بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق آلیاژهای متخلخل NiTi ساخته شده به روش متالورژی پودر با ترکیب اتمی برابر از پودرهای نیکل و تیتانیم ساخته شده است. این قطعات پس از عملیات آنیل انحلالی، تحت عملیات پیرسازی قرار گرفته و سپس دماهای استحاله آن ها با استفاده از روش DSC مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر سرعت سرد کردن بر دماهای استحاله بررسی شد.
نتایج نشان می دهد که انجام عملیات پیرسازی باعث افزایش دماهای استحاله شده است. همچنین با انجام عملیات پیرسازی استحاله فاز R در نمونه بطور مشخصی اتفاق می افتد. نمونه ای که در کوره سرد شده است، بیشترین دمای استحاله را دارد و پیک استحاله ای تیز و مشخصی در بالای دمای محیط نشان می دهد. می توان گفت این نمونه خواص حافظه داری بهتری را نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان می دهند.
.1 مقدمه
در سالیان اخیر مطالعه بر روی قطعات متخلخل NiTi جهت استفادههای پزشکی بخصوص ارتوپدی مورد توجه قرارگرفته است.[1-5] این آلیاژها رفتارهای حافظه داری و سوپرالاستیسیته را از خود نشان می دهد که بروز آن ها وابسته به دماهای استحاله های مارتنزیتی هستند. لذا جهت رسیدن به خواص مناسب و رفتار مورد نظر لازم است دماهای استحاله را تنظیم نمود. استحاله های مارتنزیتی - تبدیل آستنیت به مارتنزیت - و استحاله ی معکوس آن - مارتنزیت به آستنیت - بترتیب در حین سرد و گرم کردن نمونه روی می دهد. دماهای شروع و پایان این استحاله ها را بترتیب Ms، Mf، As و Af نامگذاری می کنند. در بعضی موارد پیش از تبدیل فاز آستنیتی به مارتنزیتی، امکان دارد استحاله پیش مارتنزیتی و تشکیل فاز R را مشاهده کنیم.
فاکتورهای مختلفی بر دماهای دگرگونی در ترکیب NiTi تاثیر میگذارند که مهمترین آنها عبارتند از:
- 1 ترکیب شیمیایی - 2 نقصهای نقطهای - 3 درجهی نظم - 4 نابجاییها - 5 وجود رسوبات مختلف و انجام پیرسازی جهت ایجاد رسوب.
ساده ترین و مناسب ترین راه برای کنترل دماهای دگرگونی، انجام عملیات حرارتی پیرسازی روی نمونه های NiTi است. در پروسه های عملیات حرارتی پارامترهایی نظیر نرخ سرد کردن، دما و زمان عملیات حرارتی، دماهای دگرگونی مارتنزیتی و دگرگونی معکوس را تغییر می دهند. همچنین سرعت سرد کردن بعد از این عملیات شامل سرد کردن در کوره، سرد کردن در هوا و سرد کردن در آب می تواند تاثیرات مشخصی بر دگرگونی بگذارد.
صدرنژاد و همکارانش اثر عملیات پیرسازس بر رفتار استحاله ای نمونه های متخلخل NiTi تهیه شده به روی SHS و متالورژی پودر را بررسی کرده اند. نتایج نشان می دهد دماهای استحاله با افزایش دمای پیرسازی تا 500C افزایش یافته و پس از آن کاهش می یابد
نحوه سرد کردن نیز بر دماهای دگرگونی تاثیر می گذارد. کوئنچ در آب و سرد کردن در کوره، در نمونه های بالک NiTi، دمای دگرگونی بالاتری را نسبت به نمونه های سرد شده در هوا بدست می دهد.
برای اندازه گیری دماهای استحاله چندین روش وجود دارد. بهترین راه برای انجام این کار و دقیقترین آن ها استفاده از روش های کالریمتری - DSC - است. در این روش میزان گرمای جذب یا دفع شده در سیستم در طی سیکل های گرم کردن و سرد کردن اندازه گیری می شود. بنابراین در دماهای استحاله در ترکیبات حافظه دار، با توجه به گرمای جذب شده براثر تحول مارتنزیت به آستنیت و بالعکس پیک هایی روی نمودار مشخص می شوند. نقاط ابتدا و انتهای پیک ها در سیکل های گرم کردن و سرد کردن، دمای شروع و پایان استحاله را مشخص میکنند.
در این تحقیق آلیاژهای متخلخل NiTi ساخته شده به روش متالورژی پودر ساخته شده است. این قطعات پس از عملیات آنیل انحلالی، تحت عملیات پیرسازی قرار گرفته و سپس اثر سرد کردن قطعات بر دماهای استحاله بررسی قرار گرفته است.
.2 مواد و روش تحقیق
نمونه های متخلخل NiTi با ترکیب اتمی برابر - - Ni-50%at Ti با استفاده از پودرهای عنصری نیکل و تیتانیم به روش متالورژی پودر متداول ساخته شده است. مخلوط پودرها پس از فشرده سازی بوسیله پرس تک محوره، در دمای 1050 درجه سانتیگراد بمدت 2 ساعت زینتر و سپس در کوره سرد شده اند.
جهت بررسی دماهای استحاله از روش گرماسنجی روبشی افتراقی - DSC - استفاده شده است. برای این منظور نمونه ها به قطعات ریز با وزن بین 25 تا50 میلی گرم برش داده شدند. جهت از بین بردن اثرات حرارتی ناشی از برش نمونه ها، قطعات بمدت 2 ساعت دیگر در دمای 1050 درجه سانتیگراد آنیل شده اند تا شرایط یکسان در نمونه ها ایجاد شود. پس از آن قطعات تحت عملیات پیرسازی در دمای 500 درجه سانتیگراد بمدت 1 ساعت قرار گرفته و در شرایط مختلف سردشده اند. در نهایت دماهای استحاله با استفاده از روش DSC اندازه گیری شدند. در این آزمون سیکل های گرما و سرما با سرعت 10 درجه سانتیگراد بر دقیقه بر روی نمونه ها اعمال شده است.
همچنین برای بررسی فازهای موجود در نمونه ها بعد از عملیات زینترینگ و پیرسازی در دمای اتاق، از روش پراش اشعه - XRD - X استفاده شده است.
