بررسی رشد ترک خستگی در آلیاژ سوپرالاستیک نیکل-تیتانیوم با استفاده از روش انسجام تصویر دیجیتالی (DIC)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران

2 مهندسی مکانیک / دانشگاه صنعتی سهند تبریز

3 مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

4 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران

چکیده

در سال های اخیر، آلیاژهای حافظه‌دار مخصوصا آلیاژ نیکل- تیتانیوم، به عنوان گروهی از مواد هوشمند مورد توجه صنایع بسیاری قرار گرفته‌اند. پدیده تغییر فاز مارتنزیتی در آلیاژ‌های حافظه‌دار، مهم‌ترین عامل در بروز رفتار منحصر به فرد آن‌ها می‌باشد. در این مقاله، تشکیل مارتنزیت متاثر از تنش در نوک ترک نمونه-های سوپرالاستیک نیکل-تیتانیوم ( % 8/50 نیکل) به کمک روش انسجام تصویر دیجیتالی (DIC) مورد بررسی قرار گرفت. به طور خاص، نمونه‌های ترک لبه ای (SEC) تحت بارگذاری مکانیکی خستگی قرار گرفتند و اندازه طول ترک و همچنین میدان‌های جابجایی در نوک ترک نمونه‌ها به کمک تکنیک DIC اندازه‌گیری و محاسبه شدند. کنترل طول ترک در طی آزمایش خستگی، با استفاده از دوربینی با بزرگنمایی بالا انجام شد. در ادامه، ضرایب شدت تنش بر اساس استاندارد بین المللی ASTM E647-15 بدست آمدند. نتایج بدست آمده از تحلیل شکست نمونه‌های سوپر الاستیک نشان می دهند که با افزایش مقدار نسبت بار (R)، مقادیر ضریب شدت تنش آستانه خستگی کاهش پیدا می‌کنند. در مقاله حاضر، برای نسبت بار 05/0 R= در طی فرآیند رشد ترک، مقدار آستانه خستگی برابر با 〖∆K〗_th=17 MPa√m می‌باشد، در‌حالیکه مقدار ضریب شدت تنش، پیش از گسیختگی نهایی در حدود MPa√m 35 برآورد شد. همچنین، به عنوان روشی نوین در مشاهده پدیده تغییر فاز مارتنزیتی، تصاویر بدست آمده از تحلیل DIC، تشکیل مارتنزیت متاثر از تنش در نوک ترک نمونه ها را نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of fatigue crack growth in superelastic NiTi alloy by using DIC method

نویسندگان [English]

  • Babak Katanchi 1
  • NaghdAli Choupani 2
  • Jafar Khalil-Allafi 3
  • Mostafa Baghani 4
1 Mechanical faculty- Sahand university- Tabriz- Iran
2 Mechanical Engineering / Sahand University of Technology
3 Research Center for Advance Materials, Faculty of Materials Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
4 Assistant professor, School of mechanical engineering, University of Tehran
چکیده [English]

In recent years, shape memory alloys, specially NiTi, as a group of smart materials, have received more attentions in industrial applications. Martensitic phase transformation in shape memory alloys is the most important factor in their unique behavior. In this paper, the formation of stress induced martensite phase in the crack tip of superelastic NiTi (50.8% Ni) samples was investigated by using the DIC method. In particular, SEC specimens were subjected to fatigue mechanical loading, then the crack length and also displacement fields at the crack tip of specimens were measured by DIC technique. Control of the crack length was performed using a high magnification camera during the fatigue test. In the following, stress intensity factors were calculated according to ASTM standard E647-15. Obtained results from the fracture analysis show that fatigue threshold values are decreased with increasing the load ratio (R). In the present paper, for a load ratio of R=0.05, during the crack propagation, the fatigue threshold value is 〖∆K〗_th=17 MPa√m, while stress intensity factor is estimated about 35 MPa√m before the final failure. Also, as a new method in observation of the phase transformation, DIC pictures indicated the formation of stress induced martensite at the specimens crack tip.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NiTi shape memory alloys
  • Martensitic phase transformation
  • Crack growth rate
  • Fatigue
  • Digital image correlation method