EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

Transkrypt

1 EFEKT PIĘCI KSZTŁTU 1. Przykłady efektu. 2. Co się dzieje podczas odwracalnej przemiany martenzytycznej? 3. Przykłady stopów wykazujących pamięć kształtu. 4. Charakterystyka przemiany. 5. Opis termodynamiczny. 6. Tekstura przemiany martenzytycznej. 7. Zastosowania. I. Przykłady efektu : Jeśli stopowi o strukturze nadamy pewien kształt, a następnie przeprowadzimy do struktury i zmienimy jego kształt, to powrót do struktury spowoduje odzyskanie pierwotnego kształtu faza wysokotemperaturowa faza niskotemperaturowa a) b) 373 K 273 K 373 K Efekt dwukierunkowy Ti 50% Ni 1

2 c) krzywe rozciągania - Efekt pamięci kształtu (P.K.) bodziec : T f s T o s f T T 0 σ ij = 0 - Super-spręŜystość lub pseudo-spręŝystość (P.E.) bodziec: σ ij 0 dla T > f Dwie zmienne : T i σ ij II. Co się dzieje podczas odwracalnej przemiany martenzytycznej? - Tworzenie płytek nowej fazy () z fazy macierzystej () - Prędkość przesuwania się frontu płytki v v dźwięku ( w stalach v = m/s ) - Jest to proces BEZDYFUZYJNY!!! - Na ogół kilka wariantów martenzytu ( kilka płaszczyzn habitus) - Przy transformacji odwrotnej atomy wracają na stare miejsca powraca Stara struktura i stary kształt ozięb. ogrzew. deformacja deformacja ogrzewanie 2

3 płaszcz. habitus (110) (111) płaszcz. habitus Fe - C - Ni spekt atomowy Rzeźba powierzchni T, C S f artenzyt w stali γ + α γ + αt α + Fe 3 C Fe 3 C przemiana martenzytyczna 1 min 1 h 1 dzień 1 tydzień dt γ - austenit, α -ferryt, Fe 3 C cementyt, 250 K / s dt ustenit artenzyt (R.S.C.) (T.P.C.) 3

4 III. Przykłady stopów wykazujących pamięć kształtu: Stopy na bazie Cu, g, u: Be g l Si Ti V n Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Zr Pd g Cd In Sn Sb u C B Stopy potrójne: BiBj np. Cu - Zn l ijb np. u - Cu - Zn B C np. Cu - Zn - Ni Sieć wyjściowa : R.P.C. ( faza β ) sieć końcowa : R.S.C. lub H.Z. lub ortorombowa Wybrane stopy podwójne : g - Cd, % Cd, B2 2H ( R.P.C. H.Z. ) u - Cd, % Cd, B2 2H ( R.P.C. H.Z. ) Cu - Zn, % Zn, B2 9R ( R.P.C. ortorombowa) Cu - Sn, ~ 15 % Sn, DO3 2H, 18 R (R.P.C. H.Z. lub ortorombowa) n - Cu, 5 35 %Cu, R.S.C. T.S.C. Ni - l., l., B2 3R ( R.P.C. ortorombowa) Ti - Ni, % Ni, B 2 jednoskośna ( R.P.C. jednosk.) Tn - Cd, 4 5 % Cd, R.S.C. T.S.C. Fe - Pd, ~ 30 % Pd, R.S.C. T.S.C. 4

5 IV. Charakterystyka przemiany!) - Istnieje płaszczyzna habitus K - Zasadnicza deformacja : niezmiennicze płaskie odkształcenie. u = η r K Ogólnie: - proste ścinanie K!!) Konieczne jest odkształcenie normalne ( V/V ~ 3*10-3 )!!!) Istnieje pewna rotacja ω ij Dlaczego odwracalność? 1 1. tomy przemieszczają się np. o a 3 powrót łatwy. K 5

6 2. Zawsze istnieją zarodki w. 3. Istnienie dyslokacji strefowych zapis starej konfiguracji 4. NapręŜenia wewnętrzne faworyzują powrót do (czasem przedwcześnie transformacja termoelastyczna i wtedy ). S S T echanizm w skali atomowej. - ięknięcie sieci w pewnych kierunkach. W strukturze regularnej: C` = ( C 11 C 12 ) / 2 stała elastyczna określająca łatwość ścinania <110>{110} C 44 / C` - anizotropia elastyczna C 44 C`, /C` C 44/C` C` () () C` - faza β (R.P.C.) T 0 T - iękki mod fononowy T 1 ( C 11 - C 12 ) / 2 ( ucuzn 2 ), dla 2 q 3 6

7 V. Opis termodynamiczny Siła napędowa róŝnica energii swobodnej obu faz G G G S T 0 S T T O - S = T, T ~ 20 K 400 K Warunek wzrostu płytki martenzytu : G dv + σ ε dv = σ ε dv + γ ds + ξ ε a > < i dv róŝnica energii siła napędowa energia energia praca przeciw swobodnej obu od przyłoŝonego napręŝeń tworzenia tarciu (ruch faz napręŝenia wewnętrznych granicy granicy Rodzaj przemiany Na ogół I rodzaju :! ) QP ~ J / mol!! ) histereza własności w funkcji T 7

8 VI. Tekstura przemiany martenzytycznej ZaleŜność orientacji ; np. dla Ti ( i jego stopów ): ( R.P.C. ) ( H.Z. ) Relacja orientacji : { 0001} { 110} relacja Burgersa Stop : Ti - 3% l - 8% V 6% Cr 4% o 4% Zr VII. Zastosowania 1. Silniki. η : 5 21 % ( wyprowadzone z równania Clausiusa Clapeyrona ) 373 K 273 K 373 K l l ~ 15 % 2. Łączenie elementów ( zamiast spawania ). Zespalanie obwodów scalonych 3. Zastosowania medyczne np. korekcja kręgosłupa, element sztucznych narządów. 4. Przełączniki temperaturowe 5. Elementy akustyczne 6. anipulatory, roboty ( sterowanie temperaturowe ) 7. agazynowanie energii mechanicznej hamowanie samochodu 8. Wytrzymałość na cykliczne zginanie ( N ~ ) 8

9 DODTEK: Przykładowy wykres fazowy stopu potrójnego (Cu - Zn l) Naniesiono takŝe zaleŝność temperatury S (początek przemiany martenzytycznej) s TEPERTURE (DEGREES C.) Zn Cu 10 PERCENT ZINC PERCENT LUINIU PERCENT COPPER 90 l PERCENT LUINIU PERCENT ZINC PERCENT COPPER