Top Metal Magazine "Acta Materialia": Форма эстутум эритмелеринин чарчоо жаракасынын өсүү жүрүм-туруму

Форма эс тутум эритмелери (SMAs) термомеханикалык стимулдарга мүнөздүү деформациялык реакцияга ээ. Термомеханикалык стимулдар жогорку температурадан, жылышуудан, катуудан катууга айлануудан ж. Кайталануучу циклдик фазалык өтүүлөр дислокациялардын акырындык менен көбөйүшүнө алып келет, ошондуктан трансформацияланбаган аймактар ​​SMAнын функционалдуулугун төмөндөтөт (функционалдык чарчоо деп аталат) жана микрожарыктарды пайда кылат, бул сан жетишерлик чоң болгондо, акыры физикалык бузулууга алып келет. Албетте, бул эритмелердин чарчоо жашоо жүрүм-турумун түшүнүү, кымбат компоненттеринин сыныктары көйгөйүн чечүү, ошондой эле материалдык иштеп чыгуу жана продукт дизайн циклин кыскартуу бардык зор экономикалык басымды жаратат.

Термомеханикалык чарчоо, айрыкча термомеханикалык циклдерде чарчоонун жаракаларынын таралышы боюнча изилдөөлөрдүн жетишсиздиги чоң деңгээлде изилденген эмес. Биомедицинада SMAны эрте ишке ашырууда чарчоо боюнча изилдөөлөрдүн чордону циклдик механикалык жүктөмдөрдүн астында "кемчиликсиз" үлгүлөрдүн жалпы өмүрү болгон. кичинекей SMA геометрия менен колдонмолордо, чарчоо жарака өсүшү жашоого аз таасир этет, ошондуктан изилдөө, анын өсүшүн көзөмөлдөө эмес, жарака башталышын алдын алууга багытталган; айдоо, титирөөнү азайтуу жана энергияны сиңирүүчү колдонмолордо тез кубат алуу керек. SMA компоненттери, адатта, бузулганга чейин жаракалардын олуттуу жайылышын камсыз кылуу үчүн жетиштүү чоң. Ошондуктан, зарыл болгон ишенимдүүлүк жана коопсуздук талаптарын канааттандыруу үчүн, ал толугу менен түшүнүү жана зыян чыдамдуулук ыкмасы аркылуу чарчоо жаракалар өсүү жүрүм-сандык аныктоо үчүн зарыл. SMAдагы сыныктар механикасы түшүнүгүнө таянган зыянга толеранттуулук ыкмаларын колдонуу жөнөкөй эмес. Салттуу структуралык металлдар менен салыштырганда, реверсивдүү фазалык өтүүнүн жана термомеханикалык кошулуунун болушу SMAнын чарчоо жана ашыкча жүк сынышын эффективдүү сүрөттөө үчүн жаңы кыйынчылыктарды жаратат.

Америка Кошмо Штаттарынын Техас A&M университетинин изилдөөчүлөрү Ni50.3Ti29.7Hf20 супер эритмесинде биринчи жолу таза механикалык жана чарчоо жаракасынын өсүшү боюнча эксперименттерди жүргүзүштү жана чарчоону тууралоо үчүн колдонула турган интегралдык Париж тибиндеги күч мыйзамынын туюнтмасын сунушташты. бир параметр астында жарака өсүү темпи. Мындан жаракалардын өсүү темптери менен эмпирикалык байланышты жүктөөнүн ар кандай шарттары менен геометриялык конфигурациялардын ортосунда орнотууга болот, ал СМАларда деформация жаракаларынын өсүшүнүн потенциалдуу бирдиктүү дескриптору катары колдонулушу мүмкүн деген жыйынтыкка келет. Тиешелүү кагаз Acta Materialia журналында “Форма эс тутумундагы эритмелердеги механикалык жана кыймылдаткыч чарчоо жаракаларынын өсүшүнүн бирдиктүү сыпаттамасы” деген аталыш менен басылып чыккан.

Кагаз шилтемеси:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

Изилдөө көрсөткөндөй, Ni50.3Ti29.7Hf20 эритмеси 180 ℃ температурада бир октук чыңалуу сыноосуна дуушар болгондо, жүктөө процессинде аустенит негизинен ийкемдүү деформацияланып, ал эми Янгдын модулу болжол менен 90GPa. Стресс 300МПага жеткенде оң фазалык трансформациянын башталышында аустенит стресстен пайда болгон мартенситке айланат; жүк түшүрүүдө стресстен пайда болгон мартенсит негизинен 60 ГПа Янг модулу менен ийкемдүү деформацияга дуушар болот, анан кайра аустенитке айланат. Интеграция аркылуу структуралык материалдардын чарчоо жаракасынын өсүү темпи Париж тибиндеги күч мыйзамынын туюнтмасына ылайыкташтырылган.
Fig.1 BSE Ni50.3Ti29.7Hf20 жогорку температура формасындагы эс эритмесинин сүрөтү жана оксид бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн бөлүштүрүү
2-сүрөт Ni50.3Ti29.7Hf20 жогорку температурадагы форма эстутум эритмесинин TEM сүрөтү 550 ℃ × 3 саатта жылуулук менен иштетилгенден кийин
3-сүрөт NiTiHf DCT үлгүсүнүн 180℃деги механикалык чарчоо жаракасынын өсүшүнүн J жана da/dN ортосундагы байланыш.

Бул макаладагы эксперименттерде бул формула бардык эксперименттердин чарчоо жаракасынын өсүү ылдамдыгы маалыматтарына туура келери жана ошол эле параметрлердин топтомун колдоно ала тургандыгы далилденген. Күч мыйзамынын көрсөткүчү m 2,2ге жакын. Чарчоонун сынышынын анализи көрсөткөндөй, механикалык жарака таралышы да, кыймылдаткыч жарака таралышы да квази-жарыктар болуп саналат, ал эми беттик гафний оксидинин көп болушу жараканын таралуу каршылыгын начарлатты. Алынган натыйжалар бир эле эмпирикалык күч мыйзам туюнтмасы жүктөө шарттарынын жана геометриялык конфигурациялардын кеңири диапазонунда талап кылынган окшоштукка жетише аларын көрсөтүп турат, ошону менен форма эс тутумундагы эритмелердин термомеханикалык чарчоосунун бирдиктүү сыпаттамасын камсыздайт, ошону менен кыймылдаткыч күчүн баалайт.
4-сүрөт. 180℃ механикалык чарчоо жаракасынын өсүү экспериментинен кийин NiTiHf DCT үлгүсүнүн сыныгынын SEM сүрөтү
5-сүрөт NiTiHf DCT үлгүсүнүн сынган SEM сүрөтү 250 N туруктуу жүктөө астында чарчоо жаракасынын өсүү экспериментинен кийин

Жыйынтыктап айтканда, бул кагаз никельге бай NiTiHf жогорку температуралык формадагы эс тутум эритмелеринде биринчи жолу таза механикалык жана айдоо чарчоо жаракаларынын өсүү эксперименттерин жүргүзөт. Циклдик интеграциянын негизинде ар бир эксперименттин чарчоо жаракасынын өсүү темпине бир параметр боюнча туура келүү үчүн Париж тибиндеги күч мыйзамынын жаракасынын өсүү туюнтмасы сунушталат.


Посттун убактысы: 07-2021-ж