Yüksek hf içerikli nitihf şekil hafızalı alaşımların çevrimsel kararlılığı üzerindeki sıcak haddeleme işleminin rolü

Şekil Hafızalı Alaşımlar (ŞHA'lar), şekil geri kazanma davranışlarına sahip olmaları nedeniyle özel malzemelerdir. ŞHA'lar düşük sıcaklıktaki martensit fazında deforme olduktan sonra yüksek sıcaklıktaki östenit fazlarına geri ısıtıldıklarında başlangıç şekillerine geri dönebilir. Bu özelliklerinden dolayı, ŞHA'lar havacılık endüstrisinde eyleyici olarak kullanılabilirler. NiTi tabanlı ŞHA'lar, uygulanan yük karşısındaki yüksek şekil geri kazanım ve iş yapabilme özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Fakat dönüşüm sıcaklıklarının 100 ˚C'nin altında olması sebebiyle uygulama alanlarını kısıtlıdır. Bu alaşımların yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılabilmesi için dönüşüm sıcaklıklarının arttırılması büyük önem arz etmektedir. Bununla birlikte, dönüşüm sıcaklıkları arttıkça, plastik deformasyona karşı olan dirençlerinin azalması nedeniyle çevrimsel kararlılık azalmaya başlar. Martensit- östenit dönüşümü gerçekleştikçe termal ve/veya mekanik çevrimler sırasında oluşan dislokasyonlar martensit/östenit sınırının hareketini kısıtlar. Dönüşemeyen martensit oluşumuna sebep olan plastik deformasyon ŞHA'nın şeklini bütünüyle geri kazanmasını engeller. İkili NiTi şekil hafızalı alaşımların dönüşüm sıcaklıklarını yükseltmenin üçüncü element eklemek ve ısıl işlem uygulamak gibi birkaç yolu vardır. Düşük maliyeti ve dönüşüm sıcaklıklarının çok yüksek seviyelere çıkarmadaki etkisi nedeniyle gelecek vadeden element Hf'dir. Üçlü NiTiHf şekil hafızalı alaşımların sadece yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlar (YSŞHA'lar) olarak değil, aynı zamanda yüksek mukavemetli alaşımlar olarak da bilinir. Bu çalışmada, çok yüksek dönüşüm sıcaklıkları ve mukavemeti nedeniyle Ni50.1Ti19.9Hf30 (at%) kullanılmıştır. Daha önce bahsedildiği gibi üçlü NiTiHf alaşımları çok iyi şekil hafıza özelliklere sahip olmalarına rağmen, yüksek sıcaklıkta bu özelliklerini kaybederler. Bu nedenle, yüksek sıcaklık, fonksiyonel ve şekil hafıza özelliklerini geliştirmek için Hf bakımından zengin Ni50.1Ti19.9Hf30 YSŞHA'ya termo-mekanik ısıl işlemler uygulanmıştır. Alaşım önce homojenize edilmiş ve ardından 3 farklı sıcaklıkta 2 farklı kalınlık inceltme yüzdesi ile haddelenmiştir. Homojenize edilmiş ve termo-mekanik olarak işlem görmüş numunelerin her biri fonksiyonel yorulma deneylerine tâbi tutulmuştur. Haddeleme sıcaklığı ile kalınlık inceltme yüzdesinin; dönüşüm sıcaklıkları, eyleyici gerinimi ve geri dönüşemeyen gerinim gibi şekil hafıza özellikleri üzerine olan etkisi, homojenize edilmiş ve sıcak haddelenmiş numunelerin karşılaştırılması ile ortaya çıkartılmıştır. Sıcak ekstrüde edilmiş alaşım, 1050 ˚C'de 2 saat homojenize edildikten sonra homojenize edilmiş kütükten kesilen dilimler 500°C sıcaklıkta %2, 800°C ve 900°C sıcaklıklarda ise %10 kalınlıkta azalma sağlanarak sıcak haddelenmiştir. Sıcak haddelenmenin etkisini belirlemek için, tüm numunelerin dönüşüm sıcaklıkları (Östenit Başlangıç, Östenit Bitiş, Martensit Başlangıç ve Martensit Bitiş sıcaklıkları) Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DTK) ile ölçülmüştür. Daha sonra köpek kemiği şeklindeki çekme numuneleri kullanılarak fonksiyonel yorulma deneyleri (FYD) gerçekleştirilmiştir. FYD'leri 200 MPa sabit gerilim altında ve 250°C ve 700°C arasındaki termal çevrimde yapılmıştır. DTK ve FYD'den elde edilen tüm veriler karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada gelecek vadeden bulgulardan birisi, sıcak haddelemenin Ni50.1Ti19.9Hf30 (%at) alaşımının fonksiyonel özelliklerinin kararlı hale getirmesi üzerindeki etkisidir. Numunelerin eyleci gerinimlerinin FYD'deki çevrimler boyunca çok kararlı, eyleyici gerinim değerlerinin ise oldukça düşük olduğu saptanmıştır. Ayrıca, sıcak haddeleme işlemi sonrasında dönüşüm sıcaklıklarında önemli bir düşüş gözlemlenmemiştir.