Observing the unique stress-strain curves of the superelastic shape memory alloy (SMA) in tension and compression, the primary intention of this study is to investigate the behavior of the shafts made of the same material, under torsional loading-unloading cycles for large angle of twist. Experiments have been performed for the superelastic SMA shafts with different unsupported lengths and angles of twist and the results are compared with those of stainless steel (SUS304) shafts under similar test conditions. As expected for the superelastic SMA, the residual strains are small enough after each cycle and consequently, the hysteresis under loading-reverse loading is much narrower than that for the SUS304. For large angle of twists, the torsional strength of the superelastic SMA increases nonlinearly and exceeds that of SUS304. Most interestingly, the slender solid superelastic SMA shafts are found to buckle when acted upon torsion for large angle of twist.
β titanium alloys are widely used in aerospace industry due to their excellent specific strength and corrosion resistance. In particular, mechanical properties of metastable β titanium can efficiently be controlled by various deformation mechanisms such as slip, twinning, and SIM (Stress-Induced Martensite Transformation), making it an ideal material for many industrial applications. In this study, Ti-5Mo-xFe (x=1, 2, 4 wt%) alloy was designed by adding a relatively inexpensive β element to ensure price competitiveness. Additionally, microstructural analysis was conducted using OM, SEM, and XRD, while mechanical properties were evaluated through hardness and compression tests to consider the deformation mechanisms based on the Fe content. SIMT occurred in all three alloys and was influenced by the presence of βm (metastable beta) and beta stability. As the Fe content decreased, the α'' phase increased due to SIMT occurring within the βm phase, resulting in softening. Conversely, as the Fe content increased, the strength of the alloy increased due to a reduction in α'' formation and the contributions of solid solution strengthening and grain strengthening. Moreover, unlike the other alloys, shear bands were observed only in the fracture of the Ti-5Mo-4Fe alloy, which was attributed to differences in texture and microstructure.
The tensile deformation and shape recovery behaviors were studied in Ni-Ti shape memory wires showing different transformation characteristics by annealing at $200{\sim}600^{\circ}C$. Both R phase ${\rightarrow}$ B19' martensitic transformation at lower temperature and B2 ${\rightarrow}$ R phase transformation at higher temperature occurred in the shape memory wires annealed at $200{\sim}500^{\circ}C$. Transformation temperature and heat flow of B19' martensite increase but those of R phase main almost constant even with increasing annealing temperature. In the case of wires annealed and then cooled to $20^{\circ}C$, plateau on stress-strain curves in tensile testing can be observed due to the collapse of R phase variants and the formation of deformation-induced B19' martensite. In the case of wires annealed and then cooled to $-196^{\circ}C$, however, plateau on stress-strain curves does not appear and stress increases steadily with increasing tensile deformation. Comparing shape recovery rate with cooling temperature after annealing, shape recovery rate of the wire cooled to $20^{\circ}C$ is higher than that of the wire cooled to $-196^{\circ}C$ after annealing, and maximum shape recovery rate of 95% appears in the wire annealed at $400^{\circ}C$ and then cooled to $20^{\circ}C$. $R_s$ and $R_f$ temperatures measured during shape recovery tests are higher than $A_s$ and $A_f$ temperatures measured by DSC tests even at the same annealing temperature.
Objective: The aim of this research was to evaluate the mechanical properties (MP) and degree of the phase transformation (PT) of martensitic (M-NiTi), austenitic (A-NiTi) and thermodynamic nickel-titanium wire (T-NiTi). Methods: The samples consisted of $0.016\;{\times}\;0.022$ inch M-NiTi (Nitinol Classic, NC), A-NiTi (Optimalloy, OPTI) and T-NiTi (Neo-Sentalloy, NEO). Differential scanning calorimetry (DSC), three-point bending test, X-ray diffraction (XRD), and microstructure examination were used. Statistical evaluation was undertaken using ANOVA test. Results: In DSC analysis, OPTI and NEO showed two peaks in the heating curves and one peak in the cooling curves. However, NC revealed one single broad and weak peak in the heating and cooling curves. Austenite finishing ($A_f$) temperatures were $19.7^{\circ}C$ for OPTI, $24.6^{\circ}C$ for NEO and $52.4^{\circ}C$ for NC. In the three-point bending test, residual deflection was observed for NC, OPTI and NEO. The load ranges of NC and OPTI were broader and higher than NEO. XRD and microstructure analyses showed that OPTI and NEO had a mixture of martensite and austenite at temperatures below Martensite finishing ($M_f$). NEO and OPTI showed improved MP and PT behavior than NC. Conclusions: The mechanical and thermal behaviors of NiTi wire cannot be completely explained by the expected degree of PT because of complicated martensite variants and independent PT induced by heat and stress.
Electron beam was applied on the low carbon steel in order to fabricate Metal/Metal GBM(Graded Boundary Material). Ni sheet was placed on the steel substrate. The electron beam was irradiated on the surface and produced a homogeous alloyed layer. Sequential repetition of electron beam treatments for 4 times resulted in 8mm thick graded layer. To determine each layers property, optical microscopy, XRD, microhardness tester and EDS were used. The residual stress was measured by the low angle x-ray diffraction method. The graded boundary layer was stepwise profile, but Ni content incresed up to 80 wt% and Fe content decreased 20 wt% near surface. Each layers microstructure and hardness varied by different Fe/Ni composition. The compressive residual stress was induced by martensite transformation in the 1st and End layers and the shrinkage cracks were formed in graded layer by rapid cooling.
The sliding wear behavior of a Fe-base hardfacing alloy was investigated in the temperature range of $25∼250^{\circ}C$ under a contact stress of 15 ksi (103 MPa). The wear loss of this Alloy in pressurized water was less than that of NOREM 02. And galling did not occurred at this alloy in all temperature ranges. It was considered that the wear resistance of this Alloy was attributed to the strain-induced phase transformation from austenite to $\alpha$'martensite during sliding wear.
Park, Hong Lae;Lee, Jeong Min;Sung, Wan;Kim, Won Baek;Choi, Chong Sool
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.8
no.4
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pp.266-278
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1995
The high strain-rate dynamic plastic behavior of Fe-X%Mn alloys was investigated. The strain rate did not have an effect when tested under quasi-static strain rates($2{\times}10^{-3}/sec$ and $2{\times}10^{-1}/sec$). However, the true stress increased at all strain levels when the strain rate increased to $6{\times}10^3/sec$. Based on the experimental results, an constitution equation to calculate the dynamic strength for strain rates over $10^4/sec$ was determined. The Fe-5%Mn alloy containing athermal ${\alpha}^{\prime}$ martensite initially did not show work hardening. The work hardening increased with Mn content showing a maximum at 20% Mn. The high work hardening of Fe-20%Mn and Fe-30%Mn alloys appears to be closely related not only to the initial amounts of ${\varepsilon}$ martensite but to the strain induced transformation (${\gamma}{\rightarrow}{\varepsilon}$ and ${\varepsilon}{\rightarrow}{\alpha}^{\prime}$) occurring during each stages of deformation.
The sliding wear behavior of an iron-base NOREM 02 hardfacing alloy was investigated in the temperature range of $25~250^{\circ}C$ under a contact stress of 103MPa (15ksi). With increasing temperature, the wear loss of Norem 02 in water increased slightly up to $180^{\circ}C$ at which Norem 02 showed the wear loss of 2.1mg. The wear resistance of Norem 02 resulted from the surface hardening due to the strain-induced phase transformation from austenite to $\alpha$'martensite during sliding wear. The wear loss of Norem 02 was smaller in water compared to air at same temperature because the water could be served as a sort of lubricant. The wear mode of NOREM 02 changed abruptly to severe adhesive wear at $190^{\circ}C$ and galling occurred above $200^{\circ}C$. It was caused that the strain- induced phase transformation took place below $180^{\circ}C$ while not above $190^{\circ}C$. Therefore, Norem 02 was considered to be inadequate at high temperature service area.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.378-381
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2008
The buckling behavior of cylindrical shape-memory alloy and aluminum tube is investigated at room temperature using a split Hopkinson pressure bar and an Instron hydraulic machine with a specially designed recording system. The shape-memory alloy at superelastic property regime buckles gradually in quasi-static loading, and fully recovers upon unloading. However, the buckling of aluminum tube is sudden and catastrophic, and shows permanent deformation. This gradual buckling of shape-memory alloy is associated with the forward and reverse transformation of stress-induced martensite and seems to have a profound effect on the unstable deformation of tube structures made from shape-memory alloy.
The magnetic shape memory alloys have recently received a lot of attention due to the considerable progress achieved in understanding the particular importance and the development of the factors. Among these alloys, the ferromagnetic Co-Ni- alloys have been concerned specially because of the thermoelastic character of the fcc (g) - bct (a) martensitic transformation which exhibits under the action of the temperature (shape memory effect), the stress (superelasticity) and the magnetic field (magnetoelasticity). The morphological, the crystallographical, and the thermal characteristics of thermally induced martensite in Co-35.3Ni-11.3Al(wt.%) and Co-28.1Ni-47.4Fe-3.3Ti (wt.%) alloy have been investigated by the scanning electron microscope (SEM), the X-ray Diffraction (XRD), and the differential scanning calorimeter (DSC).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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