THE EFFECT OF HIGH MELTING POINT ADDITIVE ELEMENTS ON CHARACTERISTIC TRANSFORMATION TEMPERATURES AND STRUCTURE OF CU-BASED SHAPE MEMORY ALLOYS

Abstract

Bu tez çalışmasında, sırasıyla Cu-20.82Al-3.53FeCu-17.33Al-4.74Fe-2.08Mn (at.%), (at.%),Cu–18.73Al–21.06Be–0.13Mn (at.%)ve Cu–12.9Al–22.73Be-0.37Mn (at.%) kompozisyonlarına sahip biri üçlü ve üçü de dörtlü olmak üzere toplam dört farklı tip Cu-bazlı şekil hafızalı alaşım (ŞHA) ark eritme metoduyla üretilmiştir. İlk etapta, toz halindeki yüksek saflığa (99.99 %) sahip bakır, alüminyum, demir, berilyum ve manganez elementleri karıştırılıp basınçla peletler halinde elde edildi ve sonra bu peletler bir ark eriticisinde eritilerek külçe halinde dökümleri yapıldı. Bu külçelerin kesilmesiyle elde edilen alaşım numuneleri 900 °C'de 1 saat ısıl işleme tabi tutulduktan hemen sonra geleneksel tuzlu buzlu suya daldırılarak bu alaşımlarda ?1' martensit fazının oluşması sağlandı. Bu sayede alaşım numunelerine şekil hafıza özelliği kazandırıldı. Sonra bu alaşımların termodinamik parametreleri ve karakteristik martensitik dönüşüm sıcaklıklarının belirleyebilmek için farklı ısıtma/soğutma hızlarında alınan diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve diferansiyel termal analiz (DTA) ölçümleri yapıldı. DSC sonuçları alaşım numunelerinin karakteristik martensitik dönüşüm sıcaklıklarının katkı elementlerinin etkisi ile 100-400 °C aralığına yükseldiğini gösterdi ki bu da bu alaşımların her birinin birer yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşım (YSŞHA) olarak tanımlanması gerektiği anlamına gelmektedir. DTA sonuçları, bu alaşımların yüksek sıcaklık bölgesindeki termal davranışlarının diğer Cu-bazlı ŞHA'larınkiyle uyum içinde olduğunu gösterdi. Ek olarak entalpi, entropi, denge sıcaklığı ve aktivasyon enerjisi gibi alaşım numunelerinin martensitik dönüşümleri ile ilgili diğer kinetik parametreler de belirlendi. Oda sıcaklığında alınan yapısal ölçümlere gelince, XRD sonuçları ve optik mikrograflar ile tüm alaşım numunelerinde martensit fazlarının oluştuğu tespit edildi.

In this thesis work, four types -one ternary and three quaternary- of Cu-based shape memory alloys (SMAs) with new different compositions of Cu-17.33Al-4.74Fe-2.08Mn (at.%),Cu-20.82Al-3.53Fe (at.%), Cu–18.73Al–21.06Be–0.13Mn (at. %) and Cu–12.9Al–22.73Be-0.37Mn (at.%) were produced by arc melting method. At first, the high purity (99.99 %) copper, aluminum, iron, beryllium, and manganese elements in powder forms were mixed and then formed into pellets by applying pressure and these pellets were melted in an arc melter to get as-cast ingots. The alloy samples obtained by cutting these ingots were heat-treated at 900 °C for 1h and right after quenched in traditional iced-brine water to form of ?1' martensite phase in the alloy samples. In this way, the alloys were acquired shape memory effect property. Then the thermodynamic parameters and characteristic martensitic transformation temperatures of the alloys were detected by differential thermal analysis (DTA) measurements and differential scanning calorimetry (DSC) taken at different heating/cooling rates. The DSC results showed that the characteristic martensitic transformation temperatures of the alloy samples all became in the range of 100–400 °C by the effect of additive elements, so this means that each one of these alloys is to be defined as a high temperature shape memory alloy (HTSMA). The DTA results showed that the thermal behaviors of these alloys in high-temperature region became in accord with those of other Cu-based SMAs. Also, the other kinetic parameters related to the martensitic transformations of the alloy samples such as entropy, equilibrium temperature,enthalpy and activation energy were determined. As to structural measurements taken at room temperature, the formation of the martensite phases was detected in all of the alloy samples by XRD results and by optical micrographs.