Cocrfeni-B₄C çok bileşenli alaşım kompozitlerin mikroyapısal gelişimleri ve sertlik değişimleri üzerinde tavlama sıcaklığı ve tavlama süresinin etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of annealing temperature and annealing time on microstructural evolution and hardness changes of cocrfeni-B₄C multi-component alloy composites
- Tez No: 1011135
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN KOTAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, CoCrFeNi yüksek entropili alaşım sistemine ağırlıkça farklı oranlarda (%1, %2 ve %4) ilave edilen bor karbürün (B₄C) alaşımın mikroyapısal gelişimi, faz kararlılığı ve sertlik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Alaşımlar, başlangıç metal tozlarının yüksek enerjili bilyeli öğütme yöntemiyle 20 saat süreyle öğütülmesiyle üretilmiştir. Tozların topaklanmasını önlemek amacıyla stearik asit proses kontrol ajanı olarak kullanılmıştır. Elde edilen nanokristal yapıdaki tozlar soğuk presleme ile konsolide edilmiş ve ardından yapının termal kararlılığını test etmek amacıyla 500 °C, 700 °C, 900 °C ve 1100 °C sıcaklıklarda 1 saatten 24 saate kadar değişen sürelerde izotermal tavlama işlemlerine tabi tutulmuştur. Öğütülmüş haldeki tüm alaşımların tek fazlı yüzey merkezli kübik (YMK) yapısını koruduğu, ancak B₄C takviyesinin tane inceltme etkisini belirgin şekilde artırdığı saptanmıştır. Mekanik alaşımlama sonrasında kristalit boyutu katkısız alaşımda 6,82 nm iken %4 B₄C ilavesiyle 4,27 nm değerine gerilemiştir. 900 °C sıcaklıktaki tavlamalarda Cr₇C₃ karbür ve Cr₂O₃ oksit fazlarının oluştuğu, B₄C partiküllerinin ise bu sıcaklıkta 1 saatlik sürede kararlılığını kısmen koruduğu HAADF-STEM analizleriyle doğrulanmıştır. 1100 °C sıcaklıktaki tavlamalarda ise borun matris içindeki difüzyonuna bağlı olarak M₂B tipi borürler oluşmuş, ancak tavlama süresinin uzamasıyla bu fazlar matris içinde çözünmüştür. Ayrıca, yüzey oksidasyonu sonucunda %4 B₄C katkılı alaşımın yüzeyinde BCrO₃ fazı tespit edilmiştir. Bu fazın oluşumu, yüzeyde gelişen Cr₂O₃ fazının bor varlığında tüketilmesiyle gerçekleşmiş; oksijen taşınımını ve faz dengesini değiştirerek Cr₂O₃ oluşumunun baskılanmasına ve uzun süreli tavlamalarda karbür fazlarının çözünmesine dolaylı katkı sağlamıştır. Mikroyapısal incelemeler, B₄C ilavesinin özellikle 900 °C sıcaklıkta, dağılmış seramik ikinci fazlar ve tane sınırı kusurları yoluyla tane sınırı hareketliliğini sınırladığını ve tane büyümesini baskıladığını göstermiştir. %4 B₄C katkılı alaşım, 24 saatlik tavlama sonunda 488 nm tane boyutu sergileyerek katkısız alaşıma kıyasla üstün termal kararlılık göstermiştir. Sertlik testlerinde, B₄C katkısının başlangıç sertliğini 517,8 HV değerinden 572,7 HV değerine çıkardığı; 500 °C tavlamalarında ise %4 B₄C ilaveli numunede sertliğin 624,9 HV ile en yüksek değerine ulaştığı görülmüştür. 1100 °C üzerindeki uzun süreli tavlamalarda ise güçlendirme sağlayan ikinci fazların çözünmesi ve artan porozite nedeniyle sertlikte düşüş kaydedilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of boron carbide (B₄C) additions at different weight fractions (1, 2, and 4 wt.%) on the microstructural evolution, phase stability, and hardness behavior of a CoCrFeNi high-entropy alloy system were investigated. The alloys were synthesized by processing the initial elemental powders using high-energy ball milling for 20 h. Stearic acid was employed as a process control agent to prevent excessive cold welding and powder agglomeration. The resulting nanocrystalline powders were consolidated by cold pressing and subsequently subjected to isothermal annealing at temperatures of 500 °C, 700 °C, 900 °C, and 1100 °C for durations ranging from 1 h to 24 h in order to evaluate their thermal stability. All as-milled alloys retained a single-phase face-centered cubic (FCC) structure, while the addition of B₄C significantly enhanced grain refinement. The crystallite size decreased from 6.82 nm in the unreinforced alloy to 4.27 nm with the addition of 4 wt. % B₄C after mechanical alloying. Annealing at 900 °C resulted in the formation of Cr₇C₃ carbide and Cr₂O₃ oxide phases, and HAADF-STEM analyses confirmed that B₄C particles partially retained their stability after 1 h annealing at this temperature. At 1100 °C, M₂B-type boride phases formed due to the diffusion of boron into the matrix; however, these phases gradually dissolved with increasing annealing time. In addition, a BCrO₃ phase was detected on the surface of the alloy containing 4 wt.% B₄C as a result of surface oxidation. The formation of this phase occurred through the consumption of surface-grown Cr₂O₃ in the presence of boron, thereby altering oxygen transport and phase equilibria. This process indirectly suppressed the formation of Cr₂O₃ within the bulk and contributed to the dissolution of carbide phases during prolonged annealing. Microstructural analyses demonstrated that B₄C addition effectively limited grain boundary mobility at 900 °C through the presence of dispersed ceramic secondary phases and grain boundary defects, leading to a pronounced suppression of grain growth. The alloy containing 4 wt.% B₄C exhibited a grain size of 488 nm after 24 h of annealing, indicating superior thermal stability compared to the unreinforced alloy. Hardness measurements revealed that B₄C addition increased the initial hardness from 517.8 HV to 572.7 HV, while the highest hardness value of 624.9 HV was obtained for the 4 wt.% B₄C containing sample after annealing at 500 °C. Prolonged annealing at temperatures above 1100 °C resulted in a decrease in hardness due to the dissolution of strengthening secondary phases and increased porosity.
Benzer Tezler
- Yüksek entropili alaşım matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of high entropy alloy matrix composites
BURAK YALMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN AYAS
- Cocrfenial0,6 bileşimine değişen oranda b4c ilavesinin mikroyapı-mekanik ve termal özellikler üzerine etkisinin araştırılması
Effect of varying b4c content on the microstructure, mechanical, and thermal properties of cocrfenial0.6 highentropy alloy
GÖKNUR KARADENİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Hibrit takviyeli nanokristal cocrfeni yüksek entropili alaşımlarda tavlama parametrelerinin mikroyapısal gelişim ve sertlik üzerindeki etkisi
Effect of annealing parameters on the microstructural evolution and hardness of hybrid – reinforced nanocrystalline cocrfeni high entropy alloys
ESMA TAŞDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN KOTAN
- CoCrFeNi yüksek entropi alaşımlarında Al ve Ti 'un degredasyon, iyon salınımı ve biyoaktivite üzerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of Al and Ti on degradation, ion release, and bioactivity in CoCrFeNi high-entropy alloys
YUSUF GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiMunzur ÜniversitesiStratejik Hammaddeler ve İleri Teknoloji Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP SAY
- Eşmolar CoCrFeNi yüksek entropili alaşımına ilave edilen %2-3 Al-Ti-Mo elementlerinin mekanik ve metalografik etkilerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical and metallographic effects of Al-Ti-Mo elements added to equimolar CoCrFeNi high entropy alloy
İLHAN DİLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiMunzur ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAHYA TAŞGIN