Mühendislik dünyasında enerji, havacılık ve ağır sanayi uygulamalarında kullanılan malzemelerin yüksek sıcaklık altında dayanımını koruması kritik önem taşıyor. Bu alanda gerçekleştirilen yeni bir akademik çalışma, Fe katkılı Fex(CrAlNi)100-x alaşımlarının hem mikroyapısal kararlılığını hem de oksidasyon direncini ayrıntılı biçimde mercek altına aldı.
Araştırmada farklı oranlarda demir (Fe) içeren alaşımlar 1100 °C sıcaklıkta uzun süreli testlere tabi tutuldu. Elde edilen bulgular, demir oranının alaşımın iç yapısını ve yüksek sıcaklık davranışını doğrudan etkilediğini gösterdi.
Mikroyapıda Dönüşüm: Çökelti Boyutu Küçüldü
Döküm sonrası yapılan analizlerde tüm alaşımların iki farklı kristal fazdan oluştuğu belirlendi. Fe oranı arttıkça, mikroyapıdaki çökeltilerin morfolojisinin değiştiği ve boyutlarının belirgin şekilde küçüldüğü tespit edildi. Özellikle düşük Fe oranına sahip alaşımlarda daha büyük ve lamelli yapılar görülürken, yüksek Fe içeriğinde daha küçük ve küresele yakın çökeltiler oluştu.
Bu değişime rağmen sertlik değerlerinde yalnızca sınırlı bir azalma gözlenmesi, malzemenin mekanik bütünlüğünü büyük ölçüde koruduğunu ortaya koydu.
Oksidasyon Direnci: Kritik Eşik Fe Oranı
Yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen uzun süreli oksidasyon deneyleri, alaşımların yüzeyinde koruyucu oksit tabaka oluşumunu inceledi. Fe oranı belirli bir seviyeye kadar artırıldığında alaşımlar, koruyucu alfa-Al2O3 tabakası oluşturmayı başardı. Ancak en yüksek Fe içeriğine sahip kompozisyonda bu koruyucu tabakanın sürekliliğinin sağlanamadığı görüldü.
Ayrıca zamanla çökeltilerde büyüme meydana geldiği ve bunun sertlik değerlerinde yüzde 20–25 aralığında düşüşe yol açtığı belirlendi. Yüzeyde oluşan oksit tabakasının yer yer dökülmesi ise özellikle yüksek Fe içeriğinde daha belirgin hale geldi.
Sanayi İçin Ekonomik Alternatif
Çalışmanın en dikkat çekici sonuçlarından biri, Fe25–Fe55 aralığındaki alaşımların hem güçlendirilmiş mikroyapı sayesinde gelişmiş mekanik özellikler göstermesi hem de geleneksel FeCrAl alaşımlarına benzer oksidasyon davranışı sergilemesi oldu. Bu durum, söz konusu alaşımların yüksek sıcaklık altında yüke maruz kalan sistemlerde daha ekonomik bir seçenek olabileceğine işaret ediyor.
Enerji üretim tesisleri, türbin sistemleri ve yüksek sıcaklık gerektiren endüstriyel uygulamalar için geliştirilen bu yeni alaşım tasarımı, dayanım-maliyet dengesi açısından önemli bir alternatif sunabilir.
Kaynak:
İlgili doktora/yüksek lisans tezi, Fex(CrAlNi)100-x alaşımlarında Fe katkısının yüksek sıcaklık oksidasyonu ve mikroyapısal kararlılık üzerindeki etkilerinin incelenmesi, 2024. Tuğçe Özgenç, Tez No: 829649
