بررسی رفتار کششی و تأثیر عملیات حرارتی بر رفتار سوپرالاستیک آلیاژ حافظه دار نیکل-تیتانیوم

چکیده آلیاژ حافظه دار niti به دلیل استحاله های فازی غیر نفوذی و برگشت پذیر که بین فازهای آستنیتی و مارتنزیتی آن رخ می دهد از ویژگی های منحصر به فرد حافظه داری و سوپرالاستیسیته برخوردار است که آن را از دیگر مواد متمایز می کند. وجود هر یک از این ویژگی ها در آلیاژ وابسته به دمای کابرد آن است و با توجه به دماهای بحرانی استحاله مارتنزیتی، ممکن است در برخی دماها فقط یکی از اثرات یا هردوی آنها مشاهده شوند. به همین دلیل جهت استفاده از این آلیاژها در دماهای خاص، دماهای بحرانی آن ها را توسط روش های مختلف ترمومکانیکی و پیرسازی و استفاده از عناصر آلیاژی و یا تغییر مقدار نیکل و تیتانیوم، تنظیم می کنند. در این تحقیق تأثیر عملیات مکانیکی و عملیات حرارتی بر رفتار سوپرالاستیک سیم حافظه دار niti که در دمای اتاق در فاز آستنیت قرار داشت بررسی شد. برای این منظور از آزمایش کشش سیکلی (به صورت بارگذاری و باربرداری) و کالریمتری روبشی افتراقی (differential scanning calorimetry) جهت بررسی رفتار استحاله مارتنزیتی استفاده شد. همچنین ریزساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (scanning electron microscopy) بررسی شد. آزمون کشش روی نمونه اولیه نشان داد که این نمونه در دمای اتاق رفتار سوپرالاستیک را به خوبی نشان می دهد. تصویر sem نمونه اولیه نشان داد که رسوبات ریز ni4ti3 در فاز آستنیت پراکنده شده اند. آزمون dsc رفتار استحاله دومرحله ای b2?r?b19? را در نمونه اولیه نشان داد. آزمون dsc نمونه تغییرشکل یافته نشان داد که پیک های استحاله های b2?r?b19? به صورت چندمرحله ای و نسبتاً پهن پدیدار شده اند. از آنجا که رفتار سوپرالاستیک با شرایط مختلف بارگذاری تغییر می کند آزمون کشش در دامنه های کرنش 5% تا 10% و نرخ های کرنش /min006/0 تا /min 2/1 روی این سیم ها انجام شد. با افزایش نرخ کرنش، ناحیه تنش ثابت در مرحله بارگذاری به سمت بالا جابجا شد و ناحیه تنش ثابت در مرحله باربرداری ابتدا به سمت پایین و سپس به بالا جابجا شد. همچنین با افزایش نرخ کرنش، کرنش دائمی افزایش و کرنش سوپرالاستیک ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. در بخش آخر تأثیر عملیات حرارتی آنیل در دماهای °c300، تا °c750 و زمان های h5/0 و h3 بر رفتار استحاله نمونه ها بررسی شد. نتایج نشان داد که آنیل در دمای °c300 و زمان h5/0 منجر به بهبود رفتار سوپرالاستیک می شود و آنیل در دمای °c450 و زمان h3 موجب به وجود آمدن اثر حافظه داری می شود. ریزساختار نمونه های آنیل شده نشان داد که آنیل در دماهای °c600 و بالاتر منجر به تبلور مجدد و رشد سریع دانه ها می شود و آنیل در دمای °c750 موجب حل شدن رسوبات ni4ti3 در فاز زمینه و شکل گیری رسوبات ni3ti2 می شود.