Top Metal Magazine "Acta Materialia": Kakapoy Crack Growth Behavior sa Shape Memory Alloys

Ang mga porma sa panumduman sa panumduman (SMAs) adunay usa ka kinaiya nga deformation nga tubag sa thermomechanical stimuli. Ang thermomechanical stimuli naggikan sa taas nga temperatura, pagbakwit, solid-to-solid nga pagbag-o, ug uban pa (high-temperature high-order phase gitawag nga austenite, ug low-temperature low-order phase gitawag nga martensite). Ang gibalik-balik nga cyclic phase transition mosangpot sa anam-anam nga pagtaas sa mga dislokasyon, mao nga ang wala mabag-o nga mga lugar makapakunhod sa pag-andar sa SMA (gitawag nga functional fatigue) ug makahimo og microcracks, nga sa ngadtongadto mosangpot sa pisikal nga kapakyasan kung ang gidaghanon igo na. Dayag nga, ang pagsabut sa kakapoy nga pamatasan sa kinabuhi sa kini nga mga haluang metal, pagsulbad sa problema sa mahal nga sangkap nga scrap, ug pagkunhod sa pag-uswag sa materyal ug siklo sa disenyo sa produkto ang tanan makamugna og daghang presyur sa ekonomiya.

Ang Thermo-mechanical fatigue wala pa matuki sa dako nga gidak-on, ilabi na ang kakulang sa panukiduki sa fatigue crack propagation ubos sa thermo-mechanical cycles. Sa sayo nga pagpatuman sa SMA sa biomedicine, ang pokus sa panukiduki sa kakapoy mao ang kinatibuk-ang kinabuhi sa "walay depekto" nga mga sample ubos sa cyclic mechanical load. Sa mga aplikasyon nga adunay gamay nga geometry sa SMA, ang pagtubo sa kakapoy sa kakapoy adunay gamay nga epekto sa kinabuhi, mao nga ang panukiduki nagpunting sa pagpugong sa pagsugod sa liki kay sa pagpugong sa pagtubo niini; sa pagmaneho, pagkunhod sa vibration ug mga aplikasyon sa pagsuyup sa enerhiya, gikinahanglan nga makakuha dayon og gahum. Ang mga sangkap sa SMA kasagaran igo nga igo aron mapadayon ang hinungdanon nga pagpadaghan sa liki sa wala pa mapakyas. Busa, aron matubag ang gikinahanglan nga kasaligan ug mga kinahanglanon sa kaluwasan, gikinahanglan nga hingpit nga masabtan ug maihap ang kinaiya sa pagtubo sa kakapoy pinaagi sa pamaagi sa pagtugot sa kadaot. Ang paggamit sa mga pamaagi sa pagtugot sa kadaot nga nagsalig sa konsepto sa fracture mechanics sa SMA dili yano. Kung itandi sa tradisyonal nga istruktura nga mga metal, ang pagkaanaa sa mabalik nga yugto sa pagbalhin ug thermo-mechanical nga pagdugtong naghatag bag-ong mga hagit aron epektibo nga ihulagway ang kakapoy ug sobra nga pagkabali sa SMA.

Ang mga tigdukiduki gikan sa Texas A&M University sa Estados Unidos nagpahigayon ug lunsay nga mekanikal ug gimaneho nga kakapoy nga mga eksperimento sa pagtubo sa crack sa Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy sa unang higayon, ug nagsugyot og usa ka integral-based nga Paris-type nga power law nga ekspresyon nga mahimong magamit alang sa Fit the fatigue. crack growth rate ubos sa usa ka parameter. Nahibal-an gikan niini nga ang empirikal nga relasyon sa rate sa pagtubo sa liki mahimong ihaum sa taliwala sa lainlaing mga kondisyon sa pagkarga ug mga geometric nga mga pag-configure, nga magamit ingon usa ka potensyal nga hiniusa nga deskriptor sa pagtubo sa deformation crack sa mga SMA. Ang may kalabutan nga papel gipatik sa Acta Materialia nga adunay titulo nga "Usa ka hiniusa nga paghulagway sa mekanikal ug paglihok sa kakapoy nga pag-uswag sa crack sa porma nga mga alloy nga panumduman".

Papel link:

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

Ang pagtuon nakit-an nga kung ang Ni50.3Ti29.7Hf20 nga haluang metal gipailalom sa uniaxial tensile test sa 180 ℃, ang austenite kasagarang elastically deformed ubos sa ubos nga lebel sa stress sa panahon sa proseso sa pagkarga, ug ang modulus sa Young mga 90GPa. Kung ang kapit-os moabot sa mga 300MPa Sa sinugdanan sa positibo nga hugna nga pagbag-o, ang austenite mausab ngadto sa stress-induced martensite; sa pagdiskarga, ang stress-induced martensite nag-una nga moagi sa pagkamaunat-unat nga deformation, nga adunay Young's modulus nga mga 60 GPa, ug unya mobalik ngadto sa austenite. Pinaagi sa integrasyon, ang kakapoy nga crack rate sa pagtubo sa structural nga mga materyales gipahaom sa Paris-type nga power law expression.
Fig.1 BSE nga imahe sa Ni50.3Ti29.7Hf20 taas nga temperatura nga porma sa memorya nga haluang metal ug gidak-on nga pag-apod-apod sa mga partikulo sa oxide
Figure 2 TEM nga imahe sa Ni50.3Ti29.7Hf20 taas nga temperatura nga porma sa panumduman nga haluang metal human sa pagtambal sa kainit sa 550 ℃ × 3h
Fig. 3 Ang relasyon tali sa J ug da/dN sa mechanical fatigue crack growth sa NiTiHf DCT specimen sa 180 ℃

Sa mga eksperimento sa kini nga artikulo, napamatud-an nga kini nga pormula mahimong mohaum sa data sa rate sa pagtubo sa kakapoy nga crack gikan sa tanan nga mga eksperimento ug magamit ang parehas nga hugpong sa mga parameter. Ang power law exponent m maoy mga 2.2. Ang pagtuki sa kakapoy nga bali nagpakita nga ang mekanikal nga pagpalapad sa liki ug ang pagduso sa pagpalapad sa liki mao ang mga quasi-cleavage fracture, ug ang kanunay nga presensya sa hafnium oxide sa nawong nakapasamot sa pagsukol sa pagpadaghan sa liki. Ang nakuha nga mga resulta nagpakita nga ang usa ka empirical power law expression makab-ot ang gikinahanglan nga kaamgiran sa usa ka halapad nga-laing mga loading kondisyon ug geometric configurations, sa ingon naghatag sa usa ka hiniusang paghulagway sa thermo-mekanikal nga kakapoy sa porma panumduman alloys, sa ingon gibana-bana ang nagmaneho puwersa.
Fig. 4 SEM larawan sa bali sa NiTiHf DCT specimen human sa 180 ℃ mekanikal nga kakapoy crack pagtubo eksperimento
Figure 5 Fracture SEM image sa NiTiHf DCT specimen human sa pagmaneho sa kakapoy nga eksperimento sa pagtubo sa crack ubos sa kanunay nga bias load sa 250 N

Sa katingbanan, kini nga papel nagpahigayon ug lunsay nga mekanikal ug nagmaneho sa kakapoy nga mga eksperimento sa pagtubo sa crack sa dato sa nickel nga NiTiHf nga taas nga temperatura nga porma sa panumduman nga mga alloy sa unang higayon. Base sa cyclic integration, usa ka Paris-type nga power-law crack growth expression ang gisugyot nga mohaum sa fatigue crack growth rate sa matag eksperimento ubos sa usa ka parameter.


Oras sa pag-post: Sep-07-2021