Aloi ingatan bentuk (SMA) mempunyai tindak balas ubah bentuk ciri kepada rangsangan termomekanikal. Rangsangan termomekanikal berasal daripada suhu tinggi, anjakan, perubahan pepejal kepada pepejal, dsb. (fasa tertib tinggi suhu tinggi dipanggil austenit, dan fasa tertib rendah suhu rendah dipanggil martensit). Peralihan fasa kitaran yang berulang membawa kepada peningkatan secara beransur-ansur dalam kehelan, jadi kawasan yang tidak berubah akan mengurangkan kefungsian SMA (dipanggil keletihan berfungsi) dan menghasilkan retakan mikro, yang akhirnya akan membawa kepada kegagalan fizikal apabila bilangannya cukup besar. Jelas sekali, memahami tingkah laku hayat keletihan aloi ini, menyelesaikan masalah sekerap komponen yang mahal, dan mengurangkan pembangunan bahan dan kitaran reka bentuk produk semuanya akan menjana tekanan ekonomi yang besar.
Kelesuan termo-mekanikal belum banyak diterokai, terutamanya kurangnya penyelidikan mengenai perambatan retakan keletihan di bawah kitaran termo-mekanikal. Dalam pelaksanaan awal SMA dalam bioperubatan, tumpuan penyelidikan keletihan adalah jumlah hayat sampel "bebas kecacatan" di bawah beban mekanikal kitaran. Dalam aplikasi dengan geometri SMA kecil, pertumbuhan retakan keletihan mempunyai sedikit kesan ke atas kehidupan, jadi penyelidikan memfokuskan pada mencegah permulaan retak daripada mengawal pertumbuhannya; dalam aplikasi pemanduan, pengurangan getaran dan penyerapan tenaga, adalah perlu untuk mendapatkan kuasa dengan cepat. Komponen SMA biasanya cukup besar untuk mengekalkan perambatan retak yang ketara sebelum kegagalan. Oleh itu, untuk memenuhi keperluan kebolehpercayaan dan keselamatan yang diperlukan, adalah perlu untuk memahami sepenuhnya dan mengukur tingkah laku pertumbuhan retak keletihan melalui kaedah toleransi kerosakan. Aplikasi kaedah toleransi kerosakan yang bergantung kepada konsep mekanik patah di SMA bukanlah mudah. Berbanding dengan logam struktur tradisional, kewujudan peralihan fasa boleh balik dan gandingan termo-mekanikal menimbulkan cabaran baharu untuk menerangkan secara berkesan keletihan dan patah beban lampau SMA.
Penyelidik dari Texas A&M University di Amerika Syarikat menjalankan eksperimen pertumbuhan retak keletihan mekanikal tulen dan terdorong dalam aloi super Ni50.3Ti29.7Hf20 buat kali pertama dan mencadangkan ungkapan undang-undang kuasa jenis Paris berasaskan integral yang boleh digunakan untuk Fit the fatigue kadar pertumbuhan retak di bawah satu parameter. Disimpulkan daripada ini bahawa hubungan empirikal dengan kadar pertumbuhan retak boleh dipasang di antara keadaan pemuatan yang berbeza dan konfigurasi geometri, yang boleh digunakan sebagai deskriptor bersatu potensi pertumbuhan retak ubah bentuk dalam SMA. Kertas kerja berkaitan diterbitkan dalam Acta Materialia dengan tajuk "Penerangan bersatu pertumbuhan retak keletihan mekanikal dan penggerak dalam aloi ingatan bentuk".
Pautan kertas:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Kajian mendapati bahawa apabila aloi Ni50.3Ti29.7Hf20 tertakluk kepada ujian tegangan uniaksial pada 180 ℃, austenit terutamanya berubah bentuk secara elastik di bawah tahap tegasan rendah semasa proses pemuatan, dan modulus Young adalah kira-kira 90GPa. Apabila tegasan mencapai kira-kira 300MPa Pada permulaan transformasi fasa positif, austenit berubah menjadi martensit akibat tegasan; apabila memunggah, martensit akibat tegasan terutamanya mengalami ubah bentuk keanjalan, dengan modulus Young kira-kira 60 GPa, dan kemudian bertukar kembali kepada austenit. Melalui penyepaduan, kadar pertumbuhan retak keletihan bahan struktur telah dipasang pada ungkapan undang-undang kuasa jenis Paris.
Rajah.1 Imej BSE bagi aloi ingatan bentuk suhu tinggi Ni50.3Ti29.7Hf20 dan taburan saiz zarah oksida
Rajah 2 imej TEM bagi aloi ingatan bentuk suhu tinggi Ni50.3Ti29.7Hf20 selepas rawatan haba pada 550℃×3j
Rajah 3 Hubungan antara J dan da/dN pertumbuhan retakan kelesuan mekanikal spesimen DCT NiTiHf pada 180 ℃
Dalam percubaan dalam artikel ini, terbukti bahawa formula ini boleh memuatkan data kadar pertumbuhan retak keletihan daripada semua eksperimen dan boleh menggunakan set parameter yang sama. Eksponen undang-undang kuasa m ialah kira-kira 2.2. Analisis patah keletihan menunjukkan bahawa kedua-dua perambatan retak mekanikal dan perambatan retak pemacu adalah rekahan kuasi belahan, dan kehadiran hafnium oksida permukaan yang kerap telah memburukkan lagi rintangan perambatan retak. Keputusan yang diperoleh menunjukkan bahawa satu ungkapan undang-undang kuasa empirikal boleh mencapai persamaan yang diperlukan dalam pelbagai keadaan pemuatan dan konfigurasi geometri, dengan itu memberikan penerangan bersatu tentang keletihan termo-mekanikal aloi memori bentuk, dengan itu menganggar daya penggerak.
Rajah 4 imej SEM patah spesimen DCT NiTiHf selepas eksperimen pertumbuhan retak keletihan mekanikal 180℃
Rajah 5 Imej SEM Patah bagi spesimen DCT NiTiHf selepas memacu eksperimen pertumbuhan retak keletihan di bawah beban pincang malar 250 N
Secara ringkasnya, kertas kerja ini menjalankan eksperimen pertumbuhan retak keletihan mekanikal tulen dan memandu pada aloi memori bentuk suhu tinggi NiTiHf yang kaya nikel buat kali pertama. Berdasarkan penyepaduan kitaran, ekspresi pertumbuhan retakan kuasa-kuasa jenis Paris dicadangkan agar sesuai dengan kadar pertumbuhan retakan keletihan setiap eksperimen di bawah satu parameter
Masa siaran: Sep-07-2021