بررسی خواص ترموالاستیکی مارتنزیت

بررسی خواص ترموالاستیکی مارتنزیت

اسلاید 1: بررسي خواص ترموالاستيكي مارتنزيت

اسلاید 2: MartensiteFCCAusteniteFCCAusteniteAlternate choice of CellTetragonal MartensiteAustenite to Martensite → 4.3 % volume increasePossible positions of Carbon atomsOnly a fraction of the sites occupiedBain distortion20% contraction of c-axis12% expansion of a-axisRefer Fig.9.11 in textbookIn Pure Fe after the Matensitic transformationc = aC along the c-axis obstructs the contraction

اسلاید 3: Bain modelOrientation relationships in the Bain model are: (111)g <=> (011)a’ [101]g <=> [111]a’ [110]g <=> [100]a’ [112]g <=> [011]a’

اسلاید 4: ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.Figure 11.25 (a) The unit cell of BCT martensite is related to the FCC austenite unit cell. (b) As the percentage of carbon increases, more interstitial sites are filled by the carbon atoms and the tetragonal structure of the martensite becomes more pronounced.

اسلاید 5: نكته اصلي مدل بين مينيمم انتقال يا حركت اتمي در حين استحاله مي باشداتم ها تنها كسري از فاطله بين اتمي حركت مي كنندمقدار مارتنزيت توليد شده تابع زمان نيست بلكه فقط تابع زمان استاستحاله غير نفوذي يا DIFFUSIONLESS است به اين معني كه در فواصل طولاني نفوذي صورت نمي گيرد.استحاله توسط برش انجام مي گيردتركيب شيميايي تغيير نخواهد كرد

اسلاید 6: انواع مارتنزيت:مارتنزيت بشقابي(PLATE) 1.0 C>%مارتنزيت لايه اي(LATH) C<0.6%مارتنزيت مختلطC<1.0 %0.6< فاز مارتنزيت در SMA معمولا بشقابي است

اسلاید 7: خصوصيات و وي‍‍ژگي هاي كليتعريف:در دماي كمتر از MS، با كاهش دما كريستال هاي M رشد كرده تا هنگامي كه با رسيدن به اندازه اي مشخص ، مجموع كاهش در انرژي آزاد حرارتي و افزايش در انرژي آزاد الاستيك غير شيميايي به يك مقدار مينيمم برسد ؛ رشد متوقف مي شود . اين تعادل بين اثر حرارتي و الاستيكي را خاصيت ترمو الاستيكي گویند هرگاه اين تعادل حرارتي توسط سرد يا گرم كردن قطعه و يا اعمال نيروي خارجي به هم بخورد، دانه هاي مارتنزيتي رشد كرده و يا از بين مي روند اين خاصيت از استحاله مارتنزيتي را خاصيت ترموالاستيك (THERMOELASTIC) آن گويند.

اسلاید 8: خاصيت ترموالاستيك مارتنزيت پايه اثر حافظه داري استتصاوير مشابهي براي اعمال بار به دست خواهد آمددر خاصيت ترمو الاستيك از انرژي فصل مشترك و انرژي لازم براي تغير شكل پلاستيك صرف نظر مي شود اين فرض زماني منطقي است كه تغيير ساختار و به تبع آن تغيير حجم كوچك باشد و كوهيرنسي يا تطابق بالايي بين فاز مادر و مارتنزيت وجود داشته باشد. اگر فاز مادر يك ساختار منظم باشد اين فرض منطقي است.

اسلاید 9: منحني هيسترزيس FeNi و AuCd

اسلاید 10: Shape Memoryمارتنزيت تغيير شكل يافته با حرات دادن مي تواند به آستنيت تبديل شود

اسلاید 11: T0=1/2(Af+MS) 1ΔGP M = 0 T=T0 T0’=1/2(As+Mf) 2ΔGM P = 0 T=T0’ ميزان و گستره -Ms T0را supercooling و AS-Ms را superheating مي گوينددر بعضي از آلياژها MS>AS بنابراين نمي توان از فورمول 1 استفاده كرددر استحاله هاي مارتنزيتي ترموالاستيك،اولين كريستال هاي مارتنزيتي توليد شده آخرين كريستال هايي خواهند بود كه به فاز مادر تبديل مي شوند.

اسلاید 12: استحاله مارتنزيتي نوع 1Af> AS> T0 >T0’ >MS> Mfاستحاله مارتنزيتي نوع 2Af> T0 >MS> Af >T0’ >Mf

اسلاید 13: در آلیاژها كه استحاله مارتنزيتي خاصيت ترموالاستيكي ندارد، كريستال هاي مارتنزيت سريعا به اندازه نهايي خود مي رسند و با كاهش بيشتر دما بزرگتر نخواهد شد.به هنگام استحاله معكوس نيز دانه ها ي مارتنزيتي كوچكتر نمي شوند بلكه سريعا به فاز مادر تبديل مي شوند.هردو m p همراه با جوانه زني و رشد استΔGP M= ΔGM P

اسلاید 14: براي استحاله P M :ΔG P M= Δgcp m+δ(Δgnc)p m+ ΔgSp mدر استحاله M P :ΔGm P = Δgc m p +δ(Δgnc)m p + Δgc m pΔgc : تغيير در انرژي آزاد شيمياييδ(Δgnc):افزايش انرژي آزاد غيرشيميايي(انرژي الاستيك همراه با استحاله ترموالاستيك)Δgc : نيروهايي كه از رشد يا انقباض و يا خلق و حذف كريستال ها ي مارتنزيت جلوگيري مي نمايند.ترموديناميك استحاله

اسلاید 15: T=MS ∆gel=0 T=AS ∆gc=0 T=Af ΔGM P = 0 At T Δgcp m(T)= - Δgc m p(T) At T=T0 Δgcp m= ΔGP M=0 At T=T0’ ΔGM P=0 δ(Δgnc)p m(T) = δ(Δgnc)m p(T) ΔgSp m= ΔgS m p= ΔgS

اسلاید 16: رشد كريستال هاي مارتنزيتي در تعادل بين انرژ‍‍ي شيميايي و انرژي كرنشي الاستيك متوقف مي شود تغيير در انرژي آزاد جوانه زني مارتنزيت:G=4/3лr2c∆gch+4/3лrc2A+2лr2δ ∆δ: انرژي فصل مشتركAc/r =gel∆: انرژي كرنش الاستيكدر صورتي كه رشد شعاعي مارتنزيت با مانع روبه رو شود:∆G/∂C)=0 ∆gch+2 ∆gel=0 ∆ ∂(يعني زماني كه انرژي كرنشي الاستيك بر واحد حجم به نصف انرژي محركه شيميايي برسد رشد متوقف مي شود.

اسلاید 17: وجود تنش اصطكاكي تحرك فصل مشترك را كم مي كندميزان نيروي لازم براي غلبه بر اين نيرو برابر با مقدار كار انجام شده برگشت ناپذير است∆gch+2 ∆gel=σ0 λTهر عاملي كه σ0 را افزايش دهد باعث بزرگتر شدن هيسترزيس خواهد شد.تغيير شكل پلاستيك باعث افزايش چگالي نابجايي ودر نتيجه افزايش تنش اصطكاكي فصل مشترك مي شود. كه به علت در هم تنيدگي يا dislocation jamming حركت فصل مشترك متوقف مي شود. كه اين عامل از برگشت پذيري حركت فصل مشترك جلوگيري ميكند

اسلاید 18: عوامل موثر بر خاصيت ترموالاستيكي مارتنزيتمدول برشي(E):مدول برشي كمتر تطابق الاستيكي بيشتر برگشت پذيري بيشتر منظم شدن(ordering): با محدود كردن لغزش يعني كاهش تغيير فرم پلاستيك باعث بهبود خاصيت ترموالاستيكي مي شودسهولت استحاله با منظم شدن تغييري نمي كندمكانيزم هاي استحكام دهي:به طور كلي مكانيزم هاي استحكام دهي از آنجا كه σ0 را افزايش مي دهند لغزش مشكلتر كرده و به تبع تغيير شكل پلاستيك كمتر خواهد شد از اين رو باعث بهبود خاصيت ترموالاستيكي مي شود.

اسلاید 19: خصوصيات كريستالوگرافياغلب آلياژهايي كه خاصيت ترمو الاستيك دارند داراي يك ابر ساختار بوده و معمولا شبكه هاي اوليه آنها BCC استدر آلياژهايي با ساختار نامنظم ( (FePd, InTl,MnCu,Fe3Pt فازهاي مادر FCC مي باشند اگر اين 4 آلياژ را استثنا كنيم دربقيه آلياژهاي حافظه دار فاز مادر داراي ابر شبكه BCC مي باشند كه آنها را آلياژهاي فاز β مي شناسند

اسلاید 20: استحاله هاي مارتنزيتي كه در فاز β اتفاق مي افتد اساسا ناشي از تغيير شكل صفحات(110 ) و يك برش در جهت [110] صفحه (110).آلياژهاي فاز β كه داراي تركيب 50-50 مي باشند ساختاري شبيه CsCl دارند را با β2نشان مي دهيمآلياژهاي فاز β با تركيب 75-25 و ساخنار منظم را با β1 نشان مي دهيم