سرفصل‌های این مطلب

جدیدترین مطالب سایت

در این مقاله از سایت گلوپ سعی کردیم مفیدترین و اصلی ترین مطالب راجع به آلیاژهای حافظه دار، ساختار و کاربردشان را برای شما مخاطبان گرامی جمع آوری نماییم.

اینگونه آلیاژ ها با نام اختصاری SMA (Shape memory alloy ) شناخته می‌شوند. این مواد در دسته مواد هوشمند قرار می گیرند. در صورت اعمال تنش به اینگونه مواد و تغییر شکل پلاستیک، با گرم کردن می توانند شکل اولیه خود را بازیابی کنند. اساس کار آلیاژهای حافظه دار بر پایه استحاله آستنیت-مارتنزیت می باشد. وقتی که در این مواد فاز مارتنزیت به وجود آید نابجایی غالب در آنها دوقلویی ها می باشند.

این دوقلویی دارای صفحاتی هستند که به آنها Mirrorian plane گفته می‌شود. این صفحات در اثر اعمال تنش راحت تر از بقیه قسمتها لغزش پیدا می‌کنند و باعث تغییر شکل دوقلویی ها می شوند. در اینجا حجم در اثر تغییر شکل پلاستیک کاهش یافته است. با گرم کردن ماده تا دمای آستنیته، دوقلویی های تغییر شکل یافته در فاز مارتنزیت به راحتی به آستنیت تبدیل می شوند و در مرحله حجم زیاد شده و شکل اولیه بازیابی می شود. پس از آن قطعه سرد شده و دوباره فاز مارتنزیت با دوقلویی ها در آن به وجود می آید.

 

آلیاژهای حافظه دار
تغییرات فازی در آلیاژهای حافظه دار

 

تاکنون خواص حافظه داری در چند سیستم آلیاژی دیده شده است اما اکثر آنها هنگام فعال سازی، نیرو یا کرنش بالایی ایجاد نمی کنند. دو سیستم آلیاژ حافظه دار عمده که هنگام فعال سازی توانایی ایجاد نیروی بالایی در آنها مشاهده شده است عبارتند از، سیستم های بر پایه مس و سیستم های بر پایه Ni-Ti  . در شکل زیر دیاگرام فازی Ni-Ti را مشاهده مینمایید.

دیاگرام فازی Ni-Ti
دیاگرام فازی Ni-Ti

خواص حافظه داری سیستم های سه تایی بسیاری بر پایه این سیستم های دوتایی بررسی شده است. بر این اساس، خاصیت حافظه داری، به دو دسته عمده تقسیم می شود:

در دسته اول، تغییر شکل ایجاد شده، فقط با گرم کردن به حالت اولیه قبل از تغییر شکل باز می گردد و اگر جسم را دوباره سرد کنیم، تغییر جدیدی در شکل آن مشاهده نمی شود که این پدیده را “حافظه داری یک طرفه” نامیده اند. در آلیاژ هایی که دارای این ویژگی می باشند، هدف بازیابی شکل اولیه نمونه‌ای است که تحت بارگذاری مکانیکی قرار گرفته و تغییر شکل داده است.

حافظه داری یک طرفه
حافظه داری یک طرفه

دسته دوم از این آلیاژها، پدیده “حافظه داری دو طرفه” را از خود بروز می‌دهند. این آلیاژها قادرند با سرد و گرم شدن در محدوده معینی از دما، دوباره به حالت قبلی خود باز گردند. یعنی در دو طرف محدوده تغییر دما، شکل مشخصی از خود به نمایش می گذارند. آلیاژ هایی که در این گروه هستند کاربردی متفاوت دارند. بدین گونه در این نوع کاربرد نیازی به اعمال نیرو نمی باشد و فقط با فراهم کردن شرایط دمایی معین، دردو سر بازه دمایی تعریف شده برای آلیاژ حافظه دار دو طرفه، میتوان به شکل معین و از پیش تعیین شده‌ای برای این دسته از آلیاژ ها رسید.

با اصلاح میکرو ساختار آلیاژهای حافظه دار دو طرفه، می توان به خواص پایدارتری رسید. به طور مثال، تربیت آلیاژهای حافظه داری که دارای استحکام بالاتری می باشند (دانه های ریز تر) به منظور رسیدن به خاصیت حافظه داری دو طرفه، کار دشوارتری می باشد.

حافظه داری دو طرفه
حافظه داری دو طرفه

ساختار آلیاژهای حافظه دار

خاصیت حافظه داری در این آلیاژها به وسیله تغییر موقعیت فاز جامد است. که در آن چیدمان مجدد مولکولی رخ می‌دهد. آلیاژهای حافظه دار دارای دو فاز ثابت هستند. فاز در دمای بالا که آستنیت نامیده می شود، که ساختمان آن مکعبی بوده و به علت دارا بودن تقارن بالا محکم تر است. فاز با دمای پایین که مارتنزیت نامیده می‌شود، که می‌تواند به حالت دوقلویی و غیر دوقلویی موجود باشد.

شکل آن مونوکلینیک بوده و نسبت به آستنیت تقارن کمتری دارد.  فاز مارتنزیت از نوع فاز ترموالاستیک بوده که در دو خصوصیت لغزنده بودن و انرژی کم فصل مشترک را دارا است، که با تغییر کوچک دما و تنش تغییر می کند.

به محض سرد کردن آلیاژ در نبود بارگذاری تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت صورت می پذیرد که نتیجه این تغییر فاز قابل مشاهده ماکروسکوپیک نیست. به محض گرم کردن ماده در فاز مارتنزیت، برگشت فاز انتقال می افتد. در نمودار تغییر فاز ۴ نقطه اختصاصی مشخص شده است، دمای آغاز مارتنزیت(Ms) که در آن دما بسته های مارتنزیت شروع به بزرگ شدن میکنند.

دمای پایان مارتنزیت) (Mfکه در این دما تغییر فاز از آستینیت به مارتنزیت به طور کامل صورت گرفته است . دمای شروع آستنیت (AS)که دمای شروع تغییر فاز از آستینت به مارتنزیت است. دمای پایان آستنیت(Af) که در آن تغییر فاز مارتنزیت به آستنیت کامل شده است. اگر بارگذاری مکانیکی روی آلیاژ در فاز مارتنزیت دوقلویی انجام شود، مارتنزیت از حالت دوقلویی خارج شده و تغییر شکل میدهد.

نمودار sma
نمودار sma

به محض برداشتن بار، مارتنزیت به همان حالت باقی می ماند. با گرم کردن آلیاژ بالاتر از دما(Af) فاز مارتنزیت به آستنیت تغییر می یابد در نتیجه این تغییر فاز، آلیاژ شکل اولیه خود را بازمی‌یابد. آنچه در اینجا شرح داده شد به عنوان Shape Memory effect شناخته می‌شود.

اگر بارگذاری در فاز آستنیت انجام شود و ماده سرد شود، تغییر فاز آستنیت به مارتنزیت دوقلویی نشده مشاهده می شود. که نتیجه آن یک کرنش است ولی با گرمای مجدد و تغییر فاز معکوس، آلیاژ به شکل قبلی خود بازمی‌گردد. چهار نقطه اختصاصی که در نمودار تغییر فاز دما موجود هستند به عنوان دمای انتقال شناخته می شوند. این نقاط وابسته به شدت بارگذاری بوده و یک رابطه خطی بین دمای انتقال و شدت بارگذاری موجود است.

همچنین می توانیم تغییر فاز در آلیاژ را فقط با بارگذاری مکانیکی ایجاد کنیم که نتیجه این عمل مارتنزیت دوقلویی نشده به همراه مقدار زیادی کرنش است. حال اگر دمای آلیاژ بالای باشد به محض عدم بارگذاری، آلیاژ به شکل اول خود باز می گردد بنابراین رفتار ماده به نوعی الاستیک خواهد بود. از این خاصیت به عنوان  Pseudo elastic behavior نام برده می شود.

کاربردهای آلیاژهای حافظه دار

 1-کاربرد با بازیابی آزاد (استفاده از حرکت) : آلیاژهای حافظه دار در حین سرد و گرم شدن شکل اولیه خود را بازیابی می کنند. بدون اینکه تنش بیرونی از این کار ممانعت به عمل آورد. مانند آنتن های سفینه فضایی.

2-کاربرد با بازیابی مقید (استفاده از نیرو):  به کاربردهایی اطلاق می شود که در آن ها یک نیروی خارجی جلوی بازیابی کرنش در آلیاژ را می گیرد. در این حالت هیچ کرنشی بازیابی نمی شود. ولی مقدار زیادی تنش ایجاد می‌شود. مانند چفت و بست ها.

3-کاربرد هایی با بازیابی تحت فشار (استفاده از کار):  هم تنش و هم کرنش حین گرم شدن بازیابی می شوند و کار مکانیکی ایجاد میشود.

4- کاربرد های ابر کشسانی (ذخیره انرژی مکانیکی): رفتار الاستیک این آلیاژ ۱۵ برابر فولادهای فنر است.

5-خاصیت میرا کنندگی ارتعاشات: مهار ارتعاشات در سازه هایی که تحت ارتعاشات شدید هستند. مثل صفحات آزاد میرا کننده ارتعاشات در سفینه های فضایی.

 چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.

برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.

 

این مطلب را دوست داشتید؟ با دوستانتان به اشتراک بگذارید...

دیدگاهتان را بنویسید

اگر درباره این مطلب نظری دارید می توانید از طریق این قسمت با ما و بازدیدکنندگان ما به اشتراک بگذارید.