hafizali malzemeler

HAFIZALI MALZEMELER

Çağatay SÜMER

Sadık Kaan İPEK

Abdullah Ahmet ŞENTÜRK

İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ

KOMPOZİT MALZEMELER

Hafızalı Malzemeler Tarihçesi Şekil hafızalı donüşüm ilk kez AuCd alasımlarında 1932 yılında

Chang ve Read tarafından anlasılmıs, 1938'de de soz konusu yapısal donusum pirinç malzemede de olduğu görülmüştür. 1951 yılında ise AuCd alaşımlı bir cubukta şekil hafızası tespit edilmesinden sonra 1962'de Buehler ve arkadasları tarafından es-atomlu nikel titanyum alasımlarda sekil hafıza etkisi belirlenmistir.Bunun sonunda bu alasımların hem ticari kullanımlarına, hem de metalurjik arastırmalarına hız verilmiştir.

Hafızalı Malzemeler Nedir ?

Şekil hafızalı alaşım terimi, uygun ısıl ve mekaniksel prosedürlere maruz kaldığında önceden tanımlı şekil veya boyutuna geri dönebilme yeteneği gösteren metalik malzeme grupları için kullanılır.

Hafızalı Malzemeler Yapısı ve Çeşitleri Şekil hafızalı alaşımlar kararlı iki faza

sahiptir. Bu fazlar ostenit olarak isimlendirilen yüksek sıcaklık fazı ve martenzit olarak isimlendirilen düşük sıcaklık fazıdır.

Esas itibari ile şekil hafızalı alaşımlar üç ana grupta toplanabilir. Bunlar nikel-titanyum esaslı, bakır esaslı ve demir esaslı şekil hafızalı alaşımlardır.

Martenzit ilk olarak su verilmiş çeliklerin içyapısında gözlemlenmiştir. Çelik bir malzemeye yüksek sıcaklıkta ostenitik fazdan su verilirse martenzit meydana gelmektedir. YMK ostenit bölgeler, HMK ya da tetragonal hacim merkezli kafeslere sahip mercek veya tabak şeklindeki bölgelere dönüşmektedir.

Böyle dönüşümlerle ortaya çıkan kristaller “martenzit”, atomik difüzyonsuz kafes dönüşümleri ise “martenzitik dönüşümler” olarak isimlendirilmektedir. Difüzyonsuz martenzitik dönüşümler çelik dışında pek çok metal, alaşım ve bileşiklerde de gözlemlendiğinden dolayı günümüzde “martenzitik dönüşüm” terimi yaygın olarak kullanılmaktadır.

Martenzitik Dönüşüm

Martenzitik dönüşüm difüzyonsuzdur. Dönüşüm sonrasında belirli bir miktarda şekilsel değişim veya yüzeysel gevşeme gözlemlenir. Martenzit faz içerisinde çözünen atomların derişimi, ana fazda çözünen atomların derişimine eşittir.

Ötektoid dönüşümlerde görülen uzun mesafeli difüzyon olayı görülmez [4]. Mikroskobik şekil değişimlerine neden olan bir kafes çarpılması söz konusudur [5]. Ana faz ve martenzit faz kafesleri arasında belirli bir yönelim ilişkisi vardır. Kafes hatalarının varlığı martenzit kristallerinde kaçınılmazdır.

Martenzitik Dönüşüm

Martenzit yapısı şekil hafızalı malzemelerdeki sistemi gereği iki şekilde oluşmaktadır.

Termoelastik Martenzitik Dönüşüm

Deformasyon Nedenli Martenzitik Dönüşüm

Martenzit Yapısı ve Çeşitleri

Termoelastik Martenzitik Dönüşüm

Şekilde görüldüğü üzere elektrik direnci ve sıcaklık arasındaki grafikten yola çıkarak iki farklı alaşım olan FeNi ve AuCd alaşım elemanlarının sıcaklık ile oluşan direnç davranışları arasında FeNi nin 400’ C ve AuCd için bu histerisiz eğrisi daha dar ve 15’C civarındadır.

Bu iki alaşım elemanı arasındaki yüzey enerjisi yani plastik deformasyon için gereken enerji ihmal edilecek kadar küçük olduğundan iki alaşım arasındaki plastik deformasyon oranları farklı boyutlarda gerçekleşecektir.

Defromasyon Nedenli Martenzitik Dönüşüm

martenzitin oluşmaya başladığı gerilme değeri

entropideki değişim

martenzitin kayma unsuru ile büyümesinden dolayı elde edilen maksimumgerinim miktarıdır

sıcaklıktaki değişim

Gerilme nedenli martenzit yoluyla sözde elastik deformasyonun şematik gösterimi

Sözde elastik bölge üzerinde bir gerime sonucu şekil değişim miktarı arttırılırsa malzemede kalıcı deformasyon meydana gelmeye başlar ve malzeme

elastisitesini bu bölgeden sonra kaybetmeye başlar.

Martenzit dönüşümün basit gösterimi

Hafıza sisteminin basit gösterimi

Martenzit Dönüşümün Basit Modeli

Martenzitik faz dönüşümü ile ortaya çıkan mikro yapının önceden tahmin edilebilirliği, malzeme bilimindeki temel problemlerden biridir. Martenzite göre daha yüksek bir kristal simetrisine sahip olan ostenitik ana fazın dönüşümü sonucunda, emsalsiz bir dizi, kafes etkileşimli martenzitik varyantların oluşumu gözlenir. Ana fazdan martenzite dönüşüm esnasında meydana gelen kafes deformasyonları, açığa çıkan gerinimin en aza düşürüleceğibir yolda dönüşümü ilerlemeye zorlar [6]. Oluşan martenzitik varyantlar kendi yerleşimlerini düzenleyen bir yapısal hareketlenme ile söz konusu gerinim enerjisini azaltıcı bir rol oynamaktadır.

Numuneye bir yük uygulandığında, maksimum miktarda toparlanabilir gerinim değerine ulaşılana dek martenzitik varyantlar kendi yer düzenlerini ayarlarlar. Uygulanmış olan yük kaldırıldığında dahi var olan gerinim mevcudiyetini korur. Deformasyona uğramış olan numunenin Af üstündeki bir sıcaklık değerine ısıtılması ile tersine martenzitik dönüşüm gerçekleşerek orijinal şekil, tamamen geri kazanılmış olur.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI

MEDİKAL UYGULAMALARDA KULLANILAN KATETERLER İÇİN SÜPERELASTİK KILAVUZ TEL. (A) BEYİNE AİT BİR UYGULAMA; (B) KILAVUZ TELİN GÖRÜNÜMÜ.

Biyomedikal Uygulamalar


Damarlardaki tıkanma sorunlarının çözümü için SMA'dan yapılmış stent. [1] [2]

NiTi alaşımından yapılan ve daha önce bahsedilen konuya benzer olarak üretilen stent damar tıkanıklıklarında kullanılmaktadır. NiTi alaşımlı telden yapılmış stent damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Damar içine yerleştirildikten sonra stent, vücut ısısı ile harekete geçerek damarın tıkanan yerinde orijinal şekline dönerek damardaki tıkanıklığın açılması sağlanmaktadır.


Damarlardaki kan pıhtısını tutulması için SMA'dan yapılmış filtre [1]

Hafızalı Alaşımların bu fonksiyonel özelliklerinin avantajından ötürü damarlar içindeki kan pıhtılarını yakalayan bir filtre olarak. NiTi alaşımlı telden yapılmış çapa seklindeki filtre yandaki şekilde gösterildiği gibi damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Bu tel damar içine yerleştirildikten sonra vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal şekline döner ve toplardamarın içinden geçmekte olan pıhtıları tutar.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Mekanik Uygulamalar

Shinkansen hızlı trenlerinde otomatik yağlama ünitesinde SMA'nın uygulanması. (a) otomatik yağlama ünitesinin uygulandığı Shinkansen Nozomi-700 hızlı trenin fotoğrafı ve kullanılan SMA valfi (b),(c) SMA'dan yapılan valfin iç yapısının düşük ve yüksek sıcaklıklardaki durumu [3]

Shinkansen hızlıtrenlerinde Şekil ‘de gösterildiği gibi otomatik yağ seviye ayarlayıcısı olarak kullanılmıştır. Trenin yüksekhızlara çıktığı vakit ortamdaki sıcaklığın artması ile birlikte SHA'dan yapılan yayın tetiklenmesiyle valfinaçılması sağlamaktadır. Buradaki amaç iki odaya ayrılan dişli kutusunun arasındaki bağlantıyı sağlayandeliğin açma-kapamasının yağın sıcaklık değeriyle sistemin kontrolü sağlanmıştır. Düşük sıcaklıklarda ikioda arasındaki yağ akısı açıkken, sıcaklığın artması durumunda ise yağın iki oda arasındaki bağlantısısınırlandırma yoluna giderek akışkan basıncı ayarı yapılmaktadır


Zorlamalı enerji esaslı urun tipinin en başarılı uygulaması ise Raychem Şirketi’nin yaptığı Cryofit hidrolik kaplinlerdir. Bu kaplinler birleştirilecekleri metal tüpten çok az küçük olacak şekilde dizayn edilmiş silindirik bileziklerdir. Çapları, malzeme martenzitik fazda iken genişletilir, montajı yapılır ve daha sonra ısıtılarak ostenit faza getirilir. Böylece çap yeniden daralıp eski boyutuna dönmeye çalışır ve sıkı bir şekilde metal tüpe montelenir. Metal tüp kaplinin orijinal çapına dönmesini engeller ve yaratılan gerilme sayesinde kaynak işlemi ile elde edilen bir bağlantıya eşdeğer ustun bir birleşme sağlanmış olur.

KAYNAKÇA1. Auricchio, F., Di Loreto, M., Sacco, E., 2000, “Finite Element Analysis of a Stenotic Artery

Revascularization Through A Stent Insertion”, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, Vol. 00, PP. 1-15, Malaysia

2. Auricchio, F., 2002, “Shape Memory Alloys:Applications and Finite-Element Modeling”, Meccanica Strutturake, Universita delgi Studi di Pavia, Italy

3. Otsuka, K. and Ren, X., Recent developments in the research of shape memory alloys, Review, Intermetallics 7,1999.

4. Otsuka, K.,Kakeshita, T., 2002 “Science and Technology of Shape-Memory Alloys:New Developments”, MRS Bulletin

5.Prof.Dr., Yıldız Teknik Universitesi, Makina Fakultesi Makina Muhendisliği Bolumu Makina Malzemesi ve Đmalat Teknolojisi ABD. SEKiL HAFIZALI ALASIMLAR Aysegul AKDOĞAN * Kemal NURVEREN **

6. Pınar Sakoðlu, Tuğrul Özbecene ‘Şekil Hafızalı Alaşımlar’ Hurdacı Dergisi vol: 5. Pp:01-05

7. Kemal NURVEREN ‘Demir Esaslı Şekil Hafızalı Alaşımlar’ , Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 2, Sayı 1, (2013), 10-16

hafizali malzemeler

Documents