Paduan memori bentuk (SMA) memiliki respons deformasi karakteristik terhadap rangsangan termomekanis. Rangsangan termomekanis berasal dari suhu tinggi, perpindahan, transformasi padat ke padat, dll. (fase orde tinggi suhu tinggi disebut austenit, dan fase orde rendah suhu rendah disebut martensit). Transisi fase siklik yang berulang menyebabkan peningkatan dislokasi secara bertahap, sehingga area yang tidak ditransformasikan akan mengurangi fungsionalitas SMA (disebut kelelahan fungsional) dan menghasilkan retakan mikro, yang pada akhirnya akan menyebabkan kegagalan fisik ketika jumlahnya cukup besar. Jelas, memahami perilaku umur lelah dari paduan ini, memecahkan masalah skrap komponen yang mahal, dan mengurangi pengembangan material dan siklus desain produk, semuanya akan menghasilkan tekanan ekonomi yang besar.
Kelelahan termo-mekanis belum banyak dieksplorasi, terutama kurangnya penelitian tentang perambatan retak kelelahan di bawah siklus termo-mekanis. Dalam implementasi awal SMA dalam biomedis, fokus penelitian kelelahan adalah umur total sampel "bebas cacat" di bawah beban mekanis siklik. Dalam aplikasi dengan geometri SMA yang kecil, pertumbuhan retak lelah memiliki pengaruh yang kecil terhadap umur, sehingga penelitian ini berfokus pada pencegahan inisiasi retak daripada mengendalikan pertumbuhannya; dalam aplikasi mengemudi, pengurangan getaran dan penyerapan energi, perlu untuk mendapatkan daya dengan cepat. Komponen SMA biasanya cukup besar untuk mempertahankan perambatan retak yang signifikan sebelum kegagalan. Oleh karena itu, untuk memenuhi persyaratan keandalan dan keselamatan yang diperlukan, perlu untuk sepenuhnya memahami dan mengukur perilaku pertumbuhan retak lelah melalui metode toleransi kerusakan. Penerapan metode toleransi kerusakan yang mengandalkan konsep mekanika rekahan di SMA tidaklah sederhana. Dibandingkan dengan logam struktural tradisional, keberadaan transisi fase reversibel dan kopling termo-mekanis menimbulkan tantangan baru untuk secara efektif menggambarkan fraktur kelelahan dan kelebihan beban SMA.
Para peneliti dari Texas A&M University di Amerika Serikat melakukan eksperimen pertumbuhan retak kelelahan mekanis dan didorong murni di superalloy Ni50.3Ti29.7Hf20 untuk pertama kalinya, dan mengusulkan ekspresi hukum daya tipe Paris berbasis integral yang dapat digunakan untuk Fit the fatigue tingkat pertumbuhan retak di bawah parameter tunggal. Dari sini disimpulkan bahwa hubungan empiris dengan laju pertumbuhan retak dapat dipasang antara kondisi pembebanan yang berbeda dan konfigurasi geometris, yang dapat digunakan sebagai deskriptor terpadu potensial dari pertumbuhan retak deformasi di SMA. Makalah terkait diterbitkan di Acta Materialia dengan judul "Deskripsi terpadu pertumbuhan retak kelelahan mekanis dan aktuasi dalam paduan memori bentuk".
Tautan kertas:
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155
Studi ini menemukan bahwa ketika paduan Ni50.3Ti29.7Hf20 dikenai uji tarik uniaksial pada 180℃, austenit terutama mengalami deformasi elastis di bawah tingkat tegangan rendah selama proses pembebanan, dan modulus Young adalah sekitar 90GPa. Ketika stres mencapai sekitar 300MPa Pada awal transformasi fase positif, austenit berubah menjadi martensit yang diinduksi stres; ketika dibongkar, martensit yang diinduksi stres terutama mengalami deformasi elastis, dengan modulus Young sekitar 60 GPa, dan kemudian berubah kembali menjadi austenit. Melalui integrasi, laju pertumbuhan retak lelah bahan struktural telah disesuaikan dengan ekspresi hukum daya tipe Paris.
Gbr.1 Gambar BSE dari paduan memori bentuk suhu tinggi Ni50.3Ti29.7Hf20 dan distribusi ukuran partikel oksida
Gambar 2 Gambar TEM dari paduan memori bentuk suhu tinggi Ni50.3Ti29.7Hf20 setelah perlakuan panas pada 550℃×3 jam
Gambar 3 Hubungan antara J dan da/dN pertumbuhan retak lelah mekanik pada spesimen NiTiHf DCT pada 180℃
Dalam percobaan pada artikel ini, terbukti bahwa formula ini dapat memenuhi data laju pertumbuhan retak lelah dari semua percobaan dan dapat menggunakan set parameter yang sama. Eksponen hukum pangkat m adalah sekitar 2.2. Analisis fraktur kelelahan menunjukkan bahwa baik perambatan retak mekanis dan perambatan retak penggerak adalah patahan quasi-cleavage, dan seringnya kehadiran permukaan hafnium oksida telah memperburuk ketahanan perambatan retak. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa ekspresi hukum daya empiris tunggal dapat mencapai kesamaan yang diperlukan dalam berbagai kondisi pembebanan dan konfigurasi geometris, sehingga memberikan deskripsi terpadu tentang kelelahan termo-mekanis dari paduan memori bentuk, sehingga memperkirakan kekuatan pendorong.
Gambar 4 SEM dari fraktur spesimen NiTiHf DCT setelah percobaan pertumbuhan retak kelelahan mekanik 180℃
Gambar 5 Gambar SEM Fraktur spesimen NiTiHf DCT setelah percobaan pertumbuhan retak lelah di bawah beban bias konstan 250 N
Singkatnya, makalah ini melakukan eksperimen pertumbuhan retak kelelahan mekanis dan penggerak murni pada paduan memori bentuk suhu tinggi NiTiHf yang kaya nikel untuk pertama kalinya. Berdasarkan integrasi siklik, ekspresi pertumbuhan retakan hukum daya tipe Paris diusulkan agar sesuai dengan laju pertumbuhan retak lelah dari setiap percobaan di bawah parameter tunggal
Waktu posting: Sep-07-2021