Ձևային հիշողության համաձուլվածքները (SMAs) ունեն բնորոշ դեֆորմացիոն արձագանք ջերմամեխանիկական գրգռիչներին: Ջերմամեխանիկական գրգռիչները առաջանում են բարձր ջերմաստիճանից, տեղաշարժից, պինդից պինդ փոխակերպումից և այլն (բարձր ջերմաստիճանի բարձր կարգի փուլը կոչվում է ավստենիտ, իսկ ցածր ջերմաստիճանի ցածրակարգը՝ մարտենսիտ)։ Կրկնվող ցիկլային փուլային անցումները հանգեցնում են տեղաշարժերի աստիճանական աճի, ուստի չփոխակերպված տարածքները կնվազեցնեն SMA-ի ֆունկցիոնալությունը (կոչվում է ֆունկցիոնալ հոգնածություն) և կառաջացնեն միկրոճաքեր, որոնք ի վերջո կհանգեցնեն ֆիզիկական ձախողման, երբ թիվը բավականաչափ մեծ է: Ակնհայտ է, որ այս համաձուլվածքների հոգնածության կյանքի պահվածքը հասկանալը, թանկ բաղադրիչների ջարդոնի խնդիրը լուծելը և նյութի մշակման և արտադրանքի նախագծման ցիկլը նվազեցնելը բոլորը կառաջացնեն հսկայական տնտեսական ճնշում:
Ջերմային-մեխանիկական հոգնածությունը մեծ չափով չի ուսումնասիրվել, հատկապես ջերմամեխանիկական ցիկլերի ներքո հոգնածության ճաքերի տարածման վերաբերյալ հետազոտությունների բացակայությունը: Կենսաբժշկության մեջ SMA-ի վաղ ներդրման ժամանակ հոգնածության հետազոտության ուշադրության կենտրոնում էր ցիկլային մեխանիկական բեռների տակ «առանց արատների» նմուշների ընդհանուր կյանքը: Փոքր SMA երկրաչափություն ունեցող կիրառություններում հոգնածության ճաքերի աճը քիչ ազդեցություն ունի կյանքի վրա, ուստի հետազոտությունը կենտրոնանում է ճաքերի առաջացման կանխարգելման վրա, այլ ոչ թե դրա աճի վերահսկման վրա: մեքենա վարելու, թրթռումների նվազեցման և էներգիայի կլանման ծրագրերում անհրաժեշտ է արագ էներգիա ստանալ: SMA բաղադրիչները սովորաբար բավականաչափ մեծ են, որպեսզի պահպանեն ճաքերի զգալի տարածումը նախքան ձախողումը: Հետևաբար, հուսալիության և անվտանգության անհրաժեշտ պահանջները բավարարելու համար անհրաժեշտ է լիովին հասկանալ և քանակականացնել հոգնածության ճաքերի աճի վարքագիծը վնասների հանդուրժողականության մեթոդի միջոցով: Վնասի հանդուրժողականության մեթոդների կիրառումը, որոնք հիմնված են SMA-ում կոտրվածքների մեխանիկայի հայեցակարգի վրա, պարզ չէ: Ավանդական կառուցվածքային մետաղների համեմատ, շրջելի փուլային անցման և ջերմամեխանիկական միացման առկայությունը նոր մարտահրավերներ է ստեղծում SMA-ի հոգնածության և գերբեռնվածության կոտրվածքն արդյունավետ նկարագրելու համար:
Միացյալ Նահանգների Տեխասի A&M համալսարանի հետազոտողները առաջին անգամ իրականացրել են մաքուր մեխանիկական և առաջացած հոգնածության ճաքերի աճի փորձեր Ni50.3Ti29.7Hf20 գերհամաձուլվածքում և առաջարկել ինտեգրալ վրա հիմնված Փարիզի տիպի ուժային օրենքի արտահայտություն, որը կարող է օգտագործվել հոգնածության համար հարմարեցնելու համար: ճաքերի աճի տեմպը մեկ պարամետրի ներքո: Այստեղից ենթադրվում է, որ ճաքերի աճի արագության հետ էմպիրիկ կապը կարող է տեղավորվել տարբեր բեռնման պայմանների և երկրաչափական կոնֆիգուրացիաների միջև, որոնք կարող են օգտագործվել որպես SMA-ներում դեֆորմացիոն ճաքերի աճի հնարավոր միասնական նկարագրիչ: Համապատասխան հոդվածը հրապարակվել է Acta Materialia-ում՝ «Ձևային հիշողության համաձուլվածքներում մեխանիկական և ակտիվացնող հոգնածության ճաքերի աճի միասնական նկարագրություն» վերնագրով:
Թղթային հղում.
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Հետազոտությունը պարզել է, որ երբ Ni50.3Ti29.7Hf20 համաձուլվածքը ենթարկվում է միակողմանի առաձգական փորձարկման 180℃ ջերմաստիճանում, ավստենիտը հիմնականում առաձգականորեն դեֆորմացվում է ցածր լարվածության մակարդակի տակ բեռնման գործընթացում, և Յանգի մոդուլը մոտ 90 ԳՊա է: Երբ սթրեսը հասնում է մոտ 300 ՄՊա-ի Դրական փուլի վերափոխման սկզբում ավստենիտը վերածվում է սթրեսից առաջացած մարտենզիտի; բեռնաթափման ժամանակ սթրեսից առաջացած մարտենզիտը հիմնականում ենթարկվում է առաձգական դեֆորմացիայի՝ Յանգի մոդուլով մոտ 60 ԳՊա, այնուհետև վերածվում է ավստենիտի: Ինտեգրման միջոցով կառուցվածքային նյութերի հոգնածության ճաքերի աճի տեմպերը համապատասխանեցվել են Փարիզի տիպի ուժային օրենքի արտահայտությանը:
Նկ.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 բարձր ջերմաստիճանի ձևի հիշող խառնուրդի և օքսիդի մասնիկների չափերի բաշխման պատկերը
Նկար 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 բարձր ջերմաստիճանի հիշողության համաձուլվածքի TEM պատկեր 550℃×3ժ ջերմային մշակումից հետո
Նկար 3 NiTiHf DCT նմուշի մեխանիկական հոգնածության ճաքերի աճի J-ի և da/dN-ի միջև կապը 180℃ ջերմաստիճանում
Այս հոդվածի փորձերում ապացուցված է, որ այս բանաձևը կարող է տեղավորել բոլոր փորձերից ստացված հոգնածության ճաքերի աճի տեմպերի տվյալները և կարող է օգտագործել նույն պարամետրերը: Հզորության օրենքի ցուցանիշը m մոտ 2,2 է: Հոգնածության կոտրվածքի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ ինչպես ճաքերի մեխանիկական տարածումը, այնպես էլ առաջացնող ճաքերի տարածումը քվազի-կտրվածքային կոտրվածքներ են, և մակերեսային հաֆնիումի օքսիդի հաճախակի առկայությունը խորացրել է ճաքերի տարածման դիմադրությունը: Ստացված արդյունքները ցույց են տալիս, որ մեկ էմպիրիկ ուժային օրենքի արտահայտությունը կարող է հասնել պահանջվող նմանության բեռնման պայմանների և երկրաչափական կոնֆիգուրացիաների լայն շրջանակում՝ դրանով իսկ ապահովելով ձևային հիշողության համաձուլվածքների ջերմա-մեխանիկական հոգնածության միասնական նկարագրություն՝ դրանով իսկ գնահատելով շարժիչ ուժը:
Նկ. 4 NiTiHf DCT նմուշի կոտրվածքի SEM պատկերը 180℃ մեխանիկական հոգնածության ճաքերի աճի փորձից հետո
Նկար 5 NiTiHf DCT նմուշի կոտրվածքի SEM պատկերը հոգնածության ճաքերի աճի փորձից հետո 250 Ն մշտական շեղման բեռի տակ
Ամփոփելով, այս փաստաթուղթը առաջին անգամ անցկացնում է մաքուր մեխանիկական և առաջացնող հոգնածության ճաքերի աճի փորձեր նիկելով հարուստ NiTiHf բարձր ջերմաստիճանի հիշողության համաձուլվածքների վրա: Հիմք ընդունելով ցիկլային ինտեգրումը, առաջարկվում է Փարիզի տիպի ուժային օրենքի ճաքերի աճի արտահայտություն՝ յուրաքանչյուր փորձի հոգնածության ճաքի աճի տեմպը մեկ պարամետրի ներքո հարմարեցնելու համար:
Հրապարակման ժամանակը՝ 07-07-2021