Study of the effect of cooling/heating rate on the thermal properties of Ni-Ti alloy (SMA) after annealing at different parameters
Krzysztof Kuś
University of Warmia nad Mazury in OlsztynAbstrakt
Badania dotyczyły oceny wpływu różnych szybkości chłodzenia i nagrzewania realizowanych techniką różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) na zmiany parametrów przemian fazowych w stopie Ni-Ti z pamięcią kształtu (SMA) po jego uprzednim wyżarzaniu w różnych temperaturach. Do badań wykorzystano materiał w postaci siłownika sprężynowego SMA, z którego były pobierane próbki do badań DSC. Wstępne badania obejmowały identyfikację składu chemicznego materiału. Temperatury przemian fazowych były wyznaczane z profili DSC jako punkty przecięć stycznych do boków otrzymywanych pików przemian i linii tła. Stanowi to powszechnie przyjęty sposób. W następstwie prowadzonego wyżarzania w różnych temperaturach uzyskano zmiany kształtów profili kalorymetrycznych rejestrowanych w trakcie nagrzewania i chłodzenia materiału. Stwierdzono, że wyżarzanie sprzyja zmianom w mikrostrukturze SMA. Wykazano, że istnieje wpływ szybkości chłodzenia/ogrzewania metodą DSC na oceniane właściwości cieplne badanego materiału, w tym temperatury charakterystyczne przemian. Wpływ ten może nie jest aż tak wyraźny, jeśli weźmie się pod uwagę stan materiału po wyżarzaniu w różnych temperaturach. W odniesieniu do poszczególnych wyżarzań, niektóre z temperatur krytycznych przemian były wrażliwe na zmiany szybkości chłodzenia/ogrzewania, podczas gdy w innych wpływ ten nie był raczej obserwowany.
Słowa kluczowe:
Ni-Ti SMA, Annealing, DSC cooling/heating rate, Transformation parametersBibliografia
AKGUL O., TUGRUL H.O., KOCKAR B. 2020. Effect of the cooling rate on the thermal and thermomechanical behavior of NiTiHf high-temperature shape memory alloy. Journal of Material Research, 35: 1572-1581. Google Scholar
BRAZ FERNANDES F.M., MAHESH K.K., PAULA A.S. 2013. Thermomechanical Treatments for Ni-Ti Alloys. In: Shape memory alloys – processing, characterization and applications. Ed. F.M.B. Fernandes. InTechOpen, p. 3-26. https://doi.org/10.5772/2576 Google Scholar
DLOUHY A., KHALIL-ALLAFI J., EGGELER G. 2003. Multiple-step martensitic transformations in Ni-rich NiTi alloys – An in-situ transmission electron microscopy investigation. Philosophical Magazine, 83(3): 339-363. Google Scholar
HABERLAND CH.H., KADKHODAEI M., ELAHINIA M.H. 2016. Introduction. In: Shape memory alloy actuators: design, fabrication, and experimental evaluation. First Edition. Ed. M.H. Elahinia. John Wiley & Sons, New York. Google Scholar
IVANOV A.M., BELYAEV S.P., RESNINA N.N., ANDREEV V.A. 2019. Influence of the cooling/heating rate on the martensitic transformation and functional properties of the quenched Ni51Ti49 shape memory alloy. Letters on Materials, 9(4): 485-489. Google Scholar
KAYA I., ÖZDEMIR Y., KAYA E., KESKIN M. E. 2019. The heating-cooling rate effect on thermal properties of high nickel-rich NiTi shape memory alloy. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139: 817-822. Google Scholar
Memry Corporation. Inspections/Testing. Retrieved from https://www.memry.com/inspections-testing (access 24.06.2024) Google Scholar
NURVEREN K., AKDOĞAN A., HUANG W.M. 2008. Evolution of transformation characteristics with heating/cooling rate in NiTi shape memory alloys. Journal of Materials Processing Technology, 196: 129-134. Google Scholar
OSHIDA Y., TOMINAGA T. 2020. Nickel-titanium materials. Biomedical applications. De Gruyter, Berlin, Boston. https://doi.org/10.1515/9783110666113 Google Scholar
SHAW J.A., CHURCHILL C.B., IADICOLA M.A. 2008. Tips and tricks for characterizing shape memory alloy wire. Part 1. Differential scanning calorimetry and basic phenomena. Experimental Techniques, 32: 55-62. Google Scholar
Standard Test Method for Transformation Temperature of Nickel – Titanium Alloys by Thermal Analysis, ASTM F2004-00, ASTM, 100 BarrHarbor Drive, West Conshohocken, PA, 19428. Google Scholar
TANG W., SANSTRÖM R., WEI Z.G., MIYAZAKI S. 2000. Experimental Investigation and Thermodynamic Calculation of the Ti-Ni-Cu Shape Memory Alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 31A: 2423-2430. Google Scholar
TURABI A.S., SAEDI S., SAGHAIAN S.M., KARACA H.E., ELAHINIA M.H. 2016. Experimental characterization of shape memory alloys. In: Shape memory alloy actuators: design, fabrication, and experimental evaluation. First Edition. Ed. M.H. Elahinia. John Wiley & Sons, New York. Google Scholar
WANG J. 2013. Multiple memory material processing for augmentation of local pseudoelasticity and corrosion resistance of niti-based shape memory alloys. Master thesis. University of Waterloo. Google Scholar
WANG Z.G., ZU X.T., HUO Y. 2005. Effect of heating/cooling rate on the transformation temperatures in TiNiCu shape memory alloys. Thermochimica Acta, 436: 153-155. Google Scholar
WU S.K., CHANG Y. C. 2019. Thermal cycling effect on transformation temperatures of different transformation sequences in TiNi-based shape memory alloys. Materials (Basel), 12(16): 2512. Google Scholar
University of Warmia nad Mazury in Olsztyn
