Formas atmiņas sakausējumiem (SMA) ir raksturīga deformācijas reakcija uz termomehāniskiem stimuliem. Termomehāniskie stimuli rodas no augstas temperatūras, pārvietošanās, pārveidošanas no cietas vielas uz cietu vielu utt. (augstas temperatūras augstas kārtas fāzi sauc par austenītu, bet zemas temperatūras zemas kārtas fāzi sauc par martensītu). Atkārtotas cikliskas fāzes pārejas noved pie pakāpeniskas dislokāciju palielināšanās, tāpēc nepārveidotās zonas samazinās SMA funkcionalitāti (ko sauc par funkcionālo nogurumu) un radīs mikroplaisas, kas galu galā novedīs pie fiziskas kļūmes, ja to skaits ir pietiekami liels. Acīmredzot, izpratne par šo sakausējumu nogurumu, dārgu detaļu lūžņu problēmas atrisināšana un materiālu izstrādes un produktu projektēšanas cikla samazināšana radīs milzīgu ekonomisko spiedienu.
Termomehāniskais nogurums nav lielā mērā izpētīts, jo īpaši pētījumu trūkums par noguruma plaisu izplatīšanos termomehānisko ciklu laikā. Sākotnējā SMA ieviešanā biomedicīnā noguruma izpētes uzmanības centrā bija “bezdefektu” paraugu kopējais mūžs cikliskās mehāniskās slodzēs. Lietojumprogrammās ar mazu SMA ģeometriju noguruma plaisu augšanai ir maza ietekme uz dzīvi, tāpēc pētījums ir vērsts uz plaisu rašanās novēršanu, nevis to augšanas kontroli; braukšanas, vibrācijas samazināšanas un enerģijas absorbcijas lietojumos ir nepieciešams ātri iegūt jaudu. SMA komponenti parasti ir pietiekami lieli, lai saglabātu ievērojamu plaisu izplatīšanos pirms atteices. Tāpēc, lai izpildītu nepieciešamās uzticamības un drošības prasības, ir pilnībā jāsaprot un kvantitatīvi jānosaka noguruma plaisu augšanas uzvedība, izmantojot bojājumu tolerances metodi. Bojājumu tolerances metožu pielietošana, kas balstās uz lūzumu mehānikas koncepciju SMA, nav vienkārša. Salīdzinot ar tradicionālajiem strukturālajiem metāliem, atgriezeniskas fāzes pārejas un termomehāniskās savienojuma esamība rada jaunus izaicinājumus, lai efektīvi aprakstītu SMA noguruma un pārslodzes lūzumu.
Pētnieki no Teksasas A&M universitātes Amerikas Savienotajās Valstīs pirmo reizi veica tīri mehāniskus un vadītus noguruma plaisu augšanas eksperimentus ar Ni50.3Ti29.7Hf20 supersakausējumu un ierosināja uz integrālu balstītu Parīzes tipa jaudas likuma izteiksmi, ko var izmantot Fit the fatigue. plaisu augšanas ātrums zem viena parametra. No tā tiek secināts, ka empīrisko saistību ar plaisu augšanas ātrumu var pielāgot dažādiem slodzes apstākļiem un ģeometriskām konfigurācijām, ko var izmantot kā potenciālu vienotu deformācijas plaisu augšanas deskriptoru SMA. Saistītais raksts tika publicēts Acta Materialia ar nosaukumu "Mehānisko un iedarbināšanas noguruma plaisu pieauguma vienots apraksts formas atmiņas sakausējumos".
Papīra saite:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Pētījumā konstatēts, ka, ja Ni50.3Ti29.7Hf20 sakausējums tiek pakļauts vienpuses stiepes pārbaudei 180 ℃ temperatūrā, austenīts galvenokārt elastīgi deformējas zemā sprieguma līmenī slogošanas procesa laikā, un Younga modulis ir aptuveni 90 GPa. Kad spriegums sasniedz aptuveni 300 MPa Pozitīvās fāzes transformācijas sākumā austenīts pārvēršas sprieguma izraisītā martensītā; izkraušanas laikā sprieguma izraisītais martensīts galvenokārt tiek pakļauts elastīgai deformācijai ar Janga moduli aptuveni 60 GPa, un pēc tam pārvēršas atpakaļ par austenītu. Izmantojot integrāciju, strukturālo materiālu noguruma plaisu augšanas ātrums ir pielāgots Parīzes tipa spēka likuma izteiksmei.
1. att. Ni50.3Ti29.7Hf20 augstas temperatūras formas atmiņas sakausējuma un oksīda daļiņu izmēra sadalījuma GSE attēls
2. attēls. Augstas temperatūras formas atmiņas sakausējuma Ni50.3Ti29.7Hf20 TEM attēls pēc termiskās apstrādes 550 ℃ × 3 h.
3. att. Sakarība starp J un da/dN mehānisko noguruma plaisu augšanu NiTiHf DCT paraugam pie 180 ℃
Šī raksta eksperimentos ir pierādīts, ka šī formula var atbilst noguruma plaisu augšanas ātruma datiem no visiem eksperimentiem un var izmantot vienu un to pašu parametru kopu. Jaudas likuma eksponents m ir aptuveni 2,2. Noguruma lūzumu analīze parāda, ka gan mehāniskā plaisu izplatīšanās, gan plaisu izplatīšanās ir kvazišķelšanās lūzumi, un bieža virsmas hafnija oksīda klātbūtne ir saasinājusi plaisu izplatīšanās pretestību. Iegūtie rezultāti liecina, ka ar vienu empīriskā spēka likuma izteiksmi var panākt nepieciešamo līdzību plašā slodzes apstākļu un ģeometrisko konfigurāciju diapazonā, tādējādi nodrošinot vienotu formu atmiņas sakausējumu termomehāniskā noguruma aprakstu, tādējādi novērtējot virzošo spēku.
4. att. NiTiHf DCT parauga lūzuma SEM attēls pēc 180 ℃ mehāniskā noguruma plaisas augšanas eksperimenta
5. attēls NiTiHf DCT parauga lūzuma SEM attēls pēc noguruma plaisu augšanas eksperimenta pie pastāvīgas 250 N nospriegojuma slodzes
Rezumējot, šajā rakstā pirmo reizi tiek veikti tīri mehāniski un noguruma plaisu augšanas eksperimenti ar niķeli bagātiem NiTiHf augstas temperatūras formas atmiņas sakausējumiem. Pamatojoties uz ciklisko integrāciju, tiek piedāvāta Parīzes tipa jaudas likuma plaisu augšanas izteiksme, lai atbilstu katra eksperimenta noguruma plaisu augšanas ātrumam saskaņā ar vienu parametru.
Izlikšanas laiks: 07.07.2021