آلیاژهای حافظه دار (۲)
همانطور که در مقاله ی قبلی مطرح شد، آلیاژهای حافظه دار (SMAها)، دارای دو فاز آستنیت و مارتنزیت بوده که این دو فاز با اعمال دما و يا تنش قابل تبديل به یکديگر بوده و همين فرآيند تبديل، تمامی خصوصيات مكانيكی، الكتريكی و حرارتی SMAها را تحت تاثير قرار ميدهد. در شکل زیر رفتار SMAها در حالت بدون تنش و صرفاً تحت تاثير تغييرات دما نشان داده شده است؛ که محورهاي قائم و افقي به ترتيب بيانگر نسبت مارتنزيت و دما ميباشد. نسبت مارتنزيت از مقدار صفر يعني فاز كاملاً آستنيت تا مقدار ١٠٠ درصد يعني فاز كاملاً مارتنزيت متغير ميباشد:
در اين نمودار چهار دماي شاخص مشاهده ميگردد: دو دمای Ms و Mf که به ترتيب دماي شروع و پايان تبديل فاز آستنيت به مارتنزيت، As و Af به ترتيب دماي شروع و پايان تبديل فاز مارتنزيت به آستنيت را مشخص ميكنند؛ که معمولاً ترتيب اين دماها به صورت Af<As<Ms<Mf ميباشد ولي در بعضي از SMAها به صورت Af<Ms<As<Mf نيز ديده مشاهده شده است.
در هنگام سرد كردن، ماده در فاز كاملاً آستنيت باقي مانده تا هنگامي كه دماي ماده به Ms ميرسد؛ در اين دما، فاز آستنيت شروع به تبديل به فاز مارتنزيت کرده و در دماي Mf ماده به طور كامل به مارتنزيت تبديل میگردد.
با افزايش دما، تبديل معكوس اتفاق افتاده و در دماي As فاز مارتنزيت شروع به تبديل به فاز آستنيت ميكند؛ که این تبدیلات، به عوامل مختلفي از جمله تركيب شيميايي و فرآيند ساخت، بستگي دارد.
بررسی ساختاری SMA ها
ساختار كريستالی آستنيت، به صورت مكعبي و با استحكام بالا ميباشد؛ درحالیکه، مارتنزيت در دو حالت ايجاد شده توسط دما و ایجاد شده توسط تنش وجود دارد.
مارتنزيت ايجاد شده توسط دما Twinned و مارتنزيت ايجاد شده توسط تنش Detwinned نامیده میشود؛ درواقع، مارتنزيت ميتواند از هريك از اين دو نوع و يا تركيبی از هر دونوع باشد. مارتنزيت Twinned كه از سرد كردن آستنيت تا زیر دمای Mf به دست مي آید، دارای اشكال و حالت های مختلفی است، به طوری كه همه ی آن ها از لحاظ كريستالی، يكسان بوده، ولي در جهت های مختلفی قرار دارند. بدين خاطر به مارتنزيت Twinned مارتنزيت با اشكال متعدد نیز گفته می شود.
مارتنزيت Detwinned با اعمال تنش به مارتنزيت Twinned حاصل ميشود. اشكال مختلف با ازدياد تنش هم جهت با راستاي اعمال تنش خواهد شد و مارتنزيت Detwinned يا مارتنزيت با شكل واحد بدست خواهد آمد.
رفتارهای مختلف SMA ها
۱. رفتار فوق الاستیک (Superelasticity):
اعمال تنش به SMAها که در حالت اولیه، ساختارشان به صورت آستنیت بوده و دمای آن بالاتر از Af می باشد؛ سبب شده که آستنیت به مارتنزیت پس پیچ خورده تبدیل شود؛ زیرا که آستنیت در تنش های زیاد پایدار نیست.
بنابراین، منحنی تنش-کرنش این تبدیل شامل سه قسمت است که عبارتند از :یک شاخه الاستیک اولیه با مدول الاستیسیته اولیه آستنیت، یک قسمت افقی که تبدیل فاز از آستنیت به مارتنزیت در این قسمت صورت گرفته و بار دیگر یک شاخه الاستیک با مدول الاستیسیته اولیه مارتنزیت، در هنگام باربرداری، مارتنزیت ناپایدار می شود و تبدیل معکوس رخ می دهد و ماده بدون هیچ کرنش پسماندی به شکل اولیه خود باز می گردد؛ درواقع، تبدیل معکوس از روی یک مسیر متفاوت ماده را به مکان اولیه رسانده و بدین ترتیب، یک هیسترزیس تشکیل می شود که مساحت آن مصرف انرژی اتلافی می باشد.
این رفتار را رفتار فوق الاستیک یا شبه الاستیک می نامند؛ زیرا طی آن هیچ کرنش پسماندی بر روی ماده باقی نمانده و اگر دمای SMA بیشتر از Md (بیشینه دمایی که مارتنزیت در اثر اعمال تنش می تواند در آن ایجاد شود) باشد، رفتار آلیاژ پس از یک تغییر شکل الاستیک اولیه، پلاستیک خواهد شد ( همانند رفتار فولاد معمولی ) رفتار فوق الاستیک در شکل زیر نشان داده شده است:
ادامه دارد……..
