Vormgeheue-legerings (SMA's) het 'n kenmerkende vervormingsreaksie op termomeganiese stimuli. Termomeganiese stimuli ontstaan uit hoë temperatuur, verplasing, vastestof-tot-vaste stof transformasie, ens. (hoë-temperatuur hoë-orde fase word austeniet genoem, en lae-temperatuur lae-orde fase word martensiet genoem). Herhaalde sikliese fase-oorgange lei tot 'n geleidelike toename in ontwrigtings, so die ongetransformeerde areas sal die funksionaliteit van die SMA (genoem funksionele moegheid) verminder en mikrokrake produseer, wat uiteindelik tot fisiese mislukking sal lei wanneer die getal groot genoeg is. Dit is duidelik dat die begrip van die vermoeidheidslewe-gedrag van hierdie legerings, die oplossing van die probleem van duur komponentskrot, en die vermindering van die materiaalontwikkeling en produkontwerpsiklus alles groot ekonomiese druk sal veroorsaak.
Termo-meganiese moegheid is nie in 'n groot mate ondersoek nie, veral die gebrek aan navorsing oor moegheidskrake voortplanting onder termomeganiese siklusse. In die vroeë implementering van SMA in biogeneeskunde, was die fokus van moegheidsnavorsing die totale leeftyd van "defekvrye" monsters onder sikliese meganiese belasting. In toepassings met klein SMA-geometrie het moegheidskraakgroei min effek op lewe, daarom fokus die navorsing op die voorkoming van krakinisiasie eerder as om die groei daarvan te beheer; in bestuur, vibrasie vermindering en energie absorpsie toepassings, is dit nodig om vinnig krag te verkry. SMA-komponente is gewoonlik groot genoeg om beduidende kraakvoortplanting te handhaaf voor mislukking. Daarom, om aan die nodige betroubaarheids- en veiligheidsvereistes te voldoen, is dit nodig om die groeigedrag van moegheidskraak ten volle te verstaan en te kwantifiseer deur die skadetoleransiemetode. Die toepassing van skadetoleransiemetodes wat op die konsep van breukmeganika in SMA staatmaak, is nie eenvoudig nie. In vergelyking met tradisionele strukturele metale, stel die bestaan van omkeerbare fase-oorgang en termomeganiese koppeling nuwe uitdagings om die moegheid en oorladingsbreuk van SMA effektief te beskryf.
Navorsers van die Texas A&M Universiteit in die Verenigde State het vir die eerste keer suiwer meganiese en gedrewe moegheidskraakgroei-eksperimente in Ni50.3Ti29.7Hf20 superlegering uitgevoer en 'n integraal-gebaseerde Parys-tipe kragwet uitdrukking voorgestel wat gebruik kan word vir Fit the fatigue kraakgroeitempo onder 'n enkele parameter. Hieruit word afgelei dat die empiriese verband met kraakgroeitempo gepas kan word tussen verskillende lastoestande en geometriese konfigurasies, wat gebruik kan word as 'n potensiële verenigde beskrywer van vervormingskraakgroei in SMA's. Die verwante artikel is in Acta Materialia gepubliseer met die titel "'n Verenigde beskrywing van meganiese en aktuasie-moegheidskraakgroei in vormgeheue-legerings".
Papier skakel:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Die studie het bevind dat wanneer Ni50.3Ti29.7Hf20-legering aan eenassige trektoets by 180℃ onderwerp word, die austeniet hoofsaaklik elasties vervorm word onder lae spanningsvlak tydens die laaiproses, en die Young se modulus is ongeveer 90GPa. Wanneer die spanning ongeveer 300MPa bereik Aan die begin van die positiewe fase transformasie, transformeer austeniet in stres-geïnduseerde martensiet; wanneer dit afgelaai word, ondergaan stresgeïnduseerde martensiet hoofsaaklik elastiese vervorming, met 'n Young se modulus van ongeveer 60 GPa, en transformeer dan terug na austeniet. Deur integrasie is die groeitempo van moegheidskraak van strukturele materiale aangepas by die Parys-tipe kragwet uitdrukking.
Fig.1 BSE beeld van Ni50.3Ti29.7Hf20 hoë temperatuur vormgeheue legering en grootte verspreiding van oksieddeeltjies
Figuur 2 TEM-beeld van Ni50.3Ti29.7Hf20 hoë temperatuur vormgeheue legering na hittebehandeling by 550℃×3h
Fig. 3 Die verwantskap tussen J en da/dN van meganiese moegheidskraakgroei van NiTiHf DCT-monster by 180℃
In die eksperimente in hierdie artikel is dit bewys dat hierdie formule die groeikoersdata van moegheidskraak kan pas van alle eksperimente en dieselfde stel parameters kan gebruik. Die drywingsweteksponent m is ongeveer 2,2. Moegheidsfraktuuranalise toon dat beide meganiese kraakvoortplanting en dryfkragvoortplanting kwasi-splitsingsfrakture is, en die gereelde teenwoordigheid van oppervlak hafniumoksied het die kraakvoortplantingsweerstand vererger. Die verkrygde resultate toon dat 'n enkele empiriese kragwet-uitdrukking die vereiste ooreenkoms in 'n wye reeks laaitoestande en geometriese konfigurasies kan bereik, en daardeur 'n verenigde beskrywing van die termomeganiese moegheid van vormgeheue-legerings verskaf, en daardeur die dryfkrag skat.
Fig. 4 SEM-beeld van die breuk van NiTiHf DCT-monster na 180℃ meganiese moegheidskraakgroei-eksperiment
Figuur 5 Breuk SEM-beeld van NiTiHf DCT-monster na aandryf van moegheidskraakgroei-eksperiment onder konstante voorspanningslas van 250 N
Ter opsomming, hierdie vraestel voer vir die eerste keer suiwer meganiese en dryfvermoeidheidskraakgroei-eksperimente op nikkelryke NiTiHf hoëtemperatuur-vormgeheue-legerings uit. Gebaseer op sikliese integrasie, word 'n Parys-tipe krag-wet kraakgroei-uitdrukking voorgestel om die moegheidskraakgroeitempo van elke eksperiment onder 'n enkele parameter te pas
Postyd: Sep-07-2021