EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

Transkrypt

1 EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

2 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 przmiany martenzytycznej. 7. Zastosowania.

3 1. Przykłady efektu : A faza wysokotemperaturowa M faza niskotemperaturowa Jeśli stopowi o strukturze A nadamy pewien kształt, a następnie przeprowadzimy go do struktury M i zmienimy jego kształt, to powrót do struktury A spowoduje odzyskanie pierwotnego kształtu

4

5 Efekt jednokierunkowy np.: Cu % Zn Efekt dwukierunkowy np.: 50% Ti 50% Ni A M M A M

6

7 Efekt pamięci kształtu (P.K.) bodziec : T

8 Krzywa rozciągania dla T > A f Super-sprężystość lub pseudo-sprężystość (P.E.) bodziec: ij 0 Dwie zmienne : T lub ij

9 2. Co się dzieje podczas odwracalnej przemiany martenzytycznej? ozięb. ogrzew. deformacja deformacja ogrzewanie

10 Na powierzchni próbki pojawia się relief o kształcie iglastym (płytki lub listwy martenzytu) Płytki martenzytu rosną z szybkością rozchodzenia się dźwięku (odkształceń sprężystych)

11

12

13 dla T > Af

14 Krzywa rozciągania dla T < AS

15 dla T > Af

16

17 ozięb. ogrzew. deformacja deformacja MECHANIZM: ogrzewanie - Tworzenie płytek nowej fazy (M) z fazy macierzystej (A) 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

18 Aspekt atomowy: M płaszcz. habitus A Podczas przemiany, zachodzą niewielkie (w stosunku do stałej sieci) skoordynowane przesunięcia całych płaszczyzn atomowych względem płaszczyzn habitus. Rzeźba powierzchni (110) M (111) A A M płaszcz. habitus Fe - C - Ni A

19 Granica między płytkami martenzytu oraz austenitem jest koherentna w jednym ziarnie austenitu powstaje ogromna ilość płytkowych lub listwowych ziaren martenzytu

20 Poniżej przedstawione zostały zdjęcia zrobione w trzech różnych etapach przemiany martenzytycznej (pomiędzy temperaturami M s a M f ) dla stali niskowęglowej wysokochromowanej.

21 Austenit Martenzyt (R.S.C.) (T.P.C.) (w stali)

22 3. Przykłady stopów wykazujących pamięć kształtu: Be Mg Al Si Ti V Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Zr Pd Ag Cd In Sn Sb Au C A B

23 Stopy na bazie Cu, Ag, Au: Be Mg Al Si Ti V Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Zr Pd Ag Cd In Sn Sb Au C A B Stopy potrójne: AB i B j np. Cu - Zn Al A i A j B np. Au - Cu - Zn A B C np. Cu - Zn - Ni Sieć wyjściowa : R.P.C. ( faza ) sieć końcowa : R.S.C. lub H.Z. lub ortorombowa

24 Sieć wyjściowa : austenit sieć końcowa : martenzyt Wybrane stopy podwójne : Ag - Cd, % Cd, (R.P.C. H.Z. ) Cu - Zn, % Zn, ( R.P.C. ortorombowa) Ni - Al, Al., ( R.P.C. ortorombowa) Ti - Ni, % Ni, ( R.P.C. jednoskośna) Ti - Cd, 4 5 % Cd, (R.S.C. T.S.C.)

25 Ms TEMPERATURE (DEGREES C.) Cu 10 PERCENT ZINC Zn 10 PERCENT ALUMINIUM PERCENT COPPER 90 Al PERCENT ALUMINIUM Przykładowy wykres fazowy stopu potrójnego (Cu - Zn Al) Naniesiono także zależność temperatury M S (początek przemiany martenzytycznej) PERCENT ZINC PERCENT COPPER

26 4. Charakterystyka przemiany!) - Istnieje płaszczyzna habitus K Deformacja - płaskie odkształcenie: Ogólnie:

27 proste ścinanie!!) Odkształcenie normalne ( V/V ~ 3*10-3 )!!!) Istnieje pewna rotacja ij

28 Dlaczego odwracalność? 1 1. Atomy przemieszczają się np. o a 3 powrót łatwy. 2. Zawsze istnieją zarodki A w M 3. Istnienie dyslokacji strefowych (oraz naprężeń) zapis starej konfiguracji

29 4. Naprężenia wewnętrzne faworyzują powrót do A (czasem przedwcześnie transformacja termo-sprężysta) i wtedy: A S M S T a nie jak klasycznie:

30 5. Opis termodynamiczny Siła napędowa różnica energii swobodnej obu faz T O - M S = T T ~ 20 K 400 K

31 Warunek wzrostu płytki martenzytu : G A M dv a M dv i M dv M ds M dv różnica energii swobodnej obu faz zależna od T siła napędowa od przyłożonego naprężenia energia naprężeń wewnętrznych energia tworzenia granicy praca przeciw tarciu (ruch granicy)

32 Rodzaj przemiany Na ogół I rodzaju :! ) Q P ~ J / mol!! ) histereza własności w funkcji T

33 6. Tekstura przemiany martenzytycznej Zależność orientacji ; np. dla Ti ( i jego stopów ): A ( R.P.C. ) M ( H.Z. ) Relacja orientacji : M A A relacja Burgersa Stop : Ti - 3% Al - 8% V 6% Cr 4% Mo 4% Zr

34 7. Zastosowania 1. Silniki l ~ 15% l : 5 21 % ( wyprowadzone z równania Clausiusa Clapeyrona ) 2. Łączenie elementów ( zamiast spawania ). Zespalanie obwodów scalonych W lotnictwie: złączki rurowe w instalacjach hydraulicznych

35 3. Czujniki i przełączniki temperaturowe (manipulatory sterowane temperaturowo, regulatory i zawory temperaturowe)

36 4. Zastosowania medyczne: korekcja kręgosłupa, elementy sztucznych narządów, implanty, klamry chirurgiczne, gwoździe kostne, tulejki dystansowe dożylne filtry skrzepów.

37 5. Robotyka: Stop Ni-Ti został wykorzystany do zbudowania mięśni robota. Pod wpływem zmian temperatury, zmienia swoją długość do 8%.

38 6. W motoryzacji regulatory przepływu paliwa czujniki przełączniki magazynowanie energii podczas hamowania 7. Anteny w satelitach 8. Produkcja elementów o podwyższonej wytrzymałości na cykliczne zginanie ( N ~ )