LEE- Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 17
-
ÖgeDemir (Fe) katkılı manyetik jel üretimi ve atık NdFeB esaslı çözeltilerden neodimyum (Nd) geri kazanımı(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022)Nadir toprak metalleri sahip oldukları benzersiz kimyasal ve fiziksel özellikleri sebebiyle, gelişen teknolojinin vazgeçilemez unsurları haline gelmişlerdir. Katalistik malzemelerden, uzay malzemelerine kadar birçok farklı alanda kullanılmaktadırlar. Bu malzemelere örnek olarak NdFeB mıknatısları verilebilmektedir. NdFeB mıknatısları yapılarında yaklaşık ağırlıkça %30-40 nadir toprak metali içeren, sahip oldukları yüksek enerji kapasiteleri nedeniyle, günümüz teknolojisinin tasarlamış olduğu, en güçlü kalıcı mıknatıs türlerinden birisi olarak kabul edilmektedir. Bu mıknatıslar küçük ev elektroniğinden elektrikli araba ve rüzgâr türbinlerine kadar çok çeşitli alanlarda kullanımaktadır. NdFeB mıknatısları yapılarında Nd başta olmak üzere; Pr, Dy, Ho gibi çeşitli nadir toprak metallerini bulundururlar. Nadir toprak metallerine olan talebin giderek artması, arzı yetersiz kılmaktadır. Ayrıca nadir toprak metalleri cevherlerinin kısıtlı bir bölgede dağılım göstermesi, onların kritik metaller listesi içerisinde değerlendirilmesine sebep olmaktadır. Ekonomik kaygıların beraberinde birincil üretimin sebep olduğu çevresel zararın önüne geçebilmek için özellikle Avrupa ve Amerika bölgelerinde nadir toprak metallerinin ve de NdFeB mıknatıslarının geri dönüşümü üzerine yapılan çalışmalar gittikçe artmaktadır. Bu çerçevede birincil üretim ve hidrometalurjik geri dönüşüm prosesleri incelendiğinde, oluşan atık su/çözelti içerisinde belirli konsantrasyonlarda nadir toprak metali iyonu kaldığı anlaşılmıştır. Hem oluşabilecek çevresel zararların önüne geçilmesi hem de ekonomik değeri yüksek olan bu metallerin geri kazanım prosesi, bu tez çalışması kapsamında, çevresel ve ucuz bir yöntem olan manyetik malzemeler kullanarak absorpsiyon yöntemi ile denenmiştir. Manyetik özelliklere sahip absorbant malzemelerin atık su/çözelti içerisindeki metal iyonlarını yüzeylerinde toplayabilmesinden yararlanılarak, atık su/çözelti doğaya salınmadan önce temizlenmiş, absorbant malzemesi rejenere edilerek kıymetli metaller geri kazanılmıştır. Manyetik malzeme üretiminin ilk aşaması olarak mikron altı Fe esaslı partiküller üretilmiştir. Partikül üretimi poliol metodu adı verilen, çevreci, ucuz ve hızlı bir yöntem ile gerçekleştirilmiştir. FeSO4.7H2O ile NaOH tuzları başlangıç malzemesi, etilen glikol çözücü ve redükleyici, polivinilpirolidon yüzey aktif malzemesi ve deiyonize su kontrollü yüzey oksitleyicisi olarak kullanılmıştır. Redüksiyon reaksyionu 110 oC'de, 30 dakika boyunca yapılmıştır. Redüksiyon sonrası partiküller aseton, deiyonize su ve etanol ile kademeli olarak yıkanmıştır. Partiküllerin kimyasal yapısı XRD faz analizi, yüzey özellikleri SEM/EDS analizi, morfolojik özellikleri FESEM analizi ve termal özellikleri DSC analizi ile belirlenmiştir. Ayrıca partiküller kademeli olarak yıkama yapmadan SEM/EDS analizine tabi tutulmuş, reaksiyon süreci hakkında fikir sahibi olunmuştur. Partiküllerin XRD paterninin Fe ile uyuştuğu ve boyutlarının 400-600 nm aralığında, morfolojisinin zincir yapısında olduğu ve oksit tabakası kalınlığının ortalama 16 nm olduğu görülmüştür. Manyetik absorbant malzemesi biyouyumulu ve biyobozunur polimer olan sodyum aljinat kullanılarak üretilmiştir. Sodyum aljinat tozu ile başlangıç çözeltisi hazırlanmıştır. Çözelti homojen hale getirildikten sonra içerisine belirli miktarda Fe esaslı partiküller katkılandırılmıştır. Ultrasonik homojenizatör yardımı ile homojen hale getirilen sol, CaCl2 çözeltisine 100 µl'lik damlacıklar halinde eklenmiştir. Elde edilen Ca aljinat jeller suyla birçok kez yıkanmıştır. Jellerin pH'a karşı stabilitesi kitosan kaplanarak sağlanmıştır. Jellerin kimyasal yapısı FTIR, termal özellikleri DSC ve manyetik özellikleri VSM analiz yöntemleri ile belirlenmiştir. Başarılı bir şekilde manyetik absorbant malzemesi üretildikten sonra absorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Sentetik atık çözelti/su hazırlanmıştır. Nd2(SO4)3 tuzu ile istenilen konsantrasyonlarda sentetik atık çözeltisi oluşturulmuştur. İlk etapta absorpsiyon süresi belirlenmiş; 180'inci dakikada sistemin dengeye ulaştığı görülmüştür. Ayrıca pH optimizasyonu yapılmış, pH 5,5'te absorpsiyon veriminin en yüksek olduğu görülmüştür. 25,55 ve 75 oC sıcaklıklar denenmiş, sistemin endotermik davranış gösterdiği; 75 oC'de en yüksek verimle gerçekleştiği görülmüştür. Sistemin standart Gibbs serbest enerjisinin negatif olduğu, böylece reaksiyonun kendiliğinden ilerlediği anlaşılmıştır. Absorpsiyon kinetiği araştırılmış, farklı zaman aralıklarında sistemin farklı modellere uyduğu görülmüş; 0-30'uncu dakikada sözde birinci denkleme, 30-120'nci dakika aralığında sözde ikinci denkleme ve 120-180 dakika aralığında Elovich eşitliğine uyduğu görülmüştür. Absorpsiyon izoterminin de Freundlich'e uyduğu görülmüştür. Absorpsiyon deneyleri tamamlandıktan sonra, farklı asit ortamlarında rejenerasyon denenmiş ve HCl ile %88 civarında Nd3+ geri kazanımı sağlanmıştır. Bu çalışmada literatürde daha önce bulunmayan yeni bir manyetik absorbant malzemesi üretilmiş ve atık çözelti/su içerisinden Nd3+ iyonu giderme işlemi yapılmıştır. Elde edilen sonuçların gelecek çalışmalar için umut vaad ettiği görülmüştür.
-
ÖgeKRTD-bor uygulamasında alüminyum oksit (Al2O3) katkısının etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-12-13)Bor rezervi açısından dünyada ilk sırada bulunan ülkemizde geleneksel borlama yöntemleri olan kutu ve pasta borlama yöntemleri dışında elektrokimyasal borlama gibi yenilikçi yöntemler üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Geleneksel borlama yöntemlerinin çevresel ve ekonomik (üretilen katı atık miktarının fazlalığı, zehirli gaz emisyonları ve işlem süresinin uzunluğu) dezavantajları bu yöntemleri sınırlamaktadır. Yenilikçi "Katodük Redüksiyon Termal Difüzyon (KRTD)" prosesi, borlama sürecini daha verimli ve kontrollü bir şekilde uygulanmasını sağlamaktadır. Temel olarak KRTD-Bor prosesi, metalik taban malzeme yüzeyinde katodik reaksiyonlar sonucunda oluşturulan bor atomlarının, düşük atom çapları ve sıcaklığın etkisiyle malzemenin latis ara yerlerine difüzyonu sonucu yüzeyde sert metal-bor tabakası oluşumunu sağlayan "difüzyon esaslı yüzey sertleştirme" yöntemidir. Endüstriyel olarak geniş bir kullanım yelpazesine sahip çeliklerin borlama prosesi ile yüzeylerinde demir borür (FeB ve Fe2B) fazları oluşturularak korozyona ve aşınmaya karşı dayanımları arttırılabilmektedir. Borlanmış yüzeyler, yüksek sıcaklık koşullarında ve kimyasal olarak aşındırıcı ortamlarda üstün dayanıklılık sergilemektedirler. Çok bileşenli borlama, borlama işleminin geliştirilmiş bir versiyonu olup, birden fazla elementin bor ile birlikte difüze edilmesi yoluyla yüzey özelliklerini iyileştirmeyi hedefleyen bir yöntemdir. Bu teknik, tek başına yapılan borlama işlemine kıyasla, daha üstün mekanik, termal ve kimyasal özellikler sunar. Çok bileşenli borlama, özellikle yüksek sıcaklıklara dayanıklılık ve aşındırıcı koşullara karşı direnç gerektiren yüzeylerin oluşturulmasında önemli bir avantaj sağlar. İşlem sırasında, borun yanı sıra silisyum, krom, vanadyum veya alüminyum gibi diğer elementlerin de yüzeyde difüze olmasıyla çeşitli borür fazları meydana gelir. Bu yöntem, yüzey sertliğini artırırken sünekliği koruma yeteneğiyle kırılganlık riskini azaltır. Boralüminyumlama, bor ve alüminyumun eş zamanlı olarak metal yüzeye difüzyonuyla gerçekleştirilen bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Bu teknik, özellikle oksidasyon ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı dayanıklı yüzeyler elde etmek için tercih edilmektedir. Çelik taban malzemesi kullanılarak yapılan boralüminyumlama işlemi sonucunda yüzeyde hem alüminyum hem de demir içeren borür fazları oluşur. Bu çift fazlı yapı, malzemenin mekanik dayanımını artırırken aynı zamanda kimyasal stabilitesini de iyileştirir. Boralüminyumlama, özellikle buhar türbinleri, kimyasal reaktörler ve yüksek sıcaklık koşullarında çalışan ekipmanların korunmasında geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bunun yanı sıra, enerji sektöründe kullanılan çeliklerin oksidasyon direncini artırarak hem uzun vadeli performans hem de maliyet avantajı sağlamaktadır. Bu özellikler, boralüminyumlamayı modern yüzey sertleştirme teknikleri arasında önemli bir yere taşımaktadır. Bu tez çalışmasında boralüminyumlama yöntemi üzerinde durularak, KRTD-bor uygulamasında alüminyum oksit (Al2O3) katkısının etkisi araştırılmıştır. Yapılan deneylerde düşük karbon çeliği taban malzemesi olarak kullanılmış ve katot olarak yüklenirken, elektrolit bileşimi içeren alümina korumalı grafit pota anot olarak yüklenerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Yapılan ön deney sonucunda alüminyum borür fazlarının (AlB2, Fe2AlB2) varlığına x-ışını kırınımı analizi sonucunda ulaşılmıştır. Yapılan ilk seri çalışmalarda elektrolit olarak susuz boraks (Na2B4O7) içerisine %15 alüminyum oksit tozu eklenerek 950°C de 60 dk sabit tutularak 25-50-75-100-200-400-600 mA/cm² akım yoğunlukları taranmıştır. 25-200 mA/cm² akım yoğunluğu aralığında borür tabaka kalınlığında artan akım yoğunluğuna bağlı olarak artış gözlemlenerek 200 mA/cm² akım yoğunluğunda ortalama 180 μm kalınlığa ulaşılmıştır. 25, 50 ve 400, 600 mA/cm² akım yoğunluğunda tek fazlı Fe2B faz oluşumu gözlemlenmiştir. Elektrolit bileşimi deneyleri için optimum akım yoğunluğu 200 mA/cm² belirlenerek 950°C, 60 dk'da üç farklı grup denenmiştir. İlk grup için yüksek frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %100 boraks, sodyum karbonat (Na2CO3), alüminyum oksit ve farklı stokiometrilerdeki kombinasyonlarını içeren elektrolitler ergitilerek çalışılmıştır. En yüksek borür tabaka kalınlığına 152 μm ile %85 boraks + %15 alüminyum oksit içeren bileşimde ulaşılmıştır. Ardından düşük frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %100 boraks, sodyum karbonat, alüminyum oksit, kalsiyum florür (CaF2) ve farklı stokiometrilerdeki kombinasyonlarını içeren çalışmalar yapılmıştır. %80 boraks, %10 sodyum karbonat + %10 alüminyum oksit içeren çalışmadaen yüksek borür tabaka kalınlığına (110 μm) ve sertlik değerine (2200±200 HV) ulaşılmıştır. Son grup için düşük frekanslı indüksiyon fırını kullanılarak %5-10-15-20 alüminyum oksit oranları taranmıştır. Alüminyum oksit oranı artması ile Fe2B içeren tek fazlı yapı gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmalar kapsamında numuneler metalografik teknikler uygulanarak hazırlanmış ve yapısal karakterizasyonu tamamlanmıştır. Bu bağlamda yapıdaki fazların tayini x-ışını kırınımı (XRD) ile, yapıların morfolojik incelenmesi ve tabaka kalınlıklarının saptanması optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikraskobu (SEM) yardımı ile yapılmıştır. Büyütülen borür yapılarının mikrosertlik analizleri Vickers sertlik cihazı ile tayin edilmiştir. Ayrıca elektrolit içerisindeki alüminyum oksit katkısının büyütülmüş borür tabakalarının düşük, orta ve yüksek sıcaklıktaki oksidasyon performansına etkisi incelenmiştir.
-
ÖgeDebriyaj aksamı (guiding tube) üretiminde kullanılan dikişsiz boru kalitelerinin tokluk davranışının uygulanan nitrokarbürleme ısıl işlemi ile ilişkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Günümüz otomotiv sektöründe içten yanmalı motorlardan tahrik alan otomobiller sektörde önemli bir paya sahiptir. Bu motorlar belirli bir devirin altında çalışmadıklarından, hız ve moment dönüştüren mekanizmalara ihtiyaç duyulur. Talep edilen bu moment ve kuvvetin uygun motor devirlerinde karşılanabilmesi için de vites kutusuna ihtiyaç duyulmaktadır. Motordan gelen gücün ve momentin vites kutusuna aktarılması, vites değişimlerinde iletilen hareketin kesilmesi ve daha sonrasından yeniden bağlantının kurulmasını sağlayan sisteme ise debriyaj sistemi denmektedir. Debriyaj sistemi, motordan gelen momenti ve hareketi düzgünleştirir. Diğer bir görev olarak da titreşimi sönümler ve bu doğrultuda da konforu arttırır. Bahsedilen bu durumlardan dolayı debriyaj sistemi otomobil içerisine oldukça önemli bir sistemdir. Genel olarak debriyaj sisteminin aracın konforuna, performansına ve yakıt tüketimine doğrudan etkisi vardır. Otomobillerin debriyaj aksamlarında alt komponent olarak kullanılan birçok parça mevcuttur. Bu parçalardan biri de Guiding Tube olarak tanımlanan parçadır. Guiding tube parçası, debriyaj aksamında vites değiştirme yani debriyaj pedalına basma ve çekme anında hareketin sorunsuzca, herhangi bir yere temas etmeden hidrolik yağ ile beraber kolayca gerçekleşmesine yardımcı olan bir parçadır. Debriyaj aksamında kullanıldıkları yer doğrultusunda geometrik yapılarından dolayı guiding tube parçası çelik borulardan üretilmektedir. Tube parçası CNC makinalarda talaşlı imalat yöntemi ile üretilmekte olup daha sonrasında talaşlı imalat operasyonuna devam eden ek operasyonlar ile birlikte bitmiş ürün halini almaktadır. Guiding tube parçası debriyaj aksamında kullanıldığı yer nedeniyle tok olmalıdır. Kullanıldığı yerdeki etkilerinden dolayı tokluk ve yorulma dayanımına sahip olmalıdır. Ayrıca korozyona, sertliğe ve aşınma dayanımına da sahip olmalıdır. Bu özellikler uygun yüzey sertleştirme işlemleri ile sağlanabilir. En yaygın kullanılan işlem nitrokarbürleme prosesidir. Nitrokarbürleme prosesi, mühendislik malzemelerinin aşınma dayanımını, korozyon ve yorulma dayanımını arttırmak için tercih edilen termokimyasal yöntemlerden biridir. Yüzeyde ε-Fe2-3(N, C) ve γ ́-Fe4(N, C) demir nitrokarbürlerinden oluşan bir beyaz tabaka mevcuttur. Bu beyaz tabakanın altında ise alaşım nitrokarbürlerinin olduğu difüzyon tabakası mevcuttur. Nitrokarbürleme prosesinde yüzeye azot atomu ile beraber karbon atomu da difüze edilir ve diğer termokimyasal yöntemlerden temel farkı budur. Bu çalışmada ticaretinde St37 ve St52 simgeleri kullanılan P235 ve P355 ( TS EN 10216 ) ve EN 42CrMo4 ve 16MnCr5 kalitelerindeki dikişsiz borular kullanılmıştır. Dikişsiz boru numunelerine farklı proses ve farklı süre şartlarında gaz nitrokarbürleme prosesi uygulandıktan sonra farklı kalitede olan boruların tokluk yani kırılma davranışlarındaki durum incelenmiştir. Kullanılan numunelerin dış çap ölçüleri 27 ± 0.08mm, iç çap ölçüleri ise 23.80 + 0.12mm'dir ve numuneler aynı tolerans aralıklarına sahiptir. Buradaki aynılık, herhangi bir ölçüsel değişikliğin özellikle et kalınlığı ölçüsünün borularda farklı davranışlara sebebiyet vermesini engellemek içindir. Malzemelere nitrasyon fırınında üç farklı gaz nitrokarbürleme prosesi uygulanmıştır. Bu üç proses için, fırın numuneler de içerisindeyken öncelikle 380 °C sıcaklığa ısıtılmıştır. Bu sıcaklıkta 3 m3/saat hava debisi ile 45 dakika tutularak ön oksidasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Ardından nitrokarbürleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Parçalar, nitrokarbürleme işleminden sonra aynı fırında 100 °C sıcaklığa kadar 2 m3 / saat debi ile azot yardımıyla soğutulmuştur. Uygulanmış olan prosesler ile alakalı detaylı bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir. Gaz nitrokarbürleme prosesi uygulanan numunelerin metalografik işlemleri kesme, bakalite alma, zımparalama, parlatma ve dağlama sırasıyla yapılmıştır ve numuneler sertlik ölçümüne, mikroyapı analizine hazır hale getirilmiştir. Sertlik ölçümleri mikro sertlik ölçüm cihazında, mikroyapı analizleri ise optik mikroskopta yapılmıştır. Metalografi için hazırlanan numuneler haricinde farklı kalitelerdeki borular son ürün halinde de kırılma testi için kullanılmıştır ve kırılma davranışları incelenmiştir. Numunelerin yüzey sertlik ölçümleri HV0.05 yani 50 gram yük altında, 7 saniye bekleme süresinde Vickers uç batırılarak ölçülmüştür. Her bir numuneden en az 3 veri alınmış olup bulunan değerlerin aritmetik ortalamaları rapor edilmiştir. Ayrıca, numunelerin yüzey kısımlarından iç kısımlarına doğru sertlik değişimleri de HV0.05 yani 50 gram ile ölçüm alınan noktaların arası 0.05 mm olacak şekilde ölçülmüş olup raporlanmıştır. Çekirdek sertlikleri ise HV1 yani 1 kg yük altında ölçülmüştür. Yapılan sertlik ölçümleri sonucunda 3 farklı proses için de en yüksek yüzey sertliği 16MnCr5 kalite dikişsiz boruda, en yüksek çekirdek sertliği ise 42CrMo4 kalite dikişsiz boruda görülmüştür. Sertlik derinliği incelediğinde ise 5 saat süre ve 5 m3/saat NH3 debili proses için P235 kalite dikişsiz boruda efektif sertlik derinliği bulunmamıştır. P355 kalitede 0.34mm, 42CrMo4 kalitede 0.32mm, 16MnCr5 kalite olan dikişsiz boruda ise 0.36mm olarak görülmüştür. 5 saat süre ve 3 m3/saat NH3 debili proses için sertlik derinliği incelediğinde P235 kalite dikişsiz boruda efektif sertlik derinliği bulunmamıştır. P355 kalitede 0.33mm, 42CrMo4 kalitede 0.31mm, 16MnCr5 kalite olan dikişsiz boruda ise 0.34mm olarak görülmüştür. Son olarak 3 saat süre ve 3 m3/saat NH3 debili proses için sertlik derinliği incelediğinde de P235 kalite dikişsiz boruda efektif sertlik derinliği bulunmamıştır. P355 kalitede 0.27mm, 42CrMo4 kalitede 0.24mm, 16MnCr5 kalite olan dikişsiz boruda ise 0.23mm olarak görülmüştür. Farklı koşullar altında gaz nitrokarbürleme prosesi yapılmış farklı kalitedeki dikişsiz çelik boru numunelerinin, dağlama işlemi sonrasında mikroyapıları optik mikroskopta incelenmiştir. Mikroyapı analizleri ham halleri için 100X ve 500X büyütmede, ısıl işlemli halleri ve beyaz tabaka incelemeleri ve ölçümü için ise 500X büyütmede incelenmiştir. Beyaz tabaka kalınlıkları incelediğinde 5 saat süre ve 5 m3/saat NH3 debili proses için P235 malzemede 22,59 μm, P355 malzemede 26,77 μm, 42CrMo4 malzemede 21,29 μm, 16MnCr5 malzemesinde ise 20,02 μm olarak görülmüştür. 5 saat süre ve 3 m3/saat NH3 debili proses için beyaz tabaka kalınlığı incelediğinde P235 malzemede 16,85 μm, P355 malzemede 18,66 μm, 42CrMo4 malzemede 19,48 μm, 16MnCr5 malzemesinde ise 19,06 μm olarak görülmüştür. Son olarak 3 saat süre ve 3 m3/saat NH3 debili proses için beyaz tabaka kalınlığı incelediğinde ise P235 malzemede 15,55 μm, P355 malzemede 13,20 μm, 42CrMo4 malzemede 16,03 μm, 16MnCr5 malzemesinde ise 15,88 μm olarak görülmüştür. Öncelikle P235, P355, 16MnCr5 ve 42CrMo4 malzemelerin ham hallerinin kırılma davranışını tespit etmek için nitrokarbürleme ısıl işlemi yapılmadan yassıltma testi uygulanmıştır. Tüm malzemelerde TS EN ISO 8492 standardına göre uygulanan yassıltma testi sonucunda herhangi bir çatlak oluşumu gözlemlenmemiştir. 5 saat süre ile 5m3 NH3 debisi uygulanan parçalarda yassıltma testi esnasında sadece P235 kalite malzemede çatlak tespit edilmemiştir. 42CrMo4 ve 16MnCr5 kalite malzemelerde parça boyunca çatlak görülmüştür. P355 kalite malzemede ise bölgesel çatlak oluşumları tespit edilmiştir. 5 saat süre ile 5m3 NH3 debisi uygulanan parçalarda P235 ve P355 kalite malzemelerde 42CrMo4 ve 16MnCr5 kalite malzemelere göre daha kalın beyaz tabaka oluşmasına rağmen P235 kalite malzemede çatlak oluşmamıştır. P355 kalite malzemede ise bölgesel bazı çatlaklar tespit edilmiştir. Dolayısıyla beyaz tabaka oluşumu ile çatlak oluşumu arasında doğrudan bir ilişki tespit edilmemiştir. Yüzey sertlik değerleri irdelendiğinde ise P355 kalite malzemede 598 HV, 42CrMo4 kalite malzemede 657 HV ve 16MnCr5 kalite malzemede 728 HV değerine ulaşmıştır. Yüzey sertlik değerleri ile yassıltma testi sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, artan yüzey sertliği değerleri ile kırılganlığın arttığı tespit edilmiştir. Dolayısıyla yüzey sertliği ve difüzyon bölgesindeki sertlik değerlerinin yükselmesi malzemenin kırılganlığını arttırmaktadır. NH3 debisinin 3m3'e indirilmesi ile P355 kalite malzemede azalan beyaz tabaka kalınlığı ve yüzey sertlik değerinin düşmesi ile, P355 kalite malzemede yapılan yassıltma testinde çatlak tespit edilmemiştir. Dolayısıyla NH3 debisinin düşürülmesi ile P235 ve P355 kalite malzemelerde çatlak görülmemiştir. 42CrMo4 ve 16MnCr5 kalite malzemelerde ise NH3 debisinin düşürülmesine rağmen yassıltma testlerinde parça boyunca çatlak görülmüştür. Bu sonuç, malzemelerdeki alaşım elementlerine bağlı olarak yüzey sertliğinin ve difüzyon bölgesindeki sertlik değerinin yüksek olmasından kaynaklandığı değerlendirilmektedir. Nitrokarbürleme prosesinde süre 5 saatten 3 saate düşürüldüğünde, P235 ve P355 kalite malzemede yassıltma testinde çatlak tespit edilmemiştir. Ancak yassıltma testinde çatlak, 42CrMo4 kalite malzemede numune boyunca bölgesel iken, 16MnCr5 kalite malzemede numunenin boyunun tamamında olmuştur. Proses süresi azaltıldığında efektif sertlik derinliğindeki düşüş en fazla 16MnCr5 kalite malzemede olmasına rağmen yassıltma testinde en fazla çatlak oluşumu da bu malzemede görülmektedir. Bunun en temel sebebi 16MnCr5 kalite malzemede yüzey sertlik değeri ve difüzyon bölgesi sertlik değerinin 5 saat süreli proseste olduğu gibi yüksek olmasıdır. 16MnCr5 malzemede karbon oranı 42CrMo4 malzemeye göre daha azdır. Karbon atomları gibi azot atomları da arayer atomudur.Bu iki sebepten dolayı azot atomu daha fazla difüze olabilecektir. Azot atomu daha fazla difüze olduğunda daha fazla nitrür ve daha sert bir tabaka oluşacaktır. Daha sert bir tabaka oluşacağı için de en kırılgan malzemenin 16MnCr5 olduğu değerlendirilmektedir. 16MnCr5 ve 42CrMo4 kalite malzemeler kıyaslandığında, temper gevrekliği durumu ile karşı karşıya kalınmış olabileceği durumu değerlendirilmektedir. Temper gevrekliğinin oluşmasına P, Cr ve Mn gibi elementler daha fazla etki etmektedir. Her iki malzeme kıyaslandığında P ve Cr bileşimleri birbirlerine çok yakın değerlerdeyken 16MnCr5 malzemede Mn oranı daha fazladır. Ayrıca yapıda bulunan Mo elementi temper gevrekliğini önleyebilecek bir element olarak yapılarda kullanılmaktadır. Mo elementi 16MnCr5 malzemede 42CrMo4 malzemeye göre daha azdır. Bu sebeplerden dolayı 16MnCr5 malzemede temper gevrekliği durumundan dolayı bu malzemenin daha çok kırıldığı değerlendirilmektedir. Bu sonuçlara göre çatlak oluşumunu etkileyen en belirgin değişkenlerin alaşım elementleri olduğu değerlendirilmektedir. Süreyi ve debiyi azaltarak yapılan nitrokarbürleme prosesindeki iyileştirmeler genel olarak yassıltma testindeki çatlama hasarını azaltmasına rağmen 16MnCr5 kalite malzemede en yüksek sertlik değerlerine sahip olması nedeni ile yassıltma testinde çatlak oluşumunda iyileşme sağlanamamıştır.
-
ÖgeOptik cam üretiminde kullanılan refrakter potalardaki korozyon davranışının incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-07)Borosilikat crown optik camlar gözetleme teknolojileri, savunma sanayi ve pek çok araştırmanın konusudur. Yaygın olarak kullanılan bir teknik cam türü olmasına karşın halen yeni çalışmaların odağındadır. Borosilikat içeren teknik camların uygulama alanlarının gerektirdiği nitelikler sebebiyle, teknik camlara özgü optik özelliklerin elde edilmesi için başta bor olmak üzere diğer cam bileşenlerinin etkileri oldukça önemlidir. Pota ile optik cam üretiminde korozyonu farklı şekilde etkilemekte ve geleneksel cam üretimindeki korozyon dinamiklerinin dışına çıkmaktadır. Refrakter malzemeler, maruz kalacağı ortamın türüne göre seçilmektedir. Refrakter seçimi yapılırken öncelikle malzemenin ergime ve yumuşama noktaları, yük altındaki deformasyon davranışı, korozyon direnci, porozite miktarı, ısıl şok direnci, ısıl iletim katsayısı ve üretim teknolojisi değerlendirilmektedir. Cam endüstrisinde kullanılan refrakter malzemelerin, ısıya dayanımları her ne kadar önemli olsa da, bu malzemelerin fırının yapısını oluşturmalarının dışında işlevleri ve gereklilikleri de vardır. Üretim çıktısı olan cam için bir hata kaynağı olabildikleri bilinmektedir. İdeal bir refrakter malzemeden, cam üretimi esnasında gerçekleşen etkileşimler sebebiyle cama mümkün mertebe hata vermemesi beklenmektedir. Bu sebeple refrakter malzemelerin prosesteki optimizasyonu, üretim parametrelerinin belirlenmesinde göz önüne alınmalıdır. Bu tez çalışmasında kullanılan AZS (Alümina-Zirkonya-Silika), α-β alümina ve mullit refrakterlerin, borosilikat crown optik cam bileşiminde cam kırığının etkileri de gözetilerek camla temas refrakterlerin korozyon davranışları karşılaştırılmıştır. Cam üretimde ortaya çıkabilecek korozyon ürünleri ve korozyonun şiddeti değerlendirilmiştir. Hem en temel hem de en nitelikli camların pota ile üretilebildiği düşünüldüğünde, temel bir proses olmasına karşın proses tasarımının ve malzeme seçiminin önemi göz ardı edilemez. Refrakter malzeme seçimi yapılırken, camdaki kalite beklentisi ve üretimde sürdürülebilirlik hedeflerini karşılama potansiyelleri sebebiyle AZS (Alümina-Zirkonya-Silika), α-β alümina ve mullit refrakter tercih edilmiştir. Refrakter malzemeler belirlendikten sonra numune hazırlık süreçleri yürütülmüştür. Deney prosesi içerisinde numunelerin optimizasyonu sağlanırken eş zamanlı olarak cam tarafında optik cam kompozisyonu belirlenmiştir. Karot hacmine göre uyumlu olarak 30 gram cam elde edecek şekilde, 2 farklı cam harmanı hazırlanmıştır. Harman hazırlama ve tartım prosesleri yürütülmüştür. Cam bileşimleri, tamamen cam harmanı ve cam harmanı ile eş oranda cam kırığı olacak şekilde iki ayrı koşulda belirlenmiştir. Deneylerin tamamı tesis içindeki aynı fırında yapılmış olup, ticari üretim spesifikasyonları kullanılarak, yüksek kalite optik cam üretimi için mümkün olan en korozif koşullara erişilecek ve ortalama rafinasyonun sağlanacağı ergitme süresi 48 saat olarak seçilmiştir. 1450 ºC proses sıcaklığı olarak seçilmiştir. Isıtma ve ergitme aşamaları için eş koşullar oluşturulmuştur. Numune hazırlık süreci yürütülmüş ve her numune için aynı sistematikte cam, refrakter ve arayüzey analizleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda, benzer cam bileşimi için farklı refrakter kalitelerinin aşınma davranışı ve farklı bileşimler için aynı kalite refrakterlerdeki aşınma davranışı incelenmiştir. Mikroyapı analiz çalışmaları, yapılan SEM-EDS analizleri ile desteklenmiştir. Tez çalışması sonucunda korozyon davranışı ve refrakter-cam arayüzey incelemeleri yapılmıştır. Arayüzeydeki refrakter incelemelerinin, ölçüm bölgesine göre değişkenlik göstermesi sebebiyle refrakter korozyonunun sistematiği, cam içeriğinde başlangıçta neredeyse hiç bulunmayan ancak süreç içinde cam bünyesine taşınan refrakter kaynaklı yüzdece oksit bileşenler üzerinden yürütülmüştür. Deneysel çalışmalar sonucunda yapının cam kırığı içermesinin korozyon davranışında saptanabilir bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Aynı cam bileşimine maruz bırakılan numunelerde α-β alüminanın en fazla fiziksel ve kimyasal korozyona uğrayan refrakter numune olduğu tespit edilmiştir. α-β alüminayı sırasıyla mullit ve AZS refrakter izlemiştir. Camla temas refrakterlerinin genel korozyon mekanizmasının cam bileşimlerine etkileri araştırılmıştır. Tez çalışması neticesinde borosilikat optik camların üretiminde α-β alümina refrakterlerin pota ile optik cam üretiminde kullanımının uygun olmadığı belirlenmiştir. Hedef cam bileşiminde bulunan elementlerin mullit refrakterlerde daha fazla oksitte hedef konsantrasyonla benzeştiği tespit edilmiştir. Bu nedenle yapılacak proses geliştirme çalışmaları ile yüksek kalitede pota ile optik cam üretiminde kullanılabilmek için umut vadettikleri belirlenmiştir. AZS refrakterler, ortalama 0,0207- 0,0705 mm aşınma miktarı ile en iyi sonucu vermiş olsa da, AZS refrakter içindeki camsı fazın da camla temasta çözünüp ağ yapısına karışmasıyla birlikte cam bileşiminde benzer şekilde kimyasal olarak çözündüğü belirlenmiştir. Bununla birlikte, AZS refrakterlerin korozyon özelliklerinin başta eksüdasyon olmak üzere sürekli üretim teknolojilerinde kullanımlarında pasifizasyon mekanizmalarının da etkisiyle daha yüksek performans göstereceği öngörülmektedir.
-
ÖgeThe effect of different addition ratio of rare earth element erbium and europium on microstructure and mechanical properties of A356 (Al-7Si-0.3Mg) alloy(Graduate School, 2022)A356 (Al-7Si-0.3Mg) alloy is widely used in automotive, aerospace and defense industries due to its good specific strength, castability, corrosion resistance and weldability. The main microstructural features of Al-Si alloys are primary α-Al dendrites, secondary denrite arm space (SDAS), eutectic Si and intermetallic phases. The size and morphology of primary α-Al, the acicular and coarse plate-like structure of eutectic Si cause poor mechanical properties. α -Al grain refinement and eutectic Si modification techniques are used to improve the mechanical properties of the alloy. Alloying is widely used in industry for grain refinement and modification because of its simple handling and low cost advantages. Ti, B, and their combinations are commonly used as grain refiners, while Na and Sr are used to modify the eutectic Si. It is seen that there are more effective grain refinement and/or modification effects with the addition of rare earth elements in trace amounts. The present work investigates the optimum addition amount of Er and Eu to achieve the best mechanical properties on sand mold casting. Sand casting is one of the most traditional casting methods. It has advantages such as slower solidification and ability to mold complex parts. Defect free casting begins with starting melt cleanliness, casting speed and well-designed runner systems. Failure of one of these three main components has a significant negative impact on the quality of part. The ASTM B108/B 108M mold is the most common mold used to obtain a tensile specimen. New mold designs were proposed in this work that would provide statistically reproducible results. Filling analyzes of the designs were made in the Anycast software. In order to evaluate the tensile test results of the samples cast with A356 alloy. T6 heat treatment was carried out, and the quality index values were calculated. The reliability of the results was evaluated using survivability plots. Considering these results, V3 mold was casted by tilt casting method in subsequent alloying castings. Alloying additions were applied in the best mold design and casting method. The effect of adding different amounts of Er and Eu to the A356 alloy was investigated: •0.0 •0.1 Er wt% •0.1 Er + 0.1 Eu wt% •0.3 Er wt% •0.3 Er + 0.1 Eu wt% T6 heat treatment was applied to examine the heat treatment effect of the same addition rates. To the heat-treated and non-heat-treated samples; OES, XRF, RPT, microstructure, hardness, tensile test, microstructure and SEM tests were employed to the fractured surfaces. Grain refinement was observed with the addition of Er, while grain coarsening was observed with the addition of Eu. However, while there is no change in the eutectic Si length with the addition of Er, a shortening is observed as the amount of Er increases. Eutectic Si is modified by the addition of Eu. The best eutectic Si aspect ratio was obtained with the addition of Eu with the heat treatment. The mechanical properties were improved with the addition of alloying elements. The best mechanical properties were obtained by heat treatment and the addition of alloying elements. The hardness value decreased with the addition of alloying elements, although the heat treatments increased. In SEM examinations, acicular Fe intermetallic phases in unalloyed structure were observed. With the addition of the alloying element, there wer acicular intermetallic phases containing Er or Er, Eu elements together in accordance with the alloying element. The frequency of intermetallic phases in the structure increased with the addition of alloying element. Although these intermetallic phases shortened after heat treatment, they could not be fully spheroidized.