Evaluation of the effect of thermomechanical treatment on microstructure and shape memory properties of Ti-50 at.%Ni
Shape memory is an ability of a dir=ltr Key words: shape memory alloy,Thermomechanical treatment, phase transformation, recrystallization, microstructure
چکيده حافظه داري به توانايي برخي از مواد براي بازيابي تغيير شکل ايجاد شده در دماي پايين پس از گرم کردن آنها به دماهاي بالاتر گفته مي شود. در ميان آلياژ هاي حافظه دار، آلياژهاي نيکل-تيتانيم به دليل ميزان برگشت پذيري مناسب و امکان انتقال دماي تغيير حالت به محدوده دماي بدن توجه بسياري از محققين را به خود جلب کرده است. در تحقيق حاضر تأثير عمليات ترمومکانيکي شامل نورد گرم، نورد سرد و آنيل بر ريز ساختار و خواص مکانيکي آلياژ Ti-50 at.% Ni مورد بررسي قرارگرفت. آلياژ نيکل-تيتانيوم با درصد اتمي يکسان، توسط روش ذوب قوسي تحت خلاء در قالب مسي آبگرد توليد شد. آلياژ بدست آمده در دماي ?C 1000 همگن سازي شد و سپس به منظور برآورد ترکيب واقعي، آلياژ تحت عمليات آناليز حرارتي قرارگرفت. نمونه همگن شده در دماي ?C 1000 به ميزان 50% نورد گرم و پس از آن در دمايC? 900 به مدت 1 ساعت آنيل شد. نمونه هاي آنيل شده، تحت عمليات ترمومکانيکي شامل نورد سرد در دماي محيط به ميزان 10-40% و متعاقب آن آنيل در دماهاي 500،400 و?C 600 به مدت 1 ساعت قرار گرفت. بررسي تحولات فازي و ريزساختار آلياژ توسط آزمون پراش اشعه X و ميکروسکپ نوري و الکتروني صورت گرفت. از نمونه همگن شده و نمونه هايي که مورد عمليات ترمومکانيکي قرارگرفته بودند، آزمون کشش و سختي صورت گرفت و حافظه داري آلياژ توسط آزمون خمش سه نقطه اي بررسي شد. نتايج نشان داد که با انجام نورد گرم و آنيل اندازه دانه ها حدود 50% کاهش يافت. همچنين با افزايش درصد نورد سرد ميزان مارتنزيت افزايش و با افزايش دماي آنيل پس از آن کاهش يافت. ساختار نمونه هاي آنيل شده در دماي ?C 600 همچنان داراي مارتنزيت بود. اين درصد مارتنزيت باقيمانده با افزايش درصد نورد تا 30% بيشتر شد، ولي براي نمونه 40% نورد شده کاهش درصد مارتنزيت مشاهده شد. تحولات ريز ساختار نمونه هاي آنيل شده پس از نورد سرد به ميزان 10-40% نشان دهنده تبلور مجدد تحت تاثير رسوب در دماي ?C 500 و تبلور مجدد در زمينه براي نمونه هاي بيشتر از 20% نورد شده در دماي ?C 600 بود. گسترش دانه هاي تبلور مجدد يافته در زمينه در دماي ?C 600، باعث کاهش درصد مارتنزيت باقيمانده و ميزان سختي براي نمونه 40% نورد سرد شد. نتايج آزمون کشش نشان داد که در نمونه همگن شده، بر خلاف نمونه هاي حاصل از عمليات ترمومکانيکي، لغزش به راحتي اتفاق افتاد و نمودار فاقد ناحيه مربوط به استحاله آستنيت به مارتنزيت در اثر تنش بود. همچنين با افزايش دماي آنيل پس از نورد سرد، استحکام آلياژ کاهش و انعطاف پذيري آن افزايش يافت. مطابق نتايج آزمون خمش سه نقطه اي، با افزايش دماي آنيل ميزان بازيابي شکل نمونه به دليل کاهش تنش لغزش کاهش يافت. اين کاهش بازيابي براي نمونه 20% نورد سرد شده به علت آغاز تبلور مجدد در زمينه در دماي ?C 600 شديدتر بود. نمونه آنيل شده در دماي ?C 400 پس از 20% نورد سرد، بازيابي کامل از خود نشان داد. مجموع نتايج آزمون کشش و خمش سه نقطه اي نشان داد که آلياژ Ti-50 at.% Ni در حالت همگن شده خواص حافظه داري از خود نشان نداد ولي انجام عمليات ترمومکانيکي باعث ايجاد خاصيت حافظه داري در آلياژ شد. فرآيندهاي نورد سرد و آنيل نيز باعث افزايش استحکام و تقويت خواص حافظه داري آلياژ گرديد.