ടോപ്പ് മെറ്റൽ മാഗസിൻ "ആക്ട മെറ്റീരിയൽ": ഷേപ്പ് മെമ്മറി അലോയ്സിന്റെ ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ സ്വഭാവം

ഷേപ്പ് മെമ്മറി അലോയ്കൾക്ക് (എസ്എംഎ) തെർമോമെക്കാനിക്കൽ ഉത്തേജകങ്ങളോട് ഒരു സ്വഭാവ രൂപഭേദം പ്രതികരണമുണ്ട്. ഉയർന്ന താപനില, സ്ഥാനചലനം, ഖര-ഖര രൂപാന്തരീകരണം മുതലായവയിൽ നിന്നാണ് തെർമോമെക്കാനിക്കൽ ഉത്തേജനം ഉത്ഭവിക്കുന്നത്. ആവർത്തിച്ചുള്ള ചാക്രിക ഘട്ട സംക്രമണങ്ങൾ സ്ഥാനചലനങ്ങളിൽ ക്രമാനുഗതമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു, അതിനാൽ രൂപാന്തരപ്പെടാത്ത പ്രദേശങ്ങൾ SMA യുടെ (ഫംഗ്ഷണൽ ക്ഷീണം എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു) പ്രവർത്തനക്ഷമത കുറയ്ക്കുകയും മൈക്രോക്രാക്കുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും, ഇത് ആത്യന്തികമായി സംഖ്യ വലുതാകുമ്പോൾ ശാരീരിക പരാജയത്തിലേക്ക് നയിക്കും. വ്യക്തമായും, ഈ അലോയ്കളുടെ ക്ഷീണിച്ച ജീവിത സ്വഭാവം മനസ്സിലാക്കുക, വിലകൂടിയ ഘടക സ്ക്രാപ്പിന്റെ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുക, മെറ്റീരിയൽ വികസനവും ഉൽപ്പന്ന ഡിസൈൻ സൈക്കിളും കുറയ്ക്കുക എന്നിവയെല്ലാം വലിയ സാമ്പത്തിക സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കും.

തെർമോ-മെക്കാനിക്കൽ ക്ഷീണം വലിയ തോതിൽ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടില്ല, പ്രത്യേകിച്ച് തെർമോ മെക്കാനിക്കൽ സൈക്കിളുകൾക്ക് കീഴിലുള്ള ക്ഷീണം വിള്ളൽ വ്യാപനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണത്തിന്റെ അഭാവം. ബയോമെഡിസിനിൽ എസ്എംഎയുടെ ആദ്യകാല നടപ്പാക്കലിൽ, സൈക്ലിക് മെക്കാനിക്കൽ ലോഡിന് കീഴിലുള്ള "വൈകല്യങ്ങളില്ലാത്ത" സാമ്പിളുകളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള ജീവിതമായിരുന്നു ക്ഷീണ ഗവേഷണത്തിന്റെ ശ്രദ്ധ. ചെറിയ SMA ജ്യാമിതിയിലുള്ള പ്രയോഗങ്ങളിൽ, ക്ഷീണം വിള്ളൽ വളർച്ച ജീവിതത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നില്ല, അതിനാൽ ഗവേഷണം അതിന്റെ വളർച്ചയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുപകരം വിള്ളൽ ആരംഭിക്കുന്നത് തടയുന്നതിലാണ് ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്; ഡ്രൈവിംഗ്, വൈബ്രേഷൻ റിഡക്ഷൻ, എനർജി അബ്സോർപ്ഷൻ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ എന്നിവയിൽ വേഗത്തിൽ പവർ നേടേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. പരാജയത്തിന് മുമ്പ് കാര്യമായ വിള്ളൽ വ്യാപനം നിലനിർത്താൻ SMA ഘടകങ്ങൾ സാധാരണയായി വലുതാണ്. അതിനാൽ, ആവശ്യമായ വിശ്വാസ്യതയും സുരക്ഷാ ആവശ്യകതകളും നിറവേറ്റുന്നതിന്, കേടുപാടുകൾ സഹിഷ്ണുത രീതിയിലൂടെ ക്ഷീണം വിള്ളൽ വളർച്ചയുടെ സ്വഭാവം പൂർണ്ണമായി മനസ്സിലാക്കുകയും കണക്കാക്കുകയും ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. എസ്എംഎയിലെ ഫ്രാക്ചർ മെക്കാനിക്സ് എന്ന ആശയത്തെ ആശ്രയിക്കുന്ന കേടുപാടുകൾ സഹിക്കുന്നതിനുള്ള രീതികൾ പ്രയോഗിക്കുന്നത് ലളിതമല്ല. പരമ്പരാഗത ഘടനാപരമായ ലോഹങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, റിവേഴ്‌സിബിൾ ഫേസ് ട്രാൻസിഷന്റെയും തെർമോ-മെക്കാനിക്കൽ കപ്ലിംഗിന്റെയും അസ്തിത്വം എസ്എംഎയുടെ ക്ഷീണവും ഓവർലോഡ് ഫ്രാക്ചറും ഫലപ്രദമായി വിവരിക്കുന്നതിന് പുതിയ വെല്ലുവിളികൾ ഉയർത്തുന്നു.

യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ ടെക്സസ് A&M യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ഗവേഷകർ Ni50.3Ti29.7Hf20 സൂപ്പർഅലോയ്യിൽ ആദ്യമായി മെക്കാനിക്കൽ, ഡ്രൈവ് ചെയ്ത ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി, ഫിറ്റ് ദി ഫെയ്റ്റിഗിനായി ഉപയോഗിക്കാവുന്ന ഒരു ഇന്റഗ്രൽ അധിഷ്ഠിത പാരീസ്-ടൈപ്പ് പവർ ലോ എക്സ്പ്രഷൻ നിർദ്ദേശിച്ചു. ഒരൊറ്റ പാരാമീറ്ററിന് കീഴിൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് തകർക്കുക. ക്രാക്ക് വളർച്ചാ നിരക്കുമായുള്ള അനുഭവപരമായ ബന്ധം വ്യത്യസ്ത ലോഡിംഗ് അവസ്ഥകൾക്കും ജ്യാമിതീയ കോൺഫിഗറേഷനുകൾക്കുമിടയിൽ ഘടിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഇതിൽ നിന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് എസ്എംഎകളിലെ രൂപഭേദം വിള്ളൽ വളർച്ചയുടെ ഏകീകൃത വിവരണമായി ഉപയോഗിക്കാം. "ആകൃതിയിലുള്ള മെമ്മറി അലോയ്സിലെ മെക്കാനിക്കൽ, ആക്ച്വേഷൻ ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചയുടെ ഏകീകൃത വിവരണം" എന്ന തലക്കെട്ടോടെ അനുബന്ധ പ്രബന്ധം ആക്റ്റ മെറ്റീരിയലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു.

പേപ്പർ ലിങ്ക്:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

Ni50.3Ti29.7Hf20 അലോയ് 180℃-ൽ യൂണിആക്സിയൽ ടെൻസൈൽ ടെസ്റ്റിന് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ലോഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ താഴ്ന്ന സമ്മർദ്ദ നിലയിൽ ഓസ്റ്റിനൈറ്റ് പ്രധാനമായും ഇലാസ്തികമായി രൂപഭേദം വരുത്തുമെന്നും യങ്ങിന്റെ മോഡുലസ് ഏകദേശം 90GPa ആണെന്നും പഠനം കണ്ടെത്തി. സമ്മർദ്ദം ഏകദേശം 300MPa എത്തുമ്പോൾ, പോസിറ്റീവ് ഫേസ് പരിവർത്തനത്തിന്റെ തുടക്കത്തിൽ, സ്ട്രെസ്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് മാർട്ടെൻസൈറ്റ് ആയി ഓസ്റ്റിനൈറ്റ് രൂപാന്തരപ്പെടുന്നു; അൺലോഡ് ചെയ്യുമ്പോൾ, സ്ട്രെസ്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് മാർട്ടെൻസൈറ്റ് പ്രധാനമായും ഇലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം വരുത്തുന്നു, ഏകദേശം 60 ജിപിഎയുടെ യംഗ് മോഡുലസ്, തുടർന്ന് ഓസ്റ്റനൈറ്റായി മാറുന്നു. സംയോജനത്തിലൂടെ, ഘടനാപരമായ വസ്തുക്കളുടെ ക്ഷീണം വിള്ളൽ വളർച്ചാ നിരക്ക് പാരീസ്-തരം പവർ ലോ എക്സ്പ്രഷനിലേക്ക് ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.
Fig.1 Ni50.3Ti29.7Hf20-ന്റെ BSE ഇമേജ് ഉയർന്ന താപനില ആകൃതി മെമ്മറി അലോയ്, ഓക്സൈഡ് കണങ്ങളുടെ വലിപ്പം വിതരണം
ചിത്രം 2 Ni50.3Ti29.7Hf20-ന്റെ TEM ചിത്രം 550℃×3h-ൽ ഹീറ്റ് ട്രീറ്റ്‌മെന്റിന് ശേഷം ഉയർന്ന താപനിലയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള മെമ്മറി അലോയ്
ചിത്രം 3 180℃-ൽ NiTiHf DCT മാതൃകയുടെ മെക്കാനിക്കൽ ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചയുടെ J ഉം da/dN ഉം തമ്മിലുള്ള ബന്ധം

ഈ ലേഖനത്തിലെ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ, ഈ ഫോർമുലയ്ക്ക് എല്ലാ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്നുമുള്ള ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ നിരക്ക് ഡാറ്റയ്ക്ക് അനുയോജ്യമാകുമെന്നും ഒരേ പാരാമീറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കാമെന്നും തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. പവർ ലോ എക്‌സ്‌പോണന്റ് m ഏകദേശം 2.2 ആണ്. മെക്കാനിക്കൽ ക്രാക്ക് പ്രൊപഗേഷനും ഡ്രൈവിംഗ് ക്രാക്ക് പ്രചരണവും ക്വാസി-ക്ലീവേജ് ഫ്രാക്ചറുകളാണെന്നും ഉപരിതല ഹാഫ്നിയം ഓക്സൈഡിന്റെ പതിവ് സാന്നിധ്യം വിള്ളൽ വ്യാപന പ്രതിരോധത്തെ കൂടുതൽ വഷളാക്കുമെന്നും ക്ഷീണം ഒടിവ് വിശകലനം കാണിക്കുന്നു. ലഭിച്ച ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് ഒരൊറ്റ അനുഭവപരമായ പവർ ലോ എക്‌സ്‌പ്രഷന്, വിശാലമായ ലോഡിംഗ് അവസ്ഥകളിലും ജ്യാമിതീയ കോൺഫിഗറേഷനുകളിലും ആവശ്യമായ സമാനത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ഷേപ്പ് മെമ്മറി അലോയ്‌കളുടെ തെർമോ-മെക്കാനിക്കൽ ക്ഷീണത്തിന്റെ ഏകീകൃത വിവരണം നൽകുകയും അതുവഴി ചാലകശക്തി കണക്കാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
180℃ മെക്കാനിക്കൽ ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ പരീക്ഷണത്തിന് ശേഷം NiTiHf DCT മാതൃകയുടെ ഒടിവിന്റെ ചിത്രം 4 SEM ചിത്രം
ചിത്രം 5 250 N ന്റെ നിരന്തരമായ ബയസ് ലോഡിന് കീഴിൽ ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ പരീക്ഷണം നടത്തിയതിന് ശേഷം NiTiHf DCT മാതൃകയുടെ ഫ്രാക്ചർ SEM ചിത്രം

ചുരുക്കത്തിൽ, ഈ പേപ്പർ ആദ്യമായി നിക്കൽ സമ്പുഷ്ടമായ NiTiHf ഉയർന്ന താപനില ആകൃതിയിലുള്ള മെമ്മറി അലോയ്കളിൽ ശുദ്ധമായ മെക്കാനിക്കൽ, ഡ്രൈവിംഗ് ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നു. ചാക്രിക സംയോജനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു പാരീസ്-ടൈപ്പ് പവർ-ലോ ക്രാക്ക് ഗ്രോത്ത് എക്‌സ്‌പ്രഷൻ, ഒരൊറ്റ പാരാമീറ്ററിന് കീഴിൽ ഓരോ പരീക്ഷണത്തിന്റെയും ക്ഷീണം ക്രാക്ക് വളർച്ചാ നിരക്കിന് അനുയോജ്യമാക്കാൻ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു.