تأثير فرآيند تبلور مجدد و پيرسازي بر رفتار سوپرالاستيسيته و استحالهي مارتنزيتي در سيمهاي حافظهدار NiTi غني از نيكل

كامل كاظمي چوبي1، جعفر خليل علافي2 ، وحيد عباسي چيانه3
دانشجوي كارشناسي ارشد، مركز تحقيقات مواد پيشرفته، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي سهند، تبريز،ايران
دانشيار، مركز تحقيقات مواد پيشرفته، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي سهند، تبريز،ايران
دانشجوي دكتري، مركز تحقيقات مواد پيشرفته، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي سهند، تبريز،ايران
K.Kazemi.Ch@Gmail.com
Allafi@sut.ac.ir
Vahid61abbasi@Gmail.com
(تاريخ دريافت: 16/01/1390، تاريخ پذيرش: 08/04/1390)

چكيده
در تحقي ق حاض ر ت أثير عملي ات حرارت ي آني ل و ه مچن ين عملي ات پيرس ازي پ س از عملي ات حرارت ي آني ل ب ر روي رفت ارسوپرالاستيسيتهي آلياژ 40 و 60 درصد كارسرد شده نيكل-تيتانيم غني از نيكل مورد تحقيق و مطالعـه قـرار گرفـت. بـراي ارزيـابيرفتار سوپرالاستيسيته ، آزمايش كشش در دمايC °37 با سرعت حركت فك برابر باmm/min 1/0 و تا كرنش اعمـالي 5/5 درصـداستفاده ش د. نتايج نشان داد كه در حضور دانههاي ريز ناشي از تبلور مجدد در ريزساختار آلياژ، رفتار سوپرالاستيسيته بهبود مـي يابـدولي همواره مقدار تقريبي 2% كرنش باقي مانده در منحني تنش-كرنش نمونهها مشاهده ميشود. در حضور تلفيق ي از دانههـاي ريـزتبلورمجدد يافته، ناشي از عمليات حرارتي آنيل، همچنين رسوبات 3Ni4Ti، ناشي از عمليات پيرسازي پس از فرآيند آنيـل، بهتـرينرفتار سوپرالاستيسيته بدون هيچ كرنش باقي ماندهاي مشاهده مي گردد. نتايج نشان دادند كه تغيير اندازهي دانه ها موجب تغيير توزيع رسوبات درون ريزساختار شده كه اين امر باعث تغيير در دماهاي استحاله ميگردد. بنابراين ميتوان بيان كرد كـه بـا تغييـر انـدازهي دانهها در طي فرآيند آنيل و با انجام پيرسازي متعاقب آن، ميتوان دماهاي استحاله را كنترل نمود.

واژه هاي كليدي:
تبلور مجدد، سوپرالاستيسيتهي، آلياژ حافظهدار NiTi، دماهاي استحاله

1- مقدمه
آلياژهاي حافظه دارNiTi دسته اي از مواد هوشمندي هستند كـهبدليل دارا بودن خواص منحـصر بفـردي ماننـد اثـر حافظـهداري حرارتي، خاصـيت سوپرالاستيـسيته و هـمچنـين قابليـت زيـستس ازگاري ب الا كاربرده اي متن وعي دارن د ك ه مهمت رين اي ن كاربردها در تجهيزات پزشكي ميباشد. اثر حافظهداري حرارتيتوانـايي م اده ب راي بازي ابي مق ادير ب الاي ك رنش ب ه هنگ امگرمايش، پس از تغيير شكل در دماي پايين ميباشد. درحاليكـهاث ر سوپرالاستي سيته توان ايي م اده ب راي بازي ابي مق ادير ب الاي كرنش بلافاصله پس از حذف بار مكانيكي ميباشد [1].
اث ر حافظ هداري و سوپرالاستي سيته را م يت وان ب ه انج ام ي ك استحالهي مارتنزيتي ترموالاستيك كـه در آلياژهـاي حافظـهدار NiTi بوق وع م يپيون دد، ن سبت داد. ب دين ترتي ب ك ه در اث ر سرمايش آلياژ، فاز دما بالاي آستنيت بـا سـاختار كريـستاليB2 (مكعبي)، به فاز دما پايين مارتنزيت بـا سـاختار كريـستاليB19
(مونوكلينيك) تبديل شـده و در مرحلـهي گرمـايش اسـتحالهي معكوس صورت ميپذيرد [2].
همچنين در بعضي از شرايط خاص يـك فـاز مـارتنزيتي ميـاني،بنام فازR ، با ساختار كريستالي تريگونـال در ريـزسـاختار آليـاژبوجود ميآيد. تحت اين شرايط ابتدا فاز آستنيت در دمـاي بـالابه فاز ميانيR تبـديل مـيشـود و سـپس ايـن فـاز ميـاني بـه فـازمارتنزيت در دماي پايين تبديل ميگردد. جهت بهبـود خـواصحافظهداري و سوپرالاستيسيته در ايـن آلياژهـا مـيبايـست تغييـرحالت مارتنزيتي از طريق تشكيل دوقلوها انجام گيـرد بـه همـين خاطر تنش مورد نياز براي وقوع پديده لغزش را بايستي افـزايشداد. به م نظور نائل شدن به اين هدف، انجـام عمليـات كارسـرد،ريز كردن دانهها و عمليـات پيرسـازي از روشهـاي متـداول بـه شمار ميآيند [1 و 3].
در طــي پيرســازي آليــاژNiTi ، رســوبات شــبه پايــدار ريــز و كوهرن ت 3Ni4Ti ب صورت عدس ي ش كل، ب ر روي ص فحات{111} ف از آس تنيت بوج ود م ـي آين د [4]. در ش رايط آني لمحلولي شده و در غياب اين رسوبات، استحالهي تك مرحلهاي آستنيت به مارتنزيت، در مرحلهي سـرمايش بوقـوع مـيپيونـدد . درحاليكه در حضور رسوبات 3Ni4Ti مقاومت بـسيار زيـادي در شبكه و در برابر وقـوع اسـتحالهي مارتنزيـت بـه وجـود آمـده واستحالهي آستنيت به مارتنزيت نميتواند بصورت مستقيم بوقوع بپيون دد. بن ابراين ابت دا آس تنيت ب ه ف از R و س پس ف از R ب ه مارتنزيت متحول ميشود [1 و 3].
رسوبات تشكيل شده بـر دماهـاي اسـتحاله و خـواص مكـانيكيتأثير مي گذارند [4 و 7]. از طرفـي انـدازه دانـههـا نيـز در توزيـعرسوبات تأثير ميگذارد و رفتـار سوپرالاستيـسيته و حافظـهداري را تحت تأثير خود قرار ميدهد.
مشخص شده است كه بـا پيرسـازي آلياژهـايNiTi تحـت بـارخارجي، صفح هي مادر رسوبات تمايل به قرار گيـري در جهـتتــنش اعمــالي خــارجي را دارنــد [4 و 6 – 8 و 10]. از طرفــي پيرسازي تحت تنش موجب يكنواختي بيـشتر رسـوبات 3Ni4Ti در مناطق درون دانه و مـرز دانـه مـيگـردد [8 و 11]. Favier وهمكارانش [12] پارامترهاي پيرسازي تحت بار را مـورد مطالعـهقرار دادند و گزارش كردند كه با انجام پيرسازي تحت تنش درزمانهاي بيشتر از پنج دقيقه، تنشهاي پلاتـوي بـالايي و پـايينيكاهش مي يابند در صورتي كه در زمانهاي كمتر از پـنج دقيقـهمقادير تنشهاي پلاتوي بالايي و پاييني افزايش مييابند.
عليرغم تحقيقاتي كه در خصوص تأثير پيرسازي تحت بار ثابتبر روي رفتار سوپر الاستيسيتهي آلياژهايNiTi صـورت گرفتـهاست، مطالعات اندكي بر روي تأثير ساختار تبلور مجدد يافته برروي رفتار سوپر الاستيسيته موجود مـيباشـد . بنـابراين هـدف ازانجام ايـن تحقيـق بررسـي رفتـار سوپرالاستيـسيتهي نمونـههـا بـامق ادير كارس رد متف اوت پ س از انج ام فراين د تبل ور مج دد ميباشد. همچنين رفتـار سوپرالاستيـسيته ي نمونـههـا بـا مقـاديركارسرد متفاوت كه پس از فرآيند تبلور مجدد، تحـت عمليـاتپيرسازي قرار گرفتهاند، مورد مطالعه قرار گرفته است.

2- مواد و روش تحقيق
در انجــام ايــن تحقيــق از ســيمهــاي NiTi بــا تركيــب اســمي at% Ni 9/50 ســاخته شــده تو ســط كمپــانيMemry آمريكــا استفاده شده است. قطر سيم هاي مورد استفادهmm 36/0 بوده ودر مرحله توليد حـدود %35 كارسـرد بـر روي سـيمهـا صـورتگرفته است . جهـت حـذف اثـرات كارسـرد ناشـي از مرحلـهي توليد، عمليات آنيـل محلـولي در دمـاي°C 850 و بـه مـدت 60 دقيقه در كورهي مقاومتي بر روي تمامي نمونهها انجام گرفتـه وبلافاصله نمونه ها در داخل آب°C 25 كـوئنچ شـدند. بـه منظـوركاهش اكـسيداسيون سـطحي نمونـههـا در حـين عمليـات آنيـلمحلولي، نمونه ها داخل لولهي كوارتز قرار داده شدند و عملياتحرارتي تحت گـاز آرگـون انجـام گرفـت. هـم چنـين مقـداريبرادهي تي تانيم، جهت جذب اكسيژن وكاهش اكـسيداسيون، بـههمراه نمونه ها در ون لول هي كوارتز قـرار داده شـد. مقـادير 40 و60 درصد كارسرد بر روي نمونههـا اعمـال شـد و درون لولـهي كوارتز در دماي°C 600، عمليات حرارتي آنيل صورت گرفت. عمليات پيرسازي نمونهها در دماي°C 450 و به مـدت زمـان 45 دقيقه تحت گاز آرگون انجام شد.
بـه منظـور م شاهدهي سـاختار ميكروسـكوپي، نمون ههـا پ س ازسنباده زني و الكتروپوليش، با استفاده از محلـول 100 ميلـيليتـراسيد هيدروكلريك، 20 ميلي ليتر آب مقطر، 4/2 گـرم آمونيـومهيدروژن دي فلورايد و 5/34 گرم پتاسيم متا بـاي سـولفايت اچشــيميايي شــده و بــا اســتفاده از ميكروســكوپ نــوري مــدلOlympus PMG3 بـا نـور پلاريـزه بررسـيهـاي ريـزسـاختاريانجام شد.
آزمايش كشش نمونهها در دماي°C 37 و با اسـتفاده از دسـتگاهكشش Adamel Lohmargy DY26 انجام شد كـه فـك پـاييندستگاه ثابت و سرعت فك بالا برابـر بـاmm/min 1/0 انتخـابش د. ب راي تثبي ت دم اي آزم ايش، از ي ك ك ورهي مق اومتي طراح ي ش ده ب ا دق ت °C5/0± در اط راف نمون ه در دس تگاه كشش استفاده شد. همچنـين طـول نمونـههـاي مـورد آزمـايش mm02/0±40 انتخاب شد و قطر نمونهها با استفاده از ميكرومتـرديجيتالي با دقت µm1 اندازهگيري شدند.
آزم ايش ك شش ب ا بارگ ذاري و ب اربرداري ت ا مي زان ك رنش اعمالي 6 درصد انجام شـد. بـه منظـور بررسـي رفتـار اسـتحاله وانـــدازه گيـــري دماهـــاي اســـتحاله، آزمـــايشهـــاي آنـــاليز حرارتـ ـي روبـ ـشي افتراقـ ي (DSC) بـ ا اسـ تفاده از دسـ تگاه DSC NETZSCH 404C انجام شدند. محدوده درجه حـرارتان دازهگي ري ش ده 100- ت ا 100 درج ه ي س انتيگ راد و ن رخ گرمايش و سرمايش C/min˚10 انتخاب شد.

3- نتايج و بحث
3-1-بررسيهاي ريزساختاري
در شكل (1) منحنيDSC نمون هي آنيل محلولي شده (به مـدت يك ساعت در°C 850) و ريزساختار اين نمونه نـشان داده شـدهاست.

DSC
شكل (1): منحني و تصوير ميكروسكوپي نمونهي آنيل محلولي شده

در منحن ي DSC نمون هي آني ل محل ولي ش ده، ي ك پي ك در مرحلهي سرمايش و گرمايش آلياژ مشاهده ميشود كـه بترتيـبمنطبق با استحالهي B2 بهB19 وB19 بهB2 مي باشد. بـا توجـهبه منحنيDSC نمون هي آنيـل محلـولي شـده، دماهـاي اسـتحالهبترتيب زير بدست ميآيند.
1743457-1669877

شكل (2): ريزساختار نمونههاي الف): 40 و ب): 60 درصد كارسرد

شكل (3): ريزساختار نمونههاي 40درصد كارسردشدهي عمليات حرارتي آنيل شده در دماي C°

600 و به مدت زمانهاي الف): 10، ب): 30 و ج): 90 دقيقه، و ريزساختار نمونههاي 60 درصد كارسرد شدهي عمليات حرارتي آنيل شده در دماي C°600 و به مدت زمانهاي الف): 10، ب): 30 و ج): 90 دقيقه

Af = -6°C وMs = – 32 °C; Mf = -50 °C; As = -24 °C با توجه به شـكل (1) مـيتـوان بيـان نمـود كـه اثـرات كارسـرد اوليهي ناشي از مرحلهي توليد سيمها از بين رفتـه و ريزسـاختار نمونههاي آنيل محلولي شده شامل دانههاي جديدي مـيباشـندكه در اثر فرآيند تبلـور مجـدد در ريزسـاختار نمونـههـا بوجـودآمده و رشد كردهاند كه ميـانگين انـدازهي دانـههـا در نمونـهي آنيل محلولي شده برابر با 5/29 ميكرومتر ميباشد. در شكل (2)ريزساختار نمونه هاي 40 و 60 درصد كارسـرد شـده نـشان دادهشده است. ميتوان مشاهده نمود كه بـا ان جـام كارسـرد بـر روينمونهها، جهت گيري ترجيحي در دانهها بوجود آمـده و دانـههـادر جهت كارسرد كشيده شدهاند. همچنين كشيدگي دانـههـا بـاافزايش ميزان كارسرد افـزايش مـييابـد . شـكل (3) ريزسـاختارنمونههاي 40 و 60 درصد كارسرد شده را كه در دمـاي°C 600 به مدت زمان هاي 10، 30 و 90 دقيقـه تحـت عمليـات حرارتـي
آنيل قرار گرفتهاند، نشان ميدهد.
ميتوان مشاهده كرد كـه تبلـور مجـدد در ريزسـاختار نمونـههـابوجود آمده و با افزايش زمانهاي عمليات حرارتي، بافت تبلورمجدد جايگزين بافت تغيير فـرم مـيشـود و اثـرات كارسـرد بـهميزان بالاتري از بين ميرود [13] .

3-2- تأثير فرآيند تبلور مجدد بر رفتار سوپرالاستيسيته شكل (4) منحني هاي تنش -كـرنش نمونـههـاي 40 و 60 درصـدكارسرد شده كه در دماي°C 600 به مـدت زمـانهـاي 10، 30 و90 دقيقه تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفتهانـد را تـا ميـزانكرنش اعمالي 6 درصد نشان ميدهد.

شكل (4): منحنيهاي تنش-كرنش نمونهي 40 و 60 درصد كارسرد شده كه در دماي °C600 و به مدت زمانهاي متفاوت تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفتهاند.

مشاهده مي شود در نمون ههايي كـه در دمـايC ˚600 و بـه مـدت زمــان 10 دقيقــه تحــت عمليــات آنيــل قرارگرفتــه انــد، رفتــار
سوپرالاستي سيتهي بهت ري ن سبت ب ه نمون ه ه ايي ك ه ب ه م دت زمانهاي 30 و 60 دقيقه عمليات حرارتي شدهاند از خـود نـشان ميدهد. با افـزايش زمـان عمليـات حرارتـي مقـدار كـرنش بـاقيمانده در منحنـيهـاي تـنش-كـرنش افـزايش مـييابـد . ايـن امـر ميتواند ناشي از افزايش ميانگين انـدازهي دانـههـاي تبلورمجـدديافته و از بـين رفـتن اثـرات كارسـرد بـا افـزايش دمـاي عمليـاتحرارتي آنيل باشد. در زمان هاي بالاي عمليـات حرارتـي دانـههـارشد مي كنند و اثرات كارسرد اوليـه كـاهش مـييابـد . در نتيجـهمقدار كرنش باقي مانـده در مرحلـهي حـذف تـنش در نمونـههـاافزايش مييابد [1 و 2].
از طرفي مشاهده ميشود كه در نمونهي 40 درصد كارسرد شده،با افزايش زمـان عمليـات حرارتـي ميـزان كـرنش بـاقي مانـده درمنحنيهاي تنش -كرنش افزايش مييابـد . درحاليكـه در نمونـهي 60 درصد كارسرد شده با افزايش زمـان عمليـات حرارتـي، ابتـداكرنش باقي مانده افزايش مييابد و سپس كاهش غيرمترقبهاي ازخود نشان ميدهد. علت افزايش كـرنش بـاقي مانـده در نمونـهي 40 درصد كارسرد شده بدليل افزايش انـدازهي دانـههـا و از بـينرفتن اثرات كارسرد اوليه مـيباشـد . از طرفـي ميـانگين انـدازهي دانهها در نمونه هاي 40 و 60 درصد كارسرد شـده كـه در دمـايC˚600 و به مدت 90 دقيقه عمليـات حرارتـي شـدهانـد ، بترتيـببرابر با 7/10 و 9/7 ميكرومتر ميباشد.
بــا توجــه بــه ميــانگين انــدازهي دانــههــا در دو نمونــه، انتظــار برگشتپذيري كرنش بهتري براي نمونـهي 60 درصـد كارسـردشده، كه در دمايC ˚600 و به مدت 90 دقيقه عمليـات حرارتـيشده است، وجود دارد. با اين حال به نظـر مـيرسـد علـت بهبـودرفتار سوپرالاستيسيته در اين نمونه تحت تأثير عوامل ديگري نيـزبوده است . در شكل (5) منحنـي هـايDSC نمونـههـاي 40 و 60 درصد كارسرد شده كه در دمايC ˚600 و بـه مـدت زمـانهـايمذكور تحت عمليات حرارتي آنيـل قـرار گرفتـهانـد، نـشان دادهشده است . مشاهده مي شود در نمونه هايي كه به مـدت 10 دقيقـهتح ت عملي ات حرارت ي آني ل ق رار گرفت هان د، ي ك پي ك در مرحلهي سرمايش و گرمايش آلياژ ظاهر شده است.
وجود يك پيك در نمودارDSC اين نمونه، نشان دهندهي يـكمرحل هاي ب ودن اس تحالهي آس تنيت ب ه مارتنزي ت در مرحل هيسرمايش و بالعكس ميباشد.

در نمونه هاي كه بـه مـدت زمـان 30 و 90 دقيقـه تحـت عمليـاتحرارتي آنيل قرار گرفته پيك دوم نيز در منحني ظـاهر مـي شـودكه با افزايش زمان عمليات حرارتي رشد كرده و حتي پيك سومدر مرحل هي سرمايش بوجود ميآيد كـه توسـط پيكـانهـايي درمرحلهي سرمايش و گرمايش نمونهها نشان داده شده است.
همچنين با افزايش زمانهاي عمليات حرارتي، دماهاي استحاله به دماهاي بالاتري انتقال يافته كه نشان دهندهي كاهش مقدار نيكلزمينه در اثر تشكيل رسوبات غني از نيكل 3Ni4Ti مي باشـد . ايـنامر مي توانـد ناشـي از بوجـود آمـدن رسـوبات در دمـايC ˚600 باشد كه بر رفتار استحاله تأثير گذاشته و با رشد بيـشتر رسـوبات، مقدار نيكل بيشتري از زمينه خارج شده و موجـب تغييـر دماهـاياستحاله مي گردد كـه قـبلاً نيـز توسـط علافـي و همكـارانش [3] تأييد شده است.
3-3- تأثير فرآيند تبلور مجدد و عمليات پيرسازي متعاقـبآن بر رفتار سوپرالاستيسيته
شكل (6) رفتار سوپرالاستيك نمونههاي 40 و 60درصد كارسرد

446532-3081220

شكل (5): منحنيهاي DSC نمونههاي الف): 40 و ب): 60 درصد كارسرد شده و به مدت 10 دقيقه در دماي C°
600 عمليات حرارتي آنيل شده، ج): 40 و د): 60 درصد كارسرد شده و به مدت 30 دقيقه در دماي °C600 عمليات حرارتي آنيل شده و ه): 40 و و): 60 درصد كارسرد شده و به مدت 90 دقيقه در دماي C°600 عمليات حرارتي آنيل شده
شده كه پس از انجام تبلور مجدد به مدت زمان هـاي متفـاوت دردمايC ˚600، به مـدت زمـان 45 دقيقـه در دمـايC ˚450 تحـتعمليات پيرسازي قرار گرفتهاند را نشان ميدهد.
ميتوان مشاهده نمود كـه در حـضور رسـوبات ريـز و كوهرنـت 3Ni4Ti بوجود آمده در طي فرآيند پيرسازي و اندازهي دانه هـايريز، ناشي از عمليـات حرارتـي آنيـل، رفتـار سوپرالاستيـسيته درتمامي نمونه ها بهبود چشمگيري از خود نشان ميدهد. هـم چنـينمشاهده مي شود كه در نمونههايي كه به مدت زمان 90 دقيقـه دردمايC ˚600 تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفته و سپس دردمايC ˚450 تحت عمليـات پيرسـازي قـرار گرفتـهانـد مقـداريكرنش بـاقي مانـده در مرحلـهي حـذف بـار وجـود دارد. وجـودكرنش باقي مانده در منحنيهاي تـنش-كـرنش مـيتوانـد تحـتتأثير عواملي چـون پـايين بـودن اسـتحكام زمينـه در برابـر وقـوعلغزش، تغييرات در دماهاي استحاله، وجـود ناخالـصيهـا و غيـرهباشد [1 و 3 – 14].

شكل (6): منحنيهاي تنش-كرنش نمونههاي 40 و 60 درصد كارسرد شده
كه در دماي C°600 و به مدت زمانهاي متفاوت تحت عمليات حرارتي آنيل قرار گرفته و متعاقباً در دماي C°450 و به مدت 45 دقيقه پيرسازي شدهاند.

همچنين با توجه به شكل (6) مشاهده مي شـود كـه مقـادير تـنشپلاتوي بالا يي و پاييني با افزايش زمان عمليات حرارتـي كـاهشمييابد كه اين امـر همانگونـه كـه قـبلاً نيـز بـه آ ن اشـاره شـد درارتباط با از بين رفتن اثـرات كارسـرد در طـي عمليـات حرارتـينمونهها ميباشد. در شكل (7) منحني هايDSC نمونه هـاي 40 و60 درصد كارسرد شده كه در دمايC ˚600 به مدت زمـانهـاي
10، 30 و 90 دقيقه عمليات حرارتي شده انـد و سـپس در دمـايC˚450 به مدت 45 دقيقه تحت عمليات پيرسازي قرار گرفتهانـد،نشان داده شده است.
از شكل (7) مـيتـوان مـشاهده كـرد كـه در مرحلـهي سـرمايشتمامي نمونهها، سه پيك وجود دارد كه نشانگر وجـود رسـوباتغني از نيكل ناشي از عمليات پيرسازي و افزايش استحكام زمينـهدر برابر وقوع لغزش ميباشد. همچنـين مـشاهده مـيشـود كـه بـاافزايش زمان عمليات حرارتي آنيل، دماهاي استحاله بـه دماهـايب الاتري انتق ال يافت ه ك ه ناش ي از اف زايش ان دازهي رس وبات و خروج بيشتر نيكل از زمينه ميباشد. با توجه بـه دمـاي آزمـايش،كه توسـط خـط چـين در شـكل (7) نـشان داده شـده اسـت، درمرحلهي گرمايش نمونههاي 40 و 60 درصد كارسرد شده كـهبه مدت 10 و 30 دقيقه در دمايC ˚600 عمليات حرارتي شـده وسپس پيرسازي شدهاند، تمامي مارتنزيت به آستنيت تبـديل شـدهو برگ شت پ ذيري كام ل در اي ن نمون هه ا منطقـي مـيباشـد.
برگشت پذيري كامل اين نمونهها بدليل وجود رسوبات ناشـي ازعملي ات پيرس ازي و ان دازهي دان هه اي ري ز ناش ي از عملي ات حرارتــي آنيــل مــيباشــد. درحاليكــه در مرحلــ هي گرمــايش نمون ههـايي ك ه ب ه م دت 90 دقيق ه در دم اي C˚600 عملي ات حرارتي شده و سپس پيرسازي شده اند، در دماي آزمايش تماميمارتنزيت به آستنيت تبديل نـشده و مـيتـوان بيـان كـرد كـه در مرحلهي حذف بار مقداري تنش، ناشي از تغييـر شـكل در نمونـهباقي مي ماند. بنابراين با توجه به منحنيDSC اين نمونههـا، علـت
ع دم برگ شت پ ذيري كام ل ك رنش ب دليل اس تحالهي ن اقص مارتنزي ت ب ه آس تنيت و وج ود ت نشه اي پ سماند در نمون هه ا ميباشد. بدين معني كه اين نمونهها در دماهـاي آزمـايش بـالاتر، رفتار سوپرالاستيسيت هي كاملي از خود نشان خواهند داد. هم چنين با مقايس هي اين سري از نمونهها با نمونههايي كـه تحـت عمليـاتپيرسازي قرار نگرفته بودند، مشاهده ميشود كـه رفتـار برگـشتپذيري اين نمونهها بهبود قابل توجهي يافتهاند.
در نهايت ميتوان نتيجه گرفت كـه تغييـر در انـدازهي دانـههـايناشي از فرآيند تبلورمجدد موجب تغيير در توزيع رسـوبات شـدهو در نتيج ه ب ا تغيي ر مق دار نيك ل زمين ه در اث ر رش د رس وبات، دماهاي استحاله تغيير مي كنند. بنابراين با كنترل انـدازهي دا نـه هـادر حين فرآيند تبلور مجدد مي تـوان دماهـاي اسـتحاله را كنتـرلنمود.

4- نتيجهگيري
در تحقيق انجام شده، نمونهها بـه دو گـروه تقـسيم شـدند. گـروه اول نمونه هايي كه تحـت عمليـات حرارتـي آنيـل قـرار گرفتـه واندازهي دانه هاي تبلور مجدد يافته در نمونهها متفاوت بود وگروه دوم نيز شامل نمونههاي تبلور مجدد يافته همراه با انجام عمليـاتپيرسازي در دما و زمان يكسان بود. در نهايـت نتـايج بـشرح زيـرحاصل شدند.
در حضور دانههاي ريز ناشي از تبلور مجدد، تنش مـورد نيـازجهت وقوع لغزش افزايش يافته و رفتار سوپرالاستيسيته نمونـههـابهبود مـييابـد . بـا ريزتـر شـدن انـدازهي دانـههـا ولـي در غيـابرسوبات ناشي از عمليات پيرسازي، مقداري كـرنش بـاقي مانـدهدر نمونهها باقي ميماند.

شكل (7): منحنيهاي DSC نمونههاي الف): 40 و ب): 60 درصد كارسرد شده و به مدت 10 دقيقه در دماي C°600 عمليات حرارتي آنيل شده، ج): 40 و د): 60

درصد كارسرد شده و به مدت 30 دقيقه در دماي C°600 عمليات حرارتي آنيل شده و ه): 40 و و): 60 درصد كارسرد شده و به مدت 90 دقيقه در دماي C°600 عمليات حرارتي آنيل شده، كه نهايتاً در دماي °C450 به مدت 45 دقيقه عمليات حرارتي پيرسازي شدهاند
در نمون هه اي 40 درص د كارس رد ش ده، ب ا اف زايش زم انعمليات حرارتـي آنيـل در دمـاي ثابـت، كـرنش بـاقي مانـده درمنحنيهاي تنش -كرنش افزايش مييابـد . درحاليكـه در نمونـهي 60 درصد كارسرد شده، كـه داراي انـدازهي دانـهي ريز تـري درمقاي سه ب ا نمون هي 40 درص د كارس رد ش ده پ س از عملي اتحرارتي آنيل در دمايC ˚600 و زمانهاي يكـسان مـيباشـد، درابتدا با افزايش زمان عمليـات حرارتـي از 10 دقيقـه بـه 30 دقيقـهك رنش ب اقي مان ده اف زايش م يياب د و س پس ب ا اف زايش زم ان عمليات حرارتي به 90 دقيقه كرنش باقي مانده كاهش مييابد. به نظر مي رسد اين امر بدليل رسوبات ايجاد شـده در دمـايC ˚600 و اندازهي دانهي ريز ميباشد.
در حضور دانـههـاي ريـز ناشـي از عمليـات حرارتـي آنيـل ورس وبات ري ز و كوهرن ت 3Ni4Ti ناش ي از عملي ات پيرس ازي، بهت رين رفت ار سوپرالاستي سيته در دم اي ك ار بردي C˚37 ب راي نمونههاي 40 و 60 درصد كارسرد شده قابل مشاهده ميباشد. 4- با بزرگتر شدن اندازهي دانه ها، توزيع رسـوبات درون دانـههـاتغييركرده و با خروج بيشتر نيكل زمينـه در اثـر افـزايش انـدازهي رسوبات، دماهاي اسـتحاله بـه دماهـاي بـالاتري انتقـال مـييابـد . بنابراين اينگونه ميتوان بيان كرد كه با تغيير انـدازهي دانـههـا درمرحلهي تبلور مجدد و قبل از عمليات پيرسازي، ميتوان دماهاياستحاله را بنا به كاربرد آلياژ كنترل نمود.

5- مراجع
K. Otsuka. and X. Ren., “Physical Metallurgy of Ti–NiBased Shape Memory Alloys”, Prog. in Mater. Scie., Vol.
50, pp. 511-678, 2005.

D. C. Lagoudas., “Shape Memory Alloys: Modeling and Engineering Apllications”, Springer Science & LLC., New York, 2008.

D.Y. Li. and L.Q. Chen, “Shape of Rhombohedral
Coherent Ti11Ni14 Precipitate in a Cubic Matrix and its Growth and Dissolution During Constraint Aging”, Acta Mater., Vol. 45, No. 6, pp. 2435-2442, 1997.

J. Khalil-Allafi., X. Ren. and G. Eggeler., “The Mechanism Of Multi Stage Martensitic Transformations In Aged Nirich NiTi Shape Memory Alloys”, Acta Mater., Vol. 50, pp. 793-803, 2002.

D.Y. Li and L.Q. Chen., “Morphological Evolution of Coherent Multi Variant Ti11Ni14 Precipitate in NiTi Alloys Under an Applied Stress: a Computer Smulation Study”, Acta Mater., Vol. 46, No. 2, pp. 639-649, 1998.

D.Y Li and L.Q Chen., “Selective Variant Growth of Coherent Ti11Ni14 Precipitate in a NiTi Alloy Under

Applied Stresses”, Acta Mater., Vol. 45, No. 2, pp. 471– 479, 1997.

D. Holec., O. Bojda. and A. Dlouhy., “Ni4Ti3 Precipitate Structures In Ni-rich NiTi Shape Memory Alloys”, Mat.
Scie. And Eng. A, Vol. 481, pp. 462–465, 2008.

J. Khalil-Allafi., A. Dlouhy. and G Eggeler. “Ni4Ti3Precipitation During Aging of NiTi Shape Memory Alloys and Its Influence on Martensitic Phase Transformations”, Acta Mater., Vol. 50, pp. 4255–4274, 2002.

A. Kroger., S. Dziaszyk., J. Frenzel., C. Somsen., A Dlouhy. and G Eggeler., “Direct Transmission Electron Microscopy Observations Of Martensitic Transformations In Ni-rich NiTi Single Crystals During In Situ Cooling And Straining”, Mat. Scie. And Eng. A, Vol. 481, pp. 452– 456, 2008.

J. Michutta., M.C. Carrol., A. Yawny., C. Somsen., K. Neuking. and G. Eggeler., “Martensitic Phase Tansformation in Ni-rich NiTi Single Crystals with One Family of Ni4Ti3 Precipitates”, Mat. Scie. and Eng. A, Vol.
378, pp. 152–156, 2004.

O. Bojda., G. Eggeler .. and A. Dlouhy., “Precipitation of Ni4Ti3 Variants In A Polycrystalline Ni-rich NiTi Shape Memory”, Scripta Mater., Vol. 53, pp. 99–104, 2005.

D. Favier., Y. Liu., L. Orgeas., A. Sandel., L. Debove. and P. Comte-Gaz., “Influence of Thermomechanical Processing on the Superelastic Properties of a Ni-Rich Nitinol Shape Memory”, Mat. Scie. And Eng. A, Vol. 429, pp. 130–136, 2006.

S.K. Sadrnezhad. and S.H. Mirabolghasemi., “Optimum Temperature For Recovery and Recrystallization of 52Ni48Ti Shape Memory Alloy”, Mat. And Desi., Vol. 28, No. 4, pp. 1945–1948, 2007.

V. Abbasi-Chianeh. and J.Khalil-Allafi, “Influence of Applying External Stress During Aging on Martensitic Transformation And The Superelastic Behavior of a Nirich NiTi Alloy”, Mat. And Eng. A, Vol. 528, pp. 50605065, 2011.



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید