Şekil hafızalı alaşımlar (SMA'lar), termomekanik uyaranlara karşı karakteristik bir deformasyon tepkisine sahiptir. Termomekanik uyaranlar, yüksek sıcaklıktan, yer değiştirmeden, katıdan katıya dönüşümden vb. kaynaklanır (yüksek sıcaklıktaki yüksek dereceli faza östenit ve düşük sıcaklıktaki düşük dereceli faza martensit denir). Tekrarlanan döngüsel faz geçişleri çıkıklarda kademeli bir artışa yol açar, bu nedenle dönüştürülmemiş alanlar SMA'nın (fonksiyonel yorgunluk olarak adlandırılır) işlevselliğini azaltacak ve sayı yeterince büyük olduğunda sonunda fiziksel arızaya yol açacak mikro çatlaklar üretecektir. Açıkçası, bu alaşımların yorulma ömrü davranışını anlamak, pahalı bileşen hurda sorununu çözmek ve malzeme geliştirme ve ürün tasarım döngüsünü azaltmak, hepsi büyük ekonomik baskı yaratacaktır.
Termo-mekanik yorulma, özellikle termo-mekanik çevrimler altında yorulma çatlağı yayılımı üzerine araştırma eksikliği, büyük ölçüde araştırılmamıştır. SMA'nın biyotıpta ilk uygulamasında, yorulma araştırmasının odak noktası, döngüsel mekanik yükler altında "kusursuz" numunelerin toplam ömrüydü. Küçük SMA geometrisi olan uygulamalarda, yorulma çatlağı büyümesinin yaşam üzerinde çok az etkisi vardır, bu nedenle araştırma, büyümesini kontrol etmek yerine çatlağın başlamasını önlemeye odaklanır; sürüş, titreşim azaltma ve enerji absorpsiyon uygulamalarında hızlı bir şekilde güç elde etmek gereklidir. SMA bileşenleri genellikle başarısızlıktan önce önemli çatlak yayılımını sürdürmek için yeterince büyüktür. Bu nedenle, gerekli güvenilirlik ve güvenlik gereksinimlerini karşılamak için, hasar toleransı yöntemiyle yorulma çatlağı büyüme davranışını tam olarak anlamak ve ölçmek gerekir. SMA'da kırılma mekaniği kavramına dayanan hasar toleransı yöntemlerinin uygulanması basit değildir. Geleneksel yapısal metallerle karşılaştırıldığında, tersinir faz geçişi ve termo-mekanik kuplajın varlığı, SMA'nın yorulma ve aşırı yük kırılmasını etkili bir şekilde tanımlamak için yeni zorluklar ortaya çıkarmaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Texas A&M Üniversitesi'nden araştırmacılar, Ni50.3Ti29.7Hf20 süper alaşımında ilk kez saf mekanik ve tahrikli yorulma çatlağı büyüme deneyleri yaptılar ve yorulmayı Sığdır için kullanılabilecek bütünleşik tabanlı Paris tipi bir güç yasası ifadesi önerdiler. Tek bir parametre altında çatlak büyüme oranı. Bundan, SMA'larda deformasyon çatlağı büyümesinin potansiyel birleşik bir tanımlayıcısı olarak kullanılabilen, farklı yükleme koşulları ve geometrik konfigürasyonlar arasında çatlak büyüme oranı ile ampirik ilişkinin yerleştirilebileceği sonucuna varılmıştır. İlgili makale Acta Materialia'da "Şekil hafızalı alaşımlarda mekanik ve çalıştırma yorulma çatlak büyümesinin birleşik açıklaması" başlığıyla yayınlandı.
Kağıt bağlantısı:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Çalışma, Ni50.3Ti29.7Hf20 alaşımının 180°C'de tek eksenli çekme testine tabi tutulduğunda, ostenitin yükleme işlemi sırasında düşük stres seviyesi altında esas olarak elastik olarak deforme olduğunu ve Young modülünün yaklaşık 90GPa olduğunu buldu. Gerilim yaklaşık 300 MPa'ya ulaştığında Pozitif faz dönüşümünün başlangıcında, östenit gerilim kaynaklı martensite dönüşür; yük boşaltırken, stres kaynaklı martensit esas olarak, yaklaşık 60 GPa'lık bir Young modülü ile elastik deformasyona uğrar ve ardından tekrar ostenite dönüşür. Entegrasyon yoluyla, yapısal malzemelerin yorulma çatlağı büyüme hızı, Paris tipi güç yasası ifadesine uyduruldu.
Şekil.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımın BSE görüntüsü ve oksit parçacıklarının boyut dağılımı
Şekil 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımın 550℃×3h'de ısıl işlemden sonraki TEM görüntüsü
Şekil 3 180℃'de NiTiHf DCT numunesinin mekanik yorulma çatlağı büyümesinin J ve da/dN arasındaki ilişki
Bu makaledeki deneylerde, bu formülün tüm deneylerden elde edilen yorulma çatlağı büyüme hızı verilerine uyabileceği ve aynı parametre setini kullanabileceği kanıtlanmıştır. Kuvvet yasası üssü m yaklaşık 2.2'dir. Yorulma kırılma analizi, hem mekanik çatlak yayılımının hem de tahrik eden çatlak yayılımının yarı yarılma kırıkları olduğunu ve yüzey hafniyum oksitinin sık varlığının çatlak yayılma direncini arttırdığını göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, tek bir ampirik güç yasası ifadesinin, çok çeşitli yükleme koşullarında ve geometrik konfigürasyonlarda gerekli benzerliği sağlayabildiğini, böylece şekil hafızalı alaşımların termo-mekanik yorgunluğunun birleşik bir tanımını sağladığını ve böylece itici gücü tahmin ettiğini göstermektedir.
Şekil 4 NiTiHf DCT numunesinin 180℃ mekanik yorulma çatlağı büyüme deneyinden sonraki kırığının SEM görüntüsü
Şekil 5 250 N sabit öngerilim yükü altında yorulma çatlağı büyüme deneyini çalıştırdıktan sonra NiTiHf DCT numunesinin Kırılma SEM görüntüsü
Özetle, bu makale, nikel açısından zengin NiTiHf yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlar üzerinde ilk kez saf mekanik ve sürüş yorulma çatlağı büyüme deneylerini yürütmektedir. Döngüsel entegrasyona dayalı olarak, her deneyin yorulma çatlağı büyüme hızına tek bir parametre altında uyması için Paris tipi bir güç kanunu çatlak büyüme ifadesi önerilmiştir.
Gönderim zamanı: Eylül-07-2021