Nükleer enerji istasyonları, hipersonik uçaklar ve uzay araçları tasarımcılar yüksek sıcaklığa dayanıklı malzeme isterler. Bu gereklilikleri sağlayan “süper alaşımlar” 1000°C ve üzerindeki kullanımlar için uygun olmalıdırlar. Refrakter metaller, tungsten, molibden, niyobyum ve tantalyum zaman zaman belirtilen şartları sağlamak için kullanılır. Ne yazık ki refrakter metaller maliyetli, üretilmesi zor ve oksitlenmeye karşı direnci düşük.
Dispersiyon sertleştirmesi uygulanan alaşımlarda, birbiri içerisinde sınırlı çözünürlüğe sahip alaşımlar, ikinci fazın bir matris içinde katı çözeltiden çökmesi yoluyla mukavemetin artması ve ergime noktası yükseltilmesi amaçlanır.
Son yıllarda “serpinik sertleştirme” üzerine farkedilir derecede çalışmalar yapılmıştır. Bu tür malzemelerde matrix boyunca üniform olarak yayılmış disperse edilen faz çok küçük partiküllerden oluşur.(<0.001 inç/çap)
Çökelme sertleşmesi ile dispersiyon sertleşmesi arasındaki en büyük fark ise: Çökelme sertleşmesi işleminde ergitme, dökme, ısıl işlem gibi prosedürler uygulanırken; dispersiyon sertleşmesi uygulanan alaşımlar genellikle Toz Metalurjisi teknikleriyle hazırlanır.
Şekil 1: Sinterlenmiş Al tozlarının kullanıldığı üretim adımları(Al-SAP)
Dispersiyon Sertleşmesine örnek olabilecek malzemeler:
- 14%Al2O3 ilaveli Al- “SAP” Kompozit
- 1-2%ThO2 ilaveli Ni-20%Cr-TD Nikel
- WC in CO- Sementit Karpit kesici uçlar
Orowan Modeli
Dislokasyonları Bypass işlemi Orowan Modeli ile gerçekleşir.
Kayma gerilmesi için 2 partikülün belirtilen mesafe tarafından baskıya uğraması gerekir.
- Düz dislokasyon çizgisiyle dislokasyonlar yaklaşır.
- Çizgi eğrilir ve maksimum eğriliğe ulaşır.
Dislokasyon halkası bırakarak uzaklaşır.
Dispersiyon Sertleşmesi işleminin avantajları:
- Yüksek sürünme direnci
- Yüksek sıcaklığa dayanım
- Otomotiv endüstrisinde kullanımı
- Uzay teknolojilerinde kullanımı
- Ana fazın intermetalik içermesi gerekmez
12Cr-ODS-IMR çeliği Japan Science and Technology (JST) altındaki Instute for Materials Research (IMR) tarafından 2011’deki nükleer kazadan sonra üretildi. 12Cr-ODS-NIFS National Institute for Fusion Science (NIFS)’da üretildiğinde ODS çelikleri adına Japon üniversitelerine referans sağlamıştı. Kimyasal kompozisyonları ( wt%) 12.01Cr, 1.91W, 0.20Y, 0.31Ti, 0.06O, 0.033C, ve balans Fe (12Cr-ODS-IMR için); 1.65Cr, 1.90W, 0.18Y, 0.29Ti, 0.083O, 0.035C, ve balans Fe (12Cr-ODS-NIFS için) olarak üretildi.
12Cr-ODS-NIFS Öncelikle argon gaz atomizasyonuna uğramış tozlar (<150 μm) mekanik alaşımlama tabi tutuldu. (MA) Proses devamında MA tozları sealing ve gaz giderme işleminden sonra 1423 K’da sıcak ekstrüzyona uğradı. (Ekstrüzyon oranı 6:4) Daha sonra sıcak dövme ve 1 saat süreli tavlamaya bırakıldı. Kesme ve şekil verme işlemleri sonrası son dövme 1473 K sıcaklıkta 1 saat süreyle yapıldı.
12Cr-ODS-IMR için uygulanan işlem ise ilk adımlarda benzerlik gösterse de, kesme ve şekil verme sonrası soğuk hadde ve ardından son dövme (1323 K, 1 saat) ile farklılık göstermiştir.
Şekil 3: 12Cr-ODS-IMRand12Cr-ODS-NIFS plakalarının üretim şeması
Proses Sonu Değerlendirmeler
Şekil 4: 12Cr-ODS-IMR ve 12Cr-ODS-NIFS metallerinin 1 saatlik tavlama sonucu sertliklerindeki değişim
Çıkan değerler incelendiğinde 1 saatlik tavlama sonucu 12Cr-ODS-NIFS metali Vickers sertliği 300 değerliklerindeyken, 12Cr-ODS-IMR metali 400-380 arası değerlik kazanıyor.
Şekil 5: 12Cr-ODS-IMR ve 12Cr-ODS-NIFS metallerinin 1 saatlik sıcaklık – gerilme özellikleri
(a): UTS ve YS
(b): TE
(a): Gerilme – Zamana Bağlı Kopma 973 K, 200 MPa
(b): Gerilme – Zamana Bağlı Kopma 873K, 400MPa
(c): Uygulanan Basınç – Zamana Bağlı Kopma 973 K
(d): Uygulanan Basınç – Zamana Bağlı Kopma 873 K
(e): Minimum Sürünme Oranı – Gerilme/Elastik Modül 973 K
(f): Minimum Sürünme Oranı – Gerilme/Elastik Modül 873 K
ÖZETLE
12Cr-ODS-IMR ve 12Cr-ODS-NIFS ferritik çelikler benzer komposizyonlara sahip olup metalürjik toz metotlarıyla farklı termal-mekanikal fabrikasyon prosesleriyle üretildi. Sonuçlar gösteriyor ki,
1) 12Cr-ODS-IMR, 12Cr-ODS-NIFS çeliğine göre daha yüksek Vickers sertliğine, daha yüksek gerilme dayanımı, daha uzun sürünme direncine sahip.
2) 12Cr-ODS-IMR çeliği daha küçük tane sınırına sahip olması nedeniyle soğuk haddeleme hatırı sayılır derecede dayanımı ve sertliği arttırdı.
KAYNAKÇA
- DISPERSION STRENGHTHENING OF COMPOSITESSanjeev Kumar Verma
- Tech. 1styear (12307EN045)
Department of MetallurgicalEngg. IIT (BHU),Varanas
- DISPERSION STRENGTHENING OF METALSRICHARD B. ELLISAmerican ScientistVol. 52, No. 4
- Effects of fabrication processing on the microstructure and mechanical properties of oxide dispersion strengthening steels Materials Science and Engineering: A
Volume 654, 27 January 2016, Pages 203–212
Yorumlar