Mechanische Eigenschaften kleinskaliger Systeme aus NiTi-Formgedächtnislegierungen
Final Report Abstract
NiTi-FGL sind aufgrund ihrer Eigenschaften besonders für kleinskalige Komponenten und Anwendungen interessant. In diesem Projekt sollte die Charakterisierung lokaler mechanischer Eigenschaften einen Beitrag zum elementaren Verständnis der Verformungsmechanismen kleinskaliger Komponenten aus NiTi-FGL liefern. Dazu wurden verschiedene mikromechanische Versuche (Mikrodruckversuche, Nanoindentation mit Berkovich- und Kugelspitzen, Mikroscherversuche) an verschiedenen Legierungen (austenitisch/pseudoelastisch, austenitisch/stabiler spannungsinduzierter Martensit) und Mikrostrukturen (verschiedene kristallographische Orientierungen, einkristalline und nanokristalline Mikroproben) durchgeführt. Die folgenden Ergebnisse konnten in diesem Projekt erarbeitet werden: i) Unter einachsiger Belastung auf der Mikroskala (Mikrodruckversuch) konnte eine starke mechanische Anisotropie bei der Verformung pseudoelastischer NiTi-FGL beobachtet werden, die mit der aus makroskopischen Druckversuchen vergleichbar ist. ii) Unter mehrachsiger Belastung (Nanoindentation) zeigt sich eine starke mechanische Anisotropie in den Kraft-Eindringtiefe-Kurven, die sich von den Ergebnissen der einachsigen mechanischen Tests unterscheidet. Die beobachtete Anisotropie kann auf die richtungsabhängige spannungsinduzierte martensitische Phasenumwandlung zurückgeführt werden. Diskontinuitäten in Kraft-Eindringtiefe Kurven konnten durch in-situ Versuche im REM eindeutig der plötzlichen, schrittweisen martensitischen Phasenumwandlung zugeordnet werden. iii) Es konnte erstmalig spanungsinduzierter Martensit unterhalb eines Nanoindents direkt im TEM nachgewiesen werden. Bei anschließender Erwärmung fand eine vollständige Rückumwandlung der martensitischen Phasenumwandlung statt. iv) MD Simulationen können die spannungsinduzierte Phasenumwandlung und Versetzungsplastizität einer pseudoelastischen NiTi-FGL bei der Nanoindentation sehr gut abbilden. v) NiTi-FGL können mittels Mikroscherversuchen gezielt unter mehrachsiger Belastung untersucht werden. Abhängig von der vorliegenden Mikrostruktur können hier gezielt einkristalline Proben/Scherzonen (mit definierter Orientierung) oder polykristalline Proben/Scherzonen verformt werden. In den Scherzonen findet lokal eine spannungsinduzierte Phasenumwandlung und Versetzungsplastizität statt.
Publications
- Orientation dependence of stress-induced phase transformation and dislocation plasticity in NiTi shape memory alloys on the micro scale, Mater. Sci. Eng. A 538 (2012) 265-271
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.055)
