عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار حافظه داری و سوپر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1214;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70352
- تاریخ دفاع
- ۲۵ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمدحسن ملک الشعرایی
- استاد راهنما
- محمود نیلی احمدآبادی
- چکیده
- در این پژوهش رفتار حافظه داری و سوپرالاستیک کامپوزیت دولایه ی آستنیتی/مارتنزیتی آلیاژ نیکل – تیتانیم مورد بررسی قرار گرفت. فاز پایدار در دمای بالا و پایین در این آلیاژها به ترتیب آستنیت (A) با خاصیت سوپرالاستیک و مارتنزیت (M) با خاصیت حافظه داری است. علت بروز این خواص ویژه در این آلیاژها استحاله ی مارتنزیتی ترموالاستیک است. انتظار می رود تلفیق همزمان این دو خاصیت مذکور در نمونه ی دولایه، رفتار منحصر به فردی را به دنبال داشته باشد. آلیاژ مورد استفاده در لایه ی A با ترکیب غنی از نیکل Ti-50.7at.%Ni و لایه ی M با ترکیب مس-دار غنی از تیتانیم Ti-45at.%Ni-5at.%Cu توسط کوره ی قوس خلأ آلیاژسازی و سپس تحت عملیات فرج و آنیل محلولی و نورد گرم و نورد سرد برای رسید به ضخامت مطلوب قرار گرفت. لایه ها پس از آماده سازی سطحی با نسبت ضخامت نسبی مارتنزیت (M) به آستنیت (A) 3 به 1 و 2 به 1 در دمای ?C 1000 و مدت زمان h 3 و تنش فشاری MPa 20 در کوره ی تیوبی خلأ تحت عملیات اتصال نفوذی قرار گرفتند. پس از فرآیند اتصال، برای بهبود خواص حافظه داری و سوپرالاستیک نمونه ها عملیات کارسرد و آنیل انجام پذیرفت. برای بررسی خواص ریزساختاری فصل مشترک از میکروسکپ نوری و میکروسکپ الکترونی روبشی و برای بررسی شیب غلظتی ترکیب شیمیایی در عرض فصل مشترک از آنالیز خطی به وسیله ی طیف سنجی پراش انرژی اشعه ی ایکس و برای بررسی خواص مکانیکی فصل مشترک از میکرو سختی سنجی استفاده شد. همچنین به منظور بررسی رفتار حافظه داری و سوپرالاستیک نمونه های دولایه و تک لایه و مقایسه ی آنها از آزمون بارگذاری - باربرداری و سیکل حرارتی درجا به وسیله ی اعمال جر ان الکتریکی بهره برده شد. همچنین دستگاه سنجش میزان حافظه داری و دوربین دیجیتال نیز برای بررسی رفتار حافظه-داری نمونه های دولایه پس از خارج کردن نمونه از دستگاه کشش استفاده شد. نتایج حاکی از آن است که پس از فرآیند اتصال نفوذی شیب غلظتی ترکیب شیمیایی در فصل مشترک ایجاد و فصل مشترک حاصل عاری از نقایص متالورژیکی و با خواص مکانیکی مناسب است. همچنین علاوه بر بهبود رفتار حافظه داری در نمونه ی دولایه، نمونه ها پس از 12 درصد کشش و بدون هیچ گونه عملیات پیچیده ی ترمومکانیکی، از خود حافظه داری دوطرفه نشان دادند. این حافظه داری دوطرفه در 15 درصد کرنش به حداکثر خود می رسد. همچنین در اثر کامپوزیتی شدن بسامد پاسخگویی نمونه ها افزایش یافت. از طرف دیگر نمونه های دولایه به دلیل وجود گرادیان غلظتی از خود رفتاری تابعی نشان دادند و استحاله در محدوده ی وسیعتری از دما در آنها اتفاق افتاد. کلمات کلیدی: نیکل – تیتانیم، حافظه داری، سوپرالاستیک، کامپوزیت دولایه، اتصال نفوذی.
- Abstract
- Shape memory and superelastic behavior of an austenitic/martensitic NiTi alloy bi-layer composite is investigated in the present study. Austenite (A) and Martensite (M) are stable phases of this alloy respectively at high and low temperatures. The superior properties of superelasticity in austenitic NiTi and shape memory behavior in martensitic NiTi are as result of a thermoelastic martensite transformation. It is expected that incorporation of these two behaviors simultaneously in the bi-layer composite specimen, introduces unique properties in this material. A layer with Ni-rich Ti-50.7at.%Ni composition and M layer with Cu-included Ti-rich, Ti-45at.%Ni-5at.%Cu composition were prepared by alloying using vacuum arc melting furnace followed by forging, solution annealing and also, hot and cold rolling in order to reach the desirable thicknesses. After surfacing, layers with 3:1 and 2:1 ratio (M:A) were bonded under diffusion bonding process in vacuum tube furnace at 1000 ?C, for 3h and under 20MPa compressive stress. Afterwards rolling followed by annealing treatment was conducted on the bonded layers to improve the shape memory and superelastic behaviors. The interface microstructure of bi-layer was investigated by optical and scanning electron microscopy, and chemical composition gradient in the interface zone was analyzed using line scan analysis with energy dispersive X-ray spectroscopy. In addition mechanical properties of the interface were studied using micro-hardness measurements. Shape memory and superelastic behavior of bi-layer and single-layers were investigated using loading-unloading test and in-situ thermal cycling by applying electrical current. Furthermore, shape memory testing device along with digital camera were developed to evaluate the shape memory behavior of the pulled bi-layer specimens by tensile machine. Results indicate that a chemical composition gradient was formed in the interface zone after diffusion bonding, which was free of any metallurgical defect and with appropriate mechanical properties. Moreover, not only the shape memory behavior improved in bi-layer specimens, but also they showed two-way shape memory effect after 12 percent tensile strain without any complex thermomechanical process. The two-way shape memory effect reached maximum value after 15 percent tensile strain. In addition, frequency response of the bi-layered specimens improved due to the composite effect of martensitic and austenitic layers. The results demonstrate that the bi-later specimens could act as functionally-graded materials due to their chemical composition gradients, and the occurrence of reverse transformation in broad range of temperatures. Keywords: NiTi alloy; Shape memory; Superelasticty; Bi-layer composite; Diffusion bonding.
