Nikelce zengin nitihf yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımın şekil belleği özelliklerine gerilme altında yaşlandırma etkisinin araştırılması

Şekil hafızalı alaşımlar (ŞHA), martenzit-östenit faz dönüşümleri yoluyla çok yüksek şekil geri kazanımı özelliğine sahip sıra dışı malzemelerdir. Şekil hafızalı alaşımların şekil geri kazanımı özelliği, mekanik yüklere karşı iş üretmek için etkin bir şekilde kullanılabilir. Şekil hafızalı alaşımları havacılık uygulamalarında termal olarak aktive edilmiş eyleyiciler olarak kullanmak için 100°C'nin üzerindeki dönüşüm sıcaklıkları tercih edilir. NiTi bazlı şekil hafızalı alaşımları, stabil davranış, yüksek mukavemet ve daha uzun fonksiyonel yorulma ömrü açısından umut verici özellikler sergilemektedirler, ancak nispeten düşük dönüşüm sıcaklıkları nedeniyle yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılamazlar. NiTi bazlı şekil hafızalı alaşımlar Au, Pd, Pt, Zr veya Hf elementleri ile alaşımlandığında 100°C'den daha yüksek dönüşüm sıcaklıkları elde edilebilir. Hf, NiTi alaşımının mukavemetini düşürmeden dönüşüm sıcaklıklarını 100°C'nin üzerine çıkarmak için üzerinde çalışılan en umut verici üçüncül bir alaşımlama elementidir. NiTi alaşımlarının dönüşüm sıcaklıkları, Hf ile alaşımlanarak yükseltilebildiğinden daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabilirler ve NiTiHf alaşımları literatürde Yüksek Sıcaklık Şekil Hafızalı Alaşımı (YSŞHA) olarak adlandırılır. Bu alaşımlar mukavemetlerini kaybettiklerinde plastik deformasyona karşı dirençleri de azalır. Bu durumda, dönüşüm sıcaklıkları, çalıştırma gerilimi ve termal histerezis gibi şekil hafıza özelliklerinin kararlılığı da azalır. Termal veya termo-mekanik çevrimler ile şekil hafızası özelliklerinin yitirilmesi, literatürde Fonksiyonel Yorulma olarak adlandırılır Yüksek Sıcaklık Şekil Hafızalı Alaşımlarının şekil hafızası özelliklerinin iyileştirilebilmesi için sıcak veya soğuk şekillendirme veya yaşlandırma yöntemleri uygulanabilir. Bu çalışmada, soğuk şekillendirme ve yaşlandırma ile mekanik ve şekil hafızası özellikleri iyileştirebilen bir alaşım olan ve Ni bakımından zengin Ni(50,3at%) Ti(30at%) Hf(20at%) HTSMA kullanılmıştır. İlk olarak, döküm halde tedarik edilmiş malzemenin iç yapısını homojenleştirmek için çözündürme ısıl işlemi (Solution Heat Treatment) uygulanmıştır. Daha sonra soğuk şekillendirme, gerilimsiz (stress-free) yaşlandırma ve gerilme altında (stress-assisted) yaşlandırma işlemleri yapılmıştır. Tüm yaşlandırma ısıl işlemlerinde yaşlandırma sıcaklık ve süre parametreleri sırasıyla 550°C ve 1 saat olarak uygulanmıştır. Soğuk haddeleme işleminde ise kesitte %5 kalınlık düşürülmesi uygulanmıştır. Numunelerin dönüşüm sıcaklıkları, tüm termal ve termo-mekanik işlemler yapıldıktan sonra yük uygulanmadan ölçülmüştür. Son olarak, şekil hafızası özelliklerinin gelişimini belirlemek için numunelerin önceden belirlenmiş üst ve alt çevrim sıcaklıkları arasında termal olarak 200MPa sabit yük altında çalıştırılması yoluyla fonksiyonel yorulma deneyleri yapılmıştır. Sonuçlar ise, sadece çözündürme ısıl işlemi uygulanmış durum referans alınarak karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre, %5 kalınlık azaltılarak soğuk haddelenmiş ve ardından 200MPa sabit gerilme altında 1 saat boyunca 550°C'de yaşlandırılmış numunede en yüksek fonksiyonel yorulma ömrünün elde edildiğini görülmüştür. Ek olarak, soğuk haddeleme ve ardından gerilme yaşlandırma işlemi, çok kararlı ancak nispeten daha düşük eyleyici gerinim değerlerinin elde edilmesini neden olmuştur.