शीर्ष धातु पत्रिका "एक्टा मटेरियालिया": आकार मेमोरी मिश्रको थकान क्र्याक वृद्धि व्यवहार

आकार मेमोरी मिश्रहरू (SMAs) थर्मोमेकानिकल उत्तेजनाहरूको लागि एक विशेषता विरूपण प्रतिक्रिया छ। थर्मोमेकानिकल उत्तेजनाहरू उच्च तापमान, विस्थापन, ठोस-देखि-ठोस रूपान्तरण, आदिबाट उत्पन्न हुन्छन् (उच्च-तापमान उच्च-अर्डर चरणलाई अस्टेनाइट भनिन्छ, र कम-तापमान कम-अर्डर चरणलाई मार्टेन्साइट भनिन्छ)। दोहोरिने चक्रीय चरण संक्रमणहरूले अव्यवस्थामा क्रमिक वृद्धि निम्त्याउँछ, त्यसैले अपरिवर्तित क्षेत्रहरूले SMA (कार्यात्मक थकान भनिन्छ) को कार्यक्षमता कम गर्नेछ र माइक्रोक्र्याकहरू उत्पादन गर्नेछ, जसले अन्ततः संख्या पर्याप्त हुँदा शारीरिक विफलता निम्त्याउँछ। स्पष्ट रूपमा, यी मिश्रहरूको थकान जीवन व्यवहार बुझ्न, महँगो कम्पोनेन्ट स्क्र्यापको समस्या समाधान गर्न, र भौतिक विकास र उत्पादन डिजाइन चक्र घटाउने सबैले ठूलो आर्थिक दबाब उत्पन्न गर्नेछ।

थर्मो-मेकानिकल थकान धेरै हदसम्म अन्वेषण गरिएको छैन, विशेष गरी थर्मो-मेकानिकल चक्र अन्तर्गत थकान क्र्याक प्रचारमा अनुसन्धानको कमी। बायोमेडिसिनमा SMA को प्रारम्भिक कार्यान्वयनमा, थकान अनुसन्धानको फोकस चक्रीय मेकानिकल भार अन्तर्गत "दोष-मुक्त" नमूनाहरूको कुल जीवन थियो। सानो SMA ज्यामिति भएका अनुप्रयोगहरूमा, थकान दरार वृद्धिले जीवनमा थोरै प्रभाव पार्छ, त्यसैले अनुसन्धानले यसको वृद्धिलाई नियन्त्रण गर्नुको सट्टा क्र्याक प्रारम्भ रोक्नमा केन्द्रित हुन्छ। ड्राइभिङ, कम्पन घटाउने र ऊर्जा अवशोषण अनुप्रयोगहरूमा, यो छिटो शक्ति प्राप्त गर्न आवश्यक छ। SMA कम्पोनेन्टहरू सामान्यतया असफल हुनु अघि महत्त्वपूर्ण क्र्याक प्रसार कायम राख्न पर्याप्त ठूला हुन्छन्। तसर्थ, आवश्यक विश्वसनीयता र सुरक्षा आवश्यकताहरू पूरा गर्न, क्षति सहिष्णुता विधि मार्फत थकान दरार वृद्धि व्यवहारलाई पूर्ण रूपमा बुझ्न र मापन गर्न आवश्यक छ। SMA मा फ्र्याक्चर मेकानिक्सको अवधारणामा निर्भर हुने क्षति सहनशीलता विधिहरूको प्रयोग सरल छैन। परम्परागत संरचनात्मक धातुहरूको तुलनामा, रिभर्सिबल फेज ट्रान्जिसन र थर्मो-मेकानिकल युगलको अस्तित्वले SMA को थकान र ओभरलोड फ्र्याक्चरलाई प्रभावकारी रूपमा वर्णन गर्न नयाँ चुनौतीहरू खडा गर्दछ।

संयुक्त राज्य अमेरिकाको टेक्सास ए एन्ड एम विश्वविद्यालयका अन्वेषकहरूले पहिलो पटक Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy मा शुद्ध मेकानिकल र संचालित थकान दरार वृद्धि प्रयोगहरू सञ्चालन गरे, र एक अभिन्न-आधारित पेरिस-प्रकार पावर कानून अभिव्यक्ति प्रस्ताव गरे जुन थकान फिट गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। एकल प्यारामिटर अन्तर्गत दरार वृद्धि दर। यसबाट अनुमान गरिएको छ कि दरार वृद्धि दरसँग अनुभवजन्य सम्बन्ध विभिन्न लोडिङ अवस्थाहरू र ज्यामितीय कन्फिगरेसनहरू बीच फिट गर्न सकिन्छ, जुन SMAs मा विरूपण दरार वृद्धिको सम्भावित एकीकृत वर्णनकर्ताको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। सम्बन्धित पेपर एकटा मटेरियालियामा "आकार मेमोरी मिश्रहरूमा मेकानिकल र एक्ट्युएशन थकान क्र्याक ग्रोथको एकीकृत विवरण" शीर्षकको साथ प्रकाशित भएको थियो।

कागज लिङ्क:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

अध्ययनले पत्ता लगायो कि जब Ni50.3Ti29.7Hf20 मिश्र धातु 180℃ मा एकअक्षीय तन्य परीक्षणको अधीनमा हुन्छ, लोडिङ प्रक्रियाको क्रममा अस्टेनाइट मुख्यतया लोचदार रूपमा कम तनाव स्तर अन्तर्गत विकृत हुन्छ, र यंगको मोड्युलस लगभग 90GPa हुन्छ। जब तनाव लगभग 300MPa पुग्छ सकारात्मक चरण रूपान्तरणको सुरुमा, austenite तनाव-प्रेरित मार्टेन्साइटमा रूपान्तरण हुन्छ; अनलोड गर्दा, तनाव-प्रेरित मार्टेन्साइटले मुख्यतया लोचदार विकृतिबाट गुज्र्छ, लगभग 60 GPa को यंगको मोड्युलसको साथ, र त्यसपछि अस्टेनाइटमा रूपान्तरण हुन्छ। एकीकरणको माध्यमबाट, संरचनात्मक सामग्रीको थकान दरार वृद्धि दर पेरिस-प्रकारको शक्ति कानून अभिव्यक्तिमा फिट गरिएको छ।
चित्र.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 उच्च तापमान आकार मेमोरी मिश्र धातु र अक्साइड कणहरूको आकार वितरणको BSE छवि
चित्र 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 उच्च तापमान आकार मेमोरी मिश्र धातुको TEM छवि 550℃ × 3h मा तातो उपचार पछि
चित्र। 180℃ मा NiTiHf DCT नमूनाको मेकानिकल थकान क्र्याक वृद्धिको J र da/dN बीचको सम्बन्ध

यस लेखमा भएका प्रयोगहरूमा, यो सूत्रले सबै प्रयोगहरूबाट थकान दरार वृद्धि दर डेटा फिट गर्न सक्छ र प्यारामिटरहरूको एउटै सेट प्रयोग गर्न सक्छ भनेर प्रमाणित हुन्छ। शक्ति कानून घातांक m लगभग 2.2 छ। थकान फ्र्याक्चर विश्लेषणले देखाउँछ कि मेकानिकल क्र्याक प्रोपेगेशन र ड्राइभिङ क्र्याक प्रोपेगेशन दुबै अर्ध-क्लीभेज फ्र्याक्चरहरू हुन्, र सतह हाफनियम अक्साइडको बारम्बार उपस्थितिले दरार प्रजनन प्रतिरोधलाई बढाएको छ। प्राप्त नतिजाहरूले देखाउँदछ कि एकल अनुभवजन्य शक्ति कानून अभिव्यक्तिले लोडिंग अवस्था र ज्यामितीय कन्फिगरेसनहरूको विस्तृत दायरामा आवश्यक समानता प्राप्त गर्न सक्छ, जसले गर्दा आकार मेमोरी मिश्रहरूको थर्मो-मेकानिकल थकानको एक एकीकृत विवरण प्रदान गर्दछ, जसले ड्राइभिंग बल अनुमान गर्दछ।
चित्र। 180℃ मेकानिकल थकान दरार वृद्धि प्रयोग पछि NiTiHf DCT नमूनाको फ्र्याक्चरको SEM छवि
Figure 5 फ्र्याक्चर SEM छवि NiTiHf DCT नमूनाको 250 N को स्थिर पूर्वाग्रह भार अन्तर्गत थकान दरार वृद्धि प्रयोग ड्राइभ गरेपछि

सारांशमा, यस पेपरले पहिलो पटक निकल-धनी NiTiHf उच्च तापमान आकार मेमोरी मिश्रहरूमा शुद्ध मेकानिकल र ड्राइभिङ थकान क्र्याक वृद्धि प्रयोगहरू सञ्चालन गर्दछ। चक्रीय एकीकरणमा आधारित, पेरिस-प्रकार पावर-ल क्र्याक वृद्धि अभिव्यक्तिलाई एकल प्यारामिटर अन्तर्गत प्रत्येक प्रयोगको थकान दरार वृद्धि दर फिट गर्न प्रस्ताव गरिएको छ।


पोस्ट समय: सेप्टेम्बर-07-2021