بررسي فرآيند آموزش شبه الاستيك و اثر حافظه‌داري دوسويه در آلياژ حافظه‌دار نيكل- تيتانيوم

Investigation on pseudoelastic training method and the generated two-way shape memory effect in NiTi shape memory alloy

با ظهور آلياژهاي حافظه‌دار و به دليل دارا بودن ويژگي‌هاي بسيار ارزنده مكانيكي و بيولوژيكي، اين آلياژها به طور گسترده در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفتند. در بين تمام آلياژهاي حافظه‌دار، آلياژ نيكل- تيتانيوم به دليل خواص حرارتي و مكانيكي بسيار خوب و همچنين سازگاري بسيار مناسب با بدن انسان بيشترين كاربرد را در صنايع مختلف و به ويژه در بيو مكانيك داشته و تحقيقات زيادي بر روي خواص ترمومكانيكي آن صورت گرفته است. در اكثر كاربردها، آلياژ نيكل-تيتانيوم تحت بارگذاري ترمومكانيكي چرخه‌اي قرار مي‌گيرد. مهمترين محدوديت‌هاي استفاده از اين آلياژ، افت خواص ماده و ناپايداري آن حين بارگذاري‌هاي چرخه‌اي (فرآيند آموزش) مي‌باشند. در پژوهش حاضر، با استفاده از روش اندازه‌گيري همزمان مقاومت الكتريكي، فرآيند آموزش شبه الاستيك آلياژ نيكل-تيتانيوم و همچنين اثر حافظه‌داري دوسويه به وجود آمده پس از اين فرآيند مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا نحوه تغييرات كرنش باقيمانده و مقاومت الكتريكي ويژه حين فرآيند آموزش نشان داده شده و در ادامه با اندازه‌گيري مقاومت الكتريكي ويژه پس از فرآيند آموزش (حين بارگذاري‌هاي حرارتي خاص بدون اعمال تنش) و همچنين كرنش حافظه‌داري دوسويه به دست آمده، تاثير مارتنزيت باقيمانده و نابجايي‌ها (كرنش پلاستيك) بر روي كرنش باقيمانده مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهند كه حدود 33 درصد كرنش باقيمانده به وجود آمده حين فرآيند آموزش ناشي از مارتنزيت باقيمانده و حدود 67 درصد آن به خاطر نابجايي‌ها (كرنش پلاستيك) مي‌باشد.

With the advent of shape memory alloys (SMAs), several commercial and industrial applications were proposed due to their superior mechanical and biological properties. Among these materials, Nickel-Titanium (NiTi) alloys are widely applied and well-researched since they are characterized not only by good thermal and mechanical properties but also by excellent biocompatibility compared to other SMAs. In most of the applications, the structural components and devices made of NiTi SMAs work under cyclic thermomechanical loading and one of the major limitations facing the industrial use of this alloy is the degradation of the material when subjected to cyclic loadings (i.e., training). In this study, pseudoelastic training procedure in NiTi shape memory alloy and the resultant two-way shape memory effect are studied using in-situ electric resistivity measurement. At first, variations in the residual strain and in the electric resistivity during pseudoelastic training method are revealed. Then, by measuring the electric resistivity after training procedure (upon specified thermal cycling at stress-free condition) as well as the induced two-way shape memory strain, the effects of residual martensite and dislocation (plastic deformation) on the residual strain are investigated. The obtained results show that about 33% of the residual strain accumulated in 100 pseudoelastic cycles can be ascribed to the residual martensite and about 67% of the residual stain is attributed to the dislocations (plasticity).