LEE- Metalurji ve Malzeme Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 5
-
ÖgeÇeliklere bor ilavesinin mikro yapı ve mekanik özellikler üzerine etkisinin sıcak haddeleme sonrası incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)Çelik; otomotiv, makine imalat, tarım, demiryolları, ev eşyaları vb. üretim alanlarının ihtiyacını karşılamaktadır. Bu sebeple çelik, çok çeşitli alanlarda malzeme yapılabilirlikleri ile karşılaşmaktadır. Bu yapılabilirliklerin önemli bir kısmını mekanik özellikler açısından geliştirilmiş çelik kaliteleri oluşturmaktadır. Çelik endüstrisinde borun, tane boyutu küçültücü ve çeliğe yüksek oranda sertleşme kabiliyeti kazandırdığı gözlemlenmiştir. Çalışmanın amacı borun ısıl işlemli ve ısıl işlemsiz koşullarda farklı kalite gruplarının mekanik ve mikroyapı özelliklerini nasıl değiştirdiğini gözlemlemektir. Ek olarak, bor çeliklerde deformasyon özelliklerini ve sürünme davranışını ısıl işlem etkisi ile olumlu yönde iyileştirdiği görülmüştür. Bu çalışmada mekanik özellikler açısından geliştirilmiş alaşımlı borlu çelik gruplarında çalışmalar yapılmıştır. Bor ve bordan üretilen ürünlerin son dönemdeki uygulama alanlarından biri de çelik endüstrisidir. Bor çeliğin sertleşebilirliğini olumlu yönde etkilemektedir. Borlu çelikler, hızlı soğutulursa tane içerisinde bor katı eriyik olarak bulunabilir, böyle durumlarda sertleşebilirliği arttırdığı görülmektedir. Isıl işlem, borlu çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını yüksek oranda iyileştirdiği görülmektedir. Borlu çeliklerde ısıl işleme ek olarak aşınma dayanımını da arttırmaktadır. Bu çalışmada, farklı çelik kaliteleri üzerine bor alaşım elementinin etkisi incelenecektir. Borlu ve borsuz kaliteler 3 gruba ayrılmıştır. 1. Grupta 28Mn6 ile 30MnB5 çelik kaliteleri, 2. grupta 38B3-C35 çelik kaliteleri ve 3. grupta 36CrB4-41Cr4 kaliteleri ısıl işlemli ve ısıl işlemsiz koşullarda mekanik ve mikroyapısal özellikler açısından incelenecektir. Çelikte mukavemet, akma dayanımı, tokluk gibi parametreler yüksek önem taşımaktadır. Bu çalışma kapsamında da bu parametrelerin iyileştirilmesine ek olarak alaşımlı borlu çelikler ve borsuz alaşımlı çelikler arasındaki farkların açıkça gösterilmesi hedeflenmiştir. Borlu alaşımlı çelikler ve borsuz alaşımsız çeliklere hadde çıkışı (+AR), normalizeli (+N) ve ıslahlı (+QT) halde çekme testi, mikroyapı incelemesi yapılacaktır. +QT işlemi uygulanmış malzemelere aşınma testi uygulanacak ve karşılaştırma yapılacaktır. Bor'un sertleşebilirliğe etkisini tespit edebilmek için jominy testi uygulanacaktır. Deneysel çalışmada 3 grubada ıslah işlemi uygulandı, suda soğutma + menevişleme ve yağda soğutma + menevişleme ve normalizasyon işlemleri uygulanmıştır. Jominy Deneyi öncesi numunelere normalizasyon işlemi yapılmış olup daha sonrasında su verme sıcaklıklarında işlem yapılmıştır. Her 3 gruba ait hazırlanan numunelerden sertlik testi incelenmiş olup sertlik değerlerinin bor alaşım elementinin etkisi ile arttığı görülmüştür. Her 3 gruba ait hazırlanan numunelere çekme testi uygulanmış olup çekme, akma ve %uzama değerlerine bor alaşım elementinin olumlu yönde etkisi görülmüştür. Her 3 gruba ait hazırlanan numuneler ile jominy deneyi yapılmış olup bor alaşım elementinin etkisi ile sertleşebilirliğin arttığı görülmüştür. Yapılan çalışmada mikroyapı görüntüleri incelenmiş bor elementinin tane boyutunu inceltici etkisi net şekilde görülmüştür. Su verilmiş ve meneviş işlemi yapıldıktan sonra (soğutma ortamı yağ) alınan numunelerden yapılan kontrollerde ise mikroyapıların homojen olarak dizildiği ve tane boyutlarının QT sonrası küçüldüğü görülmüştür. Deneysel çalışmada amaçlanan, tane boyutunun küçültülerek, mikroyapının homojen hale gelmesi ile mekanik özelliklerin arttırılması ve sertleşebilirliğin iyileştirilmesinin deneysel çalışmalar sonucunda sağlandığı gözlenmiştir. Yüksek sertlik ve yüksek aşınma dayanımının gerektiği uygulamalarda borlu çeliklerin, yüksek karbonlu çeliklere alternatif olarak kullanılabileceği görüldü. Borun sertleşebilme derinliğine etkisi de jominy testi sonuçları ile ortaya konmuştur. Bor elementinin çeliklerde kullanılan geleneksel alaşımlara göre daha ekonomik olması ekonomik yönden de kullanımını olumlu yönde etkilemektedir.
-
ÖgeSHS yöntemiyle tufal ve hematit kaynağı kullanılarak Fe3Al intermetalik bileşiğinin üretimi ve Ni, Cr, W ilavelerinin etkileri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022)Bu yüksek lisans tez çalışmasında; kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi yöntemi (SHS) ile demir kaynağı olarak tufalin kullanıldığı Fe3Al intermetalik bileşiğinin üretilmesi, Fe3Al intermetalik bileşiğine Ni, Cr ve W alaşım elementlerinin kütlece % 5, % 10 ve % 15 olacak şekilde eklenmesi ve mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi planlanmıştır. Ayrıca demir kaynağı olarak hematit kullanılan Fe3Al intermetalik bileşiğinin üretilmesi ve kütlece % 10 Ni, Cr ve W alaşım elementlerinin eklenerek, demir kaynağı olarak tufal kullanılan deney sistemleri ile mekanik özelliklerinin karşılaştırılması planlanmıştır. SHS; düşük enerji gereksinimi, düşük üretim maliyeti, kısa işlem süresi, az enerji tüketimi gibi avantajlara sahip olması sebebi ile üretim yöntemi olarak tercih edilmiştir. İntermetalik bileşikler; iki veya daha fazla metalin uygun stokiyometrik oranda birleşmesiyle oluşur. Yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet ve sertliğe sahip malzemelere olan talep, intermetalik bileşiklere olan ilgiyi daha da artırmıştır. Demir alüminidler en popüler intermetalik bileşikler arasındadır. Yüksek ergime noktaları, yüksek sertlik değerleri, düşük yoğunlukları, yüksek oksidasyon ve korozyon dirençleri sayesinde yüksek sıcaklıklarda yapısal uygulamalarda kullanılmak için sıklıkla çalışılmaktadır. D03 kristal yapısına sahip olan Fe3Al, en kararlı demir alüminidlerden biridir. Fiziksel ve mekanik özelliklerinden dolayı yüksek sıcaklıklarda kullanılmaya aday malzemeler arasındadır. Ancak oda sıcaklığında düşük sünekliği ve kırılma tokluğu nedeniyle kullanım alanlarında kısıtlamalar vardır. Son yıllarda demir alüminidlerin mekanik özelliklerini iyileştirmeye yönelik başarılı çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar, kompozisyon ve mikro yapı kontrolü ile oda sıcaklığında sünekliğin % 10-20'ye, 600 oC'de akma dayanımının ise 500 MPa'ya yükseldiğini göstermektedir. Sisteme eklenen alaşım elementlerinin; D03↔B2 dönüşüm sıcaklığını lineer olarak arttırdığı gözlemlenmiştir. Dönüşüm sıcaklığı arttıkça, yüksek sıcaklık direnci sağlanmaktadır. SHS yöntemi, sisteme verilen ilk enerji ile ekzotermik reaksiyonun başlatılmasına ve reaksiyon nedeniyle açığa çıkan yanma dalgası ile kendi kendine yayılmasına dayanır. Sistem, kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşan ısı ile kendi enerjisini sağlar. Böylece malzeme üretiminde dış kaynaklardan sağlanması gereken yüksek enerjiye ihtiyaç duyulmaz. Reaksiyonun çok hızlı gerçekleşmesi ve kendi enerjisi ile ilerlemesi nedeniyle ekonomiktir. Sürekli döküm tesislerinde gerçekleştirilen çelik üretiminde, çelik külçelerin soğuması sırasında çelik yüzeyinde bir tabaka oluşur. Çelik yüzeylerde oluşan bu oksit tabakasına tufal denir. Tufal yaklaşık % 70 oranında demirden oluşur ve yapısında wüstit ve hematit gibi demir oksitler bulunur. Tufalin yüksek orandaki demir içeriği nedeniyle demir kaynağı olarak geri kazanımı çok önemlidir. Bu çalışmada öncelikle FactSage 7.1 termokimyasal modelleme programı ile simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Termodinamik incelemeler için program bünyesinde bulunan modüller kullanılarak, SHS deneyleri sonucu üretilecek ürünlerin ağırlıkları ve elemental analizleri, deney esnasında açığa çıkacak ısı miktarları ve adyabatik sıcaklık değerleri hesaplanmıştır ve çıkan tüm sonuçlar deneysel kısımda paylaşılmıştır. Termodinamik incelemeler sonucu deney sistemleri planlanmış ve hammaddeler hazırlanarak deneysel çalışmalara başlanmıştır. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında; demir kaynağı olarak tufalin kullanıldığı deney sistemleri gerçekleştirilmiştir. Atık olarak değerlendiren ve çelik üretimi esnasında tonlarca açığa çıkan tufal; yüksek oranda demir içermektedir. Demir kaynağı olarak tufali kullanmak; geri dönüşüme katkı sağlamanın yanında, hammadde ve üretim maliyetlerini düşürmektedir. Ni, Cr ve W alaşım elementlerinin ve miktarlarının SHS ürünlerine olan etkisini incelemek için saf ve kütlece % 5, % 10 ve % 15 olacak şekilde alaşım elementlerinin eklendiği 10 adet deney yapılmıştır. Bu deneylerde; Fe3Al, Fe3Al-(5Ni), Fe3Al-(10Ni), Fe3Al-(15Ni), Fe3Al-(5Cr), Fe3Al-(10Cr), Fe3Al-(15Cr), Fe3Al-(5W), Fe3Al-(10W), Fe3Al-(15W) elde edilmek istenmiştir. İkinci aşamada; demir kaynağı olarak tufal yerine hematit kullanılmıştır. İlk aşamada yapılan deneyler sonucu alaşım elementi olarak eklenecek Ni, Cr ve W için ideal değer % 10 olarak belirlenmiştir. Bu aşamada 4 adet deney gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde; Fe3Al, Fe3Al-(10Ni), Fe3Al-(10Cr), Fe3Al-(10W) elde edilmek istenmiştir. Üçüncü aşamada ise, tufal kullanılan deney sistemlerinde alaşım elementi miktarlarının SHS ürünlerine olan etkisini incelemek ve hematit kullanılan SHS ürünleri ile tufal kullanılan SHS ürünlerinin özelliklerini karşılaştırabilmek için analizler yapılmıştır. Deneyler sonucu elde edilen ürünler ile farklı analizler gerçekleştirmek için numuneler hazırlanmıştır. Numunelerin; verimlilik analizleri, X-ışınları difraksiyonu (XRD) ile faz analizleri, Vickers ile mikrosertlik ölçümleri, X-ışınları floresans spektrometresi (XRF) ile kimyasal analizleri, SEM ve EDS ile mikroyapı analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları; deney sonuçları ve sonuçların irdelenmesi kısmında detaylıca paylaşılmıştır.
-
ÖgeRecovery of valuable metals from waste lithium-ion batteries by metallurgical routes(Graduate School, 2023-06-23)This master's thesis aims primarily to develop a selective method for extracting vital metals from depleted lithium-ion batteries (LIBs). These include lithium, cobalt, nickel, copper, and manganese. Initially, the thesis explores the prevailing literature on the subject. Subsequently, two methods are selected for thorough investigation: hydrometallurgical leaching with hydrochloric acid and pyrometallurgical processing through induction and ash furnace smelting and roasting. The hydrometallurgical route employs segregated electrode materials derived from LIBs, which undergo leaching in a hydrochloric acid solution for a two-hour duration at an average temperature of 85.5 ºC. Post-leaching, the samples are analyzed using atomic absorption spectrometry, revealing the samples to contain fluctuating quantities of Mn, Cu, Ni, and Co, dependent on the dilution factor. The pyrometallurgical route subject's electrode samples to roasting at rising temperatures ranging from 700 ºC to 1500 ºC over spans of 1 to 3 hours. The findings from these experiments suggest that the primary elements extracted from the LIBs are Mn, Cu, Ni, and Co. It was established that by quickly elevating the temperature to a range between 1250 – 1350 ºC, direct metallic conversion of the valuable elements could be attained. Additionally, to mitigate any adhesive interaction between the sample and the ceramic crucible and to ensure a fully smelted sample, flux materials - silicon dioxide (silica) and sodium borate (borax) were utilized. The initiation of the experimental operation involved the sample undergoing smelting at a predetermined temperature spectrum of 1350 – 1400 °C, supplemented by a 15% carbon contribution. Sequential trials maintained the same temperature range while adjusting the carbon supplement's proportion and typology for optimizing the carbothermic reduction reaction. The resultant sample's elemental composition comprised a dominant 95% Mn, with 2% each of Cu and Co, and 1% Ni. The recovery rates, calculated from Table 5.6, for these metals in their metallic forms were: a substantial 65% for Mn, 52% for Co, and a notable 69% for Ni. A key observation was the 75% recovery rate of Mn in the metallic fraction, marking a significant advancement in the extraction process. In conclusion, the thesis finds the recovery of valuable metals from exhausted LIBs through metallurgical routes a promising technique. Both the investigated methods - hydrometallurgical leaching and pyrometallurgical processing, indicate the feasibility of significant metal recovery. Nevertheless, ongoing research is necessary to further refine the process and enhance its efficacy for large-scale applications. Overall, the thesis successfully illustrates the potential of recovering valuable metals from discarded lithium-ion batteries through metallurgical paths, contributing valuable insights for future research in this domain.
-
ÖgeTemperlenmiş martenzit gevrekliğinin AISI 4140 çeliğinin yorulma davranışı üzerindeki etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022)AISI 4140 çeliği orta karbonlu ve düşük alaşımlı bir çeliktir. AISI 4140 çeliği iyi mekanik özelliklere ve iyi sertleşebilirlik kabiliyetine sahip olması sebebiyle otomotiv ve uçak sanayisinde, dişliler, makine parçaları gibi pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Temperleme ısıl işlemi su verilmiş çeliğin mekanik özelliklerini iyileştirmek ve şekillendirilebilirliği arttırmak amacı ile uygulanır. Çeliklere temperleme yapılarak çeliğin tokluğunun arttırılması hedeflenir ancak bazı temperleme sıcaklıklarında toklukta düşüş meydana gelmektedir. Çeliklerde gevrekleşme toklukta düşüş ile karakterize edilir. Tokluktaki bu düşüş temper gevrekliği olarak adlandırılır. Temper gevrekliği alaşımlı ya da sade karbonlu pek çok çelikte görülebilir. AISI 4140 çeliği de kimyasal bileşimindeki alaşım elementlerinin türü ve oranının etkisi ile gevrekleşmeye karşı hassastır. Literatürde temper gevrekliği düşük sıcaklık temper gevrekliği ve yüksek sıcaklık temper gevrekliği olarak ikiye ayrılır. Birinci tip temper gevrekliğinde, su verilmiş bir çeliğin 250 C - 400 C sıcaklık aralığında temperlenmesi sonucu çeliğin tokluğunda düşüş meydana gelir. Tokluktaki bu düşüş düşük sıcaklık temper gevrekliği ya da temperlenmiş martenzit gevrekliği olarak adlandırılır. İkinci tip temper gevrekliğinde ise, su verilmiş bir çeliğin 450 C - 650 C sıcaklık aralıklarında temperlenmesi ya da 650 C üzerinde sıcaklıklarda temperlemenin ardından 450 C - 650 C sıcaklık aralığında yavaş soğutulması sonucu çeliğin tokluğunda düşüş meydana gelir. Tokluktaki bu düşüş yüksek sıcaklık temper gevrekliği olarak adlandırılır. Bu tez çalışması kapsamında temperlenmiş martenzit gevrekliğinin AISI 4140 çeliklerinin yorulma davranışı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Aynı zamanda temper gevrekliğinin çeliğin mikroyapısına, sertliğine ve tokluğuna etkisi araştırılmıştır. AISI 4140 çeliğinden hazırlanan deney numunelerine 850 C'de östenitleme ve yağda su verme işlemlerinin ardından 200 C - 600 C sıcaklık aralığında temperleme ısıl işlemi uygulanmıştır. Numunelerin ısıl işlem sonrası mikroyapı incelemesi optik mikroskop ile gerçekleştirilmiştir.
-
ÖgeReaktif spark plazma yöntemi ile kalsiyum karbonat katkılı alüminyum oksinitrürün üretimi, karakterizasyonu ve özellikleri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022)Seramik malzemelerin yüksek sertlik, elastik modül, kimyasal kararlılık ve aşınma direnci gibi özellikleri, bu malzemeleri, havacılık, uzay, savunma, maden gibi birçok sektörlerde özel kılmıştır. Alüminyum oksinitrür (AlON), yüksek mekanik ve optik özelliklerin bir arada bulunduğu ileri teknolojik seramik bir malzemedir. AlON seramiğini özel kılan, kübik spinel kristal yapıya sahip olmasının getirdiği transparan özelliğidir. Bu özellikleri sayesinde AlON seramiği, kızılötesi camlar, lazer camları, füze başlıkları, saydam zırhlar gibi birçok uygulamalarda kullanılmaktadır. Seramik malzemelerde atomlar, yüksek enerjili kovalent ve/veya iyonik bağlarla bağlı olduğundan, bu bağları kıracak olan enerji, çok yüksek sıcaklıklarda sağlanmaktadır. AlON seramiği, daha önce yapılmış çalışmalar incelendiğinde basınçsız sinterleme, sıcak presleme (HP), sıcak izostatik presleme (HIP), mikrodalga sinterleme ve spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretilmektedir. Spark plazma sinterlemede, kesikli doğru akım ve tek eksenli yüksek basınç uygulandığından, geleneksel sinterleme yöntemlerine göre daha düşük sıcaklıklarda ve sürelerde sinterleme yapılabilmektedir. Bu durum SPS yöntemini, geleneksel sinterleme yöntemlerine göre avantajlı kılar. Ayrıca, SPS yöntemi ile üretilebilir malzemelerin yelpazesi geniştir, bu yöntemle metalik, seramik veya kompozit malzemeler, bunlara bağlı yalıtkan ve iletken malzemeler üretilebilir. Yalıtkan malzemelerde, grafit kalıp elektrik akımı ile ısınarak sinterleme için gereken sıcaklığı indirekt sağlarken, iletken malzemelerde, elektrik akımı grafit kalıplardan geçerek, toz tanelerinin aralarında sparklar oluşturur, böylelikle gerekli sıcaklık sağlanır ve sinterleme gerçekleşir. SPS yönteminde diğer sinterleme yöntemlerine göre daha düşük sinterleme sıcaklıkları ve sinterleme sürelerinde sinterleme yapılabilmesine rağmen, kullanılan kalıpların ve baskı elemanlarının karbon (C) esaslı malzemeler olması, AlON seramiğinin transparan özelliğini negatif olarak etkilemektedir. Sinterleme sıcaklıklarında, Ters Boudvard reaksiyonuna göre karbon (C), 695 °C'de karbonmonoksite (CO) dönüşerek, açık porlardan malzemeye girmektedir. Oda sıcaklığında yapıda hapsolan CO, C olarak malzemede kalmaktadır. Karbon kontaminasyonu nedeniyle de transparanlık azalmaktır.