Damping capacity of SMA damping devices is simulated numerically under distinct geometry and loading conditions. Two-dimensional numerical simulations are performed on the basis of a phenomenological model of dynamics of martensite-austenite phase boundaries. Results of the simulations predict the time delay and the value of the stress transferred to other parts of a construction by a damper device.
Effect of isochronic aging on transformation behavior of Ti-50.85at%Ni alloy were investigated by differential scanning calorimeter (DSC). The martensitic transformation temperature increases with increasing annealing temperature until reaching a maximum, and then decreases with further increasing annealing temperature. This can be rationalized by interaction between the distribution of $Ti_3Ni_4$ precipitates and Ni content in the matrix. The R-phase transformation temperature increases with increasing annealing temperature until reaching a maximum, and then decreases with a further increase of annealing temperature. This is attributed to the change of Ni content in the matrix caused by precipitation of $Ti_3Ni_4$. The occurrence of the multiple-stage martensitic and R-phase transformation is attributed to precipitation-induced inhomogeneity of the matrix, both in terms of composition and of internal stress fields.
The shape memory effect in Ti-50.4at.%Ni alloy after solution treatment at 1273K for 2h and aged at 350, 450, $550^{\circ}C$ for 0.5, 1, 1.5, 2, 4, 10hrs had been investigated by differential scanning calorimetry measurement. It was found that ageing in the temperature range of $350^{\circ}C{\sim}550^{\cric}C$ induced complex transformation behavior, involving the R-phase and multiple-stage martensitic transformation. Usually aged Ni-rich NiTi alloys undergo martensitic transformation on cooling from high temperatures in two step : Austenite to R-phase and then R-phase to Martensite (normal behavior). In sample aged at $350^{\circ}C$ two distinct DSC peaks arised giving evidence of intermediate stages of martensite transformation. This results in the nucleation and growth of coherent $Ni_4Ti_3$-precipitate. These explain all features of the evolution of DSC charts during ageing including the number of distinct DS peaks and their positions.
The phase transformations and the shape memory effect in In-rich Pb alloys and In rich-Sn alloys have been studied by means of X-ray diffractometry supplemented by metallographic observations. The alloys containing 12~15 at.%Pb transform from the ${\alpha}_2$ (fct) phase to the ${\alpha}_1$ (fct) phase by way of an intermediate phase (m phase) on cooling. The results of X-ray diffraction show that the metastable intermediate phase is observed both on cooling and heating, and has a face-centered orthorhombic (fco) structure. It is concluded that the ${\alpha}_1{\rightleftarrows}{\alpha}_2$ transformation is expressed by the ${\alpha}_1{\rightleftarrows}m{\rightleftarrows}{\alpha}_2$ transformation both on usual cooling and heating with the rate more than $8{\times}10^{-3}$ K/s. The $m{\rightleftarrows}{\alpha}_2$ transformation takes place with a mechanism involving macroscopic shear and are of diffusionless (martensitic) type. The temperature hysteresis in the two transformations is 10~13 K between the heating and cooling transformations. The alloys containing 0~11 at.%Sn are -phase solid solutions with a face centered tetragonal structure (c/a > 1) at room temperature, the axial ratio increasing continuously with tin content. The In-(11~15) at.%Sn alloys are mixtures of ${\alpha}$ and ${\beta}$ phases, the ${\beta}$ phase having a f. c. tetragonal structure (c/a < 1). The alloys containing more than 15 at.%Sn are ${\beta}$-phase solid solutions. The In-(12.9~15.0) at.%Sn alloys show a shape memory effect only when quenched to the temperature of liquid nitrogen, although their effect becomes weak and finally disappears after keeping at room temperature for a long time. The ${\beta}{\rightarrow}{\alpha}^{\prime}$ phase transformation is of the diffusionless (martensitic) type, and takes place between 330 K at 12.9 at.%Sn and 150 K at 14.5 at.%Sn. The hysteresis of transformation temperatures on heating and cooling is considerably large (29~40 K), depending on the composition. Both In-Pb and In-Sn alloys showed distinct the shape memory effects.
A numerical method was developed that imposes constraint condition on the order parameters in martensitic phase transformation. In the method, an amplitude function having values of 1 or 0 was multiplied to transformation rates. The merit of the method is that the imposition of the constraint condition is more straightforward than a method with Lagrangian multiplier and easy to implement in the tangent modulus method. The developed method is applied to three-dimensional finite element analyses of single and poly crystalline shape memory alloys.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권1호
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pp.19-22
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2012
Transformation behavior of rapidly solidified Ti-47.3Ni (at%) alloy ribbons and thermal stability of the R phase in the ribbons were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction, and transmission electron microscopy. Rapidly solidified Ti-47.3Ni alloy ribbons showed the two-stage B2-R-B19' martensitic transformation behavior. The B2-R transformation in the ribbons was observed even after annealing at 1,223 K, which was attributed to the fact that a specific orientation relationship between $Ti_2Ni$ and matrix in the ribbons is maintained after annealing at 1,223 K. The DSC peak temperature of the B2-R transformation ($T_R^*$) decreased with raising annealing temperature, which was attributed to the increased volume fraction of $Ti_2Ni$, thus causing an increased Ni content in the matrix.
Recently, the actuator worked by the driving recovery-force of the thermo elastic martensitic transformation of shape memory alloys(SMA) has been studied. This paper presents a study on the fatigue life of shape memory alloy (SMA) actuators undergoing thermally induced martensitic phase transformation under various stress levels. shape memory recoverable stress and strain of Ti-44.5at.%Ni-8at.%Cu alloys were by means of constant temperature tensile tests. Differential scanning calorimetry (DSC) was employed in order to investigate the transformation characteristics of the alloy before the tests. the results were summarized as follows. The martensite inducing stress incerased with the increasing of the Cu-contents. The fatigue life decreased with the increasing of the test load and the Cu-content. The data acquired will be very useful during the design process of an SMA NiTiCu element as a functional part of an actuator.
The effect of sintering conditions on the austenite stability and strain-induced martensitic transformation of nanocrystalline FeCrC alloy is investigated. Nanocrystalline FeCrC alloys are successfully fabricated by spark plasma sintering with an extremely short densification time to obtain the theoretical density value and prevent grain growth. The nanocrystallite size in the sintered alloys contributes to increased austenite stability. The phase fraction of the FeCrC sintered alloy before and after deformation according to the sintering holding time is measured using X-ray diffraction and electron backscatter diffraction analysis. During compressive deformation, the volume fraction of strain-induced martensite resulting from austenite decomposition is increased. The transformation kinetics of the strain-induced martensite is evaluated using an empirical equation considering the austenite stability factor. The hardness of the S0W and S10W samples increase to 62.4-67.5 and 58.9-63.4 HRC before and after deformation. The hardness results confirmed that the mechanical properties are improved owing to the effects of grain refinement and strain-induced martensitic transformation in the nanocrystalline FeCrC alloy.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. And it is well known that volume expansion due to phase transformation could influence in the case of welding of high tensile strength steels on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. In this study, we investigated the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress through experiment. And three-dimensional thermal elastic-plastic FEM analysis is conducted to compare the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress in high strength steels(POSTEN60, POSTEN80) with analytical results which is not considering the effect of phase transformation on residual stress relaxation. According to the results, the extents of welding residual stress relaxation due to phase transformation in the case of welding of POSTEN60, POSTEN80 are 0.85 $\sigma$/$\sigma$$\sub$Y0/, 0.75$\sigma$/$\sigma$$\sub$Y0/, respectively.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. It is well known that volume expansion due to the phase transformation could influence on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. For this purpose, the analysis is carried out in two regions. i.e., heating and cooling, because the variation of material properties following a phase transformation in cooling is different in comparison with the case in heating, even at the same temperature. The variation of material properties following phase transformation is considered by the adjustment of specific heat and thermal expansion coefficient, and the distribution of residual stress in analysis is compared with that of experiment by previous study. consequently, in this study, simplified numerical procedures considering phase transformation, which based on a commercial finite element package was established through comparing with the experimental data of residual stress distribution by other researcher. To consider the phase transformation effect on residual stress relaxation, the transition of mechanical and thermal property such as thermal expansion coefficient and specific heat capacity was found by try and error method in this analysis.
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