শীর্ষস্থানীয় মেটাল ম্যাগাজিন "অ্যাক্টা ম্যাটেরিয়ালিয়া": মেমরি অ্যালয়েসের আকৃতির ক্লান্তি ক্র্যাক বৃদ্ধি আচরণ

শেপ মেমরি অ্যালয়েস (SMAs) এর থার্মোমেকানিকাল উদ্দীপনার একটি বৈশিষ্ট্যগত বিকৃতি প্রতিক্রিয়া রয়েছে। থার্মোমেকানিক্যাল উদ্দীপনা উচ্চ তাপমাত্রা, স্থানচ্যুতি, কঠিন থেকে কঠিন রূপান্তর ইত্যাদি থেকে উদ্ভূত হয় (উচ্চ-তাপমাত্রার উচ্চ-অর্ডার পর্যায়কে বলা হয় অস্টেনাইট, এবং নিম্ন-তাপমাত্রার নিম্ন-অর্ডার পর্যায়কে বলা হয় মার্টেনসাইট)। বারবার চক্রাকার পর্যায় পরিবর্তনের ফলে স্থানচ্যুতি ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়, তাই অপরিবর্তিত এলাকাগুলি SMA এর কার্যকারিতা কমিয়ে দেবে (যাকে কার্যকরী ক্লান্তি বলা হয়) এবং মাইক্রোক্র্যাক তৈরি করবে, যা শেষ পর্যন্ত শারীরিক ব্যর্থতার দিকে নিয়ে যাবে যখন সংখ্যাটি যথেষ্ট বড় হবে। স্পষ্টতই, এই অ্যালয়গুলির ক্লান্তিকর জীবন আচরণ বোঝা, ব্যয়বহুল উপাদান স্ক্র্যাপের সমস্যা সমাধান করা এবং উপাদান বিকাশ এবং পণ্য নকশা চক্র হ্রাস করা সবই বিশাল অর্থনৈতিক চাপ তৈরি করবে।

থার্মো-যান্ত্রিক ক্লান্তি অনেকাংশে অন্বেষণ করা হয়নি, বিশেষ করে থার্মো-যান্ত্রিক চক্রের অধীনে ক্লান্তি ফাটল প্রচারের উপর গবেষণার অভাব। বায়োমেডিসিনে এসএমএ-এর প্রাথমিক প্রয়োগে, ক্লান্তি গবেষণার ফোকাস ছিল চক্রাকার যান্ত্রিক লোডের অধীনে "ত্রুটি-মুক্ত" নমুনার মোট জীবন। ছোট এসএমএ জ্যামিতি সহ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধি জীবনের উপর খুব কম প্রভাব ফেলে, তাই গবেষণাটি এর বৃদ্ধি নিয়ন্ত্রণের পরিবর্তে ক্র্যাক সূচনা প্রতিরোধের দিকে মনোনিবেশ করে; ড্রাইভিং, কম্পন হ্রাস এবং শক্তি শোষণ অ্যাপ্লিকেশনে, দ্রুত শক্তি প্রাপ্ত করা প্রয়োজন। SMA উপাদানগুলি সাধারণত ব্যর্থতার আগে উল্লেখযোগ্য ক্র্যাক প্রচার বজায় রাখার জন্য যথেষ্ট বড়। অতএব, প্রয়োজনীয় নির্ভরযোগ্যতা এবং নিরাপত্তার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করার জন্য, ক্ষতি সহনশীলতা পদ্ধতির মাধ্যমে ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধির আচরণকে সম্পূর্ণরূপে বোঝা এবং পরিমাপ করা প্রয়োজন। ক্ষতি সহনশীলতা পদ্ধতির প্রয়োগ যা SMA-তে ফ্র্যাকচার মেকানিক্সের ধারণার উপর নির্ভর করে তা সহজ নয়। ঐতিহ্যগত স্ট্রাকচারাল ধাতুর সাথে তুলনা করে, বিপরীতমুখী ফেজ ট্রানজিশন এবং থার্মো-মেকানিকাল কাপলিং এর অস্তিত্ব SMA এর ক্লান্তি এবং ওভারলোড ফ্র্যাকচারকে কার্যকরভাবে বর্ণনা করার জন্য নতুন চ্যালেঞ্জ তৈরি করে।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের টেক্সাস এএন্ডএম ইউনিভার্সিটির গবেষকরা প্রথমবারের মতো Ni50.3Ti29.7Hf20 সুপারঅ্যালয়ে বিশুদ্ধ যান্ত্রিক এবং চালিত ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধি পরীক্ষা পরিচালনা করেছেন এবং একটি অবিচ্ছেদ্য-ভিত্তিক প্যারিস-টাইপ পাওয়ার ল এক্সপ্রেশন প্রস্তাব করেছেন যা ক্লান্তি ফিট করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। একটি একক প্যারামিটারের অধীনে ক্র্যাক বৃদ্ধির হার। এটি থেকে অনুমান করা হয় যে ক্র্যাক বৃদ্ধির হারের সাথে অভিজ্ঞতামূলক সম্পর্ক বিভিন্ন লোডিং অবস্থা এবং জ্যামিতিক কনফিগারেশনের মধ্যে লাগানো যেতে পারে, যা SMA-তে বিকৃতির ক্র্যাক বৃদ্ধির সম্ভাব্য ইউনিফাইড বর্ণনাকারী হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। সম্পর্কিত গবেষণাপত্রটি অ্যাক্টা মেটেরিয়াতে "আকৃতি মেমরি অ্যালয়েজে যান্ত্রিক এবং অ্যাকচুয়েশন ক্লান্তি ক্র্যাক বৃদ্ধির একীভূত বিবরণ" শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছিল।

কাগজ লিঙ্ক:

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117155

সমীক্ষায় দেখা গেছে যে যখন Ni50.3Ti29.7Hf20 অ্যালয় 180℃ এ একঅক্ষীয় প্রসার্য পরীক্ষা করা হয়, তখন লোডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন নিম্ন স্ট্রেস লেভেলে অস্টিনাইট প্রধানত স্থিতিস্থাপকভাবে বিকৃত হয় এবং ইয়াং এর মডুলাস প্রায় 90GPa হয়। যখন স্ট্রেস প্রায় 300MPa পৌঁছায় ইতিবাচক পর্যায়ের রূপান্তরের শুরুতে, অস্টেনাইট স্ট্রেস-প্ররোচিত মার্টেনসাইটে রূপান্তরিত হয়; আনলোড করার সময়, স্ট্রেস-প্ররোচিত মার্টেনসাইট প্রধানত স্থিতিস্থাপক বিকৃতির মধ্য দিয়ে যায়, প্রায় 60 জিপিএ এর ইয়ং মডুলাস সহ, এবং তারপরে আবার অস্টেনাইটে রূপান্তরিত হয়। ইন্টিগ্রেশনের মাধ্যমে, কাঠামোগত উপকরণের ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধির হার প্যারিস-টাইপ পাওয়ার ল এক্সপ্রেশনে ফিট করা হয়েছে।
চিত্র.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 উচ্চ তাপমাত্রা আকৃতির মেমরি খাদ এবং অক্সাইড কণার আকার বন্টনের BSE চিত্র
চিত্র 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 উচ্চ তাপমাত্রা আকৃতি মেমরি খাদ এর TEM চিত্র 550℃×3h এ তাপ চিকিত্সার পরে
চিত্র 3 180℃ এ NiTiHf DCT নমুনার যান্ত্রিক ক্লান্তি ক্র্যাক বৃদ্ধির J এবং da/dN এর মধ্যে সম্পর্ক

এই নিবন্ধের পরীক্ষাগুলিতে, এটি প্রমাণিত হয়েছে যে এই সূত্রটি সমস্ত পরীক্ষা থেকে ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধির হারের ডেটার সাথে মানানসই করতে পারে এবং একই প্যারামিটারের সেট ব্যবহার করতে পারে। শক্তি আইনের সূচক m প্রায় 2.2। ক্লান্তি ফ্র্যাকচার বিশ্লেষণ দেখায় যে যান্ত্রিক ফাটল প্রচার এবং চালিত ফাটল প্রচার উভয়ই আধা-ক্লিভেজ ফ্র্যাকচার, এবং পৃষ্ঠের হাফনিয়াম অক্সাইডের ঘন ঘন উপস্থিতি ফাটল প্রচার প্রতিরোধকে আরও বাড়িয়ে তুলেছে। প্রাপ্ত ফলাফলগুলি দেখায় যে একটি একক অভিজ্ঞতামূলক শক্তি আইন অভিব্যক্তি লোডিং অবস্থা এবং জ্যামিতিক কনফিগারেশনের বিস্তৃত পরিসরে প্রয়োজনীয় সাদৃশ্য অর্জন করতে পারে, যার ফলে আকৃতি মেমরি অ্যালয়গুলির থার্মো-যান্ত্রিক ক্লান্তির একীভূত বিবরণ প্রদান করে, যার ফলে চালিকা শক্তি অনুমান করা যায়।
চিত্র 4 180℃ যান্ত্রিক ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধি পরীক্ষার পরে NiTiHf DCT নমুনার ফ্র্যাকচারের SEM চিত্র
চিত্র 5 250 N এর ধ্রুবক পক্ষপাত লোডের অধীনে ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধি পরীক্ষা চালানোর পরে NiTiHf DCT নমুনার ফ্র্যাকচার SEM চিত্র

সংক্ষেপে, এই কাগজটি প্রথমবারের মতো নিকেল-সমৃদ্ধ NiTiHf উচ্চ তাপমাত্রার আকৃতির মেমরি অ্যালয়গুলিতে বিশুদ্ধ যান্ত্রিক এবং ড্রাইভিং ক্লান্তি ফাটল বৃদ্ধির পরীক্ষা পরিচালনা করে। সাইক্লিক ইন্টিগ্রেশনের উপর ভিত্তি করে, একটি প্যারিস-টাইপ পাওয়ার-ল ক্র্যাক গ্রোথ এক্সপ্রেশন একটি একক প্যারামিটারের অধীনে প্রতিটি পরীক্ষার ক্লান্তি ক্র্যাক বৃদ্ধির হারের সাথে মানানসই করার প্রস্তাব করা হয়েছে।