Infračervená kalorimetrie aplikovaná na termomechanickou charakterizaci slitin NiTi

Abstract

Slitiny s tvarovou pamětí vykazují mimořádné funkční vlastnosti, jako je superelasticita, jednosměrný a obousměrný jev tvarové paměti a pasivní tlumicí vlastnosti. V první části práce jsme se zaměřili na současný stav vývoje NiTi a deformační kalorimetrii a v poslední části jsme představili různé studie, které využily metody měření celého pole pro kinematickou a kalorimetrickou charakterizaci drátů NiTi. Ve druhé části jsme přistoupili ke kalorimetrické analýze superelastického cyklu NiTi drátu, který byl předtím mechanicky zatěžován. Zvláštní pozornost byla věnována tepelným veličinám nukleačních a anihilačních dějů a dospěli jsme k závěru, že mechanické disipace při splývání austenitických pásů jsou vyšší. Ve třetí a poslední části jsme analyzovali dvacet superelastických cyklů panenského NiTi drátu. Na jedné straně jsme mohli pozorovat vývoj přímé a zpětné martenzitické transformace během cyklování, který je výsledkem silné termomechanické vazby v NiTi. Dále jsme pozorovali zejména to, že počet míst, kde docházelo k nukleaci a splývání transformačních pásů se postupně zvyšoval, až dosáhl maximálního počtu. Na druhé straně jsme pozorovali velký pokles tepelné odezvy testovaného materiálu o přibližně 22 %, což lze přičíst stabilizaci materiálu a zachování frakčního objemu martenzitu.

Shape memory alloys exhibit extraordinary functional properties, such as superelasticity, one-way and two-way shape memory effect, and passive damping properties. In the first part we focused on the state of the art of NiTi and deformation calorimetry, and in the last part we presented the different studies that have used full-field methods for kinematic and calorimetric characterization of NiTi wire. In the second part we proceeded to the calorimetric analysis of a superelastic cycle of a NiTi wire mechanically driven beforehand is presented. A particular attention to the calorific quantities of the nucleation and annihilation events has been made and we concluded that the mechanical dissipations during the merging of the austenite are higher. In the third and last part, we analyzed twenty superelastic cycles of a virgin NiTi wire. On the one hand, we could observe the evolution of the direct and reverse transformation pattern during the cycling being the result of the strong thermo-mechanical coupling that NiTi presents. Moreover, we observed in particular that the number of nucleation and merging sites progressively increased until reaching a maximum number. On the other hand, we observed a large decrease of the calorific response of the tested material of about 22% which could be attributed to the stabilization of the material and a retention of martensite fraction.