Пішінді есте сақтау қорытпалары (SMAs) термомеханикалық тітіркендіргіштерге тән деформациялық реакцияға ие. Термомеханикалық тітіркендіргіштер жоғары температурадан, орын ауыстырудан, қатты дененің қатты денеге айналуынан және т.б. (жоғары температуралы жоғары ретті фазаны аустенит, ал төмен температуралы төменгі ретті фазаны мартенсит деп атайды) туындайды. Қайталанатын циклдік фазалық ауысулар дислокацияның бірте-бірте ұлғаюына әкеледі, сондықтан өзгермеген аймақтар SMA функционалдығын төмендетеді (функционалдық шаршау деп аталады) және микрожарықшақтарды тудырады, бұл сан жеткілікті үлкен болғанда, сайып келгенде, физикалық сәтсіздікке әкеледі. Әлбетте, бұл қорытпалардың шаршау өмірінің мінез-құлқын түсіну, қымбат компоненттер сынықтары мәселесін шешу, материалды әзірлеу мен өнімді жобалау циклін қысқарту үлкен экономикалық қысымды тудырады.
Термомеханикалық шаршау айтарлықтай зерттелмеген, әсіресе термомеханикалық циклдар кезінде шаршау сызаттарының таралуы бойынша зерттеулердің жоқтығы. Биомедицинадағы SMA-ны ертерек енгізу кезінде шаршауды зерттеудің фокусы циклдік механикалық жүктемелер кезінде «ақаусыз» үлгілердің жалпы қызмет ету мерзімі болды. Шағын SMA геометриясы бар қолданбаларда шаршау сызатының өсуі өмірге аз әсер етеді, сондықтан зерттеу оның өсуін бақылауға емес, сызаттардың басталуын болдырмауға бағытталған; жүргізу, дірілді азайту және энергияны сіңіру қолданбаларында қуатты жылдам алу қажет. SMA құрамдастары әдетте сәтсіздікке дейін айтарлықтай жарықшақтардың таралуын қамтамасыз ету үшін жеткілікті үлкен. Сондықтан, қажетті сенімділік пен қауіпсіздік талаптарын қанағаттандыру үшін зақымға төзімділік әдісі арқылы шаршау сызатының өсу тәртібін толық түсіну және сандық бағалау қажет. SMA-да сыну механикасы тұжырымдамасына сүйенетін зақымға төзімділік әдістерін қолдану оңай емес. Дәстүрлі құрылымдық металдармен салыстырғанда, қайтымды фазалық ауысудың және термомеханикалық қосылыстардың болуы SMA шаршауын және шамадан тыс жүктеме сынуын тиімді сипаттау үшін жаңа қиындықтарды тудырады.
Америка Құрама Штаттарының Техас A&M университетінің зерттеушілері алғаш рет Ni50.3Ti29.7Hf20 суперқорытпасында таза механикалық және шаршау сызатының өсу эксперименттерін жүргізді және шаршауды түзету үшін қолдануға болатын интегралды Париж типті қуат заңының өрнегін ұсынды. бір параметр бойынша жарықшақтың өсу жылдамдығы. Бұдан сызаттардың өсу қарқынымен эмпирикалық қатынасты әртүрлі жүктеме жағдайлары мен геометриялық конфигурациялар арасында орнатуға болады, бұл СМА-дағы деформация сызатының өсуінің әлеуетті бірыңғай дескрипторы ретінде пайдаланылуы мүмкін. Тиісті мақала Acta Materialia журналында «Пішінді жад қорытпаларындағы механикалық және қозғаушы шаршау сызаттарының өсуінің бірыңғай сипаттамасы» тақырыбымен жарияланды.
Қағаз сілтемесі:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Зерттеу нәтижесінде Ni50.3Ti29.7Hf20 қорытпасы 180 ℃ температурада бір осьті созылу сынағына ұшыраған кезде, аустенит негізінен жүктеу процесі кезінде төмен кернеу деңгейінде серпімді деформацияланатынын және Янг модулі шамамен 90 ГПа болатынын анықтады. Кернеу шамамен 300МПа жеткенде Оң фазалық түрлендірудің басында аустенит кернеуден туындаған мартенситке айналады; түсіру кезінде кернеуден туындаған мартенсит негізінен Янг модулі шамамен 60 ГПа болатын серпімді деформацияға ұшырайды, содан кейін қайтадан аустенитке айналады. Интеграция арқылы құрылымдық материалдардың шаршау сызатының өсу қарқыны Париж типті қуат заңының өрнегіне сәйкестендірілді.
Ni50.3Ti29.7Hf20 жоғары температуралық пішінді жады қорытпасының BSE суреті және оксид бөлшектерінің өлшемді таралуы.
2-сурет 550℃×3сағ термиялық өңдеуден кейінгі Ni50.3Ti29.7Hf20 жоғары температуралы пішінді жады қорытпасының TEM кескіні
3-сурет 180℃ температурада NiTiHf DCT үлгісінің механикалық шаршау сызатының өсуінің J және da/dN арасындағы байланыс
Осы мақаладағы эксперименттерде бұл формуланың барлық эксперименттерден алынған шаршау сызатының өсу жылдамдығы деректеріне сәйкес келетіні және бірдей параметрлер жиынтығын қолдана алатыны дәлелденді. m қуат заңының көрсеткіші шамамен 2,2. Шаршау сынуының талдауы көрсеткендей, механикалық сызаттардың таралуы да, қозғаушы сызаттардың таралуы да квази-бөлінетін сынықтар болып табылады және беткі гафний оксидінің жиі болуы жарықшақтардың таралуына төзімділікті нашарлатты. Алынған нәтижелер бір ғана эмпирикалық қуат заңының өрнегі жүктеу жағдайлары мен геометриялық конфигурациялардың кең ауқымында қажетті ұқсастыққа қол жеткізе алатынын көрсетеді, сол арқылы пішінді жады қорытпаларының термомеханикалық шаршауының біртұтас сипаттамасын береді, осылайша қозғаушы күшті бағалайды.
4-сурет. 180℃ механикалық шаршаған кезде жарықшақтардың өсуі тәжірибесінен кейін NiTiHf DCT үлгісінің сынуының SEM суреті
5-сурет NiTiHf DCT үлгісінің 250 Н тұрақты ығысу жүктемесі кезінде шаршау сызатының өсуі тәжірибесін жүргізгеннен кейінгі сыну SEM кескіні
Қорытындылай келе, бұл қағаз никельге бай NiTiHf жоғары температуралы пішінді жады қорытпаларында алғаш рет таза механикалық және қозғаушы шаршау сызаттарының өсуі тәжірибелерін жүргізеді. Циклдік интеграция негізінде әрбір эксперименттің шаршау сызатының өсу жылдамдығын бір параметрге сәйкестендіру үшін Париж типті қуат заңы сызатының өсу өрнегі ұсынылады.
Жіберу уақыты: 07 қыркүйек 2021 ж