DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION

Katılaşma, döküm, kaynak, lehimleme ve katmanlı imalat gibi endüstriyel uygulamalarda gerçekleşmektedir. Plastik deformasyon veya işleme ile şekillendirilen malzemeler için bile, külçe veya iş parçası genellikle döküm ile üretilir. Bu işlemlerin uygulanması, katılaşma mikroyapısını değiştirebilmesine rağmen döküm sırasında elde edilen yapı, malzemedeki kimyasal ve morfolojik dağılımda belirleyici bir rol oynamaktadır. Malzeme özellikleri, malzemenin mikroyapısal niteliklerinin yanı sıra bu dağılımlara oldukça bağımlıdır. Bu nedenle, katılaşma sırasında gerçekleşen mikroyapı evriminin araştırılması çok önemlidir. Yeryüzünde yapılan deneylerde, katılaştırma sırasında sıvıda oluşan konveksiyonu engellemek ve kantitatif sonuçlar elde edebilmek için, iki boyutlu (2B), yani kalınlığı ,um mertebesinde olan numuneler kullanılmalıdır. Fakat, endüstride kullanılan döküm parçalarının duvar kalınlığı en az mm seviyelerindedir. Üç boyutlu (3B) numunelerde katılaşma sürecinin temellerini anlamak ve deneysel parametrelerin mikroyapı seçimi üzerindeki doğrudan etkisini incelemek için deneyler mikrogravite koşullarında gerçekleştirilmiştir. Bu makalede, Uluslararası Uzay İstasyonu'nda gerçekleştirilen bu mikrogravite deneylerinin ve yeryüzünde Mikroyapı Evrim Laboratuvarı'nda yapılan deneylerin detayları verilmiştir. Ek olarak, lug ve lg deneylerinin amaçları özetlenmiştir.

ULUSLARARASI UZAY İSTASYONUNUN MALZEME BİLİM LABORATUVARINDAKİ YÖNLENDİRİLMİŞ KATILAŞMA DENEYLERİ

Katılaşma, döküm, kaynak, lehimleme ve katmanlı imalat gibi endüstriyel uygulamalarda gerçekleşmektedir. Plastik deformasyon veya işleme ile şekillendirilen malzemeler için bile, külçe veya iş parçası genellikle döküm ile üretilir. Bu işlemlerin uygulanması, katılaşma mikroyapısını değiştirebilmesine rağmen döküm sırasında elde edilen yapı, malzemedeki kimyasal ve morfolojik dağılımda belirleyici bir rol oynamaktadır. Malzeme özellikleri, malzemenin mikroyapısal niteliklerinin yanı sıra bu dağılımlara oldukça bağımlıdır. Bu nedenle, katılaşma sırasında gerçekleşen mikroyapı evriminin araştırılması çok önemlidir. Yeryüzünde yapılan deneylerde, katılaştırma sırasında sıvıda oluşan konveksiyonu engellemek ve kantitatif sonuçlar elde edebilmek için, iki boyutlu (2B), yani kalınlığı ,um mertebesinde olan numuneler kullanılmalıdır. Fakat, endüstride kullanılan döküm parçalarının duvar kalınlığı en az mm seviyelerindedir. Üç boyutlu (3B) numunelerde katılaşma sürecinin temellerini anlamak ve deneysel parametrelerin mikroyapı seçimi üzerindeki doğrudan etkisini incelemek için deneyler mikrogravite koşullarında gerçekleştirilmiştir. Bu makalede, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda gerçekleştirilen bu mikrogravite deneylerinin ve yeryüzünde Mikroyapı Evrim Laboratuvarı'nda yapılan deneylerin detayları verilmiştir. Ek olarak, lug ve lg deneylerinin amaçları özetlenmiştir.

___

  • [1]Kurz, W. and Trivedi, R., "Solidiflcation Microstructures Recent Developments And FutureDirections," Acta Metallurgica Et Materialia, 38, (1), 1990, pp. 1-17.
  • [2] Boettinger, W.J., Coriell, S.R., Greer, A.L., Karma, A., Kurz, W., Rappaz, M. and Trivedi, R., "Solidiflcation Microstructures: Recent Developments, Future Directions," Acta Mater., 48, 2000, pp. 43-70.
  • [3] Asta, M., Beckermann, C., Karma, A., Kurz, W., Napolitano, R., Plapp, M., Purdy, G., Rappaz, M. and Trivedi, R., "Solidiflcation microstructures and solidstate parallels: Recent developments, future directions," Acta Materialia, 57, (4), 2009, pp. 941- 971.
  • [4] Akamatsu, S. and Plapp, M., "Eutectic and peritectic solidification patterns," Curr Opin Solid St M, 20, (1), 2016, pp. 46—54.
  • [5]Dantzig, J.A. and Rappaz, M., "Solidiflcation," EPFL press, 2009.
  • [6] Jackson, K.A. and Hunt, J.D., "Lamellar and rod eutectic growth," Transactions of the Metallurgical Society ofAIME, 236, (8), 1966, pp. 1129.
  • [7] Favier, J.J., Garandet, J.P., Rouzaud, A. and Camel, D., "Mass transport phenomena during solidification in microgravity; preliminary results of the first Mephisto flight experiment," J. Cryst. Growth, 140, (1), 1994, pp. 237-243.
  • [8] Glicksman, M.E., Koss, MB. and Winsa, E.A., "Dendritic Growth Velocities in Microgravity," Physical Review Letters, 73, (4), 1994, pp. 573-576.
  • [9] Jarvis, D.J. and Minster, 0., "Metallurgy in Space," Materials Science Forum, 2006, 508, pp. 1-18.
  • [10] Ludwig, A., Mogeritsch, J., Kolbe, M., Zimmermann, G., Sturz, L., Bergeon, N., Billia, B., Faivre, G., Akamatsu, S., Bottin—Rousseau, S. and Voss, D., "Advanced Solidif1cation Studies on Transparent Alloy Systems: New European Solidif1cation Insert for Material Science Glovebox on Board the International Space Station," JOM, 64, (9), 2012, pp. 1097-1101.
  • [11] Bergeon, N., Tourret, D., Chen, L., Debierre, J.M., Guerin, R., Ramirez, A., Billia, B., Karma, A. and Trivedi, R., "Spatiotemporal Dynamics of Oscillatory Cellular Patterns in Three-Dimensional Directional Solidif1cation," Physical Review Letters, 110, (22), 2013, pp. 226102.
  • [12] Nguyen-Thi, H., Reinhart, G. and Billia, B., "On the interest of microgravity experimentation for studying convective effects during the directional solidification of metal alloys," Comptes Rendus Mécanique, 345, (1), 2017, pp. 66—77.
  • [13] Plapp, M., Bottin—Rousseau, S., Faivre, G. and Akamatsu, S., "Eutectic solidification patterns: Interest of microgravity environmen ," Comptes Rendus Mécanique, 345, (1), 2017, pp. 56—65.
  • [14] Garandet, J.P., Boutet, G., Lehmann, P., Drevet, B., Camel, D., Rouzaud, A., Favier, J.J., Faivre, G., Coriell, S., Alexander, J.I.D. and Billia, B., "Morphological stability of solid—liquid interface and cellular growth: Insights from thermoelectric measurements in microgravity experiments," J. Cryst. Growth, 279, (1), 2005, pp. 195—205.
  • [15] Akamatsu, S. and Nguyen-Thi, H., "In situ observation of solidifıcation patterns in diffusive conditions," Acta Materialia, 108, (Supplement C), 2016, pp. 325—346.
  • [16] Curreri, P.A. and Larson, D.J., "Influence of convection on eutectic morphology," Journal of Metals, 39, (7), 1987, pp. A50—A50.
  • [17] Drevet, B., Camel, D. and Favier, J.J., "Solute boundary—layer and convection in solidifıcation of eutectic alloy," European Space Agency, 1989.
  • [18] Drevet, B., Garandet, J.P., Camel, D. and avier, J.J., "Influence of thermal bouyancy on the solidifıcation of fıbrous eutectic alloys," Ann. Chim.— Sci. Mat., 16, (3), 1991, pp. 253—253.
  • [19] Drevet, B., Garandet, J.P., Camel, D. and Favier, J.J., "Influence of thermal buoyancy on fıbrous eutectic growth 1. Segregation results in the SnCu6Sn5 system," J. Cryst. Growth, 129, (3—4), 1993, pp. 549—558.
  • [20] Lee, J.H., Liu, S. and Trivedi, R., "The effect of fluid flow on eutectic growth," Metallurgical And Materials Transactions A—Physical Metallurgy And Materials Science, 36A, (11), 2005, pp. 3111—3125.
  • [21] Kurz, W. and Fisher, D.J., "Fundamentals of Solidifıcation," Trans Tech Publications, 1981.
  • [22]Alt1ntas, Y., Aksöz, S., Keşlioğlu, K. and Maraşlı, N., "Determination of thermodynamic properties of aluminum based binary and ternary alloys," Alloy Compd, 649, (Supplement C), 2015, pp. 453—460.
  • [23] Witusiewicz, V.T., Hecht, U., Fries, S.G. and Rex, S., "The Ag—Al—Cu system Part I: Reassessment of the constituent binaries on the basis of new experimental data," Alloy Compd, 385, (1—2), 2004, pp. 133—143.
  • [24] Witusiewicz, V.T., Hecht, U., Fries, S.G. and Rex, S., "The Ag—Al—Cu system II. thermodynamic evaluation of the ternary system," Alloy Compd, 387, (1—2), 2005, pp. 217—227.
  • [25] Bottin—Rousseau, S., Serefoglu, M., Yuceturk, S., Faivre, G. and Akamatsu, S., "Stability of three—phase ternary—eutectic grth patterns in thin sample," Acta Materialia, 109, 2016, pp. 259—266.
  • [26] Choudhury, A., Yabansu, Y.C., Kalidindi, S.R. and Dennstedt, A., "Quantification and classifıcation of microstructures in ternary eutectic alloys using 2- point spatial correlations and principal component analyses," Acta Materialia, 110, 2016, pp. 131—141.
  • [27] Dennstedt, A., Helfen, L., Steinmetz, P., Nestler, B. and Ratke, L., "3D Synchrotron Imaging of Directionally Solidifıed Ternary Eutectic," Metallurgical and Materials Transactions a—Physical Metallurgy and Materials Science, 47A, (3), 2016, pp. 981—984.
  • [28] Mohagheghi, S. and Serefoglu, M., "Dynamics of spacing adjustment and recovery mechanisms of ABAC—type growth pattern in ternary eutectic systems," J. Cryst. Growth, 470, 2017, pp. 66—74.
  • [29] Choudhury, A., "Pattern—Formation During Selforganization in Three—Phase Eutectic Solidifıcation," Transactions of the Indian Institute of Metals, 68, (6), 2015, pp. 1137—1143.
  • [30] Witusiewicz, V.T., Hecht, U., Rex, S. and Apel, M., "In situ observation of microstructure evolution in low—melting Bi—In—Sn alloys by light microscopy," Acta Materialia, 53, (13), 2005, pp. 3663—3669.
  • [31] Rex, S., Bottger, B., Witusiewicz, V. and Hecht, U., "Transient eutectic solidifıcation in In—Bi—Sn: Two—dimensional experiments and numerical simulation," Materials Science And Engineering A— Structural Materials Properties Microstructure And Processing, 413, 2005, pp. 249—254.
  • [32] Sturz, L., Witusiewicz, V.T., Hecht, U. and Rex, S., "Organic alloy systems suitable for the investigation of regular binary and ternary eutectic growth," J. Cryst. Growth, 270, 2004, pp. 273—282.
  • [33] Hecht, U., Granasy, L., Pusztai, T., Bottger, B., Apel, M., Witusiewicz, V.T., Ratke, L., Wilde De, J., Froyen, L., Camel, D., Drevet, B., Faivre, G., Fried, S.G., Legendre, B. and Rex, S., "Multiphase Solidifıcation in Multicomponent Alloys," Materials Science and Engineering, 46, 2004, pp. 1—49.
  • [34] Ruggiero, MA. and Rutter, J.W., "Formation of microstructure during solidification of Bi-Pb-Sn ternary eutectic," Materials Science And Technology, 15, (10), 1999, pp. 1110—1114.
  • [35] Holder, J.D., and Oliver, B.F., "The directional solidification of Pb-Sn-Cd alloys," Metallurgical Transactions, 5, (11), 1974, pp. 2423—2437.
  • [36] De Wilde, J., Nagels, E., Lemoisson, F. and Froyen, L., "Unconstrained growth along ternary eutectic solidification path in Al-Cu-Ag: Preparation of MAXUS sounding rocket experiment," Materials Science and Engineering: A, 413-414, 2005, pp. 514.
  • [37] Hecht, U., Witusiewicz, V.T., Drevermann, A., Bottger, B. and Rex, S. "Eutectic solidification of ternary Al-Cu-Ag alloys: Coupled growth of alpha(Al) and Al2Cu in univariant reaction," Solidification and Gravity Iv, 2006, pp. 57-62.
  • [38] Witusiewicz, V.T., Sturz, L., Hecht, U. and Rex, S., "Phase equilibria and eutectic growth in quaternary organic alloys amino-methyl-propanediol(D)camphor-neopentylglycol-succinonitrile (AMPDDC-NPG-SCN)," J. Cryst. Growth, 297, (1), 2006, pp. 117—132.

___

APA ŞEREFOĞLU KAYA M (2018). DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 11(1), 7 - 15.
Chicago ŞEREFOĞLU KAYA MELİS DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi 11, no.1 (2018): 7 - 15.
MLA ŞEREFOĞLU KAYA MELİS DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, vol.11, no.1, 2018, ss.7 - 15.
AMA ŞEREFOĞLU KAYA M DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi. 2018; 11(1): 7 - 15.
Vancouver ŞEREFOĞLU KAYA M DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi. 2018; 11(1): 7 - 15.
IEEE ŞEREFOĞLU KAYA M "DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION." Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 11, ss.7 - 15, 2018.
ISNAD ŞEREFOĞLU KAYA, MELİS. "DIRECTIONAL SOLIDIFICATION EXPERIMENTS IN MATERIALS SCIENCE LABORATORY OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION". Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi 11/1 (2018), 7-15.