INFLUENCE OF PRE-ROLLING PROCESS ON THE MICROSTRUCTURE, MECHANICAL AND SHAPE MEMORY PROPERTIES OF CU-AL-NI SHAPE MEMORY ALLOYS

Abstract

ABSTRACT

In the past years, vast advancements in science and technology have increased the demand for what is known as innovative or multifunctional materials. Thus, due to its potential high-temperature applications, Cu-Al-Ni shape memory alloys have recently attracted much interest.

This study attempts to investigate the different percentages of deformation of 1%, 2%, and 4%. on the microstructure, mechanical properties, and shape memory effect of Cu-13wt.% Al-4wt.% Ni shape memory alloys. The microstructures of the deformed and undeformed alloys were examined by optical (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The phase analysis in terms of composition and classification was determined using X-ray diffraction (XRD). The phase transformation temperatures of the deformed and undeformed alloys were identified by means of differential scanning calorimetry (DSC). The phase transformation characteristic of shape memory effect, hardness and stress-strain curves were found using tensile, hardness and recovery test, respectively. The findings indicated that the deformed specimen performed much better than the homogenized sample. From microstructural observations, it is seen that the β1′ (18R) and γ1′ (2H) martensite phases as needles- and plates-like morphologies coexisted at different fractions in the undeformed and deformed states.

Furthermore, the transformation temperature curves have shifted toward higher transformation temperatures as the deformation percentage increases. The deformed alloy exhibits good mechanical properties with high ultimate tensile strength and ductility after deformation at 2% and 4%, respectively. The microhardness of the deformed samples exhibited the lowest hardness of 247.6 Hv at a 4% deformation percentage. However, it exhibits ductile fracture, including mixed intergranular and transgranular features with linear stress-strain behaviour after applying a 4% deformation percentage. The shape recovery of 94.6 % of the original length was achieved when a 2 % of the deformation was applied. Because of this, it is reasonable to expect that the mechanical properties and shape-memory attributes of Cu-based SMAs are drastically affected by deformation.

ÖZET

Geçtiğimiz yıllarda, bilim ve teknolojideki büyük gelişmeler, yenilikçi veya çok işlevli malzemeler olarak bilinenlere olan talebi artırdı. Bu nedenle, potansiyel yüksek sıcaklık uygulamaları nedeniyle, Cu-Al-Ni şekil hafızalı alaşımlar son zamanlarda büyük ilgi görmüştür.

Bu çalışma, %1, %2 ve %4'lük farklı deformasyon yüzdelerini araştırmaya çalışmaktadır. Cu-13wt.%Al-4wt.%Ni şekil hafızalı alaşımların mikroyapısı, mekanik özellikleri ve şekil hafıza etkisi üzerine. Deforme olmuş ve deforme olmamış alaşımların mikro yapıları optik (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Bileşim ve sınıflandırma açısından faz analizi, X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak belirlendi. Deforme olmuş ve deforme olmamış alaşımların faz dönüşüm sıcaklıkları, diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) vasıtasıyla belirlendi. Şekil hafıza etkisi, sertlik ve gerilim-gerinim eğrilerinin faz dönüşüm karakteristiği sırasıyla çekme, sertlik ve geri kazanım testi kullanılarak bulunmuştur. Bulgular, deforme olmuş numunenin homojenize edilmiş numuneden çok daha iyi performans gösterdiğini göstermiştir. Mikroyapısal gözlemlerden, β1′ (18R) ve γ1′ (2H) martensit fazlarının, iğne ve plaka benzeri morfolojiler olarak, deforme olmamış ve deforme olmuş durumlarda farklı fraksiyonlarda bir arada var olduğu görülmektedir. Ayrıca, deformasyon yüzdesi arttıkça dönüşüm sıcaklığı eğrileri daha yüksek dönüşüm sıcaklıklarına doğru kaymıştır. Deforme olmuş alaşım, sırasıyla %2 ve %4'te deformasyondan sonra yüksek nihai çekme mukavemeti ve süneklik ile iyi mekanik özellikler sergiler. Deforme olmuş numunelerin mikrosertliği, %4 deformasyon yüzdesinde en düşük sertliği 247.6 Hv sergilemiştir. Bununla birlikte, % 4 deformasyon yüzdesi uygulandıktan sonra lineer stres-gerinme davranışı ile karışık taneler arası ve taneler arası özellikler dahil olmak üzere sünek kırılma sergiler. Deformasyonun %2'si uygulandığında, orijinal uzunluğun %94,6'sı oranında şekil geri kazanımı elde edildi. Bu nedenle, Cu bazlı SMA'ların mekanik özelliklerinin ve şekil hafızası niteliklerinin deformasyondan büyük ölçüde etkilenmesini beklemek mantıklıdır.