Cr ve Y katkılı Fe-Al-W esaslı alaşımların mekanik ve yüksek sıcaklık gaz korozyonu özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Demir alüminatlar, iyi oksitlenme ve kükürtlenme dirençlerine bağlı olarak ilgi çeken yüksek sıcaklık malzemeleri olmuşlardır. Ancak bu malzemeler, yüksek sıcaklıklarda düşük mukavemet ve oda sıcaklığında hidrojen kırılganlığına bağlı olarak düşük süneklik göstermektedirler. Fe3Al alaşımlarının yüksek sıcaklık mukavemeti ve sünekliği alaşımlandırma işlemleriyle geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada, atomik olarak at.%0,5; 1,0; 1,5 oranlarında tungsten ilavesinin Fe3Al(Fe-at.%28Al) alaşımının gaz korozyonu, oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklık basma mukavemeti özelliklerine etkisi ile oksit tabakası direncini arttıran itriyum ve oda sıcaklığı sünekliğini iyileştirdiği saptanan krom elementlerinin bu üçlü alaşımın oksitlenme, oksitlenme/sülfürlenme ve basma mukavemeti özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Oksitleme deneylerinde alaşımlar, 500°C, 900°C ve 1000°C sıcaklıklarda 24 saat boyunca saf O2 gazına maruz bırakılmışlardır. Oksitleme/sülfürleme işlemleri ise 900°C ve 1000°C sıcaklıklarda hacimce %6CO2, %80.6N2, %13O2, 4000 ppm SO2 içeren gaz karışımında 24 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. Alaşımların oksitlenme ve oksitlenme/sülfürlenme özellikleri, numunelerin deney sırasındaki ağırlık değişimlerinin kaydedildiği termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Daha sonra enerji dağılım spektroskobuna (EDS) sahip bir taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile Xışınları difraktometresi (XRD) kullanılarak, deneyler sonrasında numune yüzeylerinde oluşan oksit tabakalarının şekilleri, kimyasal bileşimleri ve kristal yapıları incelenmiştir. Alaşımlardaki dönüşüm sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri ile bulunmuştur. Mekanik testlerde numunelere, oda sıcaklığı ve 400, 500, 550, 600, 700°C sıcaklıklarda basma testleri uygulanmıştır. Tungsten elementinin ilavesiyle mukavemet ve süneklikte artış sağlanmışken, en iyi süneklik değerleri ise Cr ve Y elementlerinin ilavesinde elde edilmiştir. Alaşımlarda katastrofik korozyona rastlanmamış ve genel olarak Y elementi ile tabaka direnci sağlanmıştır.

Iron aluminides are in interest of high temperature materials with the good oxidation and sulphidation properties. However, they show low strength at high temperatures and low ductility at room temperatures due to the hydrogen embrittlement. High temperature strength and room temperature ductility properties of Fe3Al alloys have being tried to improve. In this study, effect of 0.5, 1, 1.5 at% tungsten addition on the gas corrosion, room and high temperature compression strength properties of Fe3Al (Fe-28Al at.%) are investigated. Also the effect of Yttrium, which increases the resistance of oxide layer, on the oxidation, oxidation/sulphidation and compression strength of ternary alloy is studied. In addition, gas corrosion experiments of chrome including alloys are conducted and corrosion properties are investigated by addition of yttrium to increase the resistance of oxide layer. Chrome is determined to improve the room temperature ductility in literature. In experiments alloys are subjected to pure oxygen gas for 24 hours at 500°C, 900°C, and 1000 C. oxidation/sulphidation experiments are conducted for 24 hours 9000 and 1000 in gas mixture of 6% CO2, 80.6%N2, 13%O2 and 4000 ppm SO2 volume. Thermogravimetric analyse instrument is used in determination the oxidation and oxidation/sulphidation properties of alloys. Weight changes of the samples are recorded during the experiments by this instrument. The shapes, chemical composition and crystal structures of the oxide layers formed on the samples are determined by SEM/EDS and XRD analysis. Phase transformation temperatures of the alloys are studied by DSC analysis. Compression tests are performed at room temperature, 400°C, 500°C, 550°C, 600°C, and 700°C. As a result of the experiments, it is determined that tungsten addition is increased the strength and ductility and the highest ductility values are obtained with the additions of Cr and Y. Catastrophic corrosion is not observed in alloys and layer resistance is increased with Y addition.