Monte carlo study of Fe3Al based intermetallics

oz Fe3Al BAZLI METALLERARASI BİLEŞİKLERİN MONTE-CARLO ÇALIŞMASI Arer, Mehmet Murat Y. Lisans, Metalürji Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Doç. Dr. M. Vedat Akdeniz Ortak Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Amdulla O. Mekhrabov Eylül 1996, 204 sayfa Düzen-düzensizlik faz dönüşümünün raslantı davranımı göz önünde bulundurularak gerçekleştirilen, Monte Carlo çalışmasında, düzenli yapıya sahip, yüksek sıcaklıktaki FesAl metallerarası bileşiklerinin düzenlenme özelliklerine, sıcaklık ve Al derişiminin etkileri irdelendi. FesAl alaşımlarının düzenlenme süreçlerini karakterize edebilmek için, Monte Carlo benzetim yöntemiyle, önceden belirlenmiş sıcaklık ve Al derişim koşullarında elde edilen denge nizamlarının genel ve yerel düzenlenme parametreleri hesaplandı. Düzenlenme süreçlerini inceleyebilmek için kanonik ensemble (genel görünüm) Monte Carlo algoritması kullanıldı. Monte Carlo algoritmasının tatbik edildiği, kafes modelinde, alaşım sistemleri yalnızca konfîgürasyon yönüyle tanımlandı. Psedopotensiyal yaklaşımıyla alaşımların elektronik teorisi yararlanarak, Fe3Al bazlı alaşımların kristal kafes yapısının ilkaltı koordinasyon çeperi için hesaplanan düzenlenme enerjileri, alaşım sisteminin dahili enerjisini Ising modeliyle ifade edebilmek için kullanıldı. önceden belirlenmiş sıcaklık ve Al derişim seviyelerindeki benzetim çalışmaları deneysel tasarım yaklaşımıyla planlandı. Sonuçların varyans analizi yöntemiyle yapılan istatiksel irdelemesinde, sıcaklık ve Al derişiminin, Fe3Al metallerarası bileşiklerinin düzenlenme davranımlanna önemli etkilerinin olduğu görüldü. Çeşitli sıcaklık ve Al derişim seviyelerinde hesaplanan düzenlenme parametreleri, aynı koşullarda Fe3Al metallerarası bileşikleri üzerine yapılan deneysel gözlem ve teorik çalışmaların sonuçlarına göre beklenilen superkafes yapılarını karakterize eden değerlere ulaştı. Bu parametrelerin sıcaklıkla değişirtüerinin, sırasıyla 540 ve 950 santigrat derecedeki, DQ3 superkafes yapısından B2 superkafes yapışma ve B2 superkafes yapısından düzensiz katı çözeltisine olan faz dönüşümlerini, deneysel sonuçlarla tam uyum gösterecek şekilde, tanımladıkları sonucuna varıldı. Aynı zamanda, yüzde 25 ve 26 atomik Al derişimine sahip Fe3Al alaşımlarının, yüzde 24 atomik Al derişimine sahip Fe3Al alaşımına göre, D03 düzenli yapışım daha yüksek sıcaklıklara kadar koruyabildiği bulundu. Anahtar Kelimeler: Fe^Al metallerarası bileşikler, Monte Carlo benzetim yöntemi, Düzen-düzensizlik faz dönüşümleri. vı ABSTRACT MONTE CARLO STUDY OF Fe3Aî BASED INTERMETALLICS Arer, Mehmet Murat M.Sc., Department of Metallurgical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. M. Vedat Akdeniz Co-Supervisor: Prof. Dr. Amdulla O. Mekhrabov September 1996, 204 pages Regarding the stochastic nature of the order-disorder phase transformation, a Monte Carlo study has been performed for the analysis of the effects of temperature and Al concentration on the ordering characteristics of the high temperature FesAl ordered intermetallics. To characterize the ordering process in the Fe3Al based alloys, long- and short-range order parameters have been calculated from the equilibrium configurations attained at predefined temperature and Al concentration conditions by Monte Carlo simulation. Canonical ensemble Monte Carlo algorithm has been used to study the ordering processes. The constracted lattice model in which the Monte Carlo algorithm has been executed, have taken only confıgurational problem into account, so that the states of the alloy system have been described in terms of local occupation probabilities. The ordering energies have been iiiused as an input data to designate the internal energy of the system in an Ising type model. They have been calculated for the fırst six coordination spheres of the crystal lattice of Fe3Al based alloys by using electronic theory of alloys in pseudopotential approximation. The simulation rans executed at preset temperature and Al concentration levels, have been designed by experimental design approach. The statistical analysis of the output data by analysis of variance method have shown that temperature and Al concentration have signifıcant effects on the ordering behaviours of Fe3Al intermetallics. The calculated order parameters, at various temperature and Al concentration levels, have approached to the values that characterize the appropriate superlattices expected to occur according to experimental observations and theoretical studies on Fe3Al intermetallics. The variation of order parameters with temperature have identified the transition temperatures from DO3 type superlattice to B2 type superlattice, and from B2 type superlattice to disordered solid solution at about 540°C and 950°C, respectively, showing füll agreement with experimental results. it is also found that Fe3Al alloys having 26 at. % Al and 25 at. % Al concentration retain DO3 ordered structure at higher temperatures witiı respect to Fe3Al alloy having 24 at. % Al concentration. Keywords: FeaAl intermetallics, Monte Carlo Simulation, Order-disorder phase transformation. 220