The development of a fatigue test machine to investigate the functional fatigue life of high temperature shape memory alloys and the determination of the functional fatigue life of these alloys

Şekil hafızalı alaşımlar çeşitli uygulamalarda eyleyici olarak kullanılabilen özel materyellerdir. Sahip oldukları yüksek güç/ağırlık oranı özellikle havacılık alanı olmak üzere birçok alanda dikkat çekmektedir. Uygulamaların birçoğu çoklu tahrik ve 100oC'nin üzerinde yüksek dönüşüm sıcaklıkalarının olmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, şekil hafızalı alaşımların endüstriyel uygulamarının uygunluğunun tanımlanmasında, eyleyici gerinimi ve dönüşüm sıcaklıkları açısından kararlılık çok önemlidir. Yaşlandırma işlemi Nikelce zengin NiTi alaşımlarında dönüşüm sıcaklıklarını ayarlamak ve çevrimsel kararlılığı arttırmak için kullanılan yöntemlerden biridir. Bu çalışmada, sahip olduğu yüksek dönüşüm sıcaklığının yanı sıra yüksek dayanımı açısından en umut verici yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımlarından biri olan Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımı kullanılmıştır. Ekstrüde halde ve yaşlandırılmış Ni50.3Ti29.7Hf20 yüksek sıcaklık şekil hafızalı alaşımının fonksiyonel yorulma özellikleri, yaşlandırma işleminin fonksiyonel yorulma davranışına etkisini ortaya koymak üzere incelenmiştir. Malzeme yüksek saflıktaki Ni, Ti ve Hf elemenleri kullanılarak vakum indüksiyonla eritme yoluyla yüksek saflıktaki argon atmosferi altında üretilmiştir. Sonrasında yumuşak çelik ile kaplanarak 4:1 oranında alan indirgemesi olacak şekilde 900oC'de sıcak ekstrüzyona tabi tutulmuştur. Bir grup malzemenin 550oC'de yaşlandırma işlemi yapılırken ve bir grup malzeme deneylerde ekstrude halde kullanılmıştır. Karşılaştırma yapılabilmesi için yaşlandırılmış ve ekstrüde haldeki malzemelere aynı deneyler uygulanmıştır. Yüksüz dönüşüm sıcaklıkları Perkin Elmer Differential Scanning Calorimetry (DSC) 800 kullanılarak ölçülmüştür. Sabit yük altında ısıtma ve soğutma deneyleri ısıtma ve soğutma sistemleri yerleştirilmiş UTEST 50 kN servo-mekanik test makinasında gerçekleştirilmiştir. Bu testler malzemelerin ilk hangi gerilim değeri altında geri kazanılamayan gerinim gösterdiklerini saptamak için gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonel yorulma deneyleri özel üretim fonksiyonel yorulma test cihazında yapılmıştır. Fonksiyonel yorulma deneyi sonrası optik mikroskop incelemesi yorulma deneyleri sırasındaki çatlak ilerlemesini incelemek üzere gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda geçirmeli elektron mikroskobu incelemesi de fonksiyonel yorulma testleri öncesinde matristeki ikizlenme ve çökelti yapıları ile oksit parçacıklarını belirlemek için yapılmıştır. Yüksüz dönüşüm sıcaklıkları 550oC'de 3 saat yaşlandırmanın ardından beklenildiği gibi 100oC'nin üzerine çıkmıştır. Aynı zamanda 550oC'de 3 saat yaşlandırma ile kayma için kritik gerilim değeri artmıştır. Öyle ki yük altında ısıtma – soğutma deneylerinde ekstürüde örnekte ilk geri kazanılamayan gerinim 300 MPa yük altında görülürken yaşlandırılmış örnekte 600 MPa yük altında görülmüştür. Bu nedenle 200 MPa gerilim değeri, ekstrüde ve yaşlandırılmış örneklerde geri kazanılamayan gerinim göstermediğinden sınır değeri olarak belirlenmiş ve fonksiyonel yorulma deneyleri 200 MPa yük altında gerçekleştirilmiştir. 550oC'de 3 saat yaşlandırılmış örnek ekstürüde örneğe göre fonksiyonel yorulma testlerinde kayda değer seviyede daha iyi çevrimsel kararlılık göstermiştir. Yaşlandırılmış örnekte 16534 çevrim boyunca eyleyici gerinimindeki azalma ekstrüde örnekten daha azdır. Test bu noktada kopma gerçekleştiği için durdurulmuştur. Diğer taraftan ekstürde örnek 5000 çevrimden önce eyleyici gerinimini kaybetmiştir ve bu nedenle test durdurulmuştur. Geçirmeli elektron mikroskobu incelemesi sonucunda matriste oksit parçacıkları bulunmuştur. Bu parçacıklar çatlak başlangıç noktası olarak davranabildikleri için fonksiyonel yorulma testlerindeki kopmanın nedeni olabilirler.