Ang mga shape memory alloy (SMA) ay may katangiang pagtugon sa pagpapapangit sa thermomechanical stimuli. Ang thermomechanical stimuli ay nagmumula sa mataas na temperatura, displacement, solid-to-solid transformation, atbp. (high-temperature high-order phase ay tinatawag na austenite, at low-temperature low-order phase ay tinatawag na martensite). Ang paulit-ulit na cyclic phase transition ay humahantong sa unti-unting pagtaas ng mga dislokasyon, kaya ang mga hindi nabagong lugar ay magbabawas sa functionality ng SMA (tinatawag na functional fatigue) at magbubunga ng mga microcrack, na kalaunan ay hahantong sa pisikal na pagkabigo kapag ang bilang ay sapat na. Malinaw, ang pag-unawa sa pag-uugali ng nakakapagod na buhay ng mga haluang metal na ito, paglutas sa problema ng mamahaling bahagi ng scrap, at pagbabawas ng pag-unlad ng materyal at cycle ng disenyo ng produkto ay magbubunga ng malaking pang-ekonomiyang presyon.
Ang Thermo-mechanical fatigue ay hindi pa na-explore sa malaking lawak, lalo na ang kakulangan ng pananaliksik sa fatigue crack propagation sa ilalim ng thermo-mechanical cycles. Sa maagang pagpapatupad ng SMA sa biomedicine, ang focus ng fatigue research ay ang kabuuang buhay ng mga sample na "walang depekto" sa ilalim ng cyclic mechanical load. Sa mga application na may maliit na geometry ng SMA, ang paglaki ng fatigue crack ay may kaunting epekto sa buhay, kaya ang pananaliksik ay nakatuon sa pagpigil sa pagsisimula ng crack sa halip na kontrolin ang paglaki nito; sa pagmamaneho, pagbabawas ng panginginig ng boses at mga aplikasyon ng pagsipsip ng enerhiya, kinakailangan upang mabilis na makakuha ng kapangyarihan. Ang mga bahagi ng SMA ay karaniwang sapat na malaki upang mapanatili ang makabuluhang pagpapalaganap ng crack bago mabigo. Samakatuwid, upang matugunan ang kinakailangang pagiging maaasahan at mga kinakailangan sa kaligtasan, kinakailangan upang lubos na maunawaan at mabilang ang pag-uugali ng paglaki ng crack ng pagkapagod sa pamamagitan ng paraan ng pagpaparaya sa pinsala. Ang aplikasyon ng mga paraan ng pagpaparaya sa pinsala na umaasa sa konsepto ng mga mekanika ng bali sa SMA ay hindi simple. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na structural metal, ang pagkakaroon ng reversible phase transition at thermo-mechanical coupling ay nagdudulot ng mga bagong hamon upang epektibong ilarawan ang pagkapagod at labis na karga na bali ng SMA.
Ang mga mananaliksik mula sa Texas A&M University sa United States ay nagsagawa ng purong mechanical at driven fatigue crack growth na mga eksperimento sa Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy sa unang pagkakataon, at nagmungkahi ng integral-based na Paris-type na power law expression na magagamit para sa Fit the fatigue crack growth rate sa ilalim ng isang parameter. Napaghihinuha mula dito na ang empirical na relasyon sa rate ng paglago ng crack ay maaaring maiakma sa pagitan ng iba't ibang kondisyon ng paglo-load at geometric na pagsasaayos, na maaaring magamit bilang isang potensyal na pinag-isang descriptor ng paglaki ng deformation crack sa mga SMA. Ang kaugnay na papel ay nai-publish sa Acta Materialia na may pamagat na "Isang pinag-isang paglalarawan ng mekanikal at actuation fatigue crack growth sa hugis memory alloys".
Link ng papel:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Natuklasan ng pag-aaral na kapag ang Ni50.3Ti29.7Hf20 na haluang metal ay sumailalim sa uniaxial tensile test sa 180 ℃, ang austenite ay higit sa lahat ay elastically deformed sa ilalim ng mababang antas ng stress sa panahon ng proseso ng paglo-load, at ang modulus ng Young ay humigit-kumulang 90GPa. Kapag ang stress ay umabot sa humigit-kumulang 300MPa Sa simula ng positibong phase transformation, ang austenite ay nagbabago sa stress-induced martensite; kapag nag-a-unload, ang stress-induced martensite ay pangunahing sumasailalim sa elastic deformation, na may Young's modulus na humigit-kumulang 60 GPa, at pagkatapos ay nagbabago pabalik sa austenite. Sa pamamagitan ng pagsasama, ang rate ng paglago ng fatigue crack ng mga materyales sa istruktura ay iniakma sa expression ng batas ng kapangyarihan na uri ng Paris.
Fig.1 BSE na imahe ng Ni50.3Ti29.7Hf20 mataas na temperatura hugis memory alloy at laki ng pamamahagi ng mga particle ng oxide
Figure 2 TEM na imahe ng Ni50.3Ti29.7Hf20 mataas na temperatura hugis memory alloy pagkatapos ng heat treatment sa 550℃×3h
Fig. 3 Ang relasyon sa pagitan ng J at da/dN ng mechanical fatigue crack growth ng NiTiHf DCT specimen sa 180 ℃
Sa mga eksperimento sa artikulong ito, napatunayang maaaring magkasya ang formula na ito sa data ng rate ng paglago ng fatigue crack mula sa lahat ng mga eksperimento at maaaring gumamit ng parehong hanay ng mga parameter. Ang power law exponent m ay tungkol sa 2.2. Ipinapakita ng pagsusuri ng fatigue fracture na ang parehong mekanikal na pagpapalaganap ng crack at ang pagmamaneho ng crack propagation ay mga quasi-cleavage fracture, at ang madalas na pagkakaroon ng surface hafnium oxide ay nagpalala sa crack propagation resistance. Ang nakuha na mga resulta ay nagpapakita na ang isang solong empirical power law expression ay maaaring makamit ang kinakailangang pagkakatulad sa isang malawak na hanay ng mga kondisyon ng paglo-load at geometric na mga pagsasaayos, sa gayon ay nagbibigay ng isang pinag-isang paglalarawan ng thermo-mechanical na pagkapagod ng mga haluang metal ng memorya ng hugis, sa gayon ay tinatantya ang puwersang nagtutulak.
Fig. 4 SEM image ng fracture ng NiTiHf DCT specimen pagkatapos ng 180 ℃ mechanical fatigue crack growth experiment
Figure 5 Fracture SEM image ng NiTiHf DCT specimen pagkatapos ng pagmamaneho ng fatigue crack growth experiment sa ilalim ng pare-parehong bias load na 250 N
Sa buod, ang papel na ito ay nagsasagawa ng purong mekanikal at pagmamaneho ng mga eksperimento sa paglaki ng crack na nakakapagod sa nickel sa NiTiHf na may mataas na temperatura na hugis ng memory alloy sa unang pagkakataon. Batay sa cyclic integration, iminungkahi ang isang Paris-type na power-law crack growth expression upang magkasya ang fatigue crack growth rate ng bawat eksperimento sa ilalim ng iisang parameter
Oras ng post: Set-07-2021