Shape memory alloys (SMA) hafa einkennandi aflögunarviðbrögð við varmavélrænu áreiti. Hitavélrænt áreiti stafar af háum hita, tilfærslu, umbreytingu á föstu formi í fast efni o.s.frv. (háhita hástigs fasi er kallaður austenít og lághiti lágstigs fasi er kallaður martensít). Endurtekin hringlaga fasaskipti leiða til smám saman aukningar á tilfærslum, þannig að óumbreyttu svæðin munu draga úr virkni SMA (kallað starfræn þreyta) og framleiða örsprungur, sem mun að lokum leiða til líkamlegrar bilunar þegar fjöldinn er nógu stór. Augljóslega mun það að skilja þreytulífshegðun þessara málmblöndur, leysa vandamálið með dýrt rusl úr íhlutum og draga úr efnisþróun og vöruhönnunarferlinu skapa gríðarlegan efnahagslegan þrýsting.
Hita-vélræn þreyta hefur ekki verið könnuð að miklu leyti, sérstaklega skortur á rannsóknum á útbreiðslu þreytusprunga í hita-vélrænum lotum. Í fyrstu innleiðingu SMA í líflæknisfræði var áhersla þreyturannsókna á heildarlífi „gallalausra“ sýna undir hringlaga vélrænu álagi. Í forritum með litla SMA rúmfræði hefur vöxtur þreytusprunga lítil áhrif á líf, þannig að rannsóknin beinist að því að koma í veg fyrir sprunguupphaf frekar en að stjórna vexti hennar; í akstri, titringsjöfnun og orkudeyfingu er nauðsynlegt að ná afli fljótt. SMA íhlutir eru venjulega nógu stórir til að viðhalda verulegri sprunguútbreiðslu fyrir bilun. Þess vegna, til að uppfylla nauðsynlegar áreiðanleika- og öryggiskröfur, er nauðsynlegt að skilja að fullu og mæla vöxt þreytusprungunnar með skemmdaþolsaðferðinni. Notkun skaðaþolsaðferða sem byggja á hugmyndinni um beinbrotafræði í SMA er ekki einföld. Í samanburði við hefðbundna byggingarmálma veldur tilvist afturkræfs fasaskipta og varmavélrænni tengingu nýjar áskoranir til að lýsa á áhrifaríkan hátt þreytu og ofhleðslubroti SMA.
Vísindamenn frá Texas A&M háskólanum í Bandaríkjunum gerðu hreinar vélrænar og knúnar tilraunir með vöxt þreytusprunga í Ni50.3Ti29.7Hf20 ofurblendi í fyrsta skipti og lögðu til samþætta Parísargerð kraftlagatjáningu sem hægt er að nota fyrir Fit the fatigue sprunguvöxtur undir einni breytu. Það er ályktað af þessu að reynslusambandið við sprunguvöxt er hægt að setja á milli mismunandi hleðsluaðstæðna og rúmfræðilegra stillinga, sem hægt er að nota sem mögulega sameinaða lýsingu á aflögunarsprunguvexti í SMAs. Tengda greinin var birt í Acta Materialia með titlinum „Samræmd lýsing á vélrænni og virkjunarþreyta sprunguvexti í formminni málmblöndur“.
Tengill á pappír:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Rannsóknin leiddi í ljós að þegar Ni50.3Ti29.7Hf20 álfelgur er látinn fara í einása togpróf við 180 ℃, er austenítið aðallega teygjanlega afmyndað við lágt álag á hleðsluferlinu og stuðull Young er um 90GPa. Þegar streita nær um 300MPa Í upphafi jákvæðu fasabreytingarinnar umbreytist austenít í martensít af völdum streitu; við affermingu verður martensít af völdum streitu aðallega teygjanlegt aflögun, með Young's modulus um 60 GPa, og breytist síðan aftur í austenít. Með samþættingu hefur vaxtarhraði þreytusprunga burðarefna verið lagaður við orðalag af Parísargerð.
Mynd 1 kúariðumynd af Ni50.3Ti29.7Hf20 háhita formminni málmblöndu og stærðardreifingu oxíðagna
Mynd 2 TEM mynd af Ni50.3Ti29.7Hf20 háhita formminni álfelgur eftir hitameðferð við 550 ℃ × 3 klst.
Mynd 3 Sambandið milli J og da/dN af vélrænni þreytusprunguvexti NiTiHf DCT sýnis við 180 ℃
Í tilraununum í þessari grein er sannað að þessi formúla getur passað við gögn um vaxtarhraða þreytusprungunnar úr öllum tilraunum og getur notað sama sett af breytum. Valdalögmálsveldisvísirinn m er um 2,2. Greining á þreytubrotum sýnir að bæði vélræn sprunguútbreiðsla og drifsprunguútbreiðsla eru hálfklofin brot og tíð tilvist yfirborðshafníumoxíðs hefur aukið viðnám sprunguútbreiðslunnar. Niðurstöðurnar sem fengnar hafa verið sýna að ein empirísk kraftlögatjáning getur náð tilskildum líkindum í margs konar hleðsluskilyrðum og rúmfræðilegum uppsetningum, og þar með veitt sameinaða lýsingu á varma-vélrænni þreytu formminni málmblöndur og þar með metið drifkraftinn.
Mynd 4 SEM mynd af broti á NiTiHf DCT sýni eftir 180 ℃ vélrænni þreytu sprunguvöxt tilraun
Mynd 5 Brot SEM mynd af NiTiHf DCT sýni eftir akstur þreytusprunguvaxtartilraunar við stöðugt hlutdrægni 250 N
Í stuttu máli þá framkvæmir þessi grein hreinar vélrænar tilraunir og tilraunir með vöxt sprunguþreyta á nikkelríkum NiTiHf háhita formminni málmblöndur í fyrsta skipti. Byggt á hringrásarsamþættingu er lagt til að sprunguvöxtartjáning af gerðinni Parísargerð passi við þreytusprunguvöxt hverrar tilraunar undir einni breytu
Pósttími: 07-07-2021