शीर्ष धातु पत्रिका "एक्टा मटेरियलिया": शेप मेमोरी अलॉयज का थकान क्रैक ग्रोथ बिहेवियर

आकार स्मृति मिश्र धातु (एसएमए) में थर्मोमेकेनिकल उत्तेजनाओं के लिए एक विशिष्ट विरूपण प्रतिक्रिया होती है। थर्मोमेकेनिकल उत्तेजनाएं उच्च तापमान, विस्थापन, ठोस-से-ठोस परिवर्तन, आदि से उत्पन्न होती हैं। (उच्च तापमान वाले उच्च-क्रम चरण को ऑस्टेनाइट कहा जाता है, और निम्न-तापमान निम्न-क्रम चरण को मार्टेंसाइट कहा जाता है)। बार-बार होने वाले चक्रीय चरण संक्रमण से अव्यवस्थाओं में क्रमिक वृद्धि होती है, इसलिए अनियंत्रित क्षेत्र एसएमए (कार्यात्मक थकान कहा जाता है) की कार्यक्षमता को कम कर देंगे और माइक्रोक्रैक का उत्पादन करेंगे, जो अंततः संख्या के काफी बड़े होने पर शारीरिक विफलता का कारण बनेंगे। जाहिर है, इन मिश्र धातुओं के थकान जीवन व्यवहार को समझना, महंगे घटक स्क्रैप की समस्या को हल करना, और सामग्री विकास और उत्पाद डिजाइन चक्र को कम करना सभी भारी आर्थिक दबाव उत्पन्न करेंगे।

थर्मो-मैकेनिकल थकान का काफी हद तक पता नहीं चला है, विशेष रूप से थर्मो-मैकेनिकल चक्रों के तहत थकान दरार प्रसार पर शोध की कमी। बायोमेडिसिन में एसएमए के प्रारंभिक कार्यान्वयन में, थकान अनुसंधान का फोकस चक्रीय यांत्रिक भार के तहत "दोष मुक्त" नमूनों का कुल जीवन था। छोटे एसएमए ज्यामिति वाले अनुप्रयोगों में, थकान दरार वृद्धि का जीवन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, इसलिए अनुसंधान इसके विकास को नियंत्रित करने के बजाय दरार की शुरुआत को रोकने पर केंद्रित है; ड्राइविंग, कंपन में कमी और ऊर्जा अवशोषण अनुप्रयोगों में, जल्दी से बिजली प्राप्त करना आवश्यक है। एसएमए घटक आमतौर पर विफलता से पहले महत्वपूर्ण दरार प्रसार को बनाए रखने के लिए काफी बड़े होते हैं। इसलिए, आवश्यक विश्वसनीयता और सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, क्षति सहिष्णुता विधि के माध्यम से थकान दरार वृद्धि व्यवहार को पूरी तरह से समझना और मापना आवश्यक है। एसएमए में फ्रैक्चर यांत्रिकी की अवधारणा पर निर्भर क्षति सहनशीलता विधियों का अनुप्रयोग सरल नहीं है। पारंपरिक संरचनात्मक धातुओं की तुलना में, प्रतिवर्ती चरण संक्रमण और थर्मो-मैकेनिकल युग्मन का अस्तित्व एसएमए की थकान और अधिभार फ्रैक्चर का प्रभावी ढंग से वर्णन करने के लिए नई चुनौतियां पेश करता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पहली बार Ni50.3Ti29.7Hf20 सुपरएलॉय में शुद्ध यांत्रिक और संचालित थकान दरार वृद्धि प्रयोग किए, और एक अभिन्न-आधारित पेरिस-प्रकार की शक्ति कानून अभिव्यक्ति का प्रस्ताव दिया जिसका उपयोग थकान को फिट करने के लिए किया जा सकता है। एकल पैरामीटर के तहत विकास दर में दरार। इससे यह अनुमान लगाया जाता है कि दरार वृद्धि दर के साथ अनुभवजन्य संबंध को विभिन्न लोडिंग स्थितियों और ज्यामितीय विन्यासों के बीच फिट किया जा सकता है, जिसका उपयोग एसएमए में विरूपण दरार वृद्धि के संभावित एकीकृत विवरणक के रूप में किया जा सकता है। संबंधित पेपर एक्टा मटेरियलिया में "शेप मेमोरी एलॉयज में मैकेनिकल और एक्चुएशन थकान दरार वृद्धि का एक एकीकृत विवरण" शीर्षक के साथ प्रकाशित किया गया था।

पेपर लिंक:

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

अध्ययन में पाया गया कि जब Ni50.3Ti29.7Hf20 मिश्र धातु को 180 ℃ पर एक अक्षीय तन्यता परीक्षण के अधीन किया जाता है, तो ऑस्टेनाइट मुख्य रूप से लोडिंग प्रक्रिया के दौरान कम तनाव स्तर के तहत लोचदार रूप से विकृत हो जाता है, और यंग का मापांक लगभग 90GPa होता है। जब तनाव लगभग 300MPa तक पहुँच जाता है सकारात्मक चरण परिवर्तन की शुरुआत में, ऑस्टेनाइट तनाव-प्रेरित मार्टेंसाइट में बदल जाता है; जब उतराई, तनाव-प्रेरित मार्टेंसाइट मुख्य रूप से लगभग 60 GPa के यंग मापांक के साथ लोचदार विरूपण से गुजरता है, और फिर वापस ऑस्टेनाइट में बदल जाता है। एकीकरण के माध्यम से, संरचनात्मक सामग्री की थकान दरार वृद्धि दर पेरिस-प्रकार की शक्ति कानून अभिव्यक्ति के लिए फिट की गई है।
Fig.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 उच्च तापमान आकार स्मृति मिश्र धातु और ऑक्साइड कणों के आकार वितरण की बीएसई छवि
चित्रा 2 550 ℃ × 3 घंटे पर गर्मी उपचार के बाद Ni50.3Ti29.7Hf20 उच्च तापमान आकार स्मृति मिश्र धातु की टीईएम छवि
अंजीर। 3 180 ℃ पर NiTiHf DCT नमूने की यांत्रिक थकान दरार वृद्धि के J और da / dN के बीच संबंध

इस लेख में प्रयोगों में, यह साबित हुआ है कि यह सूत्र सभी प्रयोगों से थकान दरार वृद्धि दर डेटा फिट कर सकता है और मापदंडों के एक ही सेट का उपयोग कर सकता है। पावर लॉ एक्सपोनेंट एम लगभग 2.2 है। थकान फ्रैक्चर विश्लेषण से पता चलता है कि यांत्रिक दरार प्रसार और ड्राइविंग दरार प्रसार दोनों अर्ध-दरार फ्रैक्चर हैं, और सतह हेफ़नियम ऑक्साइड की लगातार उपस्थिति ने दरार प्रसार प्रतिरोध को बढ़ा दिया है। प्राप्त परिणामों से पता चलता है कि एक एकल अनुभवजन्य शक्ति कानून अभिव्यक्ति लोडिंग स्थितियों और ज्यामितीय विन्यासों की एक विस्तृत श्रृंखला में आवश्यक समानता प्राप्त कर सकती है, जिससे आकार स्मृति मिश्र धातुओं की थर्मो-मैकेनिकल थकान का एकीकृत विवरण प्रदान किया जा सकता है, जिससे ड्राइविंग बल का अनुमान लगाया जा सकता है।
अंजीर। 180 ℃ यांत्रिक थकान दरार वृद्धि प्रयोग के बाद NiTiHf DCT नमूने के फ्रैक्चर की 4 SEM छवि
चित्रा 5 250 N के निरंतर पूर्वाग्रह भार के तहत थकान दरार वृद्धि प्रयोग चलाने के बाद NiTiHf DCT नमूने की फ्रैक्चर SEM छवि

संक्षेप में, यह पेपर पहली बार निकेल-समृद्ध NiTiHf उच्च तापमान आकार मेमोरी मिश्र धातुओं पर शुद्ध यांत्रिक और ड्राइविंग थकान दरार वृद्धि प्रयोगों का संचालन करता है। चक्रीय एकीकरण के आधार पर, एक एकल पैरामीटर के तहत प्रत्येक प्रयोग की थकान दरार वृद्धि दर को फिट करने के लिए पेरिस-प्रकार की शक्ति-कानून दरार वृद्धि अभिव्यक्ति का प्रस्ताव है


पोस्ट करने का समय: सितंबर-07-2021