Formos atminties lydiniai (SMA) turi būdingą deformacijos atsaką į termomechaninius dirgiklius. Termomechaniniai dirgikliai atsiranda dėl aukštos temperatūros, poslinkio, transformacijos iš kietosios medžiagos į kietą medžiagą ir kt. (aukštos temperatūros aukštos eilės fazė vadinama austenitu, o žemos temperatūros fazė – martensitu). Pasikartojantys cikliniai fazių perėjimai lemia laipsnišką dislokacijų padidėjimą, todėl netransformuotos sritys sumažins SMA funkcionalumą (vadinamas funkciniu nuovargiu) ir sukels mikroįtrūkimus, kurie ilgainiui sukels fizinį gedimą, kai jų skaičius bus pakankamai didelis. Akivaizdu, kad supratimas apie šių lydinių nuovargį, brangių komponentų laužo problemos sprendimas ir medžiagų kūrimo bei gaminio projektavimo ciklo sumažinimas sukurs didžiulį ekonominį spaudimą.
Termomechaninis nuovargis nebuvo plačiai ištirtas, ypač tai, kad trūksta tyrimų apie nuovargio įtrūkimų plitimą termomechaniniais ciklais. Ankstyvajame SMA diegime biomedicinoje nuovargio tyrimų centre buvo bendras „be defektų“ mėginių gyvenimas, veikiant ciklinėms mechaninėms apkrovoms. Taikant mažą SMA geometriją, nuovargio įtrūkimų augimas turi mažai įtakos gyvybei, todėl tyrime pagrindinis dėmesys skiriamas įtrūkimų atsiradimo prevencijai, o ne jo augimo kontrolei; vairuojant, mažinant vibraciją ir sugeriant energiją, reikia greitai gauti galią. SMA komponentai paprastai yra pakankamai dideli, kad išlaikytų didelį įtrūkimų plitimą prieš gedimą. Todėl, kad būtų laikomasi būtinų patikimumo ir saugos reikalavimų, būtina visiškai suprasti ir kiekybiškai įvertinti nuovargio įtrūkimų augimo elgseną taikant žalos tolerancijos metodą. Pažeidimų tolerancijos metodų, pagrįstų SMA lūžių mechanikos koncepcija, taikymas nėra paprastas. Palyginti su tradiciniais konstrukciniais metalais, grįžtamasis fazinis perėjimas ir termomechaninis sujungimas kelia naujų iššūkių efektyviai apibūdinti SMA nuovargio ir perkrovos lūžį.
Tyrėjai iš Teksaso A&M universiteto (JAV) pirmą kartą atliko gryno mechaninio ir varomo nuovargio plyšių augimo eksperimentus su Ni50.3Ti29.7Hf20 superlydiniu ir pasiūlė integralu pagrįstą Paryžiaus tipo galios dėsnio išraišką, kurią galima naudoti Fit the fatigue. įtrūkimų augimo greitis pagal vieną parametrą. Iš to daroma išvada, kad empirinis ryšys su įtrūkimų augimo greičiu gali būti pritaikytas tarp skirtingų apkrovos sąlygų ir geometrinių konfigūracijų, kurios gali būti naudojamos kaip galimas vieningas deformacinių įtrūkimų augimo SMA aprašas. Susijęs dokumentas buvo paskelbtas Acta Materialia pavadinimu „Vieningas mechaninio ir veikimo nuovargio įtrūkimų augimo formos atminties lydiniuose aprašymas“.
Popierinė nuoroda:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Tyrimas parodė, kad kai Ni50.3Ti29.7Hf20 lydinys yra atliekamas vienaašiu tempimo bandymu 180 ℃ temperatūroje, austenitas daugiausia elastingai deformuojamas esant mažam įtempių lygiui apkrovos proceso metu, o Youngo modulis yra apie 90 GPa. Kai įtempis pasiekia apie 300MPa Teigiamos fazės transformacijos pradžioje austenitas virsta įtempių sukeltu martensitu; iškraunant įtempių sukeltas martensitas daugiausia patiria tamprią deformaciją, o Youngo modulis yra apie 60 GPa, ir tada vėl virsta austenitu. Integruojant konstrukcinių medžiagų nuovargio įtrūkimų augimo greitis buvo pritaikytas Paryžiaus tipo galios dėsnio išraiškai.
1 pav. Ni50.3Ti29.7Hf20 aukštos temperatūros formos atminties lydinio GSE vaizdas ir oksido dalelių pasiskirstymas pagal dydį
2 pav. Ni50.3Ti29.7Hf20 aukštos temperatūros formos atminties lydinio TEM vaizdas po terminio apdorojimo 550 ℃ × 3 val.
3 pav. J ir da/dN ryšys tarp NiTiHf DCT bandinio mechaninio nuovargio plyšio augimo esant 180 ℃
Šiame straipsnyje atliktais eksperimentais įrodyta, kad ši formulė gali atitikti visų eksperimentų nuovargio įtrūkimų augimo greičio duomenis ir gali naudoti tą patį parametrų rinkinį. Laipsnio dėsnio rodiklis m yra maždaug 2,2. Nuovargio lūžių analizė rodo, kad tiek mechaninis įtrūkimų plitimas, tiek skatinantis įtrūkimų plitimą yra beveik skilimo lūžiai, o dažnas paviršinio hafnio oksido buvimas padidino atsparumą įtrūkimų plitimui. Gauti rezultatai rodo, kad viena empirinio galios dėsnio išraiška gali pasiekti reikiamą panašumą įvairiose apkrovos sąlygose ir geometrinėse konfigūracijose, taip pateikiant vieningą formos atminties lydinių termomechaninio nuovargio aprašymą, taip įvertinant varomąją jėgą.
4 pav. NiTiHf DCT bandinio lūžio SEM vaizdas po 180 ℃ mechaninio nuovargio įtrūkimo augimo eksperimento
5 pav. NiTiHf DCT mėginio lūžio SEM vaizdas po nuovargio įtrūkimų augimo eksperimento, kai nuolatinė 250 N poslinkio apkrova
Apibendrinant galima teigti, kad šiame darbe pirmą kartą atliekami grynai mechaniniai ir nuovargio įtrūkimų augimo eksperimentai su NiTiHf aukštos temperatūros formos atminties lydiniais, kuriuose yra daug nikelio. Remiantis cikline integracija, siūloma Paryžiaus tipo galios dėsnio plyšio augimo išraiška, kad atitiktų kiekvieno eksperimento nuovargio plyšio augimo greitį pagal vieną parametrą.
Paskelbimo laikas: 2021-07-07