在Ni-Mn-Ga合金热稳定记忆效应

文摘

膨胀特性测量调查中的热稳定记忆效应和合金。中断martensite-austenite阶段的转换与热循环后的样本长度的减少。如果总相变发生在完整的热循环中断后,那么样本长度就返回到原来的长度。分析结果表明,热稳定记忆效应是一个应力集中效应和形状记忆效应的结果。应力集中效应发生相变时传播径向圆柱形样本表面,内在的中心。进化和释放的热弹性变形合金在加热和冷却进行了分析。

1。介绍

Johnson et al。1)是第一个显示中断的影响在随后的周期阶段转换的转换。他们显示在Ni-Ti逮捕mp转换后合金第一次热循环,冷却导致第二热循环吸热峰分裂为两个。mp转换在第二周期记得逮捕在第一热循环。这项研究的作者称这种效应为“热稳定记忆效应”(控制)2]。作者引用的工作假设驯服是闭锁转型应变能的结果讨论中马氏体结构。抑制效应一直是紧张调查的主题(3- - - - - -8]。相比之下Madangopal et al。2),Airoldi et al。(他们称这种效应逐步马氏体奥氏体可逆转换(智能))表明,驯服与滞后现象与马氏体转变有关。两种假设都是基于DSC研究Ti-Ni上执行和Cu-Zn-Al形状记忆合金。

抑制效应无疑是一个非常有趣的现象,进一步的调查,可以提供非常重要的信息关于形状记忆合金的行为。膨胀法是所有变形发生在材料的方法措施。膨胀法没有被用于抑制效果的研究。这项工作的目的是扩大调查的抑制效应和合金的温度范围- - - - - -C。

2。实验

多晶锭和合金是由电弧熔化在氩气氛。样品准备的钢锭退火为4天c样品研究了结构柱状颗粒。通过研究获得的结果的膨胀特性特点,提出了微观结构(9]。样品测定的线性热膨胀在氦的气氛中使用Netzsch 402 e膨胀计从室温到C加热/冷却速率C /分钟。在中断中断试验,温度达到的速度C /分钟后跟一个60分钟的延迟在中断的温度。温度下降的速度C /分钟。样本直径6毫米和25毫米的长度。检查的准确性测量仪器通过测量热膨胀系数(CTE)纯Mg和比较它与数据可以从文学。测量值和值之间的协议在文学的范围1%。在调查之前,合金是由压缩predeformed英斯特朗式变形机使用的是1%。样品放置在炉的中心,与热电偶1毫米以上示例。前面示例的一部分被锁定;推杆是放在最后一部分的样本。我们测量变形变化只沿着纵轴(LA方向)的样本。在这个方向,合金在压缩predeformed。的研究了合金在做好准备和退火状态。

总热循环C总是由之前和之后的热循环中断执行。然后膨胀特征进行比较。两种材料的膨胀特性在中断了数据1和2。在这些数字干扰温度明显。所有实验的重现性是完美的。

3所示。结果

图3揭示了相对伸长的温度依赖性合金在实验温度增加C,然后稳定一小时,冷却到室温。这个温度序列,只有部分相变发生。可以看出,缩短样本后发生的热循环。样品长度减少了约20m。结果呈现在图4结果显示额外的总热循环后,后中断。这个数字显示,永久伸长样本后发生的热循环。图5显示了分裂的山峰CTE中相变M如果额外的完成(没有中断)热循环之后,扩张特征将中断之前一样。的合金显示了类似的结果;然而,CTE峰的分裂更为明显比第一个合金。图6后显示的温度依赖性CTE中断中断时的温度C,C,c .不间断的情况下也是这个图所示。

4所示。讨论

相变开始发生在样本当温度到达转变温度。当样品表面温度达到这个温度,相界面之间martensite-austenite从表面传播的核心样品在加热以及冷却。瞬态过程的速率(u)的导热系数取决于两个阶段()、潜热(H),密度()、加热速度和时间。对于一个给定的时间,u是由以下关系: 这个关系是调制的关系最初是派生的传播融化前进行地区(10]。在这个关系,认为这两个阶段的密度是一样的。的传播速度相界面,u期间,增加增加/减少温度速率加热/冷却。的相变合金(图1对于给定的升温速率)大约需要10分钟C /分钟(时间开始和结束之间的相位变换)。这一次减少到7分钟C /分钟或4分钟C /分钟。另一方面,它增加到40分钟的加热速度C /分钟。有必要注意—变换是一种非热相变,只取决于温度,而且它几乎立即发生(11在达到瞬态温度。相对较长时间的相变的相变是合作的结果(潜热)和热导率。

在实验段中提到的,我们的样品有一个圆柱形状。如果一个圆柱形样本突然受到冷却或相变产生影响,热应力波发生在样品的表面。应力波在一个圆柱体聚焦点进行径向向内圆柱试样的中心。海浪可能积累在专注点,产生非常大的压力大小。这种现象在文献中被称为应力集中效应(12,13]。热膨胀引起的应力集中效应的理论分析和相位变换提出了看似完美的工作和烟灰墨14]。这些作者表明,当一个圆柱形金属样品冷却瞬间低于相变温度、应力集中效应发生时通过扩张由于相变和热收缩。

当到达样品表面,相界面传播到样品,将样本划分为两个范围有不同的结构和尺寸。在相变M首先,奥氏体发生层表面的圆柱。圆柱样品随着奥氏体体积的增加,应力集中效应发生在马氏体存在的中心。这种马氏体压应力的经历。如果我们中断相变在某种状态下,样品将保持在这种状态下,只要温度不会改变(图3)。降低温度使奥氏体转变为马氏体(只有外面的样品)的一部分。随着马氏体中心的样本是由压缩变形的聚焦效果,结束的时候打断了热循环,减少样本长度(图3)。样品返回到初始大小总热循环包括相变时(图4)。可以看出,中断的影响在CTE高不变形合金比predeformed合金。图6显示中断的影响温度对CTE的分裂。中断气温C,C,c .分裂转换的峰值只发生在中断时应用在第一周期的转换。从图可以看出6,第二个高峰转移到更高的温度随着干扰温度。更高的干扰温度对应于一个更高的压缩应力中心的样本。释放压缩变形的热激活过程。我们假设样本变换的压缩变形中心温度高于不变形中心以外的样本。这些温度的差异C的干扰温度C,C的干扰温度c .这种转变的瞬态温度导致分裂CTE瞬态峰值。CTE的分裂时不发生相变结束之前被打断(C)因为几乎整个样本转换。

进化的热弹性变形阶段转换示意图如图7。在这个示意图中,我们只考虑加热,因为所有的变形变化发生在加热。相变的示意图一个没有中断的第一部分图所示7。在这个示意图,我们把相变持续时间分成两部分。首先,转换发生在外部圆筒的一部分。这个变换的压缩与内部的一部分样品由于集中应力的效果。第二周期转换,样品的中心部分变换,强调发生在第一个周期的转换。如果我们打断M相位变换,那么样品保持在压缩变形(图的第二部分7)。然后由两部分组成:样本中心的样本,即变形马氏体,和外部的样本,即奥氏体。在接下来的一个M转换,只有奥氏体的一部分示例转换和样品的马氏体中心保持不变。这种热循环后,样品在室温压缩保持宏观变形,导致缩短的样本。压缩变形后才释放总M一个转换,导致样品的伸长。

结果,两种合金,总结如下。(1)部分压缩变形是在加热时释放的马氏体瞬态温度以下。第二部分的变形在相变释放。(2)如果中断是应用于第一个转换周期,然后分裂CTE中发现当样本中心转换转换周期。合金在冷却期间,没有发生变化。

在我们以前的工作(15),我们已经研究了膨胀压缩predeformed的特征合金高达1%,最大热循环温度c .放松两种菌株发生在预变形后的热循环。首先,记忆应变不能从样本中删除,因为它被释放在加热和冷却期间再次发生。第二,残余应变释放只在加热的热激活过程。两个温度区域的残余应变释放,在马氏体转变温度以下,加热相变。释放压缩变形后中断发生在类似的方式。主要区别这两种类型的放松,在第一种情况下,整个样本是畸形的,在第二种情况下只有部分是畸形的。我们假设变形的部分样本(中心)瞬态温度高于不变形的部分。这种差异决定了C(峰值最大温差的)中断的温度C和C的干扰温度c中的第一个峰值温度依赖性CTE的人物6属于相变的样本之外的第二低峰值温度依赖性的CTE的相变与畸形样本中心。这一转变的瞬态温度导致分裂CTE瞬态峰值。DSC的调查提出了相同的结果。转变温度的二(三)转移到更高的峰值温度(见,例如,4])。

5。结论

膨胀的测量和分析显示热弹性变形的演化和释放和形状记忆合金。如果一个圆柱形样本的形状记忆合金从外部加热或冷却,马氏体相变开始从表面上看,它传播径向进样品的中心。由于这一过程中,应力集中效应发生在样品中心。在米一个阶段转换,这种效应会导致压缩形变马氏体中心的样本。中断的米相变导致宏观压缩变形的样品。样本长度的缩短是这一过程的结果。释放的压缩变形只能意识到总热循环相变M一个完成。压缩变形由于聚焦效应释放两个步骤:在马氏体的加热和相变过程中样品中心。这些调查表明,抑制效应是由于应力集中效应和形状记忆效应。

承认

这项工作是一个研究项目的一部分,MSM 0021620834由教育部资助的捷克共和国。

引用

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