Legure s memorijom oblika (SMA) imaju karakterističan deformacijski odgovor na termomehaničke podražaje. Termomehanički podražaji potječu od visoke temperature, pomaka, pretvorbe čvrstog u kruto itd. (visokotemperaturna faza visokoga reda naziva se austenit, a niskotemperaturna faza niskog reda naziva se martenzit). Ponavljani ciklički fazni prijelazi dovode do postupnog povećanja dislokacija, pa će netransformirana područja smanjiti funkcionalnost SMA (nazvan funkcionalni zamor) i proizvesti mikropukotine, što će na kraju dovesti do fizičkog kvara kada je broj dovoljno velik. Očito je da će razumijevanje životnog vijeka ovih legura, rješavanje problema skupog otpada komponenti i smanjenje ciklusa razvoja materijala i dizajna proizvoda stvoriti veliki ekonomski pritisak.
Termomehanički zamor nije u velikoj mjeri istražen, posebice nedostatak istraživanja o širenju zamorne prsline u termomehaničkim ciklusima. U ranoj primjeni SMA u biomedicini, fokus istraživanja zamora bio je ukupni životni vijek uzoraka "bez defekata" pod cikličkim mehaničkim opterećenjima. U primjenama s malom geometrijom SMA, rast pukotine od zamora ima mali utjecaj na životni vijek, pa se istraživanje usredotočuje na sprječavanje nastanka pukotine, a ne na kontrolu njezina rasta; u aplikacijama za vožnju, smanjenje vibracija i apsorpciju energije, potrebno je brzo dobiti snagu. SMA komponente su obično dovoljno velike da održe značajno širenje pukotine prije loma. Stoga, kako bi se zadovoljili potrebni zahtjevi za pouzdanost i sigurnost, potrebno je u potpunosti razumjeti i kvantificirati ponašanje rasta zamorne pukotine metodom tolerancije oštećenja. Primjena metoda tolerancije oštećenja koje se oslanjaju na koncept mehanike loma u SMA nije jednostavna. U usporedbi s tradicionalnim konstrukcijskim metalima, postojanje reverzibilnog faznog prijelaza i termomehaničkog spajanja postavlja nove izazove za učinkovito opisivanje loma SMA zbog zamora i preopterećenja.
Istraživači sa Sveučilišta Texas A&M u Sjedinjenim Državama proveli su po prvi put čiste mehaničke i pogonske eksperimente rasta pukotina od zamora u superleguri Ni50.3Ti29.7Hf20 i predložili integralno baziran izraz potencijskog zakona pariškog tipa koji se može koristiti za Fit the zamor brzina rasta pukotine pod jednim parametrom. Iz ovoga se zaključuje da se empirijski odnos sa brzinom rasta prsline može uklopiti između različitih uvjeta opterećenja i geometrijskih konfiguracija, koji se mogu koristiti kao potencijalni unificirani deskriptor rasta deformacijskih pukotina u SMA. Srodni rad objavljen je u Acta Materialia pod naslovom “Jedinstveni opis rasta pukotina od mehaničkog i pogonskog zamora u legurama s pamćenjem oblika”.
Link papira:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Studija je pokazala da kada se legura Ni50.3Ti29.7Hf20 podvrgne jednoosnom vlačnom ispitivanju na 180℃, austenit se uglavnom elastično deformira pod niskom razinom naprezanja tijekom procesa opterećenja, a Youngov modul je oko 90 GPa. Kada napon dosegne oko 300 MPa Na početku pozitivne fazne transformacije, austenit se pretvara u martenzit izazvan stresom; pri rasterećenju martenzit izazvan naprezanjem uglavnom prolazi kroz elastičnu deformaciju, s Youngovim modulom od oko 60 GPa, a zatim se ponovno transformira u austenit. Integracijom je stopa rasta pukotine od zamora strukturnih materijala prilagođena izrazu potencijskog zakona pariškog tipa.
Slika 1 BSE slika Ni50.3Ti29.7Hf20 visokotemperaturne legure s memorijom oblika i raspodjela veličine čestica oksida
Slika 2 TEM slika Ni50.3Ti29.7Hf20 visokotemperaturne legure s memorijom oblika nakon toplinske obrade na 550℃×3h
Slika 3 Odnos između J i da/dN rasta pukotine od mehaničkog zamora NiTiHf DCT uzorka na 180 ℃
U eksperimentima u ovom članku dokazano je da ova formula može odgovarati podacima o brzini rasta prsline zamora iz svih pokusa i može koristiti isti skup parametara. Eksponent zakona stepena m je oko 2,2. Analiza loma zbog zamora pokazuje da su i mehaničko širenje pukotine i širenje pukotine kvazi lomovi, a česta prisutnost površinskog hafnijevog oksida pogoršala je otpor širenja pukotine. Dobiveni rezultati pokazuju da se jednim empirijskim izrazom stupnja može postići tražena sličnost u širokom rasponu uvjeta opterećenja i geometrijskih konfiguracija, čime se daje jedinstveni opis termomehaničkog zamora legura s memorijom oblika, čime se procjenjuje pokretačka sila.
Slika 4 SEM slika loma NiTiHf DCT uzorka nakon eksperimenta rasta pukotine od mehaničkog zamora od 180 ℃
Slika 5 SEM slika loma NiTiHf DCT uzorka nakon pokretanja eksperimenta rasta zamorne pukotine pod stalnim opterećenjem od 250 N
Ukratko, ovaj rad po prvi put provodi čiste mehaničke i pogonske eksperimente rasta prslina zbog zamora na niklom bogatim NiTiHf legurama visoke temperature memorije oblika. Temeljen na cikličkoj integraciji, predlaže se izraz rasta prsline po stepenu u Parizu kako bi odgovarao stopi rasta prsline zamora svakog eksperimenta pod jednim parametrom
Vrijeme objave: 07.09.2021