Form Memory Legierungen (SMAs) hunn eng charakteristesch Verformungsreaktioun op thermomechanesch Reizen. Thermomechanesch Reizen entstinn aus héijer Temperatur, Verschiebung, Solid-zu-Solid Transformatioun, asw. Widderholl zyklesch Phasetransitioune féieren zu enger gradueller Erhéijung vun de Verschiebungen, sou datt d'ontransforméiert Gebidder d'Funktionalitéit vun der SMA reduzéieren (genannt funktionell Middegkeet) a Mikroknacken produzéieren, wat schlussendlech zu kierperlechen Echec féiert wann d'Zuel grouss genuch ass. Selbstverständlech, d'Ermëttlungsverhalen vun dësen Legierungen ze verstoen, de Problem vun deiere Komponenteschrott ze léisen, an d'Materialentwécklung a Produktdesignzyklus ze reduzéieren, wäerten all en enorme wirtschaftlechen Drock generéieren.
Thermo-mechanesch Middegkeet ass net zu engem groussen Ausmooss exploréiert ginn, besonnesch de Mangel u Fuerschung iwwer Middegkeet-Rëss-Verbreedung ënner thermomechanesche Zyklen. An der fréierer Ëmsetzung vu SMA an der Biomedizin war de Fokus vun der Müdegkeetsfuerschung d'Gesamtliewen vun "defektfräie" Proben ënner zyklesche mechanesche Lasten. An Uwendungen mat klenge SMA Geometrie, Middegkeet knacken Wuesstem huet wéineg Effet op Liewen, sou d'Fuerschung axéiert op Préventioun knacken Initiatioun amplaz seng Wuesstem Kontroll; am Fueren, Schwéngungsreduktioun an Energieabsorptiounsapplikatiounen ass et néideg Kraaft séier ze kréien. SMA Komponente si meeschtens grouss genuch fir bedeitend Rëss Ausbreedung virum Echec ze erhalen. Dofir, fir déi néideg Zouverlässegkeet a Sécherheetsanforderungen z'erhalen, ass et néideg fir d'Müdegkeetskrack Wuesstumsverhalen duerch d'Schiedstoleranzmethod voll ze verstoen an ze quantifizéieren. D'Applikatioun vu Schuedstoleranzmethoden, déi op d'Konzept vun der Frakturmechanik an der SMA vertrauen, ass net einfach. Am Verglach mat traditionelle strukturelle Metalle stellt d'Existenz vum reversiblen Phasetransitioun an der thermomechanescher Kupplung nei Erausfuerderunge fir effektiv d'Müdegkeet an d'Iwwerlaaschtungsfraktur vu SMA ze beschreiwen.
Fuerscher aus Texas A & M Universitéit an den USA gehaal reng mechanesch an ugedriwwen Müdegkeet Rëss Wuesstem Experimenter an Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy fir d'éischte Kéier, a proposéiert en integral-baséiert Paräis-Typ Muecht Gesetz Ausdrock datt fir Fit d'Müdegkeet benotzt ginn knacken Wuesstem Taux ënnert engem eenzege Parameter. Et gëtt aus dëser ofgeleet, datt d'empiresch Relatioun mat Rëss Wuesstem Taux tëscht verschiddene Luede Konditiounen a geometreschen Configuratioun fit kann, déi als Potential vereenegt Descriptor vun Deformatioun knacken Wuesstem an SMAs benotzt ginn. D'Zesummenhang Pabeier gouf publizéiert Acta Materialia mam Titel "Eng vereenegt Beschreiwung vun mechanesch an actuation Müdegkeet Rëss Wuesstem an Form Erënnerung Alliagen".
Pabeier Link:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
D'Etude huet festgestallt datt wann d'Ni50.3Ti29.7Hf20 Legierung un eenaxialen Spannungstest bei 180 ℃ ënnerworf gëtt, ass den Austenit haaptsächlech elastesch ënner nidderegen Stressniveau während dem Luedeprozess deforméiert, an de Young's Modulus ass ongeféier 90GPa. Wann de Stress ongeféier 300MPa erreecht Am Ufank vun der positiver Phasetransformatioun verwandelt Austenit an Stress-induzéiert Martensit; beim Ausluede gëtt Stress-induzéiert Martensit haaptsächlech elastesch Verformung, mat engem Young's Modulus vu ronn 60 GPa, an transforméiert dann zréck an Austenit. Duerch Integratioun ass d'Müdegkeet knacken Wuesstumsquote vu strukturelle Materialien op de Paräisser-Typ Kraaftgesetz Ausdrock ugepasst.
Fig.1 BSE Bild vun Ni50.3Ti29.7Hf20 Héichtemperatur Form Memory Legierung a Gréisst Verdeelung vun Oxidpartikelen
Figur 2 TEM Bild vun Ni50.3Ti29.7Hf20 Héichtemperatur Form Memory Legierung no Hëtztbehandlung bei 550 ℃ × 3h
Fig. 3 D'Relatioun tëscht J an da/dN vum mechanesche Müdegkeetskrackwachstum vum NiTiHf DCT Exemplar bei 180 ℃
An den Experimenter an dësem Artikel gëtt et bewisen datt dës Formel d'Müdegkeetskrack Wuesstemsraten Daten aus allen Experimenter passt a kann deeselwechte Set vu Parameteren benotzen. D'Muechtgesetz Exponent m ass ongeféier 2,2. Middegkeet Fraktur Analyse weist datt souwuel mechanesch Rëss Ausbreedung an dreiwend Rëss Ausbreedung quasi-Spaltfrakturen sinn, an déi heefeg Präsenz vun Uewerfläch Hafnium Oxid huet d'Rëss Ausbreedung Resistenz verschäerft. Déi kritt Resultater weisen datt eng eenzeg empiresch Kraaft Gesetz Ausdrock déi erfuerderlech Ähnlechkeet an enger breeder Palette vu Luedebedéngungen a geometreschen Konfiguratiounen erreechen kann, an doduerch eng vereenegt Beschreiwung vun der thermomechanescher Middegkeet vu Form Memory Legierungen ubidden, an doduerch d'Treibkraaft schätzen.
Fig. 4 SEM Bild vun der Fraktur vun NiTiHf DCT specimen no 180 ℃ mechanesch Middegkeet Rëss Wuesstem Experimenter
Figur 5 Fraktur SEM Bild vum NiTiHf DCT Exemplar nom Fuere Middegkeet Rëss Wuesstem Experiment ënner konstante Bias Belaaschtung vun 250 N
Zesummefaassend féiert dëse Pabeier reng mechanesch an dreiwend Middegkeet knacken Wuesstem Experimenter op Néckel-räich NiTiHf héich Temperatur Form Erënnerung Alliagen fir d'éischte Kéier. Baséierend op zyklescher Integratioun, gëtt e Paräisser-Typ Kraaft-Gesetz-Krackwachstumsausdrock proposéiert fir d'Müdegkeetskrack Wuesstumsrate vun all Experiment ënner engem eenzege Parameter ze passen.
Post Zäit: Sep-07-2021