مواد و ساخت پیشرفته

به آلیاژهایی که در طی یک چرخه حرارتی دوباره به شکل اولیه خود باز می‌گردند، آلیاژ حافظه­ دار یا SMA[1] می‌گویند. این آلیاژها بنابه روش تولیدشان، تحت تاثیر تنش یا حرارت، ساختار کریستالوگرافی خود را تغییر می‌دهند و تحت تاثیر آن به شکل اولیه خود باز می‌گردند. به این مواد، آلیاژ هوشمند ، مواد هوشمند و مواد حافظه ­دار هم می­گویند.

در تحقیقات اخیر، اثرات عنصر تیتانیوم (Ti) بر روی مشخصات ریزساختاری و خواص آلیاژ حافظه ­دار شکلی Fe-20Mn-6Si-8Cr-5Ni تولید شده به روش متالورژی پودر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیقات نشان داده است عناصر کمیابی مانند تیتانیوم می‌توانند استحکام تسلیم فشاری و استحکام شکست آلیاژ حافظه دار شکلی مذکور را به مقدار زیادی بهبود ببخشد.

با افزایش میزان تیتانیوم، یک فاز رسوبی به تدریج در آلیاژ ظاهر می­شود که بر خواص مکانیکی آلیاژ تأثیر معکوس می­گذارد و انعطاف­پذیری آلیاژ کاهش می­یابد. همچنین افزودن تیتانیوم، ریز کرنش شبکه آلیاژ را افزایش می­دهد و به این ترتیب نیروی محرکه تبدیل فاز مارتنزیتی را فراهم کرده و نهایتا خواص حافظه­داری شکلی آلیاژ را تسهیل می­کند. این بدان معناست که افزایش ریز کرنش شبکه برای افزایش فوق الاستیسیته و نرخ بازیابی شکل آلیاژ مفید است. به طور کلی دو ساختار بلوری برای آلیاژهای حافظه‌دار وجود دارد. در دمای پایین فاز مارتنزیت و در دمای بالا فاز آستنتیت مشاهده می‌شود. زمانی که آلیاژ حافظه­ دار به شکل مارتنزیت و در دمای پایین باشد، آلیاژ به راحتی به هر شکلی قابل تبدیل است. هنگامی که آلیاژ حرارت داده می‌شود، تبدیل فاز مارتنزیت به آستنیت رخ می‌دهد. در فاز آستنیت، آلیاژ حافظه دار شکلی را که قبلا داشته به خاطر می‌سپارد. در دما و فشار پایین مارتنزیت حضور دارد و در دما و فشار بالا آستنیت حضور دارد لذا تغییر شکل وابسته به این دو پارامتر است.

علاوه بر این نشان داده شده است بین محتوای تیتانیوم و مقاومت به خوردگی آلیاژ یک ارتباط وجود دارد. به این معنی که یک مقدار بهینه تیتانیوم در آلیاژ وجود دارد که باعث ایجاد خواص خوردگی بهینه در آن آلیاژ می­شود. به این صورت که افزودن تیتانیوم تا یک مقدار مشخص، باعث تقویت پراکندگی رسوبات به منظور بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژ در محلول ­های HCl و NaOH می شود و با افزودن بیشتر از آن مقدار باعث جدایش ترکیب می­شود و آلیاژ را مستعد خوردگی می­ کند.

در نهایت بعد از انجام آزمایشات لازم، نشان داده شده است افزون 0.5 درصد وزنی تیتانیوم باعث بهبود خواص مکانیکی کلی شامل استحکام تسلیم فشاری 1567 مگاپاسکال، مقاومت شکست 2140 مگاپاسکال، کرنش فوق الاستیک به ترتیب 2.8 درصد و 3.1 درصد، در 10 درصد و 15 درصد پیش ­کرنش می­‌شود.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0254058422012986