منابع پایان نامه درباره NiTi، چسبنده، شمش

دیده می شود[22].
4-6-2 اثر دمای پیرسازی بر تنش تسلیم
تنش تسلیم در فاز آستنیت تنشی است که انتهای قسمت خطی اول در منحنی های تنش کرنش ملاحظه می شود. همانطور که در شکل24-2 دیده می شود، زیر oC600 این تنش با افزایش دمای آنیلینگ کاهش می یابد. این موضوع معمولاً مربوط به بازیابی نمونه نورد شده می شود. بالای oC600 مقدار این تنش با افزایش دمای آنیلینگ افزایش می یابد. کامل شدن بازیابی در oC600 می تواند دلیلی برای این اثر باشد. در ادامه به دنبال رشد دانه و استحاله منظم-نامنظم در بالای oC700 تنش تسلیم کاهش می یابد. ضمن اینکه در بالای این دما به دلیل حل شدن رسوبات درصد نیکل زمینه افزایش یافته و دمای Ms کاهش و به دنبال آن تنش تسلیم فاز آستنیت یا همان تنش SIM افزایش می یابد[25].
شکل24-2 اثر عملیات حرارتی بر تنش تسلیم فاز مادر[25].
5-6-2 اثر اندازه رسوبات بر رفتار تنش-کرنش
در اثر ایجاد رسوبات Ni4Ti3 در زمینه آلیاژهای NiTi غنی از نیکل، تنش داخلی ایجاد می شود که برروی رفتار تنش-کرنش تاثیر دارد[26]. بنابراین تعیین اندازه این رسوبات بسیار ضروری است. با افزایش دمای پیرسازی اندازه رسوبات افزایش می یابد و در نتیجه رسوبات از حالت کاملاً چسبنده به زمینه به حالت نیمه چسبنده و در نهایت به حالت غیرچسبنده تبدیل می شوند. این رسوب در صورتی که به صورت چسبیده27 به زمینه باشد، میدان های تنشی موضعی ناشی از آنها، تنش اعمالی را تقویت می کنند و درنتیجه تنش مورد نیاز برای سیلان پلاستیک را افزایش می دهد و تنش لازم برای استحاله مارتنزیتی را کاهش می دهد[27].
شکل25-2 منحنی تنش کرنش کششی برای نمونه NiTi 50.9 نورد گرم شده نشان می دهد. به غیر از نمونه oC450 بقیه رفتار شبه الاستیک دارند و این نمونه از خود رفتار حافظه داری نشان می دهد. کرنش باقی مانده که با خط چین در شکل نشان داده شده است، با حرارت دادن قابل بازیابی است. شایان ذکر است که تنش استحاله در نمونه تازه نورد شده28 از همه بیشتر است و سپس این تنش تا دمای oC 450 با افزایش دما کاهش می یابد تا در این نقطه که کمینه می شود. سپس در نمونه های 550 و oC600 افزایش می یابد[27].
شکل25-2 منحنی تنش کرنش کششی برای نمونه NiTi 50.9 نورد گرم شده، دردمای اتاق. دما برروی شکل مشخص است. خط چین مقدار کرنش قابل بازیابی را در هنگام گرم کردن نشان می دهد[26].
رسوبات چسبنده به دلیل تنش داخلی که ایجاد می کنند مانع استحاله آستنیت به مارتنزیت می شوند و باعث می شوند که فاز R به وجود آید. با افزایش و دما و بزرگ شدن رسوبات چسبنده، میدان تنش داخلی بزرگتر می شود و تنش لازم جهت استحاله مارتنزیتی کاهش می یابد. با افزایش بیشتر دما و افزایش اندازه رسوبات، دمای استحاله فاز R به مارتنزیت افزایش می یابد و به دمای تست کشش نزدیک می شود و در نتیجه مقدار خاصیت حافظه داری نیز دیده می شود(نمونه پیرشده در oC450). از این دما به بالا رسوبات حالت غیر چسبنده پیدا می کنند واصطلاحاً نمونه بیش از حد پیر29 می شود و این رسوبات دیگر تنش داخلی را تقویت نمی کنند.درنتیجه دماهای استحاله کاهش می یابد و تنش لازم برای استحاله مارتنزیتی افزایش می یابد. در دمای بالاتر رسوبات در زمینه حل می شوند[26].
به طور کلی می توان گفت که تنش لازم برای استحاله مارتنزیتی با دمای Ms و مقدار تنش داخلی ناشی از رسوبات رابطه عکس دارد. اما در دمای بالاتر با تبدیل رسوبات چسبنده به غیر چسبنده و کاهش تنش داخلی و Ms، تنش لازم برای استحاله مارتنزیتی افزایش می یابد.
6-6-2 سختی در آلیاژ های NiTi غنی از نیکل
1-6-6-2 سختی در آلیاژ های NiTi غنی از نیکل
در ارتباط با سختی آلیاژهای NiTi غنی از نیکل می توان گفت که با افزایش درصد نیکل سختی افزایش می یابد و به دنبال آن مقاومت به سایش نیز بهبود می یابد. در چنین آلیاژهایی سختی بالا را می توان به وجود رسوبات نیمه چسبنده Ni4Ti3 در زمینه B2 آلیاژهای غنی از نیکل نسبت داد[28]. در جدول2-2 سختی و وزن از دست رفته(mg) در اثر سایش برای درصد مختلف نیکل نشان داده شده است.
جدول2-2 سختی و وزن از دست رفته در اثر سایش برای درصد مختلف نیکل[28]
وزن از دست رفته
HV1kg
Wt% Ni
57/0
186
50.24
35/0
273
50.98
33/0
334
51.17
2-6-6-2 اثر عملیات حرارتی برروی سختی
برای بدست آوردن خاصیت سوپرالاستیسیته و تنظیم سختی در یک نمونه که عملیات کارگرم برروی آن انجام شده است، نمونه را تا محدوده ی oC 700-500 حرارت می دهیم و بعد از گذشت زمان کافی در آب کوئنچ می کنیم. شکل26-2 محدودهی سختی و الاستیسیته را نشان می دهد[29].
شکل26-2 فرآیند لازم برای رسیدن به سختی و خاصیت سوپرالاستیک برای آلیاژ NiTi55[29].
مثلاً برای رسیدن به محدوده سختی حدود RC64-58، دما باید در حدود 900 تا oC950 باشد و سپس در آب یا محیط سرد کننده دیگر مانند روغن کوئنچ می کنیم تا دما سریعاً تا زیر oC500 کاهش یابد.
سرد کردن سریع باعث ایجاد سختی بالا می شود ولی درمقابل به دلیل اینکه رسوبات شکل نمی گیرند و زمینه به صورت فوق اشباع باق می ماند، الاستیسیته نیز کاهش می یابد. همچنین همانطور که در قسمت قبل و در منحنی تنش کرنش a35 دیده شد، با افزایش دمای پیرسازی به دلیل ایجاد رسوبات Ni3Ti2 استحکام و داکتیلیتی کاهش می یابد.
Carl P. Frick و همکارانش [26] از سختی مارتنز30 برای بررسی سختی نمونه های نورد گرم شده و پیرشده در دماهای مختلف استفاده کردند. شکل27-2 نمودار سختی را به عنوان تابعی از دمای پیرسازی برای آلیاژ NiTi 50.9 در دوحالت نورد گرم و کشش سیم سرد31 نشان می دهد. ملاحظه می شود که در حالت نورد گرم با افزایش دما و ایجاد رسوبات ریز Ni4Ti3 مقاومت در مقابل حرکت نابجایی ها افزایش می یابد و سختی زیاد می شود.
شکل27-2 سختی مارتنز به عنوان تابعی از دمای عملیات حرارتی برای دو حالت a)نورد گرم و b)کشش سیم سرد[26]
اما با افزایش دما رسوبات رشد می کنند و کم کم چسبندگی خود را با زمینه از دست می دهند. بنا براین با بزرگ شدن رسوبات سختی کاهش می یابد. اما در دمای بالا(oC600) چون رسوبات در زمینه حل می شوند، سختی به مقدار اولیه خود یعنی قبل از عملیات پیرسازی بر می گردد. البته این روند با پیش بینی که در شکل26-2 آمده است متفاوت است. در مرجع [29] بیان شده است که با افزایش دمای پیرسازی سختی به صورت خطی افزایش می یابد. البته در شکل27-2 اثر کارسرد نیز باید در نظر گرفته شود.
در نمونه های کار سرد شده تا قبل از دمای oC550 سختی از نمونه های کارگرم شده بالاتر است زیرا چگالی نابجایی ها در این نمونه بیشتر است. ولی با افزایش دما و بازیابی نابجایی ها سختی به مقدار نمونه کارگرم شده کاهش می یابد.
فصل سوم
روش انجام آزمایش
3-روش انجام آزمایش
1-3 ریخته گری
مواد اولیه برای تولید شمش نایتینول مورد استفاده در پروژه حاضر عبارتند از نیکل و تیتانیوم. آلیاژی که در این پروژه بررسی می شود، آلیاژ نیکل- تیتانیم با 5/57 درصد وزنی و یا 5/52 درصد اتمی نیکل و مقدار تعادلی تیتانیم می باشد. در انتخاب این مواد برای تولید این نوع ترکیب بین فلزی بایستی دقت کافی بعمل آید. عدم خلوص مواد اولیه سبب تغییر ترکیب و ورود ناخالصی به مذاب شده که این امر در نهایت خواص ویژه مورد نظر شمش تولیدی را تحت تأثیر قرار میدهد. لذا لازم است خلوص مواد مورد استفاده بسیار بالا باشد. ترکیب شیمیایی نیکل و تیتانیوم مورد استفاده در این پروژه مطابق جدول (1-3) است. تیتانیوم مورد استفاده به صورت ورق با ضخامت mm 5 و نیکل به صورت شمش با ضخامت mm 15 است.
جدول1-3 مشخصات نیکل و تیتانیوم مورد استفاده
ماده
ترکیب شیمیایی
خواص
کشور سازنده
نیکل
خالص
الکترولیتی
شرکت اینکو کانادا
تیتانیوم
خالص
گرید 2
آلمان
جنس بوته و قالب مورد استفاده در ذوب و ریختهگری نایتینول، با توجه به مطالبی که در فصل قبل بیان شد، گرافیت پر دانسیته با چگالی حدود3gr/cm 4/2 انتخاب گردید. بوته مورد استفاده مطابق شکل (1-3) به صورت استوانهای با ابعاد mm130× mm 72Ø می باشد. قالب مورد استفاده برای ریخته گری مکعبی و به ابعاد mm80mm × 20 mm ×130 می باشد که حجم آن حدود 3cm 208 است.
شکل1-3 تصویر بوته مورد استفاده (در حال چیدن مواد اولیه)
برای ذوب و ریختهگری نایتینول در تحقیق حاضر از کوره القائی تحت خلاء (ساخت دانشگاه مالک اشتر) استفاده شده است. مجموعه خلأ دستگاه می‌تواند در مدت زمان قابل قبولی به کمک هر سه پمپ دستگاه، به فشاری در حدود mbar 5-10 (تحت شرایط بدون اشیاء اضافی درون محفظه اصلی) برسد.
این کوره از نوع فرکانس متوسط بوده که ظرفیت ذوب آن حدود 20 کیلوگرم فولاد است. استفاده از فرکانسهای متوسط دارای این مزیت است که توان کوره بدون افزایش اندازه آن بالا میرود. این امر سبب کاهش اتلاف حرارتی و افزایش راندمان کوره برای ایجاد خلاء میگردد. درحین ذوب ولتاژ کوره به 400 ولت و جریان آن به 110 آمپر میرسد. جدول 2-3 مشخصات سیستم قدرت کوره را نشان می دهد.
جدول 2-3 مشخصات سیستم قدرت کوره
میزان فرکانس
فرکانس متوسط
فرکانس کاری
تقریباً kHZ 75/2
توان مصرفی
تقریباً kW70
حداکثر ظرفیت ذوب
تقریباً kg20 فولاد
به منظور انجام عملیات ذوب قطعات نیکل و تیتانیوم شارژی قبل از قرار دادن در کوره در بوته چیده میشوند(شکل2-3). قبل از شارژ نمونهها در بوته، بوته و قالب با باد تمیز شده و سپس استن شویی میشوند تا ذرات گرافیتی موجود درآن پاک شوند. برای کاهش تماس تیتانیوم با گرافیت دیواره بوته و همچنین به دلیل پایین بودن دمای ذوب نیکل نسبت به تیتانیوم، نیکل در نزدیک دیواره بوته و تیتانیوم در وسط بوته چیده میشوند.
شکل2-3 نحوه چیدمان مواد شارژ درون بوته (نیکل در کناره ها و تیتانیوم در وسط بوته)
شکل3-3 شمش حاصل از فرآیند عملیات ریخته گری را نشان می دهد.
شکل3-3 نمایی از شمش پله دار (اصلاح شده) با تغذیه (مشخص شده).
2-3 عملیات همگن سازی و محلول سازی
یکی از مزایای استفاده از کوره VIM این است که ساختار شمش حاصل، ساختاری همگن می باشد. با این وجود به منظور توزیع یکنواخت تر نیکل در زمینه و از بین بردن جدایش، عملیات همگن سازی برروی شمش حاصل انجام گرفت. به این منظور نمونههایی به شکل مکعب با ابعاد mm5mm×5mm×5 تهیه شدند. دمای همگن سازی با توجه به دیاگرام دوتایی NiTiبرابر oC1100 انتخاب گردید تا نمونه ها در محدودهی تک فاز قرار بگیرند. به منظور بررسی اثر زمان همگن سازی، سه زمان 5/0، 1، 2 و 4 ساعت برای همگن سازی انتخاب شد. اثر دو محیط سرد کنندگی هوا و کوره نیز برروی ریزساختار نمونه ها بررسی گردید. نمونه ها در شیشه کوارتز و تحت دمش گاز آرگون با دبی lit/min3 در داخل کوره قرار گرفتند. شکل4-3 فلوچارت انجام آزمایش های همگن سازی را نشان می دهد.
شکل 4-3 فلوچارت انجام آزمایش های همگن سازی.
نمونه ها پس از عملیات حرارتی، مانت شدند و به منظور بررسی ریز ساختاری پس از سنباده زنی و پولیش، اچ شده و توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی بررسی شدند.
به منظور تعیین دما و زمان عملیات محلولی نیز، نمونه هایی با ابعاد مشابه نمونه های همگن سازی تهیه شدند و در دمای oC1100 برای زمان های

مطلب مرتبط :   منابع مقاله درمورداثرات ثابت، معنادار بودن، نرم افزار

دیدگاهتان را بنویسید