ساخت و ارزیابی خواص ابرکشسانی و حافظه داری آلیاژ tinico نانوساختار شده به روش ترمومکانیکی

در این پژوهش تأثیر عملیات ترمومکانیکی بر تحولات ریزساختاری، رفتار استحاله ای و خواص ابرکشسانی و حافظه داری آلیاژهای ti50ni50 و tinico مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نقایص روش های ذوب القایی در خلأ (از قبیل جذب کربن از بوته گرافیتی توسط مذاب و ایجاد رسوبات tic در ساختار) و ذوب قوسی در خلأ (از قبیل عدم تلاطم مذاب و در نتیجه ایجاد جدایش و نیاز به تکرار چندین باره عملیات ذوب)، در این پژوهش از روش ذوب القایی تحت خلأ در قایقک مسی برای ریخته گری شمش های اولیه آلیاژ ti50ni50 و آلیاژهای ti50ni50-xcox با مقادیر مختلف کسر اتمی کبالت (8 و4و2=x) استفاده شد. ویژگی این روش عدم واکنش مذاب با بوته، تلاطم مناسب مذاب و یکنواختی ترکیب شیمیایی شمش تولیدی می باشد. شمش های تولیدی بعد از مرحله همگن سازی، تحت عملیات نورد گرم، نورد سرد و آنیل قرار گرفتند. در هر مرحله تحولات فازی، ریزساختاری و خواص مکانیکی نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به کاهش شدید دماهای استحاله در آلیاژهای سه تایی با بیش از 2% اتمی کبالت و تشکیل فاز مارتنزیت b19 در دماهای کمتر از ℃60- و ℃150- به ترتیب برای آلیاژهای حاوی 4% و 8% اتمی کبالت، لذا میزان بهینه کبالت در آلیاژ ti50ni50-xcox، 2% اتمی در نظر گرفته شد. نتایج آزمون آنالیز حرارتی dsc بر روی آلیاژ ti50ni48co2 نشان داد که این آلیاژ دارای استحاله b2→r→b19حین سردکردن می باشد و دماهای استحاله آن در مقایسه با آلیاژ ti50ni50 کمتر است. بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) نشان داد که در اثر نورد سرد، مخلوطی از فازهای آمورف و نانوساختار در هر دو آلیاژ ti50ni50 و ti50ni48co2 ایجاد می شود. مشخص شد که تغییرشکل پلاستیکی شدید حین نورد سرد منجر به ایجاد چگالی بالایی از نابجایی ها در ریزساختار آلیاژ شده و به دنبال انباشته شدن نابجایی ها در پشت مرزهای دوقلویی، ساختار نانوکریستال تشکیل می گردد. در ادامه با افزایش میزان کرنش اعمالی و در نتیجه زیاد شدن چگالی نابجایی ها، ساختار کریستالی ماده تخریب و فاز آمورف تشکیل می شود. با افزایش میزان نورد سرد در آلیاژهای ti50ni50 و ti50ni48co2 از 20 تا 70%، بر استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی آلیاژها افزوده و از انعطاف پذیری آن ها کاسته شد. در هر دو آلیاژ استحکام نهایی نمونه نورد سرد شده به میزان 70% کاهش ضخامت به بیش از mpa 1800 رسید. بررسی های انجام شده به کمک tem نشان داد که با انجام عملیات آنیل در دمای ℃400 بر روی نمونه های نورد سرد شده حاوی فاز آمورف، آلیاژهای نانوساختار ti50ni50 و ti50ni48co2 با اندازه دانه بین 10 تا 70 نانومتر تولید می شود. بررسی های انجام شده با استفاده از آنالیز حرارتی غیرهمدما نشان داد که مکانیزم کریستالیزاسیون فاز آمورف در نمونه های نورد سرد شده را می توان به صورت رشد فصل مشترک کنترل دانه های نانومتری هم محور در زمینه آمورف دانست که در این میان ذرات نانوکریستالی به جای مانده از مرحله نورد سرد درون فاز آمورف به صورت مکان های هسته گذاری ناهمگن عمل می نمایند. نتایج نشان داد که انجام عملیات نورد سرد-آنیل و ایجاد ساختار نانوکریستال در آلیاژ هایti50ni50 وti50ni48co2 منجر به بهبود قابل ملاحظه ای در رفتار مکانیکی آلیاژ چه از لحاظ وسیع تر شدن ناحیه مسطح تنش در نمودار تنش-کرنش و چه از لحاظ افزایش تنش لازم جهت استحاله آستنیت به مارتنزیت(δsim) می گردد. در آلیاژهایti50ni50 وti50ni48co2 نورد سرد شده به میزان 70% کاهش ضخامت و آنیل شده، مقدار δsim به ترتیب به حدود mpa 615 و mpa 730 رسید. در آزمون ابرکشسانی، با افزایش میزان کاهش ضخامت حین عملیات نورد سرد، به طور پیوسته از میزان کرنش باقیمانده در نمونه های نورد سرد-آنیل شده کاسته شد به طوری که در نمونه های نورد سرد شده به میزان 70% و آنیل شده، پس از باربرداری کرنش نسبتاً بزرگی به میزان 12% بازیابی شد. بهبود مشاهده شده در خاصیت ابرکشسانی آلیاژهایti50ni50 وti50ni48co2 ناشی از افزایش مقاومت لغزشی فاز آستنیت در اثر انجام عملیات ترمومکانیکی و ایجاد ساختار نانوکریستال می باشد. همچنین آلیاژهای ti50ni50 و ti50ni48co2 نانوساختار دارای بازده ذخیره سازی انرژی و قابلیت جذب انرژی بیشتری در مقایسه با آلیاژ ti50ni50 درشت دانه بودند. با افزایش درصد کاهش ضخامت در نمونه های نورد سرد-آنیل شده، میزان بازیابی کرنش ناشی از اثر حافظه داری نیز بهبود یافت به طوری که در نمونه های ti50ni50 با کاهش ضخامت بیش از 40% و در نمونه های ti50ni48co2 با کاهش ضخامت بیش از 30%، تمامی تغییرشکل ایجاد شده در نمونه ها پس از گرم کردن بازیابی شد. مقایسه داده های مربوط به آزمون ابرکشسانی و حافظه داری آلیاژهای ti50ni50 و ti50ni48co2 نشان دهنده تأثیر قابل توجه کبالت در بهبود خواص آلیاژ نایتینول بود، به طوری که نمونه های ti50ni48co2 دارای میزان سطح تنش استحاله و کرنش قابل بازیابی بزرگتری نسبت به نمونه های ti50ni50 بودند. این موضوع ناشی از تأثیر کبالت در افزایش استحکام آلیاژ در برابر تغییرشکل از طریق مکانیزم لغزش است.