Transformace NiTi drátů s tvarovou pamětí při deformaci sledovaná synchrotronovým zářením

Daniel Šimek^a,b), Petr Šittner^a), Petr Sedlák^a), Jan Pilch^a)

^a) Fyzikální ústav AV ČR v.v.i., Na Slovance 2, 182 21 Praha 8, oddělení kovů

^b) TU Freiberg, Gustav-Zeuner-Str. 5, D-09599 Freiberg, Institut für Werkstoffwissenschaft

Slitiny s tvarovou pamětí se vyznačují reverzibilní fázovou transformací mezi dvěma i více strukturami závislou na teplotě a napětí. V případě NiTi je teplota martenzitické tranformace z vysokoteplotní austenitické (Pmm) do nízkoteplotní martenzitické (P21/m) fáze blízká pokojové teplotě. V závislosti na procesních podmínkách přípravy lze buďto dosáhnout superelastických materiálů (nízká teplota transformace) nebo slitiny s tvarovou pamětí (vyšší teplota). Deformace v martenzitickém stavu je snadná, neboť dochází k bezdifúzní (martenzitické) transformaci jednotlivých zrn martenzitu na jiné varianty s jinak orientovanými prvky symetrie – jedná se v podstatě o změnu přednostní orientace. Při přechodu do vyšších teplot se martenzit opět transformuje do austenitu a deformovaný vzorek dostává zpět svůj původní tvar. Teplota transformace stoupá s napětím, kterým jsou preferována martenzitická zrna příhodně orientovaná vůči napětí, respektive napětí potřebné k udržení deformovaného tvaru nad mezní (minimální) transformační teplotou narůstá. Při dalším růstu teploty a napětí (pokud je deformace vynucena formou) se po překročení meze elasticity austenitu namísto návratu do původního tvaru materiál transformuje v nezměněném tvaru a austenitický vzorek se zároveň deformuje do nového tvaru. Uvedený proces se nazývá shape-setting.

Pro provedené experimenty byly použity shape-settované vzorky stvaru vlnovkové pružiny. Natahováním pružiny bylo v oblastech ohybů dosaženo na vnitřní straně tahového, na vnější pak tlakového napětí podél osy drátu; napětí pak vyvolávalo martenzitickou transformaci původně austenitické průžiny. Svazek rentgenového záření 40keV (l ≈ 0.31 Å) fokusovaný na rozměr cca 15 mm procházel drátem o průměru 100 mm ve směru kolmém na rovinu zakřivení pružiny. Pružinou bylo možno pohybovat napříč svazkem s přesností 1 mm. Difrakční záznam byl snímán FReLoN kamerou s matricí 2048´2048 bodů 30 s až 1 min. Rozdíl v difrakčních záznamech z různých oblastí pružiny je patrný z Obrázku 1.

a) b) c)

Obr. 1: Difrakční záznam pružiny v tahu uprostřed (a), na vnějším okraji záhybu (b) a na vnitřním okraji záhybu (c).

Záznamy byly simulovány a vyhodnocena závislost podíku jednotlivých variant martenzitu (rozdíl mezi Obr. 1b a 1c) na poloze při různých stupních defornace pružiny spolu s napětím, které je úměrné elipticitě Debyeových kroužků.