Transcript Şekil Hafızalı Alaşımlar

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ
METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ
KOMPOZİT MALZEMELER
HAFIZALI
MALZEMELER
Çağatay SÜMER
Sadık Kaan İPEK
Abdullah Ahmet ŞENTÜRK
Hafızalı Malzemeler Tarihçesi

Şekil hafızalı donüşüm ilk kez AuCd alasımlarında 1932 yılında Chang
ve Read tarafından anlasılmıs, 1938'de de soz konusu yapısal
donusum pirinç malzemede de olduğu görülmüştür. 1951 yılında ise
AuCd alaşımlı bir cubukta şekil hafızası tespit edilmesinden sonra
1962'de Buehler ve arkadasları tarafından es-atomlu nikel titanyum
alasımlarda sekil hafıza etkisi belirlenmistir.Bunun sonunda bu
alasımların hem ticari kullanımlarına, hem de metalurjik
arastırmalarına hız verilmiştir.
Hafızalı Malzemeler Nedir ?

Şekil hafızalı alaşım terimi, uygun ısıl ve mekaniksel prosedürlere
maruz kaldığında önceden tanımlı şekil veya boyutuna geri
dönebilme yeteneği gösteren metalik malzeme grupları için kullanılır.
Hafızalı Malzemeler Yapısı ve Çeşitleri

Şekil hafızalı alaşımlar kararlı iki faza
sahiptir. Bu fazlar ostenit olarak
isimlendirilen yüksek sıcaklık fazı ve
martenzit olarak isimlendirilen düşük
sıcaklık fazıdır.

Esas itibari ile şekil hafızalı alaşımlar üç
ana grupta toplanabilir. Bunlar nikeltitanyum esaslı, bakır esaslı ve demir esaslı
şekil hafızalı alaşımlardır.
Martenzitik Dönüşüm

Martenzit ilk olarak su verilmiş çeliklerin içyapısında gözlemlenmiştir.
Çelik bir malzemeye yüksek sıcaklıkta ostenitik fazdan su verilirse
martenzit meydana gelmektedir. YMK ostenit bölgeler, HMK ya da
tetragonal hacim merkezli kafeslere sahip mercek veya tabak
şeklindeki bölgelere dönüşmektedir.

Böyle dönüşümlerle ortaya çıkan kristaller “martenzit”, atomik
difüzyonsuz kafes dönüşümleri ise “martenzitik dönüşümler” olarak
isimlendirilmektedir. Difüzyonsuz martenzitik dönüşümler çelik dışında
pek çok metal, alaşım ve bileşiklerde de gözlemlendiğinden dolayı
günümüzde “martenzitik dönüşüm” terimi yaygın olarak
kullanılmaktadır.
Martenzitik Dönüşüm

Martenzitik dönüşüm difüzyonsuzdur. Dönüşüm
sonrasında belirli bir miktarda şekilsel değişim
veya yüzeysel gevşeme gözlemlenir. Martenzit
faz içerisinde çözünen atomların derişimi, ana
fazda çözünen atomların derişimine eşittir.

Ötektoid dönüşümlerde görülen uzun mesafeli
difüzyon olayı görülmez [4]. Mikroskobik şekil
değişimlerine neden olan bir kafes çarpılması
söz konusudur [5]. Ana faz ve martenzit faz
kafesleri arasında belirli bir yönelim ilişkisi vardır.
Kafes hatalarının varlığı martenzit kristallerinde
kaçınılmazdır.
Martenzit Yapısı ve Çeşitleri

Martenzit yapısı şekil hafızalı malzemelerdeki sistemi
gereği iki şekilde oluşmaktadır.

Termoelastik Martenzitik Dönüşüm

Deformasyon Nedenli Martenzitik Dönüşüm
Termoelastik Martenzitik Dönüşüm
Şekilde görüldüğü üzere elektrik direnci ve
sıcaklık arasındaki grafikten yola çıkarak iki
farklı alaşım olan FeNi ve AuCd alaşım
elemanlarının sıcaklık ile oluşan direnç
davranışları arasında FeNi nin 400’ C ve
AuCd için bu histerisiz eğrisi daha dar ve
15’C civarındadır.
Bu iki alaşım elemanı arasındaki yüzey
enerjisi yani plastik deformasyon için
gereken enerji ihmal edilecek kadar küçük
olduğundan iki alaşım arasındaki plastik
deformasyon oranları farklı boyutlarda
gerçekleşecektir.
Defromasyon Nedenli Martenzitik
Dönüşüm
entropideki değişim
martenzitin oluşmaya
başladığı gerilme
değeri
sıcaklıktaki değişim
martenzitin kayma unsuru
ile büyümesinden dolayı
elde edilen maksimum
gerinim miktarıdır
Gerilme nedenli martenzit yoluyla sözde elastik deformasyonun şematik gösterimi
Sözde elastik bölge üzerinde bir gerime sonucu şekil değişim miktarı arttırılırsa malzemede
kalıcı deformasyon meydana gelmeye başlar ve malzeme
elastisitesini bu bölgeden sonra kaybetmeye başlar.
Martenzit dönüşümün basit gösterimi
Hafıza sisteminin basit gösterimi
Martenzit Dönüşümün Basit Modeli
Martenzitik faz dönüşümü ile ortaya çıkan mikro yapının önceden tahmin
edilebilirliği, malzeme bilimindeki temel problemlerden biridir. Martenzite göre
daha yüksek bir kristal simetrisine sahip olan ostenitik ana fazın dönüşümü
sonucunda, emsalsiz bir dizi, kafes etkileşimli martenzitik varyantların oluşumu
gözlenir.
Ana fazdan martenzite dönüşüm esnasında meydana gelen kafes
deformasyonları, açığa çıkan gerinimin en aza düşürüleceğibir yolda dönüşümü
ilerlemeye zorlar [6]. Oluşan martenzitik varyantlar kendi yerleşimlerini düzenleyen
bir yapısal hareketlenme ile söz konusu gerinim enerjisini azaltıcı bir rol
oynamaktadır.
Numuneye bir yük uygulandığında, maksimum miktarda toparlanabilir
gerinim değerine ulaşılana dek martenzitik varyantlar kendi yer düzenlerini
ayarlarlar. Uygulanmış olan yük kaldırıldığında dahi var olan gerinim
mevcudiyetini korur. Deformasyona uğramış olan numunenin Af üstündeki bir
sıcaklık değerine ısıtılması ile tersine martenzitik dönüşüm gerçekleşerek orijinal
şekil, tamamen geri kazanılmış olur.
ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI
 Biyomedikal Uygulamalar

MEDIKAL UYGULAMALARDA KULLANILAN KATETERLER
IÇIN SÜPERELASTIK KILAVUZ TEL. (A) BEYINE AIT BIR
UYGULAMA; (B) KILAVUZ TELIN GÖRÜNÜMÜ.
ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI
 NiTi alaşımından yapılan ve daha önce
bahsedilen konuya benzer olarak
üretilen stent damar tıkanıklıklarında
kullanılmaktadır. NiTi alaşımlı telden
yapılmış stent damar içine sokulmadan
önce düz bir tel haline getirilir. Damar
içine yerleştirildikten sonra stent, vücut
ısısı ile harekete geçerek damarın
tıkanan yerinde orijinal şekline dönerek
damardaki tıkanıklığın açılması
sağlanmaktadır.
 Damarlardaki tıkanma sorunlarının çözümü
için SMA'dan yapılmış stent. [1] [2]
ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI
 Hafızalı Alaşımların bu fonksiyonel
özelliklerinin avantajından ötürü
damarlar içindeki kan pıhtılarını
yakalayan bir filtre olarak. NiTi alaşımlı
telden yapılmış çapa seklindeki filtre
yandaki şekilde gösterildiği gibi damar
içine sokulmadan önce düz bir tel haline
getirilir. Bu tel damar içine yerleştirildikten
sonra vücut ısısı ile harekete geçerek
filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal
şekline döner ve toplardamarın içinden
geçmekte olan pıhtıları tutar.
 Damarlardaki kan pıhtısını tutulması için SMA'dan
yapılmış filtre [1]
ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI
 Mekanik Uygulamalar
 Shinkansen hızlı
trenlerinde Şekil ‘de gösterildiği gibi
otomatik yağ seviye ayarlayıcısı olarak
kullanılmıştır. Trenin yüksek
hızlara çıktığı vakit ortamdaki sıcaklığın
artması ile birlikte SHA'dan yapılan
yayın tetiklenmesiyle valfin
açılması sağlamaktadır. Buradaki
amaç iki odaya ayrılan dişli kutusunun
arasındaki bağlantıyı sağlayan
deliğin açma-kapamasının yağın
sıcaklık değeriyle sistemin kontrolü
sağlanmıştır. Düşük sıcaklıklarda iki
oda arasındaki yağ akısı açıkken,
sıcaklığın artması durumunda ise yağın
iki oda arasındaki bağlantısı
sınırlandırma yoluna giderek akışkan
basıncı ayarı yapılmaktadır
 Shinkansen hızlı trenlerinde otomatik yağlama ünitesinde SMA'nın
uygulanması. (a) otomatik yağlama ünitesinin uygulandığı
Shinkansen Nozomi-700 hızlı trenin fotoğrafı ve kullanılan SMA valfi
(b),(c) SMA'dan yapılan valfin iç yapısının düşük ve yüksek
sıcaklıklardaki durumu [3]
ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI

Zorlamalı enerji esaslı urun tipinin en başarılı
uygulaması ise Raychem Şirketi’nin yaptığı Cryofit
hidrolik kaplinlerdir. Bu kaplinler birleştirilecekleri
metal tüpten çok az küçük olacak şekilde dizayn
edilmiş silindirik bileziklerdir. Çapları, malzeme
martenzitik fazda iken genişletilir, montajı yapılır
ve daha sonra ısıtılarak ostenit faza getirilir.
Böylece çap yeniden daralıp eski boyutuna
dönmeye çalışır ve sıkı bir şekilde metal tüpe
montelenir. Metal tüp kaplinin orijinal çapına
dönmesini engeller ve yaratılan gerilme
sayesinde kaynak işlemi ile elde edilen bir
bağlantıya eşdeğer ustun bir birleşme sağlanmış
olur.
KAYNAKÇA
1.
Auricchio, F., Di Loreto, M., Sacco, E., 2000, “Finite Element Analysis of a Stenotic Artery
Revascularization Through A Stent Insertion”, Computer Methods in Biomechanics and
Biomedical Engineering, Vol. 00, PP. 1-15, Malaysia
2. Auricchio, F., 2002, “Shape Memory Alloys:Applications and Finite-Element Modeling”,
Meccanica Strutturake, Universita delgi Studi di Pavia, Italy
3. Otsuka, K. and Ren, X., Recent developments in the research of shape memory alloys, Review,
Intermetallics 7,1999.
4. Otsuka, K.,Kakeshita, T., 2002 “Science and Technology of Shape-Memory Alloys:New
Developments”, MRS Bulletin
5.Prof.Dr., Yıldız Teknik Universitesi, Makina Fakultesi Makina Muhendisliği Bolumu Makina
Malzemesi ve Đmalat Teknolojisi ABD. SEKiL HAFIZALI ALASIMLAR Aysegul AKDOĞAN * Kemal
NURVEREN **
6. Pınar Sakoðlu, Tuğrul Özbecene ‘Şekil Hafızalı Alaşımlar’ Hurdacı Dergisi vol: 5. Pp:01-05
7. Kemal NURVEREN ‘Demir Esaslı Şekil Hafızalı Alaşımlar’ , Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi,
Cilt 2, Sayı 1, (2013), 10-16