Soğuk haddeleme ve sonraki tavlama işlemlerinin yüksek sıcaklık nitihf şekil hafızalı alaşımların fonksiyonel yorulma özellikleri üzerindeki etkisi

Şekil hafızalı alaşımlar, yük altında ısıtıldıklarında önceki şekillerini geri kazanabildiği için birçok uygulamalarda aktüatör olarak yararlanılabilen özel malzemelerdir. Ağırlık başına düşen yüksek güç oranları, onları başta havacılık endüstrisi olmak üzere, geleneksel pnömatik, hidrolik ve motor tipi katı hal ağır aktüatör kullanımları yerine kullanılabilecek önemli bir alternatif yapar. Havacılık endüstrisindeki uygulamaların çoğu, eyleyicilerde süreklilik ve 100 °C'yi aşan dönüşüm sıcaklıkları gerektirir. Şekil hafıza özelliklerinin endüstriyel uygulamalarda başarısını belirleyebilmek için, şekil hafızalı alaşımların eyleyici gerinimi ve yüksek dönüşüm sıcaklıklarının görev ömrü boyunca muhafaza edilmesi hayati önem taşımaktadır. Bu nedenlerden ötürü, sıcaklık gereksinimi yüksek uygulamalarda kullanım amacıyla dönüşüm sıcaklığı 100 °C'den yüksek şekil hafızalı alaşımlar üzerine araştırmalar yoğunlaşmıştır. İkili NiTi alaşımına hafniyum eklemek, yüksek sıcaklıklı bir şekil hafızalı alaşım yapmanın en etkili yollarından biridir. Yüksek sıcaklıklı şekil hafızalı alaşımlar, eyleyicilik kabiliyetinin artırılması, şekil hafıza özelliklerinin istikrarını iyileştirmesi ve eyleyici uygulamalarında uygun bir seçenek haline getirilmesi amacıyla termal, mekanik ve termomekanik işlemlere tâbi tutulur. Bu çalışmada, soğuk haddeleme ile farklı kalınlıklara düşürme ve haddelemeye müteakip farklı sıcaklıklarda tavlama yöntemlerinin Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) alaşımının fonksiyonel yorulma özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan malzeme, oldukça saf Ni, Ti ve Hf elementlerininin vakum indüksiyon eritme prosesi ile üretilmiştir. Kimyasal homojenite sağlamak amacıyla da 900 °C'de sıcak ekstrüde edilmektedir. Soğuk haddeleme ve müteakip tavlamanın fonksiyonel parametreler üzerindeki etkisini analiz etmek ve malzeme içerisinde doku oluşumunu önlemek amacıyla tüm numuneler homojenizasyon işleminden geçirilmiştir. Bir grup numuneye %2'lik, diğer bir gruba ise %5'lik soğuk haddelenme işlemi uygulanarak kalınlıkları azaltılmıştır. Daha sonra gruplardaki numunelerden üçer tanesine 500°C, 550°C ve 600 °C sıcaklıklarda tavlanma işlemi uygulanmış ve birer tanesi tavlanmadan bırakılmıştır. Ayrıca soğuk haddeleme ve tavlama işlemleri yapılmamış bir başlangıç numunesi ayrılmış ve sonuçlar bu numunenin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi ile tüm numuneler için dönüşüm sıcaklıkları incelenmiştir. Test edilmeye uygun görülen numuneler ile yorulma ömrü, eyleyici gerinimleri, birikmiş plastik gerinimler ve dönüşüm sıcaklıkları gibi fonksiyonel yorulma özelliklerinin tayin edilmesi amacıyla 300MPa yük altında 15 °C/s ısıtma soğutma hızlı ile, termal çevrimler gerçekleştirilmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetri ölçümlerine göre; soğuk haddeleme miktarındaki artış, dönüşüm sıcaklıklarını azaltmıştır. Çünkü soğuk haddeleme dislokasyon yoğunluğunu arttırıp faz dönüşümünü baskılamıştır. Öte yandan tavlama işlemi, dislokasyonları kısmen yok olmasına neden olup numunedeki dislokasyon yoğunluğunu azalttığından, tavlama sıcaklığı yükseltildikçe dönüşüm sıcaklıkları da artmıştır. Fonksiyonel yorulma testi sonuçları; soğuk haddeleme işlemeninden sonra tavlamanın, şekil hafıza parametrelerini kararlı hale getirdiğini ve tavlamanın matristeki haddeleme sonucu oluşan yoğun dislokasyon miktarını ve iç gerilmeleri azaltarak dönüşebilen hacim miktarını arttırdığı için eyleyici gerinimlerinin de arttırdığını ortaya koydu. Bununla birlikte, hafniyum içeriğinin 30at% olması malzemeyi deforme etmeyi son derece zorlaştırması ile soğuk haddeleme sırasında oluşan mikro çatlakların test sırasında hızlı ilerlemesinden dolayı alaşımın fonsiyonel yorulma ömürleri kısalmıştır. Ayrıca Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) alaşımında, 300MPa gerilme altında, tam östenit dönüşümünün 600 °C civarında elde edilmesi sebebiyle, bu gerilme altında yüksek plastik deformasyon gözlemlenmiştir.