Forma yaddaş ərintiləri (SMAs) termomexaniki stimullara xarakterik deformasiya reaksiyasına malikdir. Termomexaniki qıcıqlar yüksək temperatur, yerdəyişmə, bərkdən bərkə çevrilmə və s. (yüksək temperaturlu yüksək dərəcəli faza austenit, aşağı temperaturlu aşağı dərəcəli faza isə martensit adlanır) nəticəsində yaranır. Təkrarlanan siklik faza keçidləri dislokasiyaların tədricən artmasına gətirib çıxarır, beləliklə, transformasiya olunmamış sahələr SMA-nın funksionallığını azaldacaq (funksional yorğunluq adlanır) və mikro çatlar əmələ gətirir ki, bu da say kifayət qədər böyük olduqda, nəticədə fiziki uğursuzluğa səbəb olur. Aydındır ki, bu ərintilərin yorğunluq müddəti davranışını anlamaq, bahalı komponent qırıntıları problemini həll etmək və materialın inkişafı və məhsul dizayn dövrünü azaltmaq böyük iqtisadi təzyiq yaradacaq.
Termo-mexaniki yorğunluq, xüsusən də termomexaniki dövrlər altında yorğunluq çatlarının yayılması ilə bağlı tədqiqatların olmaması böyük ölçüdə tədqiq edilməmişdir. SMA-nın biotibbdə ilkin tətbiqində, yorğunluq tədqiqatının diqqət mərkəzində dövri mexaniki yüklər altında "qüsursuz" nümunələrin ümumi ömrü idi. Kiçik SMA həndəsəsi olan tətbiqlərdə yorğunluq çatlarının böyüməsi həyata çox az təsir edir, buna görə də tədqiqat onun böyüməsinə nəzarət etməkdənsə, çatların başlamasının qarşısını almağa yönəlib; sürmə, vibrasiyanın azaldılması və enerji udma tətbiqlərində tez güc əldə etmək lazımdır. SMA komponentləri adətən uğursuzluqdan əvvəl çatlaqların əhəmiyyətli dərəcədə yayılmasını təmin etmək üçün kifayət qədər böyükdür. Buna görə də, lazımi etibarlılıq və təhlükəsizlik tələblərinə cavab vermək üçün zərərə dözümlülük metodu ilə yorğunluq çatlarının böyüməsi davranışını tam başa düşmək və kəmiyyətcə qiymətləndirmək lazımdır. SMA-da qırılma mexanikası konsepsiyasına əsaslanan zədələrə dözümlülük üsullarının tətbiqi sadə deyil. Ənənəvi struktur metallarla müqayisədə, geri çevrilən faza keçidinin və termo-mexaniki birləşmənin mövcudluğu SMA-nın yorğunluğunu və həddindən artıq yüklənməsini effektiv şəkildə təsvir etmək üçün yeni problemlər yaradır.
ABŞ-ın Texas A&M Universitetinin tədqiqatçıları ilk dəfə Ni50.3Ti29.7Hf20 super ərintisində təmiz mexaniki və idarə olunan yorğunluq çatlarının böyüməsi təcrübələri apardılar və yorğunluğa uyğunlaşma üçün istifadə edilə bilən inteqral əsaslı Paris tipli güc qanunu ifadəsini təklif etdilər. bir parametr altında çat artım sürəti. Buradan belə qənaətə gəlmək olar ki, çatların böyümə sürəti ilə empirik əlaqə müxtəlif yükləmə şərtləri və həndəsi konfiqurasiyalar arasında uyğunlaşdırıla bilər ki, bu da SMA-larda deformasiya çatlarının böyüməsinin potensial vahid təsviri kimi istifadə edilə bilər. Müvafiq məqalə Acta Materialia-da “Forma yaddaşı ərintilərində mexaniki və hərəkət yorğunluğu çatlarının böyüməsinin vahid təsviri” başlığı ilə dərc edilmişdir.
Kağız keçid:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Tədqiqat müəyyən etdi ki, Ni50.3Ti29.7Hf20 ərintisi 180 ° C-də biroxlu dartılma sınağına məruz qaldıqda, austenit yükləmə prosesi zamanı aşağı gərginlik səviyyəsində əsasən elastik şəkildə deformasiya olunur və Young modulu təxminən 90GPa-dır. Stress təqribən 300MPa-a çatdıqda, müsbət faza transformasiyasının başlanğıcında austenit stressin yaratdığı martensitə çevrilir; Boşaltma zamanı gərginlik nəticəsində yaranan martensit əsasən elastik deformasiyaya məruz qalır, Gənc modulu təxminən 60 GPa olur və sonra yenidən austenite çevrilir. İnteqrasiya vasitəsilə konstruktiv materialların yorğunluq çatlarının böyümə sürəti Paris tipli güc qanunu ifadəsinə uyğunlaşdırılmışdır.
Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksək temperatur forma yaddaş ərintisi və oksid hissəciklərinin ölçüsü paylanması Fig.1 BSE image
Şəkil 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksək temperatur formalı yaddaş ərintisi 550 ℃ × 3 saat istilik müalicəsindən sonra TEM şəkli
Şəkil 3 NiTiHf DCT nümunəsinin 180 ℃ temperaturda mexaniki yorğunluq çatlaq artımının J və da/dN arasında əlaqəsi
Bu məqalədəki təcrübələrdə sübut edilmişdir ki, bu düstur bütün təcrübələrdən alınan yorğunluq çatlaqlarının artım sürəti məlumatlarına uyğundur və eyni parametrlər dəstindən istifadə edə bilər. Qüvvət qanununun eksponenti m təxminən 2,2-dir. Yorulma qırılmalarının təhlili göstərir ki, həm mexaniki çatların yayılması, həm də hərəkətverici çatların yayılması kvaziyarılma qırıqlarıdır və səthdə hafnium oksidinin tez-tez olması çatların yayılması müqavimətini ağırlaşdırmışdır. Alınmış nəticələr göstərir ki, vahid empirik güc qanunu ifadəsi geniş çeşidli yükləmə şərtlərində və həndəsi konfiqurasiyalarda tələb olunan oxşarlığa nail ola bilir və bununla da forma yaddaşı ərintilərinin termomexaniki yorğunluğunun vahid təsvirini təmin edir və bununla da hərəkətverici qüvvəni qiymətləndirir.
Şəkil 4 NiTiHf DCT nümunəsinin 180 ℃ mexaniki yorğunluq çatlaq artımı təcrübəsindən sonra sınığının SEM şəkli
Şəkil 5 NiTiHf DCT nümunəsinin 250 N sabit əyilmə yükü altında yorğunluq çatlarının böyüməsi təcrübəsini sürdükdən sonra sınıq SEM təsviri
Xülasə, bu məqalə ilk dəfə olaraq nikellə zəngin NiTiHf yüksək temperatur forma yaddaş ərintiləri üzərində təmiz mexaniki və sürücülük yorğunluğu çatlarının böyüməsi təcrübələrini aparır. Dövrlü inteqrasiyaya əsaslanaraq, hər bir təcrübənin yorğunluq çatlarının böyümə sürətini tək bir parametrə uyğunlaşdırmaq üçün Paris tipli güc qanunu çatlaq artım ifadəsi təklif olunur.
Göndərmə vaxtı: 07 sentyabr 2021-ci il