur. Seçilen alaşımın yüksek sıcaklıktaki davranışını anlamak için mekanik basma ve oksidasyon testleri ile yüksek sıcaklık performans testleri yapılmış, Ti6Al4V alaşımı ile karşılaştırılmıştır. Ti-43Al-6Hf-2Nb alaşımı, Ti6Al4V'ye karşı 800°’de daha iyi basma mukavemeti ve yüksek sıcaklık oksidasyon direnci sergilemiştir.

Anahtar Kelimeler : Ti-Al alaşımları, havacılık ve uzay, mekanik özellikler, yüksek sıcaklık oksidasyonu