بخشی از مقاله
چکیده
آلیاژهاي حافظه دار پایه NiTi در حین انجماد به دلیل وجود جدایش در فرآیند انجماد سبب توزیع غیزیکنواخت عناصر آلیاژي در زمینه و همچنین پیدایش فاز ثانویه به هم پیوسته در زمینه آلیاژ می شود. این فاز به دلیل تردي و عدم شکل پذیري باعث شکستن قطعه در حین عملیات تغییر شکل می شود. بنابراین می بایست توسط عملیات همگن سازي و سرد کردن سریع آلیاژ پیوستگی و توزیع فاز ثانویه را در زمینه آلیاژ کنترل نمود. آلیاژهاي NiTiHf از خانواده آلیاژهاي حافظه دار دماي بالا می باشد.
عملیات همگن سازي در آلیاژهاي NiTiHf در دماي حدود 1000oC انجام می گردد. زمان عملیات همگن سازي به میزان جدایش عناصر ایجاد شده در آن و نیز ابعاد نمونه بستگی دارد. لذا در این تحقیق اثر زمان همگن سازي بر ریزساختار آلیاژ حافظه دار دماي بالا Ni50Ti35Hf15 مورد بررسی قرار گرفت.
بدین منظور پس از آلیاژسازي و ریخته گري نمونه در کوره القایی تحت خلأ - VIM - ، جهت بررسی زمان همگن سازي نمونه ها در دماي 1000oCو زمانهاي 5، 10، 15 و 20 ساعت در کوره تحت محیط محافظ همگن شدند و پس از آماده سازي بررسیهاي ریزساختاري با میکروسکوپ نوري و الکترونی به روي نمونه ها انجام شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش زمان عملیات همگن سازي انحلال رسوبات تجمع یافته افزایش یافته و توزیع فاز ثانویه در زمینه بصورت یکنواخت می گردد.
.1 مقدمه
آلیاژهاي حافظه دار1 دسته اي از آلیاژ ها با قابلیت منحصر به فرد بازیابی مقادیر قابل توجهی از تغییر فرم خود - تا حدود 8 درصد - هستند. در این حالت نمونه می تواند تحت تنش هاي وارده در حد مجاز تغییر شکل دهد و مجدداً با دادن حرارت به شکل اولیه خود باز گردد؛ یا پس از برداشتن بار مکانیکی به صورت الاستیک به شکل نخستین خود باز گردد. در حالت اول پدیده حافظهداري2 و در حالت دوم پدیده سوپرالاستیسیته رخ داده است.
در بین آلیاژهاي حافظه دار، آلیاژهاي NiTi - نایتینول - داراي خواص مهندسی مطلوبی است که موجب گسترش کاربرد آن شده است. ترکیب بین فلزي NiTi داراي خواص ویژه اي همچون خواص حافظهداري
- یک طرفه و دو طرفه - ، سوپر الاستیسیته، مقاومت به خوردگی و استحکام مکانیکی بالا به همراه چقرمگی مناسب میباشد .
اکثر آلیاژهاي NiTi دماي استحاله کمتر از 100°C درجه سانتیگراد دارند که باعث محدودیت استفاده از آنها در بسیاري از کاربردهاي مهندسی که کارکرد در دماي بالا مدنظر میباشد، میگردد. با افزودن مقادیر کافی از هر یک از عناصر Pt ,Au ,Zr ,Hf، Pd به آلیاژهاي دوتایی NiTi، دماهاي استحاله به بیش از 100°C افزایش مییابد
در این میان آلیاژهاي دماي بالا NiTiHf براي بسیاري از کاربردهاي صنعتی در دماي بالا بدلیل دماي استحاله بالا و خواص حافظهداري بهتر و قیمت پایینتر نسبت به دیگر آلیاژهاي سه تایی - Pd, - Pt,Au مورد توجه میباشند .[2] تاکنون تحقیقاتی در زمینه خواص حافظه داري، خواص مکانیکی، استحاله مارتنزیتی و پیرسختی آلیاژهاي NiTiHf انجام شده است .
اما تا کنون در ارتباط با بررسی زمان عملیات همگن سازي این آلیاژ مطالعات منسجمی انجام نشده است. در آلیاژ NiTiHf عناصر نیکل، تیتانیم و هافنیوم داراي اختلاف چگالی زیادي میباشند که میتواند منجر به بوجود آمدن جدایش و غیریکنواختی در ترکیب شیمیایی گردد. وجود جدایش در این آلیاژها و عدم یکنواختی ترکیب شیمیایی در کل حجم نمونه می تواند باعث افت خواص مکانیکی و خواص حافظه داري این آلیاژها گردد.
در عملیات همگن سازي قطعات در درجه حرارتی بالا براي مدت زمان کافی حرارت داده می شود تا نفوذ سبب همگن شدن ساختار گردد. لازم به ذکر است که همگن کردن تنها قادر است جدایش هاي میکروسکپی - جدایشهایی که در اندازه هایی به کوچکی فاصله بین بازوهاي دندریتی ثانویه اتفاق می افتد - را جبران کند و براي اصلاح جدایش هاي ماکروسکپی باید شرایط را در ریخته گري و انجماد بهبود بخشید تا از وقوع این نوع جدایش جلوگیري شود
طبق دیاگرام فازي این آلیاژها دماي هموژن این آلیاژ دماي 1000 °C می باشد. زمان هموژن به میزان جدایش عناصر ایجاد شده در آن و نیز ابعاد نمونه بستگی دارد. در مراجع در خصوص چگونگی تعیین زمان عملیات همگن سازي جهت دستیابی به یک ساختار یکنواخت و همگن پس از این عملیات اشاره چندانی نشده است. در این تحقیق اثر زمان عملیات هموژن بر ریزساختار آلیاژ حافظه دار Ni50Ti35Hf15 مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از کوره القایی تحت خلأ - VIM - جهت ذوب مواد اولیه و آلیاژسازي استفاده گردید. استفاده از این کوره براي آلیاژهاي حاوي تیتانیم که میل ترکیبی زیادي با اکسیژن موجود در اتمسفر دارند، باعث محدود شدن تشکیل آخالهاي غیر فلزي اکسیدي شده و تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی به خاطر بهم خوردن و چرخش مذاب در بوته را به همراه دارد.
آلیاژ Ni50Ti35Hf15 با استفاده از مواد اولیه خلوص بالاي نیکل - %99.9 - ، تیتانیم - %99.9 - و هافنیوم - %99.2 - با استفاده از کوره القایی تحت خلأ - VIM - در بوته گرافیتی دانسیته بالا آلیاژ سازي و ریختهگري شد. جهت جلوگیري از اکسید شدن نمونه ها در حین عملیات همگن سازي، نمونه ها در داخل کپسول کوارتز تحت خلأ قرار داده شدند. عملیات همگن سازي در دماي 1000 °C به روي چهار نمونه و در زمانهاي 5، 10، 15 و 20 ساعت انجام شد. نمونه ها پس از سنباده و پولیش توسط محلول شیمیایی HF:HNO3:H2O=1:4:5 اچ شدند. بررسیهاي ریزساختاري با میکروسکوپ نوري و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - به روي نمونهها انجام شد.
