Yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımların soğuk haddeleme işlemi sonrası fonksiyonel yorulma ömürlerinin tayini

Şekil hafızalı alaşımlar, şekil geri kazanma özelliklerinden dolayı özel malzemelerdir. Bu malzemeler şekil geri kazanma yetenekleri sayesinde yüke karşı iş yapabilmektedir. Bu özellik onların havacılık uygulamalarında eyleyici olarak kullanılmasına olanak sağlar. Uzun çevrim ömrü ve dönüşüm sıcaklarının 100 ˚C'nin üzerinde olması, şekil hafızalı alaşımların bir çok uygulaması için istenen özelliklerdir. Nikelce zengin NiTi alaşımlarında, dönüşüm sıcaklıklarını istenen seviyeye göre ayarlamak ve çevrimi daha stabil hale getirmek için ısıl işlem ile yaşlandırma, üçüncül element eklentisi ve plastik deformasyon en bilinen yöntemlerdir. Dönüşüm sıcaklıkları ve eyleyici gerinimi açısından çevrimsel kararlılığı sağlayabilmek, şekil hafızalı alaşımlar için eyleyici uygulamalarındaki en önemli hedeftir. Bu çalışmada yüksek dönüşüm sıcaklıkları, yüksek dayanımı ve çevrimsel kararlılık yönünden umut verici olmasından dolayı, Ni50,3Ti29,7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımı kullanılmıştır. Bu çalışmada, soğuk haddeleme ardından yaşlandırmanın fonksiyonel yorulma davranışına etkisini göstermek amacıyla, soğuk haddelenmiş ve yaşlandırılmış Ni50,3Ti29,7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımının fonksiyonel yorulma özellikleri incelenmiştir. Malzeme, yüksek saflıkta Ni, Ti ve Hf elementleri ile, yüksek saflıkta argon atmosferinde, vakumda endüklemli eritme yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Çalışmadaki bir grup malzemeye sadece 1050 ˚C'de 2 saat çözündürme ısıl işlemi uygulanmıştır. Bir diğer gruba çözündürme ve ardından 550 ˚C'de 3 saat yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmıştır. Diğer iki gruba sırasıyla çözündürme, %5 ve %10 soğuk haddeleme ve yaşlandırma ısıl işlemi uygulanmıştır. Çözündürme ve yaşlandırma ısıl işlemleri, dikey silindirik fırında yüksek argon atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Numuneler labaratuar tipi hadde kullanılarak oda sıcaklığında haddelenmiştir. Sabit yük altında ısıtma soğutma deneyleri ve fonksiyonel yorulma deneylerinde kullanılmak üzere numuneler yassı köpek kemiği şeklinde kesilmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetre (Perkin Elmer 8000) ile numunlerin yüksüz dönüşüm sıcaklıkları ölçülmüştür. Sabit yük altında ısıtma soğutma deneyleri, numunelerin dönüşüm sıcaklıklarını belirlemek ve farklı yükler altında şekil hafıza davranışlarını gözlemlemek için UTEST 50 kN servo mekanik deney cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonel yorulma ömürlerinin tayini için özel üretim fonksiyonel yorulma test düzeneği kullanılarak fonksiyonel yorulma deneyleri tamamlanmıştır. Sabit yük altında ısıtma soğutma deneyleri sonucunda, doku oluşumundan veya dönüşen hacmin azalmasından kaynaklı olarak soğuk haddeleme yüzdesi arttıkça eyleyici geriniminin düştüğü görülmüştür. Soğuk haddeleme, matriste yüksek miktarda dislokasyona neden olmaktadır öyle ki bu dislokasyonlar alaşımın dayanımını arttırır ve martensit-östenit sınır hareketine engel teşkil eder. Ek olarak kayma için gerekli kritik kayma gerilimi artar ve böylece geri dönüşemeyen gerinim azalır. Fonksiyonel yorulma deneyleri, soğuk haddeleme prosesinin, çevrimsel kararlılığı; eyleyici gerinimi, boyutsal kararlılık ve dönüşüm sıcaklıkları açısından geliştirdiğini göstermiştir. Fakat soğuk haddeleme yüzdesi arttıkça çatlak oluşumu arttığından dolayı alaşımların yorulma ömrü azalır. NiTiHf alaşımları yüksek dayanımlı alaşımlar oldukları için deforme etmek oldukça zordur. Soğuk haddeleme prosesinin matriste daha fazla çatlak oluşturma ihtimali yüksektir ve bu çatlaklar yorulma çevrimleri sırasında kolayca ilerleyebilir. Bundan dolayı, fonksiyonel yorulma ömrü soğuk haddeleme yüzdesi arttıkça azalır.