Псевдоэластичность

Псевдоупругость , иногда называемая сверхэластичностью , представляет собой упругую (обратимую) реакцию на приложенное напряжение , вызванную фазовым превращением между аустенитной и мартенситной фазами кристалла. Он представлен в сплавах с памятью формы .

Обзор

Псевдоупругость возникает из-за обратимого движения доменных границ во время фазового превращения, а не просто из-за растяжения связей или появления дефектов в кристаллической решетке (таким образом, это не настоящая сверхэластичность, а скорее псевдоэластичность ). Даже если доменные границы действительно закрепятся, их можно изменить на противоположные при нагревании. Таким образом, псевдоупругий материал может вернуться к своей прежней форме (следовательно, к памяти формы ) после снятия даже относительно высоких приложенных деформаций. Один особый случай псевдоэластичности называется соответствием Бейна. Это включает фазовое превращение аустенит/мартенсит между гранецентрированной кристаллической решеткой (FCC) и объемноцентрированной тетрагональной кристаллической структурой (BCT). ^[1]

Сверхэластичные сплавы относятся к более широкому семейству сплавов с памятью формы . При механической нагрузке сверхэластичный сплав обратимо деформируется до очень высоких деформаций (до 10%) за счет создания фазы, вызванной напряжением . При снятии нагрузки новая фаза становится нестабильной и материал восстанавливает свою первоначальную форму. В отличие от сплавов с памятью формы, для восстановления первоначальной формы сплаву не требуется изменение температуры.

Сверхэластичные устройства используют преимущества своей большой обратимой деформации и включают в себя антенны , оправы для очков и биомедицинские стенты .

Никель-титан (нитинол) является примером сплава, проявляющего сверхэластичность.

Эффекты размера

В последнее время появился интерес к открытию материалов, проявляющих сверхэластичность в наномасштабе, для МЭМС применения о возможности управления мартенситным фазовым превращением. (микроэлектромеханических систем). Уже сообщалось ^[2] Но было замечено, что поведение сверхэластичности имеет размерные эффекты в наномасштабе.

Качественно говоря, сверхэластичность — это обратимая деформация путем фазового превращения. Поэтому она конкурирует с необратимой пластической деформацией за счет движения дислокаций. В наномасштабе плотность дислокаций и возможные источники Франка-Рида значительно уменьшаются, поэтому предел текучести увеличивается с уменьшением размера. Таким образом, было обнаружено, что материалы, демонстрирующие сверхэластичное поведение в наномасштабе, могут работать в условиях длительного циклического воздействия с небольшими вредными изменениями. ^[3] С другой стороны, критическое напряжение для мартенситного возникновения зародышеобразования фазового превращения также увеличивается из-за уменьшения количества возможных мест для начала . Зародышеобразование обычно начинается вблизи дислокации или на поверхностных дефектах. Но для наноразмерных материалов плотность дислокаций сильно уменьшена, а поверхность обычно атомарно гладкая. Таким образом, фазовое превращение наноразмерных материалов, проявляющих сверхэластичность, обычно оказывается однородным, что приводит к гораздо более высокому критическому напряжению. ^[4] В частности, для диоксида циркония, где он имеет три фазы, было обнаружено, что конкуренция между фазовым превращением и пластической деформацией зависит от ориентации. ^[5] что указывает на ориентационную зависимость энергии активации дислокации и зарождения. Следовательно, для наноразмерных материалов, подходящих для сверхэластичности, необходимо исследовать оптимизированную ориентацию кристаллов и шероховатость поверхности для максимального усиления эффекта сверхэластичности.

См. также

Ссылки

^ Бхадешиа, HKDH «Переписка Bain» (PDF) . Материаловедение и металлургия . Кембриджский университет.
^ Торстен Кренке; и др. (2007). «Магнитная сверхупругость и обратный магнитокалорический эффект в Ni-Mn-In». Физический обзор B . 75 (10): 104414. arXiv : 0704.1243 . Бибкод : 2007PhRvB..75j4414K . дои : 10.1103/PhysRevB.75.104414 . S2CID 29563170 .
^ Дж. Сан-Хуан; и др. (2014). «Долговременное сверхэластичное циклическое управление на наноуровне в микростолбиках сплава Cu-Al-Ni с памятью формы». Письма по прикладной физике . 104 (1). AIP: 011901. Бибкод : 2014ApPhL.104a1901S . дои : 10.1063/1.4860951 .
^ Дж. Сан-Хуан; и др. (2013). «Сверхэластичность и память формы на наноуровне: влияние размера на мартенситное превращение». Журнал сплавов и соединений . 577 . Эльзевир: S25–S29. дои : 10.1016/j.jallcom.2011.10.110 .
^ Нин Чжан; и др. (2016). «Конкурирующие механизмы между дислокацией и фазовым превращением при пластической деформации монокристаллических наностолбиков тетрагонального циркония, стабилизированных иттрием». Акта Материалия . 120 : 337–347. arXiv : 1607.03141 . Бибкод : 2016AcMat.120..337Z . дои : 10.1016/j.actamat.2016.08.075 . S2CID 118512427 .

Лян К., Роджерс, Калифорния (1990). «Одномерные термомеханические определяющие соотношения для материалов с памятью формы». Журнал интеллектуальных материальных систем и структур . 1 (2): 207–234. дои : 10.1177/1045389x9000100205 . S2CID 135569418 .
Миядзаки С., Оцука К., Судзуки Ю. (1981). «Псевдоупругость трансформации и деформационное поведение в сплаве Ti-50,6at% Ni». Скрипта Металлургика . 15 (3): 287–292. дои : 10.1016/0036-9748(81)90346-x .
Хо, Ю.; Мюллер, И. (1993). «Неравновесная термодинамика псевдоупругости». Механика сплошной среды и термодинамика . 5 (3). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 163–204. Бибкод : 1993CMT.....5..163H . дои : 10.1007/bf01126524 . ISSN 0935-1175 . S2CID 123040312 .
Танака К., Кобаяши С., Сато Ю. (1986). «Термомеханика превращения псевдоупругости и эффекта памяти формы в сплавах». Международный журнал пластичности . 2 (1): 59–72. дои : 10.1016/0749-6419(86)90016-1 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Камита, Тору; Мацузаки, Юдзи (1 августа 1998 г.). «Одномерная псевдоупругая теория сплавов с памятью формы». Умные материалы и конструкции . 7 (4). Издательство ИОП: 489–495. Бибкод : 1998SMaS....7..489K . дои : 10.1088/0964-1726/7/4/008 . ISSN 0964-1726 . S2CID 250834042 .
Ямада, Ю. (1 сентября 1992 г.). «Теория псевдоупругости и эффект памяти формы». Физический обзор B . 46 (10). Американское физическое общество (APS): 5906–5911. Бибкод : 1992PhRvB..46.5906Y . дои : 10.1103/physrevb.46.5906 . ISSN 0163-1829 . ПМИД 10002272 .

Внешние ссылки

Пакет преподавания и обучения DoITPoMS: «Сплавы со сверхэластичностью и памятью формы»

[Bhadeshia-1] Бхадешиа, HKDH «Переписка Bain» (PDF) . Материаловедение и металлургия . Кембриджский университет.

[2] Торстен Кренке; и др. (2007). «Магнитная сверхупругость и обратный магнитокалорический эффект в Ni-Mn-In». Физический обзор B . 75 (10): 104414. arXiv : 0704.1243 . Бибкод : 2007PhRvB..75j4414K . дои : 10.1103/PhysRevB.75.104414 . S2CID 29563170 .

[3] Дж. Сан-Хуан; и др. (2014). «Долговременное сверхэластичное циклическое управление на наноуровне в микростолбиках сплава Cu-Al-Ni с памятью формы». Письма по прикладной физике . 104 (1). AIP: 011901. Бибкод : 2014ApPhL.104a1901S . дои : 10.1063/1.4860951 .

[4] Дж. Сан-Хуан; и др. (2013). «Сверхэластичность и память формы на наноуровне: влияние размера на мартенситное превращение». Журнал сплавов и соединений . 577 . Эльзевир: S25–S29. дои : 10.1016/j.jallcom.2011.10.110 .

[5] Нин Чжан; и др. (2016). «Конкурирующие механизмы между дислокацией и фазовым превращением при пластической деформации монокристаллических наностолбиков тетрагонального циркония, стабилизированных иттрием». Акта Материалия . 120 : 337–347. arXiv : 1607.03141 . Бибкод : 2016AcMat.120..337Z . дои : 10.1016/j.actamat.2016.08.075 . S2CID 118512427 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]