Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,Ahmad Rezaian
احمد کرمانپور (استاد راهنما) احمد رضائیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Esmaili
امین اسماعیلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Evaluation of thermomechanical parameters on the formation of microstructure and mechanical properties of nanostructured NiTi Shape Memory Alloys
Shape memory alloys can retain and recover their initial shape after deformation through heating at temperatures above transformation temperature. Over the past several decades, the unique shape memory and super-elastic behaviour of NiTi alloy make it an ideal candidate to produce sensitive tools and components. In addition, high corrosion resistance and biocompatibility as well as great mechanical and tribological properties of the NiTi alloy have led to the extensive biomedical, aerospace and military applications. In this study, the NiTi shape memory alloy was fabricated using copper boat vacuum induction melting method. The influence of thermo-mechanical treatment such as cold rolling and subsequent annealing on microstructure, mechanical, super-elastic and shape memory properties of NiTi alloy was investigated. The samples prepared by induction melting inside the copper boats were homogenized at 900 o C for 4 h, after which they were subjected to hot rolling and subsequent cold rolling with 20-70% reduction in thickness at room temperature. Microstructural characterization carried out by transmission electron microscopy showed a nanocrystalline austenite structure with 20 nm grain size as well as deformation bands and amorphous structure in the 70% cold-rolled sample. The XRD analysis confirmed the presence of austenite phase in the cold rolled specimens. The density of dislocations for 70%-rolled sample was found to be ~ 10 13 cm -2 . Annealing at 300 o C mainly decreased the density of dislocations, whereas the amorphous bands were still present in the sample microstructure. Annealing at 400 o C led to the crystallization of amorphous phase and growth of austenite nano-grains to a range of 20-70 nm. In addition, annealing at 500 o C caused grain growth, and lowering of the dislocation density, leading to the stability of martensite phase. The results derived from hardness and shear punch tests revealed an increasing trend for hardness and strength with increasing the cold roll percentage; meanwhile, lower hardness and strength were obtained with increasing the annealing temperature executed after cold rolling. The super-elastic properties of the thermo-mechanically treated specimens, derived from the triple-point bending test at 100 o C, showed a promising behaviour of the samples annealed at 400 o C and existence of strain for the samples annealed at 500 o C. The shape memory test results revealed that thermo-mechanical treatment yields to an increase in the shape recovery percentage from 85% to over 94%. As well, for 40% and 70%-rolled samples which were annealed at 400 o C, the shape recovery percentage was measured to be ~100%. Keywords : NiTi Shape memory alloy; Nanostructured alloy, Thermo-mechanical treatment; Shape memory properties
آلیاژهای حافظه دار قادر به حفظ و بازیابی شکل اولیه خود می باشند که این عمل بعد از تغییر شکل باگرم شدن در دمایی بالاتر از دمای استحاله انجام می شود. رفتار منحصر به فرد حافظه داری و ابرکشسانی آلیاژ حافظه دار NiTi باعث شده که در چند دهه اخیر از این آلیاژ در تجهیزات و ابزارهای حساس استفاده شده است. همچنین مقاومت به خوردگی بالا, زیست سازگاری بسیار خوب با بدن و مطلوب بودن خواص مکانیکی و سایشی باعث شده که این آلیاژ برای کاربرد های پزشکی, هوافضا و نظامی مورد توجه قرار گیرد. در این تحقیق امکان تولید آلیاژ حافظه دار NiTi به روش ذوب القایی در قایقک مسی و تاثیر عملیات ترمومکانیکی شامل نورد سرد و آنیل متعاقب بر ریزساختار, خواص مکانیکی و خواص ابرکشسانی و حافظه داری آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های ریخته گری شده به روش ذوب القایی در قایقک مسی, پس از همگن سازی در دمای o C900 به مدت زمان 4 ساعت, تحت عملیات نورد گرم قرار گرفته و سپس در دمای محیط با مقادیر مختلف کاهش ضخامت بین20% تا 70% نورد سرد شدند. بررسی ریز ساختاری حاصل از میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان دادکه در نمونه 70% نورد سرد شده در قسمتهایی ریز ساختار آستنیتی نانومتری با اندازه دانه حدود 20 نانومتر ایجاد شده و در بخش هایی دیگر از جمله باند های تغییر شکل, شبکه کریستالی تخریب شده و فاز آمورف تشکیل شده است. آنالیز فازی XRD حاکی از حضور فاز آستنیتی در نمونه های نورد سرد شده بود. مقدار دانسیته نابجایی ها برای نمونه %70 نورد سرد شده حدود cm -2 13+ 10 محاسبه شد. آنیل در دمای o C300 عمدتاً منجر به کاهش دانسیته نابجایی ها شد, اما همچنان باندهای آمورف در نمونه وجود داشتند. آنیل در دمای o C400 منجر به کریستالیزاسیون فاز آمورف و رشد نانودانه های آستنیتی تا ابعاد بین 20 تا 70 نانومتر شد. همچنین آنیل در دمای o C500 باعث رشد اندازه دانه و بازیابی کارسختی, کاهش دانسیته نابجایی ها و پایداری فاز مارتنزیت گردید. نتایج حاصل از آزمایش های سختی سنجی و پانچ برشی نشان دهنده افزایش سختی و استحکام با افزایش درصد نورد سرد و کاهش سختی و استحکام با افزایش دمای آنیل پس از نورد سرد بود. خواص ابرکشسانی نمونه هایی که مورد عملیات ترمومکانیکی قرار گرفته بودند, با استفاده از آزمون خمش 3 نقطه ای در دمای o C100 مورد بررسی قرار گرفت که نتایج حاکی از رفتار مناسب نمونه های آنیل شده در دمای o C400 وحضور کرنش باقی مانده ناشی از لغزش برای نمونه های آنیل شده در دمای o C500 بود. آزمون حافظه داری نشان داد که عملیات ترمومکانیکی باعث افزایش درصد بازیابی شکل از %85 برای نمونه بدون عملیات ترمومکانیکی تا درصد های بالاتر از %94 شده است. همچنین برای آلیاژ %40 و %70 نورد سرد شده و آنیل شده در دمای o C400 درصد بازیابی شکل در حدود %100 بدست آمد. کلمات کلیدی : آلیاژ حافظه دار NiTi, آلیاژ نانوساختار, عملیات ترمومکانیکی, خواص حافظه داری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی