منابع پایان نامه درباره سه مرحله ای

ل آستنیت به مارتنزیت آغاز می شود(As) و دمایی که پایان می پذیرد، (Af) است. همین طور دماهای Ms و Mf برای استحاله مارتنزیتی تعریف می شوند. با اینکه فاز R در نتیجه یک واکنش مارتنزیتی شکل می گیرد، ولی همان فاز R نامیده می شود و دماهای آغاز و پایان این استحاله به ترتیب Rs و Rf نامیده می شود. پیک های شکل7-2، موقعیت دمای آغاز و پایان استحاله ها فاز R و فاز B19′ را در هنگام سرد کردن و فاز B2 را در هنگام گرم کردن، نشان می دهد[17].
بر روی نمودار دو شانه قبل و بعد از پیک نشان دهنده نقاط آغاز و پایان استحاله می باشند. از روی این نمودار ساده DSC، می توان دید که در هنگام سرد کردن از فاز B2، ماده ابتدا کاملاً به فاز R تبدیل می شود (اولین پیک روی نمودار DSC) و زمانی که دما کم می شود، این فاز R به فاز B19′ تبدیل می شود(پیک دوم برروی نمودار DSC). در طول گرم کردن یک پیک ظاهر می شود که نشان می دهد فاز B19′ مستقیماً به فاز B2 تبدیل شده است.
نمودارهای DSC آلیاژهای NiTi غنی از نیکل بعد از زمان کوتاه پیر سازی یک یا دو پیک از خود نشان می دهند و در زمان پیر سازی متوسط سه پیک(از این پس استحاله مارتنزیتی چند مرحله ای نامیده می شود) و دوباره در زمان پیر سازی طولانی یک یا دو پیک از خود نشان می دهند (شکل 8-2).
شکل8-2 تغییر اجزای منحنی DSC از دو مرحله در زمان کوتاه پیرسازی به سه مرحله در زمان های متوسط و سپس برگشت به دو مرحله در زمان های خیلی طولانی پیرسازی[17].
3-5-2 توضیحات ریز ساختاری و کریستالوگرافی استحاله مارتنزیتی چند مرحله ای
به طور کلی پنج دلیل را می توان برای وقوع استحاله مارتنزیتی چند مرحله ای نام برد[17]:
 1) فازهای کریستالوگرافی اضافی می توانند دلیل خوبی برای توضیح این رفتار باشند. در آلیاژ NiTi اگر فاز B19 به وجود بیاید، سه مرحله استحاله فاز را می توان به B2 بهR، Rبه B19 و B19 به B19′ نسبت داد. اما آزمایشات دقیق تا کنون اثری از فاز B19 در الیاژ دوتایی NiTi نشان نداده است.
 2) دلیل دیگر برای توضیح رفتار سه مرحله ای بودن استحاله در هنگام سرد کردن از فاز B2 مربوط به اندرکنش ریزساختارهای تشکیل شده از نابجایی هایی است که در هنگام عملیات ترمومکانیکی ایجاد می شوند و مرزهای آستنینت و مارتنزیت را جابجا می کنند. اولین پیک معرف واکنش B2 به R است. پیک دوم مربوط به استحاله R به B19′ است. در این حالت رشد مارتنزیت توسط دیوارهای نابجایی متوقف می شود[17]. برای فراهم کردن نیروی محرک لازم برای اینکه فاز B19′ دیواره نابجایی ها را که به صورت دانه های فرعی هستند بشکند و رشد کند، تحت تبرید بیشتری نیاز است. وقتی که دما به صورت پیوسته کاهش می یابد، این نیروی محرکه اضافی در نهایت فراهم می شود. سومین پیک روی منحنی سرد کردن نمانیده استحاله باقی مانده فاز R به فاز B19′ و شکسته شدن دیواره های نابجایی هاست. تصویر شماتیکی از این رفتار در شکل a9 -2 نشان داده شده است.
3) یک روش دیگر برای توضیح استحاله مارتنزیتی چند مرحله ای توسط بتیلارد 16و همکارانش ارائه شد[14]. ایشان حضور میدان های تنش همسان اطراف رسوبات Ni4Ti3 را دلیل توجیه این رفتار چند مرحله ای می دانند. در اولین مرحله از توالی استحاله، B2 به فاز R تبدیل می شود و فاز R در فصل مشترک زمینه و رسوب جوانه می زند و در داخل زمینه رشد می کند. سپس این فاز R به فاز B19′ تبدیل می شود و پیک دوم مربوط به استحاله فازی R به فاز B19′ است. اما این استحاله اخیر در دو مرحله اتفاق می افتد. یکی در نزدیکی رسوب و دیگری در زمینه آلیاژ که تحت تاثیر تنش های همسان قرار نگرفته اند. رشد فاز B19′ توسط نواحی اطراف ذرات رسوب که تحت تنش های همسان و پیوسته قرار گرفته اند، محدود و متوقف می شود. بنابراین پیک دوم مربوط به استحاله R به B19′ در نواحی اطراف رسوبات است که تحت تاثیر میدان تنشی پیوسته قرار گرفته اند و پیک سوم مربوط به استحاله Rبه B19′ در نواحی زمینه است که تحت تاثیر تنش قرار ندارند. (شکلb9-2)
شکل9-2 نمایش شماتیکی از تئوری های استحاله چند مرحله ای:a) تئوری ریزساختاری که در آن مرز دانه های فرعی باعث ایجاد مانع بر سر راه رشد B19’ می شود[28و27]. B) استحاله مارتنزیتی چند مرحله ای به دلیل میدان های تنشی پیوسته در اطراف رسوبات[17]. حتی اگر تنش قوی نباشد، تغییر در مقدار نیکل می تواند دلیل این پدیده باشد[15].
4) رسوب ناهمگن ذرات: مطالعات TEM[18] نشان میدهد که رسوب ناهمگن رسوبات Ni4Ti3 در نزدیکی مرزهای دانه، دلیل خوبی را برای استحاله های مارتنزیتی چند مرحله ای در آلیاژهای NiTi غنی از نیکل ایجاد می کند. چنین ریزساختارهای ناهمگنی می توانند در زمان پیرسازی محلول آنیل شده و آلیاژهای بدون عیب NiTi غنی از نیکل ایجاد شوند. بعد از یک ساعت پیر سازی در دمای 0C 500، ریز ساختاری از نواحی مرز دانه تشکیل می شود که رسوبات Ni4Ti3 در نزدیکی آنها قرار گرفته اند. در طول سرد کردن کنترل شده این ساختار از فاز B2، دو پیک آشکار دیده می شود. پیک اول نتیجه استحاله از B2 به R در نواحی مرزی غنی از رسوب است. پیک دوم با دو فرآیند همراه است: 1) استحاله فاز R تازه شکل گرفته به فاز B19′ در نواحی مرز دانه و 2) استحاله مستقیم B2 به B19′ در نواحی ریزساختاری بدون رسوب. با انجام عملیات پیر سازی در 0C 500 و برای 10 ساعت، Ni4Ti3 که در نواحی مرز دانه رسوب می کند ضخیم تر می شود. به علاوه شبکه های نا منظمی از رسوبات در نواحی داخلی دانه جوانه می زنند. البته با وجود این جوانه زنی، همچنان بخش عمده ای از ریز ساختار بدون رسوب باقی می ماند.
با سرد کردن NiTi که کامل پیر شده است، ماده رفتار استحاله ای سه مرحله ای از خود نشان می دهد. سه پیک کاملاً مجزا با استفاده از DSC دیده می شود که مربوط به 1) استحاله B2 به R در نواحی شامل رسوبات Ni4Ti3 (پیک اول)، 2) استحاله فاز R در این نواحی به B19′(پیک دوم)، 3) استحاله مستقیم نواحی بدون رسوب داخل دانه از B2 به B19′(پیک سوم) می باشد. شکل a10-2و 11-2 تصویر TEM موزاییک مانند ریز ساختار را نشان می دهد که دارای رسوبات غیر همگن می باشد که استحاله چند مرحله ای در طول سرد شدن از فاز B2 را نشان می دهد. نمودار DSC مربوطه که سه پیک را نشان می دهد در شکل b10-2 آورده شده است.
شکل10-2 a)ریزساختار TEM آلیاژ NiTi غنی از نیکل پلی کریستال با رسوبات نا همگن b) منحنی DSC مربوطه که سه پیک را درهنگام سرد کردن نشان می دهد[17].
شکل 11-2 رسوب ترجیحی فاز Ni4Ti3 در مرز دانه و نزدیک Ti4Ni2O در داخل دانه بعد از پیرسازی در a) 1 ساعت و b) 10 ساعت[15]
6-2 بررسی خواص مکانیکی
1-6-2 خاصیت سوپرالاستیکی
استحاله فازی مارتنزیتی توام با تنش 17(SIM) در بررسی رفتار کششی آلیاژ نایتینول این امکان را می دهد تا کرنش های بیشتراز 8 درصد در هنگام باربرداری از روی نمونه از طریق استحاله معکوس بازیابی شوند. از این خاصیت معمولاً تحت عنوان خاصیت سوپرالاستیسیته(SE18)نام برده می شود. حال زمانی که این نایتینول سوپرالاستیک تا زیر دمای بحرانی سرد شود، تغییرات فازی توام با تنش نمی تواند کرنش را بازیابی کند. در این حالت شکل اولیه با حرارت دادن ماده تا بالای دمای بحرانی دوم بازیابی می شود و خاصیت حافظه داری ایجاد می شود[19].
2-6-2 اثر حافظه داری
نایتینول توانایی حافظه داری خود را از یک تغییر فاز کنترل شده با دما و بازگشت پذیر از آستنیت به مارتنزیت بدست می آورد. مارتنزیت از فاز مادر آستنیت با سرد کردن تا زیر دمای بحرانی بدست می آید(شکلa12-2). یک استحاله حالت جامد اتفاق می افتد که طی آن دوقلویی های خود تطبیق ده 19از ساختار شبکه حاصل می شوند و فاز مارتنزیت شکل می گیرد. این موضوع باعث شکل گرفتن کریستال های سوزنی شکل می شود که به صورت چپ و راست در داخل ساختار دیده می شوند[19]. عمل دوقلویی شدن باند های اتمی را نمی شکند بنابراین فرآیند برگشت پذیر می شود. اگر به ساختار دوقلویی شده تنش وارد شود، مرزهای دوقلویی به گونه ای جابجا می شوند که بهترین تطبیق را با نیروی وارده داشته باشند(شکل b12-2). این عمل دی تویین شدن20 نام دارد و می تواند تغییرشکل بالایی را در شبکه جای دهد. اگر نمونه در این شرایط حرارت داده شود، به شکل اولیه خود در حالت فاز آستنیت مادر باز میگردد(شکل c12-2) و خاصیت حافظه داری حاصل می شود.
شکل12-2 نمایش شماتیک استحاله حافظه داری[19].
همانطور که گفته شد، مارتنزیت می تواند در اثر تنش نیز بوجود بیاید. شکل13-2 منحنی تنش کرنش ایدهال آلیاژهای نایتینول را برای حالت بارگذاری در فاز آستنیت (بالای دمای Af)، نشان می دهد. در بارگذاری اولیه ماده کاملاً آستنیته است و رفتار آن به صورت رفتار الاستیک خطی است.
شکل13-2 مدل ساده شده استحاله مارتنزیتی[19].
اما در کرنش حدود %1 یک اختلافی با حالت خطی دیده می شود که نشان می دهد فاز مارتنزیت در حل شکل گرفتن است. مارتنزیت به صورت کریستال های دوقلویی شکل می گیرد زیرا در مرزهای کریستال های تازه شکل گرفته تنش برشی وجود دارد. این پروسه استحاله ای توسط محدوده پلاتو مشخص می شود. در این منطقه ماده مدول یانگ کمی دارد و معمولاًتا کرنش %6 ازدیاد طول می یابد و ماده از مارتنزیت های دوقلویی تشکیل شده است[19]. فرآیند مذکور در تنش ثابت صورت گرفته و قسمت صاف بالایی21 در منحنی تنش کرنش آلیاژهای سوپرالاستیک مربوط به این فرآیند است. با حذف تنش مارتنزیت ناپایدار شده و به آستنیت تبدیل می شود و نمونه به شکل اولیه خود باز می گردد که مشخصه این مرحله نیز قسمت صاف پایینی22 است. اگر تغییر شکل بیشتری اعمال شود، ساختار شبکه به صورت الاستیک تغییر شکل می یابد تا تنش بحرانی که در آن ماده تسلیم می شود و تغییر شکل پلاستیک رخ می دهد. در ادامه شکست اتفاق می افتد. شکل گیری مارتنزیت توام با تنش از نظر کریستالوگرافی برگشت پذیر است زیرا باند های بین اتمی در اثر این استحاله سالم باقی می مانند. این موضوع ماده را قادر می سازد تا تمام کرنش ایجاد شده تا قبل از تغییر شکل پلاستک را که می تواند تا %9 کرنش باشد، بازیابی کند.
اما رفتار سوپرالاستیک تنها زمانی اتفاق می افتد که ماده در بالای دمای Af بارگذاری شود. وقتی بارگذاری در محدوده MsTAf انجام شود، مارتنزیت توام با تنش شکل می گیرد(شکلa14-2). اما در هنگام باربرداری فقط تغییر شکل الاستیک شبکه مارتنزیتی بازیابی می شود(ماکزیمم به مقدار%1) و کرنش ناشی از دی تویین شدن باقی می ماند. اگر نمونه در این شرایط تا بالای دمای Af حرارت داده شود، تغییر شکل مطابق با نمودار کرنش-دمای شکل a14-2 بازیابی می شود. این موضوع همان خاصیت حافظه داری است که توضیح آن قبلاً داده شده است. قابل ذکر است که مشاهده رفتار سوپر الاستیک در دمای بیش از Af و کمتر از Md (بالاتری دمایی که استحاله مارتنزیتی می تواند در اثر اعمال تنش اتفاق بیفتد) امکان پذیر است در دمای Md که از Af بزرگتر است، تنش بحرانی لازم برای شکل گیری مارتنزیت بزرگتر از تنش لازم برای حرکت نابجایی ها در تغییر شکل پلاستیک است که این حرکت نابجایی ها باعث کم شدن سوپرالاستیسیته می شود.
شکل14-2 دیاگرام سه بعدی تنش-کرنش-دما برای نایتینول[19].
شکل b14-2 منحنی تنش کرنش را در محدوده دمایی AfTMd نشان می دهد. در این شرایط ماده سوپرالاستیک است و اگر بارگذاری و سپس باربرداری شود، منحنی تنش کرنش یک حلقه بسته غیر خطی را دنبال می کند که در آن پلاتو23بالایی مربوط به استحاله

مطلب مرتبط :   دانلود پایان نامه ارشد درموردولی، ولایت، این‌که

دیدگاهتان را بنویسید