Temperature measurement as a new technique applied to the phase transformation study in a TiNi shape memory alloy subjected to tension

• Autorzy: Gadaj S. P. , Nowacki W. K. , Pieczyska E. A. , Tobushi H.

Warianty tytułu

PL

Pomiary temperatury podczas odkształcania stopu TiNi z pamięcią kształtu jako metoda badania przemian fazowych

• Konferencja: Scientific Seminar Integrated Study on the foundations of Plastic Deformation of Metals PLASTMET'04 (4; 16-19.11.2004; Łańcut, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Temperature distributions obtained from studying the stress induced phase transformations in a TiNi shape memory alloy (SMA) were employed for the investigation into nucleation and further development of the bands of martensite and reverse transformations. A thermovision camera was used to register the distribution of infrared radiation emitted by the specimen surface and constructed thermograms with of 50 Hz frequency. Basing on temperature changes and the relevant mechanical characteristics it was noticed that just after crossing a certain threshold stress, narrow lines of considerably higher temperature — up to 10 K, corresponding to the martensite phase, appeared starting from the central part of the specimen and developing towards the specimen grips. Their angle of inclination was about 42°. At higher stresses, a few such lines parallel to each other occurred and moved towards the specimen borders, as well as the next “family” of them, developing in the perpendicular direction. The heterogeneous field of the temperature distribution was observed also during the unloading process of TiNi SMA, while the reverse transformation — austenite into martensite, took place. The reverse transformation was accompanied by a significant temperature decrease. The lines of reverse transformation were observed when the unloading process started and developed in the whole material volume, however the process remained inhomogeneous. The processes of relaxation do not bring about any changes in the nature of phase transitions, however, the relaxation involved temperature changes cause stress changes as the deformation (unloading) develops after relaxation.

PL

Pomiary rozkładów temperatury podczas przemiany martenzytycznej i przemiany odwrotnej stopu TiNi z pamiecia kształtu, stymulowanych odkształceniem, wykorzystano do badania inicjacji i rozwoju tych przemian oraz wpływu parametrów odkształcania na te przemiany. Rozkłady temperaury mierzono za pomocą kamery termowizyjnej, umożliwiającej uzyskiwanie obrazów termicznych z częstotliwością do 50 Hz. Na podstawie badań charakterystyk mechanicznych i zmian temperatury stwierdzono, że mertenzytyczna przemiana fazowa rozpoczyna sie pod katem ok. 42° do kierunku rozciągania próbki. W miarę odkształcania pojawia się coraz więcej pasm, zarówno równoległych, jak i skierowanych przeciwnie, aż obejmują one całą próbkę. Skok temperatury w miejscu pojawienia się pojedynczego pasma wynosi ok. 6 K. Przemiana odwrotna jest również procesem niejednorodnym, przy czym w pasmach tej przemiany następuje spadek temperatury. Przyrost średniej temperatury próbki podczas przemiany martenzytycznej może przekraczać 40 K, co powoduje przyrost naprężeń w miarę rozciągania. Procesy relaksacji nie powodują zmian charakteru przemian fazowych, jednak związane z relaksacją zmiany temperatury wywołują zmiany naprężeń przy kontynuacji odkształcania (odciążania) po relaksacji.

Słowa kluczowe

EN

phase transformation; TiNi alloy; TiNi shape memory alloy

PL

przemiana fazowa; stop TiNi; stop TiNi z pamięcią kształtu

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, iss. 3
• Strony: 661--674
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Gadaj S. P.

• Institute of Fundamental Technology Research PAS, 00-049 Warszawa, ul. Świętokrzyska 21

autor

Nowacki W. K.

• Institute of Fundamental Technology Research PAS, 00-049 Warszawa, ul. Świętokrzyska 21

autor

Pieczyska E. A.

• Institute of Fundamental Technology Research PAS, 00-049 Warszawa, ul. Świętokrzyska 21

autor

Tobushi H.

• AICHI Inst. of Technology, Toyota-City, Japan

Bibliografia

• [1] P. H. Lin, H. Tobushi, K. Tanaka, et al., Influence of strain rate on deformation properties of TiNi shape memory alloy, JSME Inter. Jour. 39, I, 117-123 (1996).
• [2] H. Tobushi, Y. Shimeno, T. Hachisuka, K. Tanaka, Influence of strain rate on superelastic properties of TiNi shape memory alloy, Mech. Mater. 30, 141-150 (1998).
• [3] S. P. Gadaj, W. K. Nowacki, H. Tobushi, Temperature evolution during tensile test of TiNi shape memory alloy. Arch. Mech. 51, 6, 649-663 (1999).
• [4] H. Tobushi,K. Takata,Y. Shimeno.W. K. Nowacki, S. P. Gadaj, Influence of strain rate on superelastic behavior of TiNi shape memory alloy, Proc. Instn. Mech. Engrs. 213, Part L, 93-102 (1999).
• [5] S. P. Gadaj, W. K. Nowacki, E. A. Pieczyska, Temperature evolution in deformed shape memory alloy, Infrared Physics & Tech 43 151-155 (2002).
• [6] K. Tanaka, K. Kitamura, S. Miyazaki. Shape memory alloy preparation for multiaxial test and identification of fundamental alloy performance, Arch. Mech. 51, 6, 785-803 (1999).
• [7] K. Tanaka, F Nishimura, H. Tobushi, Transformation start lines in TiNi and Fe-based shape memory alloys after incomplete transformation induced by mechanical and/or thermal loads, Mech. Mater. 19, 271-280 (1995).
• [8] J. A. Shaw, S. Kyriakides, On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in a TiNi Alloy, Acta Mater. 45, 2, 683-700 (1997).
• (9] J. A. Shaw, Simulation of localized thermo-mechanical behavior in NiTi shape memory alloy, Plasticity 16, 541-562 (2000).
• [10] D. Helm, P. Haupt, Thermomechanical behavior of shape memory alloys, Proc. Of SPIE's Smart Structures and Materials, SPIE 4333, 302-313 (2001).
• [11] K. Tobushi, M. Endo Okumara, K. Tanaka, Deformation behavior of TiNi shape memory alloy under strain- or stress- controlled conditions, Arch. Mech. 1, 54, 75-91 (2002).