|
|
Role of Plasticity in Nitinol Fatigue
Shayanfard, Pejman ; Seiner,, Hanuš (referee) ; Dlouhý, Antonín (referee) ; Šandera, Pavel (advisor)
Disertace analyzuje vliv koncentrátorů napětí na průběh martensitické transformace, vznik plastické deformace a její vliv na přerozdělení napětí a vznik zbytkového pnutí a reziduálního martenzitu v okolí koncentrátorů v prvcích ze slitin s tvarovou pamětí NiTi. Vliv je analyzován v režimech superelastického isotermálního cyklování a aktuačního cyklování, t.j. teplotního cyklování pod vnějším napětím. Disertace využívá pro vyhodnocení vlivu experimentální přístup spolu s numerickými simulacemi metodou konečných prvků na modelových případech tenkých pásků ze slitin NiTi opatřených půlkruhovými vruby. V experimentální části je vyhodnocován vliv koncentrátorů pomocí termomechanických experimentů s využitím metod obrazové korelace a rentgenové mikrodifrakce pro lokální analýzu deformací a fázových objemových podílů v průběhu cyklování v okolí vrubů. Simulace metodou konečných prvků poskytují komplementární informace o průběhu napětí, deformací a martensitické transformaci, zejména o vývoji jednotlivých složek celkové deformace, tj. elastické a plastické, a vývoji zbytkového pnutí a s ním souvisejícím zbytkovým martensitem.Disertace je dále doplněna o numerickou analýzu vlivu konstrukce stentů na lokální cyklický průběh martensitické transformace a jeho vliv na únavové vlastnosti.
|
|
|
Processing of Nb-containing TiAl intermetallics and its Physical and Chemical Aspects
Barták, Tomáš ; Dlouhý, Ivo (referee) ; Zemčík, Ladislav (referee) ; Dlouhý, Antonín (advisor)
Prezentovaná práce se zabývá vakuovým indukčním tavením intermetalické slitiny Ti-46Al-7Nb (at. %) v žáruvzdorných kelímcích na bázi Y2O3. Byla provedena série taveb pro teploty přehřátí taveniny 1630, 1680 and 1730 C a při různých dobách výdrže na této teplotě v rozmezí 5 až 30 minut. Ze slitin ztuhlých v tavících kelímcích byly připraveny metalografické výbrusy, které sloužily k hodnocení mikrostruktury a vyhodnocení složení fází. Pro získání těchto dat byly použity metosy elektronové mirkoskopie SEM a EDS. Kvantitativní hodnocení mikrostruktury, zejména obsahu oxidické faze ve slitině, bylo provedeno pomocí software Adaptive Contrast Control (ACC). Analýza obsahu kyslíku ve ztuhlé slitině byla provedena metodou IGF (fúze v inertním plynu). V této práci jsou pochody na rozhraní slitina/oxidický kelímek posuzovány také z termodynamického hlediska a to s použitím aktivit jednotlivých složek v systému. Data prezentovaná v této práci mohou být použita pro nastavení a optimalizaci procesů tavení intermetalik TiAlNb.
|
|
|
Investigation of Functional Properties of Thin NiTi Filaments for Applications in Smart Structures and Hybrid Textiles
Pilch, Jan ; Dlouhý, Antonín (referee) ; Heczko,, Oleg (referee) ; Pokluda, Jaroslav (advisor)
PhD thesis focuses the field of textile application of modern functional materials, namely metallic shape memory alloys with unique thermomechanical properties deriving from martensitic transformation in solid state. Particularly, it deals with the development of a nonconventional thermomechanical treatment of thin NiTi filaments via Joule heating by electric current and related basic research involving thermomechanical testing and modeling of functional properties of the filaments, investigation of martensitic transformations and deformation processes in NiTi and investigation of the fast recovery and recrystallization processes in metals heated by short pulses of controlled electric power. The method was developed and called FTMT-EC. In contrast to conventional heat treatment of metallic filaments in environmental furnaces, this method allows for precise control of the raise of the filament temperature and filament stress during the fast heating (rate ~50 000 °C/s). As a consequence, it is possible to precisely control the progress of the fast recovery and recrystallization processes in heat treated filaments. In this way it is possible to prepare filaments with desired nanostructured microstructure and related functional properties. A prototype equipment for application of the method for heat treatment of continuous SMA filaments during respooling in textile processing was designed and built. Comparing to the conventional heat treatment of SMA filaments in tubular environmental furnaces, this approach is faster, saves energy and allows for preparation of filaments with special functional properties. International patent application was filed on the method. It is currently utilized in the research and development of smart textiles for medical applications.
|
|
|
Processing and Martensitic Transformations of NiTi-based Alloys
Kuběnová, Monika ; Kroupa, Aleš (referee) ; Zemčík, Ladislav (referee) ; Dlouhý, Antonín (advisor)
Cíle této práce jsou: (i) vyhodnocení vlivu Y2O3 kelímku na kontaminaci indukčně tavené NiTi slitiny obohacené niklem, (ii) optimalizace podmínek, při kterých jsou tavby uskutečněny a (iii) získání nových DSC a 3D AP dat o vlivu vodíkové atmosféry na martenzitickou transformaci a na strukturu NiTi slitin obohacené niklem s tvarovou pamětí. Byly provedeny následující experimenty: – Pět taveb bylo navrženo a provedeno tak, aby byla snížena maximální tavící teplota. – Pět přetaveb bylo uskutečněno při teplotě 1500 C s dobou výdrže 2, 10 a 20 minut a při teplotách 1450 C a 1550 C s 20 minutovou dobou výdrže. Experiment byl navržen tak, aby byl vyšetřen vliv tavící teploty a doby výdrže na obsah kyslíku pocházejícího z kelímku Y2O3 v tavenině. – Tepelné zpracování NiTi slitiny obohacené niklem v režimu I (žíhání) a v režimu II (kombinace žíhání se stárnutím) pod atmosférou vodíku, směsi vodíku s héliem a pod referenční atmosférou čistého hélia. Získané výsledky jsou: – Navržené tavící postupy vedou ke snížení maximální tavící teploty a to z 1800 C na 1400 C. Přesto toto velké snížení maximální tavící teploty nevedlo k významnému poklesu obsahu kyslíku. – Během přetavby uskutečněné při teplotě 1500 C s dobou výdrže 2 minuty se obsah kyslíku navýšil o trojnásobek jeho počáteční hodnoty a příliš se nelišil od obsahu kyslíku naměřeného ve slitině, která byla přetavena při stejné teplotě s dobou výdrže 10 minut. K nárustu o čtyřnásobek počáteční hodnoty obsahu kyslíku došlo u přetavby vedené na teplotě 1450 C po dobu 20 minut a hodnota obsahu kyslíku se příliš nelišila od hodnoty naměřené ve slitině přetavené při teplotě 1550 C se stejnou dobou výdrže. – S rostoucím parciálním tlakem vodíku dochází k potlačení jednokrokové martenzitické transformace. Významný pokles výšky DSC píku nastává při parciálním tlaku 100 mbar. 3D AP analýza odhalila, že nedochází k žádné lokální změně koncentrace a nebo pozic niklových a titanových atomů ve vzorku, který byl žíhán v režimu I ve vodíku. Bylo objeveno, že vodík tvoří stabilní intersticiální tuhý roztok v NiTi B2 mřížce, kde vytváří systém nanodomén s obsahem vodíku vyšší než 10 at%.
|
|
|
DSC evaluation of homogenity of Ni-Ti alloys ingots
Kuběnová, Monika ; Zemčík, Ladislav (referee) ; Dlouhý, Antonín (advisor)
Alloy NiTi with nearequiatomic composition of nickel and titan belongs to a group of metal materials with a shape memory effect (Shape memory alloys). NiTi alloys are a guite attractive materials not only as practical shape memory alloys with hight strenght and ductility but also as those exhibiting unique physical properties. The production of these matrerials is complying with chemical composition. Final charakteristics of alloy are influenced by these bounderies and also by mechanical-heat treatment. This work deal with DSC evaluation of homogenity of ingot structure of NiTi alloy containing 50,8 at.% Ni. The alloy was melted in Y2O3 cricible. In the end the results of DSC method are compared to the microstructure of alloy obtained by SEM and TEM methods.
|
|
|
Role of Plasticity in Nitinol Fatigue
Shayanfard, Pejman ; Seiner,, Hanuš (referee) ; Dlouhý, Antonín (referee) ; Šandera, Pavel (advisor)
Disertace analyzuje vliv koncentrátorů napětí na průběh martensitické transformace, vznik plastické deformace a její vliv na přerozdělení napětí a vznik zbytkového pnutí a reziduálního martenzitu v okolí koncentrátorů v prvcích ze slitin s tvarovou pamětí NiTi. Vliv je analyzován v režimech superelastického isotermálního cyklování a aktuačního cyklování, t.j. teplotního cyklování pod vnějším napětím. Disertace využívá pro vyhodnocení vlivu experimentální přístup spolu s numerickými simulacemi metodou konečných prvků na modelových případech tenkých pásků ze slitin NiTi opatřených půlkruhovými vruby. V experimentální části je vyhodnocován vliv koncentrátorů pomocí termomechanických experimentů s využitím metod obrazové korelace a rentgenové mikrodifrakce pro lokální analýzu deformací a fázových objemových podílů v průběhu cyklování v okolí vrubů. Simulace metodou konečných prvků poskytují komplementární informace o průběhu napětí, deformací a martensitické transformaci, zejména o vývoji jednotlivých složek celkové deformace, tj. elastické a plastické, a vývoji zbytkového pnutí a s ním souvisejícím zbytkovým martensitem.Disertace je dále doplněna o numerickou analýzu vlivu konstrukce stentů na lokální cyklický průběh martensitické transformace a jeho vliv na únavové vlastnosti.
|
|
|
METALLURGY AND PROPERTIES OF ADVANCED NiAl-Mo EUTECTICS
Barták, Tomáš ; Kuchařová, Květa ; Záležák, Tomáš ; Dlouhý, Antonín
A NiAl-Mo eutectic alloy was melt from 99,99% purity components and cast by the drop casting technique. The drop-cast ternary alloy (nominal composition of Ni-45Al-9Mo at. %), was re-melted and directionally solidified using a high temperature optical floating zone furnace. A resulting in-situ composite consists of Ni-45,2Al matrix and Mo-10Al-4Ni fibers, all in at. %. The volume fraction of 14% Mo-fibers stems from the eutectic composition. Spacing and a diameter of Mo-fibers can be controlled within certain limits using different growth rates of the crystals. Microstructural parameters of the as-cast crystals were assessed by light microscopy, scanning and transmission electron microscopy. Backscatter diffraction shows that the NiAl-matrix and the Mo-fibers are both < 001 >-oriented with respect to the axis of the cylindrical rods. Preliminary creep experiments confirmed an immense improvement of high temperature strength due to the fine distribution of Mo-fibres. The amount of strengthening in terms of minimum creep rate can be as high as 7 orders of magnitude. Post-mortem transmission electron microscopy experiments provided evidence that creep in the temperature range of 800-900 degrees C results in an extensive formation of subgrain boundaries. The strengthening effect is very likely associated with the reactions between subgrain boundaries and fine Mo-fibres.
|
|
|
AGEING OF BINARY Ti-Ni ALLOY AND ITS INFLUENCE ON TRANSFORMATION CHARACTERISTICS
Szurman, I. ; Kursa, M. ; Petlák, D. ; Dlouhý, Antonín
Transformation temperatures of binary alloys from Ti-Ni system are highly sensitive to chemical composition of the alloy. This sensitivity, however, causes rather considerable complications already during process of preparation. Transformation temperatures of bays rich in Ni can be successfully modified. The key to modification of transformation temperatures lies in use of precipitation reaction of quenched over-saturated solution for influencing of composition of TiNi matrix and thus to precise control of transformation temperatures. Principle of this method consists in metastable balance between intermetallic phase TiNi and coherent precipitates Ti3Ni4. Although the precipitate Ti3Ni4 is considered to be metastable in comparison with TiNi3, it is highly stable at temperatures below 600 degrees C. During precipitation reaction Ti3Ni4 is formed and this phenomenon is connected with decrease of Ni content in TiNi matrix, which leads to increased temperatures of phase transformations TR (temperature of formation of R-phase) and Ms (temperature 'martensite start'). It is important that transformation temperature after long-term ageing is independent on chemical composition of the alloy, and it depends only on temperature of ageing as a consequence of equilibrium between these phases. This phenomenon should not occur at ageing at higher temperatures, formation of precipitate Ti3Ni4 should occur only during cooling of the sample from the temperature of ageing. The alloy Ni50.6-Ti (at. %), prepared in high-frequency induction vacuum furnace, was chosen as experimental material. Samples of the alloy were sealed into evacuated quartz glass tube and aged at constant temperature with various durations of dwell. Afterwards transformation characteristics of the samples were determined by DSC method.
|
|
|
AN INTERPLAY BETWEEN HEAT TREATMENT CONDITIONS AND B2 <-> B19 ' TRANSFORMATION IN Ni-Ti SHAPE MEMORY ALLOYS
Kuběnová, Monika ; Zálešák, Jakub ; Čermák, Jiří ; Dlouhý, Antonín
This study investigates the influence of a heat treatment atmosphere on multistage martensitic transformations in a Ti-50.9at% Ni shape memory alloy. Evacuated quartz tubes were filled with hydrogen while the hydrogen partial pressure was carefully controlled in each experiment. The encapsulated specimens were subjected to heat treatments consisting of annealing and aging. After the heat treatment, the path of martensitic transformation was investigated using differential scanning calorimetry (DSC). On cooling, martensite initial temperatures decrease with the increasing partial pressure of hydrogen applied during the heat treatment. Moreover, the formation of martensite phase may not take place for partial pressures that exceed a certain limit. On the other hand, two-and multiple-step B2/R/B19' martensitic transformations are observed in specimens heat treated at lower hydrogen pressures. Results obtained using transmission electron microscopy (TEM) clearly show that the size of Ni4Ti3 precipitates becomes smaller in alloys that were heat treated at higher hydrogen pressures. The results are discussed in terms of a chain of events. It is suggested that diffusion of hydrogen into the specimen during the annealing step first influences the nucleation of the Ni4Ti3 phase. The sizes and distribution of the Ni4Ti3 precipitates than control the characteristics of B2/B19' transformation.
|
|
|
Fabrication, heat treatment and characterization of thin layer NiTi alloys
Svatuška, Michal ; Vokoun, David (advisor) ; Dlouhý, Antonín (referee) ; Novák, Pavel (referee)
NiTi alloys with nearly equiatomic chemical composition are the most studied and the most practically utilized materials from the group of the shape memory alloys (SMA). The NiTi alloy has a thermoelastic martensitic transfor- mation (MT), which its two most important properties are based on: the shape memory and the superelasticity. Thin films of NiTi alloys with thicknesses from hundreds of nm to units of µm have a wide use mainly in microelectromechanical systems (MEMS). The doctoral thesis deals with a fabrication of thin NiTi films using a deposition on silicon substrates with two techniques - the magnetron sputtering and the pulsed-laser deposition (PLD), an investigation of their mi- crostructure using x-ray diffraction, a heat treatment of amorphous NiTi films and with a verification of MT using resistometry. Furthermore, thermomechan- ical properties of a system NiTi-polyimide (NiTi-PI), namely a dependence of a curvature radius of a NiTi-PI bilayer on temperature, are studied. 1
|
guest ::
