Investigation of thermal transformation properties under different annealing conditions of Ni-Ti shape memory alloy

• Autorzy: Kuś K. , Kłysz S.

Warianty tytułu

PL

Badanie charakterystyk cieplnych przemian fazowych w stopie Ni-Ti z pamięcią kształtu poddanemu wyżarzaniu przy różnych parametrach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the influence of different annealing conditions on the phase transformation properties of a nearly equiatomic nickel and titanium (Ni-Ti) alloy was studied by using differential scanning calorimetry (DSC). Tiny samples, taken from the as-received material with the unknown history of thermo-mechanical processing, were subjected to the heat treatment at the temperatures varying from 400 to 600°C with a 50°C increment for 5, 20, 30, and 60 min. Based on the DSC testing, the phase transformation behaviour and temperatures were assessed. The results from this and previous studies indicate that thermal characteristics of the studied Ni-Ti alloy are sensitive to the annealing conducted under different parameters. When the heat treatment temperature increased, the phase transformation behaviour tended to convert from a two-stage sequence, i.e. through the intermediate R-phase to a one-stage reaction, as it was observed at 600°C. However, a certain exception appeared for the sample annealed for 5 min where the two-stage transformation on cooling was still preserved. Considering the effect of annealing time, there was no obvious change in the DSC profiles for annealing at 400 and 450°C. Higher annealing temperatures, in turn, resulted in variations of the peak shapes. Different annealing times were also shown to affect the transition temperatures where the most distinct alterations occurred for the Ms and Mf temperatures in comparison with the other ones. This type of studies, it is believed, may be useful especially from a practical point of view, i.e. in varying and controlling the properties of shape memory alloys (SMAs).

PL

Za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) zbadano wpływ różnych parametrów wyżarzania na charakterystyki cieplne w zakresie występowania przemiany fazowej w stopie niklowo-tytanowym (Ni-Ti) o składzie chemicznym bliskim równoatomowemu. Próbki do badań pobrano z materiału o nieznanej historii uprzednich obróbek cieplno-mechanicznych, a następnie wyżarzano w temperaturach 400-600°C co 50°C przy czasach 5, 20, 30 i 60 min. Wykazano, że charakterystyki cieplne przemian badanego stopu są czułe na wyżarzanie prowadzone przy różnych parametrach. Wzrost temperatury wyżarzania spowodował zmianę sekwencji przemian od dwustopniowej (tj. poprzez fazę pośrednią R) do jednostopniowej, obserwowaną przy 600°C. Pomimo najwyższej temperatury obróbki wyjątek jedynie stanowił najkrótszy jej czas, gdzie wciąż rejestrowano sekwencję dwustopniową przemiany podczas chłodzenia stopu. Najniższe temperatury wyżarzania (400 i 450°C) nie spowodowały istotnych zmian w profilach DSC w przeciwieństwie do wyższych temperatur, gdzie obserwowano zmiany ich kształtów. Ustalono, że różne czasy wyżarzania mają wpływ na temperatury krytyczne przemian, spośród których Ms i Mf wykazały największe zmiany. Uważa się, że tego typu badania mogą być użyteczne z praktycznego punktu widzenia, zwłaszcza do zmian i kontroli charakterystyk cieplnych stopów z pamięcią kształtu (SMAs).

Słowa kluczowe

EN

Ni-Ti shape memory alloy; annealing conditions; DSC transformation properties

PL

stop z pamięcią kształtu Ni-Ti; wyżarzanie; charakterystyki przemian DSC

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 61, nr 2
• Strony: 245--255
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kuś K.

autor

Kłysz S.

• University of Warmia and Mazury, Faculty of Technical Science, Department of Functional Materials and Nanotechnology, 10-266 Olsztyn, 1A Stefana Okrzei Str.,

Bibliografia

• [1] K. Kus, T. Breczko, DSC-investigations of the effect of annealing temperature on the phase transformation behaviours in a Ni-Ti shape memory alloy, Materials Physics and Mechanics, 9 (1), 2010, 75-83.
• [2] E. L. Vandygriff, Fabrication and characterization of porous NiTi shape memory alloy by elevated pressure sintering, Master's Thesis. Texas A&M University, 2002, 12-13.
• [3] K. W. K. Yeung, K. M. C. Cheung, W. W. Lu, C. Y. Chung, Optimization of thermal treatment parameters to alter austenitic phase transition temperature of NiTi alloy for medical implant, Materials Science and Engineering, A 383, 2004, 213-218.
• [4] M. Drexel, G. Selvaduray, A. Pelton, The Effects of Cold Work and Heat Treatment on the properties of Nitinol Wire, Medical Device Materials IV: Proceedings from the Materials & Processes for Medical Devices Conference 2007, Palm Desert, California, USA, ASM International, 2008, 114-119.
• [5] H. F. Khalil, Changes in the mechanical behavior of Nitinol following variations of heat treatment duration and temperature, Master's Thesis. Georgia Institute of Technology, 2009, 6.
• [6] T. Saburi, Ti-Ni shape memory alloys, Shape Memory Materials, ed. by Otsuka K. and Wayman C. M. Cambridge University Press., Cambridge, 1998, 49-96.
• [7] G. Jinfang, Ch. Yoying, Z. Ming, S. Long, Y. Guansen, The influence of thermomechanical treatment on R-phase transition and shape memory effect, Shape-Memory Materials and Phenomena - Fundamental Aspects and Applications. Materials Research Society Symposium Proceedings, ed. by Liu C. T., Kunsmann H., Otsuka K. and Wuttig M., 246, 1992, 283-288.
• [8] S. K. Wu, H. C. Lin, Y. C. Yen, A study on the drawing of TiNi shape memory alloys, Materials Science and Engineering, A215, 1996, 113-119.
• [9] F. Khelfaoui, G. Guénin, Influence of the recovery and recrystallization process on the martensitic transformation of cold worked equiatomic Ti-Ni alloy, Materials Science and Engineering, A 355, 2003, 292-298.
• [10] E. Abel, H. Luo, M. Pridham, A. Slade, Issues concerning the measurement of transformation temperatures of NiTi alloys, Smart Materials and Structures, 13, 2004, 1110-1117.
• [11] S. H. Yoon, D. J. Yeo, Phase Transformations of Nitinol Shape Memory Alloy by Varying with Annealing Heat Treatment Conditions, Smart Materials III, Proceedings of SPIE, 5648, 2005, 208-215.
• [12] K. Kus, P. Chwiedziewicz, On the measurement of recovery strains of thermomechanically cycled NiTi memory alloy, Proceedings of SPIE, 6597, 2007, 659712-1-659712-7.
• [13] G. Tan, Thermomechanical behaviour of NiTi, Ph.D. Thesis, The University of Western Australia, 2005, 43-55.
• [14] Y. Suzuki, Fabrication of shape memory alloys, Shape Memory Materials, ed. by Otsuka K. and Wayman C. M., Cambridge University Press, Cambridge, 1998, 133-149.
• [15] V. Brailovski, P. Terriault, S. Prokoshkin, Influence of the Post-Deformation Annealing Heat Treatment on the Low-Cycle Fatigue of NiTi Shape Memory Alloys, Journal of Materials Engineering and Performance, 11 (6), 2002, 614-621.
• [16] E. Ruszinko, The influence of preliminary mechanical-thermal treatment on the plastic and creep deformation of turbine disks, Meccanica, 44, 2009, 13-25.
• [17] T. Todoroki, H. Tamura, Effect of Heat Treatment after Cold Working on the Phase Transformation in TiNi Alloy, Transactions of the Japan Institute of Metals, 28 (2), 1987, 83-94.
• [18] Y. Liu, S. P. Galvin, Criteria for pseudoelasticity in near-equiatomic NiTi shape memory alloys, Acta Materialia, 45 (11), 1997, 4431-4439.
• [19] K. Otsuka, Introduction to the R-Phase Transition. Engineering Aspects of Shape Memory Alloys, ed. by Deurig T. W., Melton K. N., Stöckel D., Wayman C. M., Butterworth-Heinemann Ltd., 1990, 36-45.
• [20] P. E. Thoma, D. R. Angst, K. D. Schachner, The effect of cold work, heat treatment, and composition on the austenite to R-phase transformation temperature of NiTi shape memory alloys, Journal de Physique, IV Colloque C8, 5, Suppl. Journal de Physique III, 1995, C8-557-C8-562.
• [21] K. Otsuka, X. Ren, Physical metallurgy of TiNi-based shape memory alloys, Progress in Materials Science, 50, 2005, 511-678.
• [22] S. Miyazaki, Y. Ohmi, K. Otsuka, Y. Suzuki, Characteristics of deformation and transformation pseudoelasticity in TiNi alloys, Journal de Physique, Colloque C4, 43, Suppl. 12, 1982, C4-255-C4-260.
• [23] S. Miyazaki, K. Otsuka, Development of Shape Memory Alloys, ISIJ International, 29 (5), 1989, 353-377.
• [24] Y. F. Li, X. J. Mi, J. Tan, B. D. Gao, Thermo-mechanical cyclic transformation behavior of TiNi shape memory alloy wire, Materials Science and Engineering, A 509, 2009, 8-13.