تأثیر عنصر هافنیم به مقدار کم بر رفتار استحاله و خواص سوپرالاستیک آلیاژ حافظه دارNiTi غنی از نیکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

2 استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

چکیده

آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم به دلیل دارا بودن دو خاصیت ویژه ی حافظه داری و سوپرالاستیک بسیار مورد توجه قرار گرفته و کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف مانند پزشکی، هوافضا و به عنوان حسگر در سیستم های میکرو الکترو مکانیکی پیدا کرده اند. رفتار حافظه‌داری و سوپرالاستیک به شدت وابسته به ترکیب شیمیایی، دما و ساختار آلیاژ می‌باشد. در این پژوهش برای اولین بار تأثیر عنصر هافنیم به مقدار کم ( حدود 3 درصد اتمی) بر روی ریزساختار، دماهای استحاله، خواص حافظه داری و خواص سوپرالاستیک آلیاژ نیکل تیتانیم با ترکیب اسمی Ni-47/2%at.Ti-3%at.Hf بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهند که حضور هافنیم می تواند مکانیسم تغییر شکل حین بارگذاری را تغییر دهد و در نتیجه منجر به بروز رفتار حافظه داری دو طرفه در نمونه می گردد. رفتار حافظه داری دو طرفه در این نمونه تنها پس از 12 درصد کشش ساده دیده شد. نمونه پس از باربرداری، حین بازیابی حرارتی از خود رفتاری زنگوله ای نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Influence of Hf Solute Addition on the Shape Memory and Superelastic Behavior of NiTi Alloy

نویسندگان [English]

  • Sepideh Sadat Hosseini Noorabadi 1
  • Mahmoud Nili-Ahmadabadi 2
1 Student of M.Sc, School of Metallurgy and Materials Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

NiTi alloys (SMAs) are unique alloys, which have two attractive properties, shape memory effect and superelastic behaviour. Each property strongly depends on the composition, temperature and structure. The microstructure was investigated by optical microscopy, and chemical composition was analyzed using line scan analysis with energy dispersive X-ray spectroscopy. X-ray Diffraction (XRD) analysis of the bulk samples was conducted. The transformation temperatures were measured by Dilatometry. The shape memory and superelastic behavior of material were investigated using loading-unloading test and in-situ thermal cycling by applying electrical current at the end of sample and the shape changes of the bi-layers were recorded using a digital camera. The solute addition of Hf to NiTi alloy, led to a Two-way shape memory effect after tensile deformation. The Hf solute additions on NiTi alloy provides bell-curve shape memory behaviour during stress-free thermal cycling after 12 percent tensile deformation which demonstrates the acute influence of Hf additions on the material's properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NiTiHf alloy
  • Shape memory
  • Superelasticty
  • Solute Addition
  • Hafnium
[1] G. Brook, “Applications of Titanium-Nickel Shape Memory Alloys”, Materials and Design, 4, 835-840, 1983.

[2] M. H. Elahinia, M. Hashemi, M. Tabesh, and S. B. Bhaduri, “Manufacturing and Processing of NiTi Implants”, A Review Progress in Materials Science, 57, 911-946, 2012.

[3] S. Miyazaki and K. Otsuka, “Development of Shape Memory Alloys”, ISIJ International, 29, 353-377, 1989.

[4]  M. Mohri, M. Nili-Ahmadabadi, J. Ivanisenko, R. Schwaiger, H. Hahn and V. Sai Kiran Chakravadhanula, “Microstructure and Mechanical Behavior of a Shape Memory Ni–Ti Bi-layer Thinfilm”, Journal of Thin Solid Films, 583, 245–254, 2015.

[5] J. Khalil-allafi, A. Dlouhy, and G. Eggeler, “Ni 4 Ti 3 -precipitation during aging of NiTi shape memory alloys and its influence on martensitic phase transformations,” vol. 50, pp. 4255–4274, 2002.

[6]      J. Ma, I. Karaman, and R. Noebe, “High temperature shape memory alloys,” Int. Mater. Rev., 2010.

[7]        G. Firstov and J. Van Humbeeck, “High temperature shape memory alloys", problems and prospects,” J. Intell., 2006.

[8] D. Angst, P. Thoma, and M. Kao, “The Effect of Hafnium Content on the Transformation Temperatures of Ni49Ti51-xHfx. Shape Memory Alloys,” J. Phys. IV, 1995.

[9] D. Abujudom, M. Kao, P. Thoma, and D. Angst, “High transformation temperature shape memory alloy,” Pat. NumberEP 0484805, 1992.

[10] X. Meng, Y. Zheng, Z. Wang, and L. Zhao, “Shape memory properties of the Ti 36 Ni 49 Hf 15 high temperature shape memory alloy,” Mater. Lett., 2000.

[11]      X. Meng, W. Cai, Y. Zheng, Y. Tong, and L. Zhao, “Stress-induced martensitic transformation behavior of a Ti–Ni–Hf high temperature shape memory alloy,” Mater. Lett., 2002.

[12]      P. Olier, J. Brachet, and J. Bechade, “Investigation of transformation temperatures, microstructure and shape memory properties of NiTi, NiTiZr and NiTiHf alloys,” Phys. IV, 1995.

[13]  F. Yang, D. R. Coughlin, P. J. Phillips, L. Yang, A. Devaraj, L. Kovarik, R. D. Noebe, and M. J. Mills. "Structure analysis of a precipitate phase in a Ni-rich high-temperature NiTiHf shape memory alloy." Acta Materialia 61 (2013) 3335-3346.

[14] X. D. Han, R. Wang, Z. Zhang, and D. Z. Yang. "A new precipitate phase in a TiNiHf high temperature shape memory alloy." Acta materialia 46 (1998) 273-281.

[15]  R. Santamarta, R. Arróyave, J. Pons, A. Evirgen, I. Karaman, H. E. Karaca, and R. D. Noebe. "TEM study of structural and microstructural characteristics of a precipitate phase in Ni-rich Ni–Ti–Hf and Ni–Ti–Zr shape memory alloys." Acta Materialia 61 (2013)6191-6206.

[16]    X. Meng, Y. Zheng, Z. Wang, and L. Zhao, “Effect of aging on the phase transformation and mechanical behavior of Ti 36 Ni 49 Hf 15 high temperature shape memory alloy,” Scr. Mater., 2000.

[17]    M. Javadi, M. Belbasi, and M. Salehi, “Effect of aging on the microstructure and shape memory effect of a hot-rolled NiTiHf alloy,” J. Mater., 2011.

[18]    X. Meng, Y. Zheng, W. Cai, and L. Zhao, “Two-way shape memory effect of a TiNiHf high temperature shape memory alloy,” J. Alloys Compd., 2004.

[19]    X. Meng, W. Cai, Y. Zheng, Y. Tong, and L. Zhao, “Stress-induced martensitic transformation behavior of a Ti–Ni–Hf high temperature shape memory alloy,”

[20]    B. S. Shariat et al., “Functionally graded shape memory alloys: Design, fabrication and experimental evaluation,” Mater. Des., vol. 124, pp. 225–237, 2017.

[21] M.S. Shakeri; J. Khalil-Allafi; V. Abbasi-Chianeh; Arash Ghabchi, “The influence of Ni4Ti3 precipitates orientation on two-way shape memory effect in a Ni-rich NiTi alloy,”Journal of Alloys and Compounds, volume 485, issue 1-2 ,2009.