ყველაზე მეტალის ჟურნალი "Acta Materialia": დაღლილობის ბზარი ზრდის ფორმის მეხსიერების შენადნობების ქცევა

ფორმის მეხსიერების შენადნობებს (SMAs) აქვთ დამახასიათებელი დეფორმაციის რეაქცია თერმომექანიკურ სტიმულებზე. თერმომექანიკური სტიმული წარმოიქმნება მაღალი ტემპერატურის, გადაადგილების, მყარიდან მყარში გარდაქმნის და ა.შ. განმეორებითი ციკლური ფაზის გადასვლები იწვევს დისლოკაციების თანდათან მატებას, ამიტომ არატრანსფორმირებული უბნები შეამცირებს SMA-ს ფუნქციონირებას (ე.წ. ფუნქციური დაღლილობა) და წარმოქმნის მიკრობზარებს, რაც საბოლოოდ გამოიწვევს ფიზიკურ უკმარისობას, როდესაც რაოდენობა საკმარისად დიდია. ცხადია, ამ შენადნობების დაღლილობის ქცევის გაგება, ძვირადღირებული კომპონენტის ჯართის პრობლემის გადაჭრა და მატერიალური განვითარებისა და პროდუქტის დიზაინის ციკლის შემცირება გამოიწვევს უზარმაზარ ეკონომიკურ ზეწოლას.

თერმომექანიკური დაღლილობა დიდად არ არის გამოკვლეული, განსაკუთრებით გამოკვლევების ნაკლებობა თერმომექანიკური ციკლების ქვეშ დაღლილობის ბზარების გავრცელების შესახებ. ბიომედიცინაში SMA-ს ადრეული დანერგვისას, დაღლილობის კვლევის ფოკუსი იყო "დეფექტების გარეშე" ნიმუშების მთლიანი სიცოცხლე ციკლური მექანიკური დატვირთვების ქვეშ. მცირე SMA გეომეტრიის მქონე აპლიკაციებში, დაღლილობის ბზარის ზრდას მცირე გავლენა აქვს სიცოცხლეზე, ამიტომ კვლევა ფოკუსირებულია ბზარის დაწყების თავიდან აცილებაზე და არა მისი ზრდის კონტროლზე; მართვის, ვიბრაციის შემცირებისა და ენერგიის შთანთქმის აპლიკაციებში აუცილებელია ენერგიის სწრაფად მიღება. SMA კომპონენტები, როგორც წესი, საკმარისად დიდია იმისათვის, რომ შენარჩუნდეს ბზარის მნიშვნელოვანი გავრცელება მარცხამდე. ამიტომ, საიმედოობისა და უსაფრთხოების აუცილებელი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, საჭიროა სრულად გავიგოთ და რაოდენობრივად განვსაზღვროთ დაღლილობის ბზარის ზრდის ქცევა დაზიანების ტოლერანტობის მეთოდით. დაზიანების ტოლერანტობის მეთოდების გამოყენება, რომლებიც ეყრდნობა მოტეხილობის მექანიკის კონცეფციას SMA-ში მარტივი არ არის. ტრადიციულ სტრუქტურულ ლითონებთან შედარებით, შექცევადი ფაზის გარდამავალი და თერმომექანიკური შეერთების არსებობა ახალ გამოწვევებს უქმნის SMA-ს დაღლილობისა და გადატვირთვის მოტეხილობის ეფექტურად აღწერისთვის.

აშშ-ს ტეხასის A&M უნივერსიტეტის მკვლევარებმა პირველად ჩაატარეს სუფთა მექანიკური და დაღლილობის ბზარის ზრდის ექსპერიმენტები Ni50.3Ti29.7Hf20 სუპერშენადნობში და შესთავაზეს ინტეგრალური პარიზის ტიპის სიმძლავრის კანონის გამოხატულება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაღლილობისთვის. ბზარის ზრდის ტემპი ერთი პარამეტრით. აქედან გამომდინარეობს, რომ ბზარის ზრდის ტემპთან ემპირიული კავშირი შეიძლება მორგებული იყოს სხვადასხვა დატვირთვის პირობებსა და გეომეტრიულ კონფიგურაციებს შორის, რაც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დეფორმაციის ბზარის ზრდის პოტენციური ერთიანი აღმწერი SMA-ებში. შესაბამისი ნაშრომი გამოქვეყნდა Acta Materialia-ში სათაურით "მექანიკური და აქტივაციის დაღლილობის ბზარის ზრდის ერთიანი აღწერა ფორმის მეხსიერების შენადნობებში".

ქაღალდის ბმული:

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

კვლევამ აჩვენა, რომ როდესაც Ni50.3Ti29.7Hf20 შენადნობი ექვემდებარება ცალღერძულ დაჭიმვის ტესტს 180℃ ტემპერატურაზე, ავსტენიტი ძირითადად ელასტიურად დეფორმირდება დაბალი სტრესის დონეზე დატვირთვის პროცესში და იანგის მოდული არის დაახლოებით 90GPa. როდესაც სტრესი აღწევს დაახლოებით 300 მპა-ს. დადებითი ფაზის ტრანსფორმაციის დასაწყისში, აუსტენიტი გარდაიქმნება სტრესით გამოწვეულ მარტენზიტად; განტვირთვისას, სტრესით გამოწვეული მარტენზიტი ძირითადად განიცდის ელასტიურ დეფორმაციას, იანგის მოდულით დაახლოებით 60 GPa, და შემდეგ გარდაიქმნება ავსტენიტად. ინტეგრაციის გზით, სტრუქტურული მასალების დაღლილობის ბზარის ზრდის ტემპი დაემთხვა პარიზის ტიპის ძალაუფლების კანონს.
ნახ.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 მაღალი ტემპერატურის ფორმის მეხსიერების შენადნობის BSE გამოსახულება და ოქსიდის ნაწილაკების ზომის განაწილება
სურათი 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 მაღალი ტემპერატურის ფორმის მეხსიერების შენადნობის TEM სურათი თერმული დამუშავების შემდეგ 550℃×3სთ.
ნახ. 3 კავშირი მექანიკური დაღლილობის ბზარის ზრდის J და da/dN-ს შორის NiTiHf DCT ნიმუშის 180℃-ზე

ამ სტატიის ექსპერიმენტებში დადასტურდა, რომ ამ ფორმულას შეუძლია შეესაბამებოდეს დაღლილობის ბზარის ზრდის სიჩქარის მონაცემებს ყველა ექსპერიმენტიდან და შეუძლია გამოიყენოს პარამეტრების იგივე ნაკრები. სიმძლავრის კანონის მაჩვენებლის m არის დაახლოებით 2.2. დაღლილობის მოტეხილობის ანალიზი აჩვენებს, რომ ბზარის მექანიკური გავრცელებაც და მამოძრავებელი ბზარის გამრავლება არის კვაზი-გაწყვეტის მოტეხილობები და ზედაპირული ჰაფნიუმის ოქსიდის ხშირი არსებობა აძლიერებს ბზარის გამრავლების წინააღმდეგობას. მიღებული შედეგები აჩვენებს, რომ ერთი ემპირიული სიმძლავრის კანონის გამოხატულებას შეუძლია მიაღწიოს საჭირო მსგავსებას დატვირთვის პირობებში და გეომეტრიულ კონფიგურაციებში, რითაც უზრუნველყოფს ფორმის მეხსიერების შენადნობების თერმომექანიკური დაღლილობის ერთიან აღწერას, რითაც შეაფასებს მამოძრავებელ ძალას.
ნახ. 4 NiTiHf DCT ნიმუშის მოტეხილობის SEM სურათი 180℃ მექანიკური დაღლილობის ბზარის ზრდის ექსპერიმენტის შემდეგ
სურათი 5 NiTiHf DCT ნიმუშის მოტეხილობის SEM გამოსახულება დაღლილობის ბზარის ზრდის ექსპერიმენტის შემდეგ 250 N მუდმივი მიკერძოებული დატვირთვის ქვეშ

მოკლედ, ეს ნაშრომი პირველად ატარებს სუფთა მექანიკურ და მამოძრავებელი დაღლილობის ბზარების ზრდის ექსპერიმენტებს ნიკელით მდიდარ NiTiHf მაღალი ტემპერატურის ფორმის მეხსიერების შენადნობებზე. ციკლური ინტეგრაციის საფუძველზე, შემოთავაზებულია პარიზის ტიპის დენის კანონის ბზარის ზრდის გამოხატულება, რათა მოერგოს თითოეული ექსპერიმენტის დაღლილობის ბზარის ზრდის ტემპს ერთი პარამეტრის ქვეშ.


გამოქვეყნების დრო: სექ-07-2021