Хэлбэрийн санах ойн хайлш (SMAs) нь термомеханик өдөөлтөд деформацийн шинж чанартай байдаг. Дулааны механик өдөөлт нь өндөр температур, шилжилт хөдөлгөөн, хатуу-хатуу хувирал гэх мэт (өндөр температурт өндөр дарааллын үе шатыг аустенит, бага температурт бага эрэмбийн үе шатыг мартенсит гэж нэрлэдэг) үүсдэг. Давтан циклийн фазын шилжилт нь мултралыг аажмаар нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг тул өөрчлөгдөөгүй хэсгүүд нь SMA-ийн үйл ажиллагааг бууруулж (үйл ажиллагааны ядаргаа гэж нэрлэдэг) бичил хагарал үүсгэх бөгөөд энэ нь тоо хангалттай их байх үед бие махбодийн эвдрэлд хүргэдэг. Мэдээжийн хэрэг, эдгээр хайлшийн ядрах амьдралын шинж чанарыг ойлгох, үнэтэй эд ангиудын хаягдлын асуудлыг шийдвэрлэх, материалын боловсруулалт, бүтээгдэхүүний дизайны мөчлөгийг багасгах нь эдийн засгийн асар их дарамтыг бий болгоно.
Дулааны механик ядаргаа төдийлөн судлагдаагүй, ялангуяа термомеханик мөчлөгийн үед ядаргааны хагарлын тархалтын талаарх судалгаа дутмаг байна. Биоанагаах ухаанд SMA-г эрт нэвтрүүлэх үед ядаргааны судалгааны гол зорилго нь мөчлөгийн механик ачааллын дор "гажиггүй" дээжийн нийт ашиглалтын хугацаа байв. Жижиг SMA геометр бүхий хэрэглээнд ядрах хагарлын өсөлт нь амьдралд бага нөлөө үзүүлдэг тул судалгаа нь хагарлын өсөлтийг хянахаас илүүтэйгээр хагарал үүсэхээс урьдчилан сэргийлэхэд чиглэгддэг; жолоодох, чичиргээ багасгах, эрчим хүч шингээх зэрэгт эрчим хүчийг хурдан авах шаардлагатай. SMA-ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь ихэвчлэн эвдрэлээс өмнө хагарлын тархалтыг хадгалахад хангалттай хэмжээтэй байдаг. Тиймээс найдвартай байдал, аюулгүй байдлын шаардлагатай шаардлагыг хангахын тулд эвдрэлийг тэсвэрлэх аргаар ядаргааны хагарлын өсөлтийн зан чанарыг бүрэн ойлгож, тооцоолох шаардлагатай. SMA-д хугарлын механикийн үзэл баримтлалд тулгуурласан эвдрэлийг тэсвэрлэх аргуудыг хэрэглэх нь тийм ч хялбар биш юм. Уламжлалт бүтцийн металлуудтай харьцуулахад урвуу фазын шилжилт ба термомеханик холболт байгаа нь SMA-ийн ядаргаа, хэт ачааллын хугарлыг үр дүнтэй тодорхойлоход шинэ сорилтуудыг бий болгож байна.
АНУ-ын Техасын A&M их сургуулийн судлаачид анх удаа Ni50.3Ti29.7Hf20 супер хайлш дээр цэвэр механик ба ядаргааны хагарлын өсөлтийн туршилтыг хийж, ядаргааг тохируулахад ашиглаж болох интегралд суурилсан Парисын төрлийн эрчим хүчний хуулийн илэрхийлэлийг санал болгов. нэг параметрийн дор хагарлын өсөлтийн хурд . Үүнээс үзэхэд ан цавын өсөлтийн хурдтай эмпирик хамаарлыг ачааллын янз бүрийн нөхцөл ба геометрийн тохиргооны хооронд тохируулж болох бөгөөд үүнийг SMA-ийн хэв гажилтын хагарлын өсөлтийн боломжит нэгдмэл тодорхойлогч болгон ашиглаж болно. Холбогдох баримт бичгийг Acta Materialia сэтгүүлд "Хэлбэрийн санах ойн хайлш дахь механик ба идэвхжүүлэлтийн ядаргааны хагарлын өсөлтийн нэгдсэн тайлбар" гарчигтайгаар нийтлэв.
Цаасан холбоос:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Судалгаанаас үзэхэд Ni50.3Ti29.7Hf20 хайлшийг 180℃ температурт нэг тэнхлэгт суналтын туршилтанд оруулахад аустенит нь ачааллын явцад бага хүчдэлийн дор уян хатан деформацид ордог ба Янгийн модуль нь 90GPa орчим байдаг. Стресс ойролцоогоор 300МПа хүрэх үед эерэг фазын өөрчлөлтийн эхэнд аустенит нь стрессээс үүдэлтэй мартенсит болж хувирдаг; буулгах үед стрессээс үүдэлтэй мартенсит нь ихэвчлэн 60 ГПа Янгийн модультай уян хатан хэв гажилтанд өртөж, дараа нь аустенит болж хувирдаг. Интеграцийн тусламжтайгаар бүтцийн материалын ядаргааны хагарлын өсөлтийн хурдыг Парисын төрлийн эрчим хүчний хуулийн илэрхийлэлд тохируулсан.
Зураг 1 Ni50.3Ti29.7Hf20 өндөр температурын хэлбэрийн санах ойн хайлш ба ислийн хэсгүүдийн хэмжээ хуваарилалтын BSE зураг
Зураг 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 өндөр температурт хэлбэрийн санах ойн хайлшны 550℃×3 цагийн дулааны боловсруулалтын дараах TEM зураг
Зураг 3 180℃ температурт NiTiHf DCT сорьцын механик ядаргааны хагарлын өсөлтийн J ба da/dN хоорондын хамаарал.
Энэ өгүүлэлд хийсэн туршилтаар энэ томьёо нь бүх туршилтын ядаргааны хагарлын өсөлтийн хурдны өгөгдөлд нийцэж, ижил параметрүүдийг ашиглах боломжтой болох нь батлагдсан. Хүчний хуулийн илтгэгч m нь 2.2 орчим байна. Ядаргааны хугарлын шинжилгээ нь механик хагарлын тархалт ба хөдөлж буй хагарлын тархалт хоёулаа бараг хуваагдмал хугарал бөгөөд гадаргуу дээр гафниумын исэл байнга агуулагдаж байгаа нь хагарлын тархалтын эсэргүүцлийг улам хүндрүүлж байгааг харуулж байна. Хүлээн авсан үр дүн нь нэг эмпирик хүчний хуулийн илэрхийлэл нь ачааллын өргөн хүрээний нөхцөл, геометрийн тохиргоонд шаардлагатай ижил төстэй байдлыг хангаж, улмаар хэлбэрийн санах ойн хайлшийн термомеханик ядаргааны нэгдсэн тайлбарыг өгч, улмаар хөдөлгөгч хүчийг тооцоолох боломжтой болохыг харуулж байна.
Зураг 4. 180℃ механик ядаргааны хагарлын өсөлтийн туршилтын дараах NiTiHf DCT сорьцын хугарлын SEM зураг
Зураг 5 250 Н-ийн тогтмол хэвийсэн ачааллын дор ядрах хагарлын өсөлтийн туршилтыг жолоодсоны дараа NiTiHf DCT сорьцын хугарлын SEM зураг.
Дүгнэж хэлэхэд, энэхүү нийтлэл нь анх удаа никельээр баялаг NiTiHf өндөр температурт санах ойн хайлш дээр цэвэр механик болон жолоодлогын ядаргааны хагарлын өсөлтийн туршилтыг хийж байна. Циклийн интеграцчлалд үндэслэн туршилт бүрийн ядаргааны хагарлын өсөлтийн хурдыг нэг параметрт тохируулахын тулд Парисын төрлийн эрчим хүчний хуулийн хагарлын өсөлтийн илэрхийлэлийг санал болгож байна.
Шуудангийн цаг: 2021 оны 9-р сарын 07