Jarida la Juu la Chuma "Acta Materialia": Tabia ya Ukuaji wa Uchovu wa Ufa wa Aloi za Kumbukumbu za Umbo

Aloi za kumbukumbu za umbo (SMAs) zina majibu ya deformation ya tabia kwa uchochezi wa thermomechanical. Kichocheo cha thermomechanical hutoka kwa joto la juu, uhamishaji, mageuzi thabiti-kwa-imara, nk (awamu ya hali ya juu ya hali ya juu inaitwa austenite, na awamu ya chini ya hali ya joto inaitwa martensite). Mabadiliko ya mara kwa mara ya awamu ya mzunguko husababisha kuongezeka kwa taratibu kwa kutengana, hivyo maeneo ambayo hayajabadilishwa yatapunguza utendaji wa SMA (inayoitwa uchovu wa kazi) na kuzalisha microcracks, ambayo hatimaye itasababisha kushindwa kwa kimwili wakati idadi ni kubwa ya kutosha. Kwa wazi, kuelewa tabia ya maisha ya uchovu wa aloi hizi, kutatua tatizo la chakavu cha sehemu ya gharama kubwa, na kupunguza maendeleo ya nyenzo na mzunguko wa kubuni wa bidhaa zote zitazalisha shinikizo kubwa la kiuchumi.

Uchovu wa thermo-mechanical haujachunguzwa kwa kiasi kikubwa, hasa ukosefu wa utafiti juu ya uenezi wa ufa wa uchovu chini ya mzunguko wa thermo-mechanical. Katika utekelezaji wa mapema wa SMA katika biomedicine, lengo la utafiti wa uchovu lilikuwa maisha ya jumla ya sampuli "zisizo na kasoro" chini ya mizigo ya mitambo ya mzunguko. Katika matumizi yenye jiometri ndogo ya SMA, ukuaji wa nyufa za uchovu una athari ndogo kwa maisha, kwa hivyo utafiti unazingatia kuzuia uanzishaji wa nyufa badala ya kudhibiti ukuaji wake; katika kuendesha gari, kupunguza vibration na maombi ya kunyonya nishati, ni muhimu kupata nguvu haraka. Vipengee vya SMA kwa kawaida huwa vikubwa vya kutosha kudumisha uenezi muhimu wa ufa kabla ya kushindwa. Kwa hivyo, ili kukidhi mahitaji muhimu ya kuegemea na usalama, ni muhimu kuelewa kikamilifu na kukadiria tabia ya ukuaji wa nyufa za uchovu kupitia njia ya uvumilivu wa uharibifu. Utumiaji wa mbinu za uvumilivu wa uharibifu ambazo zinategemea dhana ya mechanics ya fracture katika SMA si rahisi. Ikilinganishwa na metali za miundo ya kitamaduni, kuwepo kwa mpito wa awamu inayoweza kubadilishwa na uunganishaji wa thermo-mechanical huleta changamoto mpya za kuelezea kwa ufanisi uchovu na kuvunjika kwa mzigo mwingi wa SMA.

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Texas A&M nchini Marekani walifanya majaribio kamili ya ukuaji wa ufa wa kimitambo na uchovu katika Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy kwa mara ya kwanza, na wakapendekeza usemi muhimu wa sheria ya nguvu ya aina ya Paris ambayo inaweza kutumika kwa Fit the fatigue. kiwango cha ukuaji wa ufa chini ya kigezo kimoja. Inatokana na hili kwamba uhusiano wa kisayansi na kiwango cha ukuaji wa ufa unaweza kuunganishwa kati ya hali tofauti za upakiaji na usanidi wa kijiometri, ambao unaweza kutumika kama kielezi kinachowezekana cha ukuaji wa ufa katika SMAs. Karatasi inayohusiana ilichapishwa katika Acta Materialia yenye kichwa "Maelezo ya umoja ya ukuaji wa kiteknolojia na uchovu wa uanzishaji katika aloi za kumbukumbu za umbo".

Kiungo cha karatasi:

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

Utafiti huo uligundua kuwa wakati aloi ya Ni50.3Ti29.7Hf20 inajaribiwa kwa mvutano wa uniaxial kwa 180℃, austenite huathirika hasa chini ya kiwango cha chini cha mkazo wakati wa mchakato wa upakiaji, na moduli ya Young ni takriban 90GPa. Wakati dhiki inapofikia kuhusu 300MPa Mwanzoni mwa mabadiliko ya awamu chanya, austenite inabadilika kuwa martensite inayosababishwa na mkazo; wakati wa kupakua, martensite inayosababishwa na mkazo hasa hupitia mabadiliko ya elastic, na moduli ya Young ya takriban 60 GPa, na kisha kubadilika kurudi austenite. Kupitia ujumuishaji, kiwango cha ukuaji wa ufa wa uchovu wa nyenzo za miundo kimewekwa kwa usemi wa sheria ya nguvu ya aina ya Paris.
Mtini.1 BSE picha ya Ni50.3Ti29.7Hf20 aloi ya kumbukumbu ya umbo la joto la juu na usambazaji wa ukubwa wa chembe za oksidi
Mchoro 2 picha ya TEM ya Ni50.3Ti29.7Hf20 aloi ya kumbukumbu ya umbo la joto la juu baada ya matibabu ya joto kwa 550℃×3h
Mtini. 3 Uhusiano kati ya J na da/dN wa ukuaji wa ufa wa kimitambo wa sampuli ya NiTiHf DCT katika 180℃

Katika majaribio katika makala haya, inathibitishwa kuwa fomula hii inaweza kutoshea data ya kiwango cha ukuaji wa ufa kutoka kwa majaribio yote na inaweza kutumia seti sawa ya vigezo. Kipeo cha sheria ya nguvu m ni takriban 2.2. Uchanganuzi wa fracture za uchovu unaonyesha kuwa uenezaji wa nyufa kimitambo na uenezaji wa nyufa ni mipasuko ya nusu-pasuko, na uwepo wa mara kwa mara wa uso wa oksidi ya hafnium umezidisha upinzani wa uenezaji wa nyufa. Matokeo yaliyopatikana yanaonyesha kuwa usemi mmoja wa sheria ya nguvu ya kisayansi unaweza kufikia ulinganifu unaohitajika katika anuwai ya hali ya upakiaji na usanidi wa kijiometri, na hivyo kutoa maelezo ya umoja ya uchovu wa mitambo ya thermo ya aloi za kumbukumbu za umbo, na hivyo kukadiria nguvu inayoendesha.
Mtini. 4 SEM taswira ya kuvunjika kwa kielelezo cha NiTiHf DCT baada ya majaribio ya ukuaji wa ufa ya uchovu wa mitambo ya 180℃
Kielelezo 5 Picha ya SEM ya Kuvunjika ya sampuli ya NiTiHf DCT baada ya kuendesha jaribio la ukuaji wa ufa kutokana na uchovu chini ya mzigo wa mara kwa mara wa 250 N.

Kwa muhtasari, karatasi hii hufanya majaribio ya ukuaji wa ufa wa kimitambo na uchovu kwenye aloi za kumbukumbu za umbo la joto la juu la NiTiHf kwa mara ya kwanza. Kulingana na ujumuishaji wa mzunguko, msemo wa ukuaji wa ufa wa sheria ya Paris wa aina ya Paris unapendekezwa ili kutoshea kasi ya ukuaji wa ufa wa kila jaribio chini ya kigezo kimoja.


Muda wa kutuma: Sep-07-2021