ਪ੍ਰਮੁੱਖ ਧਾਤੂ ਮੈਗਜ਼ੀਨ “ਐਕਟਾ ਮੈਟੀਰੀਅਲ”: ਸ਼ੇਪ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲਾਇਜ਼ ਦਾ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਵਿਵਹਾਰ

ਸ਼ੇਪ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲੌਏਜ਼ (SMAs) ਵਿੱਚ ਥਰਮੋਮਕੈਨੀਕਲ ਉਤੇਜਨਾ ਲਈ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਵਿਕਾਰ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਥਰਮੋਮਕੈਨੀਕਲ ਉਤੇਜਨਾ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ, ਵਿਸਥਾਪਨ, ਠੋਸ ਤੋਂ ਠੋਸ ਪਰਿਵਰਤਨ, ਆਦਿ ਤੋਂ ਉਤਪੰਨ ਹੁੰਦੀ ਹੈ (ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਉੱਚ-ਕ੍ਰਮ ਪੜਾਅ ਨੂੰ ਔਸਟੇਨਾਈਟ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਘੱਟ-ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਹੇਠਲੇ-ਕ੍ਰਮ ਪੜਾਅ ਨੂੰ ਮਾਰਟੈਨਸਾਈਟ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ)। ਵਾਰ-ਵਾਰ ਚੱਕਰਵਾਤੀ ਪੜਾਅ ਦੇ ਪਰਿਵਰਤਨ ਅਸਥਿਰਤਾ ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਵਾਧੇ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਇਸਲਈ ਅਣ-ਪਰਿਵਰਤਿਤ ਖੇਤਰ ਐਸਐਮਏ ਦੀ ਕਾਰਜਕੁਸ਼ਲਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾ ਦੇਣਗੇ (ਜਿਸ ਨੂੰ ਫੰਕਸ਼ਨਲ ਥਕਾਵਟ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ) ਅਤੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਕ੍ਰੈਕ ਪੈਦਾ ਕਰਨਗੇ, ਜੋ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਸਰੀਰਕ ਅਸਫਲਤਾ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਣਗੇ ਜਦੋਂ ਸੰਖਿਆ ਕਾਫ਼ੀ ਵੱਡੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਸਪੱਸ਼ਟ ਤੌਰ 'ਤੇ, ਇਹਨਾਂ ਮਿਸ਼ਰਣਾਂ ਦੇ ਥਕਾਵਟ ਵਾਲੇ ਜੀਵਨ ਵਿਵਹਾਰ ਨੂੰ ਸਮਝਣਾ, ਮਹਿੰਗੇ ਕੰਪੋਨੈਂਟ ਸਕ੍ਰੈਪ ਦੀ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਹੱਲ ਕਰਨਾ, ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿਕਾਸ ਅਤੇ ਉਤਪਾਦ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਚੱਕਰ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਇਹ ਸਭ ਬਹੁਤ ਵੱਡਾ ਆਰਥਿਕ ਦਬਾਅ ਪੈਦਾ ਕਰੇਗਾ।

ਥਰਮੋ-ਮਕੈਨੀਕਲ ਥਕਾਵਟ ਦੀ ਵੱਡੀ ਹੱਦ ਤੱਕ ਖੋਜ ਨਹੀਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ, ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ ਥਰਮੋ-ਮਕੈਨੀਕਲ ਚੱਕਰਾਂ ਦੇ ਅਧੀਨ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਦੇ ਪ੍ਰਸਾਰ 'ਤੇ ਖੋਜ ਦੀ ਘਾਟ। ਬਾਇਓਮੈਡੀਸਨ ਵਿੱਚ SMA ਦੇ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਅਮਲ ਵਿੱਚ, ਥਕਾਵਟ ਖੋਜ ਦਾ ਫੋਕਸ ਚੱਕਰੀ ਮਕੈਨੀਕਲ ਲੋਡਾਂ ਦੇ ਅਧੀਨ "ਨੁਕਸ-ਮੁਕਤ" ਨਮੂਨਿਆਂ ਦਾ ਕੁੱਲ ਜੀਵਨ ਸੀ। ਛੋਟੇ SMA ਜਿਓਮੈਟਰੀ ਵਾਲੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ, ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦਾ ਜੀਵਨ 'ਤੇ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਪ੍ਰਭਾਵ ਪੈਂਦਾ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਖੋਜ ਇਸਦੇ ਵਾਧੇ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਬਜਾਏ ਦਰਾੜ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਨੂੰ ਰੋਕਣ 'ਤੇ ਕੇਂਦ੍ਰਤ ਕਰਦੀ ਹੈ; ਡਰਾਈਵਿੰਗ, ਵਾਈਬ੍ਰੇਸ਼ਨ ਰਿਡਕਸ਼ਨ ਅਤੇ ਊਰਜਾ ਸੋਖਣ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ, ਜਲਦੀ ਪਾਵਰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨਾ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ। SMA ਹਿੱਸੇ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਅਸਫਲ ਹੋਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਦਰਾੜ ਦੇ ਪ੍ਰਸਾਰ ਨੂੰ ਕਾਇਮ ਰੱਖਣ ਲਈ ਕਾਫ਼ੀ ਵੱਡੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਲਈ, ਲੋੜੀਂਦੀ ਭਰੋਸੇਯੋਗਤਾ ਅਤੇ ਸੁਰੱਖਿਆ ਲੋੜਾਂ ਨੂੰ ਪੂਰਾ ਕਰਨ ਲਈ, ਨੁਕਸਾਨ ਸਹਿਣਸ਼ੀਲਤਾ ਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦੇ ਵਿਵਹਾਰ ਨੂੰ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਸਮਝਣਾ ਅਤੇ ਮਾਪਣਾ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ। ਨੁਕਸਾਨ ਸਹਿਣਸ਼ੀਲਤਾ ਵਿਧੀਆਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਜੋ SMA ਵਿੱਚ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਮਕੈਨਿਕਸ ਦੀ ਧਾਰਨਾ 'ਤੇ ਨਿਰਭਰ ਕਰਦੇ ਹਨ ਸਧਾਰਨ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਪਰੰਪਰਾਗਤ ਢਾਂਚਾਗਤ ਧਾਤਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, ਉਲਟ ਪੜਾਅ ਦੇ ਪਰਿਵਰਤਨ ਅਤੇ ਥਰਮੋ-ਮਕੈਨੀਕਲ ਕਪਲਿੰਗ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ SMA ਦੇ ਥਕਾਵਟ ਅਤੇ ਓਵਰਲੋਡ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਵਰਣਨ ਕਰਨ ਲਈ ਨਵੀਆਂ ਚੁਣੌਤੀਆਂ ਖੜ੍ਹੀ ਕਰਦੀ ਹੈ।

ਸੰਯੁਕਤ ਰਾਜ ਅਮਰੀਕਾ ਵਿੱਚ ਟੈਕਸਾਸ A&M ਯੂਨੀਵਰਸਿਟੀ ਦੇ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ Ni50.3Ti29.7Hf20 superalloy ਵਿੱਚ ਸ਼ੁੱਧ ਮਕੈਨੀਕਲ ਅਤੇ ਸੰਚਾਲਿਤ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਾਧੇ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ, ਅਤੇ ਇੱਕ ਅਟੁੱਟ-ਆਧਾਰਿਤ ਪੈਰਿਸ-ਕਿਸਮ ਦੇ ਪਾਵਰ ਲਾਅ ਸਮੀਕਰਨ ਦਾ ਪ੍ਰਸਤਾਵ ਕੀਤਾ ਜੋ ਥਕਾਵਟ ਨੂੰ ਫਿੱਟ ਕਰਨ ਲਈ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਪੈਰਾਮੀਟਰ ਦੇ ਤਹਿਤ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦਰ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਹ ਅਨੁਮਾਨ ਲਗਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਦੇ ਨਾਲ ਅਨੁਭਵੀ ਸਬੰਧ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਲੋਡਿੰਗ ਹਾਲਤਾਂ ਅਤੇ ਜਿਓਮੈਟ੍ਰਿਕ ਸੰਰਚਨਾਵਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਫਿੱਟ ਕੀਤੇ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਜੋ ਕਿ SMAs ਵਿੱਚ ਵਿਗਾੜ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦੇ ਇੱਕ ਸੰਭਾਵੀ ਯੂਨੀਫਾਈਡ ਵਰਣਨ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸੰਬੰਧਿਤ ਪੇਪਰ ਐਕਟਾ ਮੈਟੀਰੀਅਲ ਵਿੱਚ "ਸ਼ੇਪ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲਾਇਜ਼ ਵਿੱਚ ਮਕੈਨੀਕਲ ਅਤੇ ਐਕਚੂਏਸ਼ਨ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦਾ ਇੱਕ ਯੂਨੀਫਾਈਡ ਵੇਰਵਾ" ਸਿਰਲੇਖ ਨਾਲ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ।

ਪੇਪਰ ਲਿੰਕ:

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

ਅਧਿਐਨ ਵਿੱਚ ਪਾਇਆ ਗਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ Ni50.3Ti29.7Hf20 ਮਿਸ਼ਰਤ ਨੂੰ 180℃ 'ਤੇ ਅਣਅੈਕਸੀਅਲ ਟੈਨਸਿਲ ਟੈਸਟ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਲੋਡਿੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੇ ਦੌਰਾਨ ਘੱਟ ਤਣਾਅ ਪੱਧਰ ਦੇ ਅਧੀਨ ਆਸਟੇਨਾਈਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਚਕੀਲੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਿਗੜ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਯੰਗ ਦਾ ਮਾਡਿਊਲਸ ਲਗਭਗ 90GPa ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਤਣਾਅ ਲਗਭਗ 300MPa ਤੱਕ ਪਹੁੰਚਦਾ ਹੈ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਪੜਾਅ ਦੇ ਪਰਿਵਰਤਨ ਦੀ ਸ਼ੁਰੂਆਤ ਵਿੱਚ, austenite ਤਣਾਅ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਮਾਰਟੈਨਸਾਈਟ ਵਿੱਚ ਬਦਲਦਾ ਹੈ; ਜਦੋਂ ਅਨਲੋਡ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਣਾਅ-ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਮਾਰਟੈਨਸਾਈਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਲਚਕੀਲੇ ਵਿਕਾਰ ਤੋਂ ਗੁਜ਼ਰਦਾ ਹੈ, ਲਗਭਗ 60 GPa ਦੇ ਯੰਗ ਮਾਡਿਊਲਸ ਦੇ ਨਾਲ, ਅਤੇ ਫਿਰ ਵਾਪਸ ਆਸਟੇਨਾਈਟ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਏਕੀਕਰਣ ਦੁਆਰਾ, ਢਾਂਚਾਗਤ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਨੂੰ ਪੈਰਿਸ-ਕਿਸਮ ਦੇ ਪਾਵਰ ਲਾਅ ਸਮੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ਫਿੱਟ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ.
Fig.1 Ni50.3Ti29.7Hf20 ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀ ਸ਼ਕਲ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲਾਏ ਅਤੇ ਆਕਸਾਈਡ ਕਣਾਂ ਦੇ ਆਕਾਰ ਦੀ ਵੰਡ ਦਾ BSE ਚਿੱਤਰ
ਚਿੱਤਰ 2 Ni50.3Ti29.7Hf20 ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀ ਸ਼ਕਲ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲਾਏ ਦੀ TEM ਚਿੱਤਰ 550℃×3h 'ਤੇ ਗਰਮੀ ਦੇ ਇਲਾਜ ਤੋਂ ਬਾਅਦ
ਚਿੱਤਰ 3 180℃ 'ਤੇ NiTiHf DCT ਨਮੂਨੇ ਦੇ ਮਕੈਨੀਕਲ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦੇ J ਅਤੇ da/dN ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ

ਇਸ ਲੇਖ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਵਿੱਚ, ਇਹ ਸਾਬਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇਹ ਫਾਰਮੂਲਾ ਸਾਰੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਤੋਂ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਡੇਟਾ ਨੂੰ ਫਿੱਟ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਦੇ ਇੱਕੋ ਸੈੱਟ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਪਾਵਰ ਲਾਅ ਐਕਸਪੋਨੈਂਟ m ਲਗਭਗ 2.2 ਹੈ। ਥਕਾਵਟ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ ਕਿ ਮਕੈਨੀਕਲ ਕਰੈਕ ਪ੍ਰਸਾਰ ਅਤੇ ਡ੍ਰਾਈਵਿੰਗ ਕਰੈਕ ਪ੍ਰਸਾਰ ਦੋਵੇਂ ਅਰਧ-ਕਲੀਵੇਜ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਹਨ, ਅਤੇ ਸਤਹ ਹੈਫਨੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਦੀ ਲਗਾਤਾਰ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੇ ਦਰਾੜ ਦੇ ਪ੍ਰਸਾਰ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ ਨੂੰ ਵਧਾ ਦਿੱਤਾ ਹੈ। ਪ੍ਰਾਪਤ ਨਤੀਜੇ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਕਿ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਅਨੁਭਵੀ ਸ਼ਕਤੀ ਕਾਨੂੰਨ ਸਮੀਕਰਨ ਲੋਡਿੰਗ ਸਥਿਤੀਆਂ ਅਤੇ ਜਿਓਮੈਟ੍ਰਿਕ ਸੰਰਚਨਾਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ਾਲ ਸ਼੍ਰੇਣੀ ਵਿੱਚ ਲੋੜੀਂਦੀ ਸਮਾਨਤਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਆਕਾਰ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲਾਇਆਂ ਦੀ ਥਰਮੋ-ਮਕੈਨੀਕਲ ਥਕਾਵਟ ਦਾ ਇੱਕ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਵਰਣਨ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਡ੍ਰਾਈਵਿੰਗ ਫੋਰਸ ਦਾ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਚਿੱਤਰ 4 180℃ ਮਕੈਨੀਕਲ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਯੋਗ ਦੇ ਬਾਅਦ NiTiHf DCT ਨਮੂਨੇ ਦੇ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਦਾ SEM ਚਿੱਤਰ
ਚਿੱਤਰ 5 250 N ਦੇ ਨਿਰੰਤਰ ਪੱਖਪਾਤ ਦੇ ਭਾਰ ਹੇਠ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਯੋਗ ਨੂੰ ਚਲਾਉਣ ਤੋਂ ਬਾਅਦ NiTiHf DCT ਨਮੂਨੇ ਦਾ ਫ੍ਰੈਕਚਰ SEM ਚਿੱਤਰ

ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, ਇਹ ਪੇਪਰ ਪਹਿਲੀ ਵਾਰ ਨਿੱਕਲ-ਅਮੀਰ NiTiHf ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਸ਼ਕਲ ਮੈਮੋਰੀ ਅਲੌਇਸਾਂ 'ਤੇ ਸ਼ੁੱਧ ਮਕੈਨੀਕਲ ਅਤੇ ਡਰਾਈਵਿੰਗ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਦਾ ਸੰਚਾਲਨ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਚੱਕਰਵਾਤੀ ਏਕੀਕਰਣ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ, ਇੱਕ ਪੈਰਿਸ-ਕਿਸਮ ਦੀ ਪਾਵਰ-ਲਾਅ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਸਮੀਕਰਨ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਪੈਰਾਮੀਟਰ ਦੇ ਅਧੀਨ ਹਰੇਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਦੀ ਥਕਾਵਟ ਦਰਾੜ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਨੂੰ ਫਿੱਟ ਕਰਨ ਲਈ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਹੈ।