Врвен метален магазин „Acta Materialia“: Однесување на раст на пукнатината на замор на формата на мемориските легури

Легурите за меморија на обликот (SMAs) имаат карактеристичен одговор на деформација на термомеханички дразби.Термомеханичките дразби потекнуваат од висока температура, поместување, трансформација од цврсто во цврсто, итн.Повторените циклични фазни транзиции доведуваат до постепено зголемување на дислокациите, така што нетрансформираните области ќе ја намалат функционалноста на SMA (наречен функционален замор) и ќе произведат микропукнатини, што на крајот ќе доведе до физички дефект кога бројот е доволно голем.Очигледно, разбирањето на однесувањето на овие легури за време на замор, решавањето на проблемот со скапиот отпад од компонентите и намалувањето на циклусот на развој на материјали и дизајн на производи, сето тоа ќе генерира огромен економски притисок.

Термомеханичкиот замор не е истражен во голема мера, особено недостатокот на истражување за ширење на заморните пукнатини под термомеханички циклуси.Во раната имплементација на SMA во биомедицината, фокусот на истражувањето за замор беше вкупниот век на примероците „без дефекти“ под циклични механички оптоварувања.Во апликациите со мала геометрија на SMA, растот на пукнатините од замор има мало влијание врз животот, така што истражувањето се фокусира на спречување на иницирање на пукнатини наместо на контрола на нејзиниот раст;во апликациите за возење, намалување на вибрациите и апсорпција на енергија, неопходно е брзо да се добие напојување.SMA компонентите обично се доволно големи за да одржат значително ширење на пукнатините пред неуспехот.Затоа, за да се исполнат неопходните барања за доверливост и безбедност, неопходно е целосно да се разбере и квантифицира однесувањето на растот на пукнатините на замор преку методот на толеранција на оштетување.Примената на методите за толеранција на оштетување кои се потпираат на концептот на механика на фрактура во SMA не е едноставна.Во споредба со традиционалните структурни метали, постоењето на реверзибилна фазна транзиција и термомеханичко спојување поставува нови предизвици за ефикасно опишување на фрактурата на замор и преоптоварување на SMA.

Истражувачите од Универзитетот Тексас A&M во Соединетите Американски Држави спроведоа чисти механички експерименти за раст на пукнатината на замор во суперлегура Ni50.3Ti29.7Hf20 за прв пат и предложија интегрален израз на законот за моќност од Париз од типот кој може да се користи за Fit the fortigue стапка на раст на пукнатината под еден параметар.Од ова се заклучува дека емпириската врска со стапката на раст на пукнатината може да се вклопи помеѓу различни услови на оптоварување и геометриски конфигурации, што може да се користи како потенцијален унифициран дескриптор на растот на деформационите пукнатини во SMA.Поврзаниот труд беше објавен во Acta Materialia со наслов „Унифициран опис на растот на пукнатините од механички и активирачки замор кај легурите за меморија во форма“.

Линк од хартија:

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

Студијата покажа дека кога легурата Ni50.3Ti29.7Hf20 е подложена на едноаксијален тест на истегнување на 180℃, аустенитот главно се деформира еластично при ниско ниво на стрес за време на процесот на вчитување, а модулот на Јанг е околу 90 GPa.Кога стресот ќе достигне околу 300 MPa На почетокот на трансформацијата на позитивната фаза, устенитот се трансформира во мартензит предизвикан од стрес;при растоварување, мартензитот предизвикан од стрес главно претрпува еластична деформација, со Јанг-ов модул од околу 60 GPa, а потоа повторно се трансформира во аустенит.Преку интеграцијата, стапката на раст на пукнатината на замор на структурните материјали е прилагодена на изразот на законот за моќ од Париз.
Сл.1 BSE слика на Ni50.3Ti29.7Hf20 висока температура форма на мемориска легура и големина дистрибуција на честички оксид
Слика 2 ТЕМ слика на Ni50.3Ti29.7Hf20 висока температура обликувана мемориска легура по термичка обработка на 550℃×3h
Сл. 3 Односот помеѓу J и da/dN на растот на пукнатината од механички замор на примерокот NiTiHf DCT на 180℃

Во експериментите во овој напис, докажано е дека оваа формула може да одговара на податоците за стапката на раст на пукнатината на замор од сите експерименти и може да го користи истиот сет на параметри.Експонентот на законот за моќност m е околу 2,2.Анализата на фрактури на замор покажува дека и механичкото ширење на пукнатината и ширењето на пукнатините се квази-расцепени фрактури, а честото присуство на површинскиот хафниум оксид ја влоши отпорноста на ширење на пукнатината.Добиените резултати покажуваат дека еден единствен емпириски израз на законот за моќност може да ја постигне потребната сличност во широк опсег на услови на оптоварување и геометриски конфигурации, со што се обезбедува унифициран опис на термо-механичкиот замор на легурите со меморија на формата, а со тоа се проценува движечката сила.
Сл. 4 SEM слика на фрактура на примерок NiTiHf DCT по експеримент за раст на пукнатина од механички замор од 180 ℃
Слика 5 SEM слика на фрактура на примерок од NiTiHf DCT по возење експеримент за раст на пукнатината на замор под постојано оптоварување со пристрасност од 250 N

Накратко, овој труд за прв пат спроведува чисти механички експерименти и експерименти за раст на пукнатината при замор на никел на мемориски легури со висока температура NiTiHf.Врз основа на циклична интеграција, предложен е израз на раст на пукнатината од типот на моќен закон од Париз за да одговара на стапката на раст на пукнатината на замор на секој експеримент под еден параметар


Време на објавување: Сеп-07-2021 година