METALLERARASI FAZLARIN ÇÖKELME SICAKLIKLARININ DİFÜZYON KAYNAĞI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI - OZAN, SERMİN (Fırat Üniveristesi, 2000)
Doktora Tezi METALLERARASI FAZ ÇÖKELME SICAKLIKLARININ DİFÜZYON KAYNAĞI ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI Sermin OZAN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalürji Eğitimi Anabilim Dalı 2000 Sayfa:89 Difüzyon, malzemelerde serbest enerjiyi azaltıp daha kararlı duruma geçmek için atomların bir noktadan başka bir noktaya göç etmeleri olayıdır. Eğer bu olay katı halde oluşursa, buna katı hal difüzyonu denir. Bu prensipten hareketle geliştirilen birleştirme yöntemine ise katı hal kaynağı ya da difüzyon kaynağı denir. Difüzyon kaynağı, birleştirilecek yüzeyleri pislikler ve makro pürüzden arındırılmış iki aynı ya da farklı malzemenin, akma gerilmelerinin çok altındaki bir basınç altında temas ettirilerek ve ergime sıcaklığının takriben 0,75' i kadar bir sıcaklıkta, argon ya da vakum atmosferinde bekletilmesi suretiyle, difüzyon yolu ile birleştirildikleri bir kaynak yöntemidir. Bu yöntem, i özellikle, geleneksel kaynak yöntemleri ile kaynak edilmesi güç ya da imkansız olan, yüksek karbonlu çelikler, seramikler, kompozitler ve egzotik malzemelerin birleştirilmesi için alternatif ya da en uygun kaynak yöntemidir. Difüzyon kaynağı üzerindeki çalışmalar bütün dünyada hızla devam etmektedir. Bu çalışmalar hem çeşitli malzemelerin difüzyon kaynağı ile birleştirilebilmesi hem de yöntemin esasları ile ilgilidir. Bu çalışmada da difüzyon kaynağına etki eden mekanizmalardan birisi, metallerarası fazların çökelme noktalarının difüzyon hızı ve dolayısıyla, difüzyon kaynaklı bağlantının kalitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu konu üzerine yapılmış fazla bir çalışma bulunmamaktadır. Dolayısıyla, yapılan bu çalışma, bu konuda yapılacak diğer çalışmalara bir menfez oluşturacaktır. Çalışmada kullanılan malzemelerden dupleks ve ferritık paslanmaz çelikler, indüksiyon ocağında döktürülerek üretilmiştir. Dökülen malzemeler dövülerek 10x10 mm kesitliIV çubuklar haline getirilmiştir. Difüzyonu izlemede MSI 1010 çeliği kullanılmış ve bu malzeme 10x10 mm kesitli çubuk halinde piyasadan temin edilmiştir. Paslanmaz çeliklere kaynak öncesi Diferansiyel Termal Analiz (DTA) uygulanarak, metallerarsı fazların çökelme sıcaklık aralıkları ve çökelme reaksiyonlarının tipi ile aktivasyon enerjileri belirlenmiştir. Numuneler 10x10x10 mm boyutlarında hazırlanmış ve Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü atölyelerinde tarafımızdan hazırlanan bir difüzyon kaynak aparatında ve argon atmosferinde birleştirilmiştir. Kaynaklar sadece faz çökelme reaksiyonlarının etkilerini belirleyebilmek amacıyla sabit basınçta (3,1 MPa), 850, 919, 924, 1000 ve 1100 °C gibi beş farklı sıcaklıkta ve farklı iki sürede (30 ve 60 dakika) uygulanmıştır. Kaynak sonrası, kaynaklı bağlantılar tam ortalarından kesilerek SEM, EDAX, optik mikroskobi ve mikrosertlik incelemelerine tabi tutulmuştur. SEM, EDAX ve mikrosertlik ölçüm ve analizleri Brunei Üniversitesi (Londra-lngiltere)nde yapılmıştır. Çökelme reaksiyonlarının etkileri, AISI 1010 tarafında meydana gelen tane irileşmesi, ferritleşen alan, arakesitteki boşluklar, arakesitin bileşim ve mikro sertliği dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Çalışmanm birinci bölümünde konuya giriş yapılmış, ikinci bölümde difüzyon ve difüzyon kaynağının esasları anlatılmıştır. Üçüncü bölümde metaller arası faz çökelmesi meydana gelen dubleks ve ferritik paslanmaz çelikler ve çökelme mekanizmaları hakkında bilgi verilmiş, çökelme reaksiyonlarının difüzyon üzerindeki etkileri anlatılarak literatür araştırmaları değerlendirilmiştir. Çalışmanın dördüncü bölümünde araştırmanın amacı anlatılarak, deneysel çalışmalar ve izlenen yöntemler verilmiştir. Beşinci bölümde deney ve inceleme sonuçları verilmiş ve değerlendirilmiş, altıncı ve son bölümde deney sonuçları ve incelmeler tartışılmış ve öneriler sunulmuştur. Yapılan çalışma, paslanmaz çeliklerdeki çökelme reaksiyonlarının paslanmaz çeliklerin korozyon direnci ve mekanik özelliklerini olumsuz etkilemekle beraber, özellikle 850 °C gibi düşük sıcaklıkta yapılacak birleştirmelerde hem bağlantının mikro yapısını pek fazla olumsuz bir şekilde etkilemediğini hem de düşük sıcaklıkta kaliteli bir bağlantı vererek yöntemin ekonomik kazancını artırdığını göstermektedir. Anahtar kelimeler: Difüzyon Kaynağı, Çökelme Reaksiyonu, Metallerası Fazlar, Paslanmaz Çelik.

SUMMARY PhD Thesis INVESTIGATION OF THE EFFECTS OF PRECIPITATION TEMPERATURES OF INTERMETALLIC PHASES ON DIFFUSION BONDING Sermin OZAN Firat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Metallurgy Education 2000 Page: 89 Diffusion is the migration of atoms in a material from one point to another in order to decrease free energy level and become more stable. If it happens in solid state it is called solid-state diffusion. The joining method developed considering diffusion principles is known as diffusion bonding. Diffusion bonding is a welding method in which the cleaned surfaces of two materials are brought together under a pressure far below the yield strength of the materials not to cause macroscopic deformations at a temperature as much as two third of melting point and kept in an argon atmosphere or vacuum for a time enough to form a satisfactory joint at the interface. This method is suitable especially for the materials that cannot be bonded with conventional welding methods such as high carbon steels, ceramics, composites and exotic materials. There are immense researches on diffusion bonding. These are both on the bondability of various materials and the mechanisms of the method itself. In this study, one of the mechanisms effecting diffusion bonding, precipitation reactions of intermetallic phases, especially o-phase, were investigated. The study was concentrated on the effects of precipitation on diffusion rate and bond quality. There is not any specific research on this subject. Therefore this study is expected to lead next studies. The stainless steels used in this study (duplex and ferritic) were melted in an induction furnace and casted in thick rods. Then these roads were formed by forging \VI into the bars in the dimensions of 10x10 mm. AISI 1010 steel bars delivered (10x10 mm) were used as reference material for tracing diffusion. The precipitation temperatures, the type of the reactions and reaction enthalpies of the stainless steels were determined by Differential Thermal Analysis (DTA). The specimens prepared in the dimensions of 10x10x10 mm were bonded in a diffusion bonding apparatus designed by us in the metal Departments of Technical Education faculty in Firat University. Argon was used as protective atmosphere for all experiments. In order to determine only the effect of the precipitation the experiments were performed under a constant pressure of 3,1 Mpa, at four different temperatures below above and at the precipitation temperature found by DTA (850, 919, 924, 1000 and 1100°C) for 14 hours and one hour. The bonded specimens were cut after welding and examined by SEM; EDAX and optical microscope. Hardness profile was drawn using microhardness scale. All examinations were carried out at Brunei University- London-UK. The effects of precipitation reactions were assessed using grain growth at AISI side of the joints, the width of ferritised region, the voids at the interface, the composition and microhardness at the interface. This study reveals that even if the precipitation of the intermetallic phases in stainless steels inversly effect the coorosion properties and mechanical behaviour of these steels, it could be useful to bond the materials at a precipitation temperature such as 850 C since at this temperature while diffusion accelerates the invers effect of the precipitates remains small. Therefore it provides an economical gain in processing such kind of materials with diffusion bonding or diffusion based processes like sintering. In the first chapter of the study the subject is recognised and introduced. In the second chapter diffusion, diffusion bonding and process parameters are given. In the third chapter, the precipitation in ferritic and duplex stainless steels is presented and literature research is evaluated by giving information on the effects of precipitates on diffusion bonding. In the fourth chapter the aim of the study is given and the experimental studies are explained. In the fifth chapter the results are presented. In the sixth and final chapter the results of the experiments are discussed and some recommendations are given. Key Words: Diffusion welding, solid state welding, precipitation, stainless steels.
Investigation of the precipitation temperatures of intermetallic phases on diffusion bonding
Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz.
Keywords: Eğitim ve Öğretim; Education and Training; Metalurji Mühendisliği; Metallurgical Engineering