Pseudoelasticity - Pseudoelasticity

Pseudoelasticity, někdy nazývané superelasticity, je elastický (reverzibilní) reakce na použitou stres, způsobené fázovou transformací mezi austenitický a martenzitický fáze krystalu. Je vystaven v slitiny s tvarovou pamětí.

Přehled

Pseudoelasticita je dána reverzibilním pohybem doménových hranic během fázové transformace, spíše než pouhým roztahováním vazby nebo zavedením defektů v krystalové mřížce (tedy to není pravda superpružnost ale raději pseudo pružnost). I když se hranice domény stanou sepnutými, mohou být obráceny ohřevem. Pseudoelastický materiál se tedy může vrátit do svého předchozího tvaru (tedy tvarová paměť) po odstranění i relativně vysokých aplikovaných kmenů. Jeden speciální případ pseudoelasticity se nazývá Bainova korespondence. Jedná se o fázovou transformaci austenitu / martenzitu mezi a obličejově orientovaná krystalová mříž (FCC) a a na tělo zaměřená tetragonální krystalová struktura (BCT).[1]

Superelastický slitiny patří do větší rodiny slitiny s tvarovou pamětí. Při mechanickém zatížení se superelastická slitina deformuje reverzibilně na velmi vysokou hodnotu kmeny (až 10%) vytvořením a stresem indukovaná fáze. Po odstranění zátěže se nová fáze stane nestabilní a materiál získá svůj původní tvar. Na rozdíl od slitin s tvarovou pamětí není nutná žádná změna teploty, aby slitina získala svůj původní tvar.

Superelastická zařízení využívají výhod své velké reverzibilní deformace a zahrnují antény, brýle rámy a biomedicínské stenty.

Nikl titan (Nitinol) je příklad slitiny vykazující superelasticitu.

Efekty velikosti

Nedávno se objevily zájmy o objevení materiálů vykazujících superelasticitu v nanoměřítku pro MEMS Aplikace (mikroelektromechanické systémy). Schopnost ovládat martenzitický fázová transformace již byla hlášena.[2] Bylo však pozorováno, že chování superelasticity má vliv na velikost v nanoměřítku.

Kvalitativně vzato je superelasticita reverzibilní deformací fázovou transformací. Proto soutěží s nevratným plastická deformace dislokačním pohybem. V nanoměřítku je dislokační hustota možná Frank – Číst zdroj stránky jsou výrazně omezeny, takže mez kluzu se zvětšuje se zmenšenou velikostí. Proto bylo u materiálů vykazujících chování superelasticity v nanoměřítku zjištěno, že mohou pracovat v dlouhodobém cyklování s malou škodlivou evolucí.[3] Na druhou stranu kritický stres pro martenzitický fázová transformace, která má nastat, se také zvyšuje z důvodu omezeného počtu možných míst pro nukleace začít. Nukleace obvykle začíná blízko dislokace nebo povrchových defektů. Ale u nanoměřítkových materiálů je dislokační hustota výrazně snížena a povrch je obvykle atomově hladký. Proto je fázová transformace nanoměřítkových materiálů vykazujících superelasticitu obvykle shledána homogenní, což vede k mnohem vyššímu kritickému namáhání.[4] Konkrétně u oxidu zirkoničitého, kde má tři fáze, bylo zjištěno, že konkurence mezi fázovou transformací a plastickou deformací závisí na orientaci,[5] indikující orientační závislost aktivační energie dislokace a nukleace. U materiálů v měřítku vhodných pro superelasticitu by proto měl být zkoumán optimalizovaný směr krystalu a drsnost povrchu pro co největší efekt superelasticity.

Viz také

Reference

  1. ^ Bhadeshia, H. K. D. H. „Bainova korespondence“ (PDF). Věda o materiálech a metalurgii. Univerzita v Cambridge.
  2. ^ Thorsten Krenke; et al. (2007). "Magnetická superelasticita a inverzní magnetokalorický účinek v Ni-Mn-In". Fyzický přehled B. 75 (10): 104414. arXiv:0704.1243. doi:10.1103 / PhysRevB.75.104414.
  3. ^ J. San Juan; et al. (2014). "Dlouhodobé cyklování superelastů v nano měřítku v mikropilárech ze slitiny Cu-Al-Ni s tvarovou pamětí". Aplikovaná fyzikální písmena. AIP. 104: 011901. doi:10.1063/1.4860951.
  4. ^ J. San Juan; et al. (2013). „superelasticity a tvarové paměti v nanoměřítku: vliv velikosti na martenzitickou transformaci“. Journal of Alloys and Compounds. Elsevier. 577: S25 – S29. doi:10.1016 / j.jallcom.2011.10.110.
  5. ^ Ning Zhang; et al. (2016). "Konkurenční mechanismy mezi dislokací a fázovou transformací v plastické deformaci monokrystalických ytria stabilizovaných tetragonálních zirkoničitých nanopilárů". Acta Materialia. 120: 337–347. arXiv:1607.03141. doi:10.1016 / j.actamat.2016.08.075.
  • Liang C., Rogers C. A. (1990). „Jednorozměrné termomechanické konstitutivní vztahy pro materiály s tvarovou pamětí“. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 1 (2): 207–234. doi:10.1177 / 1045389x9000100205.
  • Miyazaki S, Otsuka K, Suzuki Y (1981). "Transformační pseudoelasticita a deformační chování ve slitině Ti-50,6at% Ni". Scripta Metallurgica. 15 (3): 287–292. doi:10.1016 / 0036-9748 (81) 90346-x.
  • Huo, Y .; Müller, I. (1993). "Nerovnovážná termodynamika pseudoelasticity". Mechanika kontinua a termodynamika. Springer Science and Business Media LLC. 5 (3): 163–204. doi:10.1007 / bf01126524. ISSN  0935-1175.
  • Tanaka K., Kobayashi S., Sato Y. (1986). "Termomechanika transformační pseudoelasticity a efektu tvarové paměti ve slitinách". International Journal of Plasticity. 2 (1): 59–72. doi:10.1016/0749-6419(86)90016-1.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  • Kamita, Toru; Matsuzaki, Yuji (01.08.1998). "Jednorozměrná pseudoelastická teorie slitin s tvarovou pamětí". Chytré materiály a struktury. Publikování IOP. 7 (4): 489–495. doi:10.1088/0964-1726/7/4/008. ISSN  0964-1726.
  • Yamada, Y. (1992-09-01). "Teorie pseudoelasticity a efekt tvarové paměti". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 46 (10): 5906–5911. doi:10.1103 / fyzrevb.46.5906. ISSN  0163-1829.

externí odkazy