ขีด จำกัด ยืดหยุ่นของไทเทเนียม - ลวดโลหะผสมนิกเกิลคืออะไร

นับตั้งแต่เปิดตัวในปี 1960 นิกเกิล - โลหะผสมไทเทเนียม (NITI) วัสดุอัจฉริยะที่รวมหน่วยความจำรูปร่างและ superelasticity ได้จุดประกายการปฏิวัติวัสดุในสาขาต่าง ๆ เช่นยาการบินและอวกาศและหุ่นยนต์ด้วยคุณสมบัติเชิงกลและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ขีด จำกัด ยืดหยุ่นซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของ superelasticity ไม่เพียง แต่กำหนดขอบเขตการใช้งานของวัสดุ แต่ยังกลายเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการปรับแต่งการออกแบบและปรับปรุงความน่าเชื่อถือ

มาตรฐานและมาตรฐานการทดสอบของขีด จำกัด ยืดหยุ่น

ขีด จำกัด ยืดหยุ่นของไทเทเนียม - โลหะผสมนิกเกิลหมายถึงความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถกู้คืนรูปร่างเดิมได้อย่างเต็มที่หลังจากขนถ่าย คุณสมบัตินี้เกิดจากความสมดุลแบบไดนามิกระหว่างความเครียด - การเปลี่ยนแปลงของ Martensitic และการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับ: เมื่อใช้แรงภายนอกเฟสออสเทนไนท์ (ลูกบาศก์) จะเปลี่ยนเป็นเฟสมาร์เทนไซต์ (monoclinic) สร้างสายพันธุ์สูงถึง 8% เมื่อขนถ่ายการแปลงย้อนกลับจะคืนค่าวัสดุให้เป็นรูปร่างดั้งเดิม กระบวนการนี้เป็นอิสระจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและขับเคลื่อนโดยความเครียดเพียงอย่างเดียวดังนั้นคำว่า "การเปลี่ยนเฟส pseudoelasticity" มาตรฐานการทดสอบระหว่างประเทศอย่างชัดเจนต้องการให้ลวดโลหะผสมขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.5 มม. ถูกโหลดแบบวงจร - การทดสอบการขนถ่ายที่อัตราแรงดึง 1 มม./นาทีที่อุณหภูมิห้อง (23 ± 2 องศา) โดยมีความเครียด - เส้นโค้งสายพันธุ์ที่บันทึกไว้ ผลลัพธ์ทั่วไปแสดงให้เห็นว่าขีด จำกัด ยืดหยุ่นของไทเทเนียม - โลหะผสมนิกเกิลสามารถเข้าถึง 7%-8%ซึ่งเกินกว่าเหล็กกล้าสปริงธรรมดา (0.2%-0.5%) และสแตนเลส (1%-2%)

ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อขีด จำกัด ยืดหยุ่น

องค์ประกอบและการรักษาความร้อน

คุณสมบัติยืดหยุ่นของไทเทเนียม - โลหะผสมนิกเกิลเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอัตราส่วนอะตอมของพวกเขา อุณหภูมิ AF (อุณหภูมิปลายออสเทนไนต์) ของโลหะผสมทางการแพทย์มาตรฐาน (Ni: Ti≈1: 1) โดยทั่วไปจะเป็น 30-35 องศา ด้วยการปรับเนื้อหานิกเกิลช่วงนี้สามารถขยายได้ถึง -40 องศาเป็น 85 องศา ตัวอย่างเช่นการเพิ่ม 4% niobium (NB) ลงในโลหะผสม Nitinb สามารถเพิ่มโมดูลัสยืดหยุ่นจาก 45GPA เป็น 60GPA ในขณะที่ทำให้ขีด จำกัด ยืดหยุ่นสูงกว่า 7.5%

กระบวนการบำบัดความร้อนมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างจุลภาค ลวดโลหะผสมที่ได้รับการรักษาด้วยวิธีแก้ปัญหาที่ 400 องศาตามด้วยการดับน้ำแสดงการปรับแต่งเมล็ดข้าวถึง 10-20 μmความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนที่ลดลงและเกณฑ์ความเครียดการเปลี่ยนแปลงเฟสลดลงส่งผลให้ขีด จำกัด ยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น 15% อย่างไรก็ตามการหลอมสูงกว่า 500 องศาส่งผลให้เมล็ดหยาบลดลงลดการใช้ pseudoelasticity ของการเปลี่ยนแปลงเฟสให้น้อยกว่า 5%

อุณหภูมิและอัตราการโหลด

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อขีด จำกัด ยืดหยุ่นแสดงพฤติกรรม bimodal: ต่ำกว่าอุณหภูมิ AF (-20 องศาถึง 30 องศา) เฟสมาร์เทนไซต์จะครอบงำและขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เหนืออุณหภูมิ AF เฟสออสเทนไนต์จะมีความเสถียรมากขึ้นและขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่นก็คงที่ ตัวอย่างเช่นขีด จำกัด ที่ยืดหยุ่นของลวดโลหะผสมการบินบางอย่างคือ 6.2% ที่ -20 องศาเพิ่มขึ้นเป็น 7.8% ที่ 30 องศาและยังคงอยู่ที่ 7.5% ที่ 60 องศา

The effect of loading rate is related to the phase transformation kinetics. Rapid loading (>100 มม./นาที) ยับยั้งการเปลี่ยนแปลงของ Martensitic ส่งผลให้ขีด จำกัด ยืดหยุ่นลดลง 20% -30% การโหลดช้า (0.1-1 มม./นาที) ช่วยให้การแปลงเฟสเต็มรูปแบบเพิ่มการกู้คืนแบบยืดหยุ่นสูงสุด

เรขาคณิตและสภาพพื้นผิว

สายไฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 มม. มีขีด จำกัด ยืดหยุ่นต่ำกว่า 10% -15% กว่าสายไฟที่หนาขึ้นเนื่องจากชั้นออกไซด์ของพื้นผิวสูง ตัวอย่างเช่น Guidewire การแพทย์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.1 มม. มีขีด จำกัด ยืดหยุ่น 6.5% ที่ 37 องศาในขณะที่ลวดใส่ขดลวดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 มม. สามารถเข้าถึงได้ 7.8% การรักษาพื้นผิวก็มีความสำคัญเช่นกัน: การล้างกรดเพื่อกำจัดชั้นออกไซด์จะเพิ่มขีด จำกัด ยืดหยุ่น 8%ในขณะที่ไฟฟ้าการสร้างพื้นผิวระดับนาโนสามารถยืดอายุความเมื่อยล้าได้ถึง10⁷รอบ

การประยุกต์ใช้ขีด จำกัด ยืดหยุ่น

ขีด จำกัด ยืดหยุ่น 8% ของไทเทเนียม - ลวดโลหะผสมนิกเกิลให้ข้อได้เปรียบที่ไม่ซ้ำกันในหลาย ๆ แอปพลิเคชัน:

การแพทย์: ใช้ในการจัดฟันทางทันตกรรมและขดลวดหลอดเลือดความยืดหยุ่นสูงให้กำลังแก้ไขอย่างต่อเนื่องและอ่อนโยนลดความรู้สึกไม่สบายของผู้ป่วย ในภาคการบินและอวกาศสามารถใช้เป็นสปริงไดรฟ์หรือโช้คอัพรักษาประสิทธิภาพที่มั่นคงภายใต้ความผันผวนของอุณหภูมิสูงในขณะที่ลดน้ำหนัก

ในภาคหุ่นยนต์สามารถใช้ในส่วนประกอบไดรฟ์ที่ยืดหยุ่นเพื่อให้เกิดการเคลื่อนไหวทางชีวภาพหรือการจัดการที่แม่นยำเพิ่มความสามารถในการปรับตัวและความยืดหยุ่นของหุ่นยนต์

ขีด จำกัด ยืดหยุ่นของไทเทเนียม - ลวดโลหะผสมนิกเกิลไม่เพียง แต่เป็นพารามิเตอร์พื้นฐานในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ แต่ยังเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของนวัตกรรมทางเทคโนโลยี จากองค์ประกอบอะตอมด้วยกล้องจุลทรรศน์และกลไกการเปลี่ยนเฟสไปจนถึงการใช้งานด้วยกล้องจุลทรรศน์ของอุปกรณ์การแพทย์และส่วนประกอบการบินและอวกาศการพัฒนาทุกครั้งในค่านี้สะท้อนให้เห็นถึงการสำรวจและวิชชาของวัสดุ