Embed Size (px)
Citation preview
MODELLI COSTITUTIVI PER MATERIALI AVANZATI
A.A. 2009/2010
Presenta0on content:
-‐ Introduc0on -‐ technological importance of shape memory materials -‐ Shape-‐memory alloys -‐ Ni-‐Ti (Nickel, Titanium) -‐ Cu (Copper) -‐ Fe (Iron) -‐ Shape –memory ceramic -‐ Shape –memory polymers
A.A. 2009/2010 ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010
-‐The first reported steps towards the discovery of the shape memory effect were taken in the 1930s.
-‐Ölander discovered the pseudoelas0c behavior of the Au-‐Cd alloy in 1932.
-‐Greninger & Mooradian (1938) observed the forma0on and disappearance of a martensi0c phase by decreasing and increasing the temperature of a Cu-‐Zn alloy.
-‐The basic phenomenon of the memory effect governed by the thermoelas0c behavior of the martensite phase was widely reported a decade later by Kurdjumov & Khandros (1949) and also by Chang & Read (1951).
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
The various shape-‐memory materials are outlined, with special aLen0on to the recently developed or emerged materials.
The shape-‐memory materials exhibit some novel performances, such as sensoring (thermal, stress), shape memory and superelas0c capability, which can be u0lized in various engineering approaches to smart systems.
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
SMMs may sense thermal, mechanical, magne,c or electric s,mulus and exhibit actua0on or some pre-‐determined response, making it possible to tune some technical parameters such as shape, posi0on, strain, s0ffness, damping, fric0on and other sta0c and dynamical characteris0cs of material systems in response to the environmental changes.
SMMs can be easily fabricated into thin films, fibres or wires, par0cles and even porous bulks, enabling them feasibly to be incorporated with other materials to form hybrid composites.
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
Ni-‐ Ti system alloys (1963) Most important features: -‐ Good processibility -‐ excellent mechanical proper0es -‐ good corrosion resistance -‐ biocompa0bility
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
TRASFORMAZIONE MARTENSITICA
Trasformazione termoplas0ca che si sviluppa da una fase austeni0ca a temperatura rela0vamente elevata
Martensi0 termoplas0che : bassa energia e scorrevoli interfacce possono essere mosse da cambi di temperatura o da sforzi
Tale trasformazione è reversibile
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
Quando il Ni0nol viene scaldato comincia a cambiare verso la fase austeni0ca. La temperatura alla quale questo fenomeno parte è definita austenite start temperature (As), mentre la temperatura alla quale la trasformazione termina è de-a austenite finish temperature (Af).
Fase austeni0ca: struLura cubica semplice
Fase mertensi0ca: StruLura esagonale compaLa
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
ISTERESI L’intervallo della temperature per la trasformazione martensite-‐austensite ha luogo per temperature più elevate delle corrisponden0 temperature per la trasformazione inversa
ΔT = (T 50% austensite-‐ T50% martensite) : isteresi
Per le leghe cos0tuite da Ni-‐Ti tale differenza assume il valore di 20/30°C
si traLa si una lega che si trasforma completamente a temperatura corporea, e torna a martensite con un raffreddamento fino a 5°C
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
RESISTENZA ALLA CORROSIONE questa buona proprietà è dovuta alla presenza superficiale di uno strato passivante di diossido di 0tanio TiO2.
Il Ni-‐Ti temprato è molto più stabile rispeLo a quello lavorato a freddo dove sono presen0 zone in cui è meno aderente
Inoltre la pa0na di ossido di 0tanio non è aLaccata dagli acidi faLa eccezione di HF e dagli alcali acquosi a caldo.
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
BIOCOMPATIBILITA’ I problemi rela0vi alla biocompa0bilità sono lega0 al fallimento del componente per dissoluzione dello stesso ed alla formazione di compos0 tossici o allergenici.
NICKEL La tossicità è un parametro legato alla concentrazione.
L’effeLo è di en0tà inferiore a quello del cobalto o del vanadio
Compos0 tollerabili NiCl, NiO tossico cancerogeno: Ni3S2
In generale Ni2+ è pericoloso poiché scambiato dalle cellule per Mg2+.
Liberazione di radicali di ossigeno
Modifiche del DNA
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
SOSTITUZIONE DI NICHEL CON RAME
La sos0tuzione di rame al posto di nickel nella lega Ni-‐Ti, ha effe5 importan, sul comportamento, sulle caraLeris0che a memoria di forma e su altre proprietà
-‐ Con una sos0tuzione di circa 7,5% si ha la seguente trasformazione cristallografica: CUBICO ORTOROMBICO MONOCLINO
-‐ Con una sos0tuzione superiore al 10% si ha una unica trasformazione da cubico a ortorombico -‐ l’isteresi viene ridoLa da circa 30°C a circa 10°C. -‐ variano in modo significa0vo le proprietà eleLriche
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
SOSTITUZIONE DI NICKEL CON Pd Pt E Au (50%) E DI TITANIO CON Hf E Zr (20%)
-‐ Viene aumentata la temperatura di trasformazione martensi0ca (873K)
-‐ l’effeLo a memoria di forma con0nua ad esistere
-‐ tali leghe trovano applicazioni con alte temperature nonostante il loro elevato costo
-‐ Comunque lo studio di tale comportanento non è ancora stato approfondito
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
VANTAGGI -‐ Facile procedura di fabbricazione
-‐ Bassi cos0
SVANTAGGI -‐ Bassa dutlità -‐ Catva lavorabilità della lega policristallina dovuta alla grana grossa. -‐ elevata anisotropia elas0ca -‐ Metastabilità della martensite nelle leghe che diminuisce le qualità del materiale
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
Migliorando la lavorabilità diventerebbero buoni candida0 per materiali a memoria di forma ad elevate temperature
SOLUZIONI Aggiugere piccole quan0tà di altri elemen0
Si oLengono leghe quaternarie pentatomiche come : Cu-‐Al-‐Ni-‐Mn, Cu-‐Al-‐Mn-‐Ti
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
-‐ Buonissimo comportamento a memoria di forma -‐ bassi cos0
-‐ recentemente hanno ricevuto par0colare aLenzione le leghe cos0tuite da Fe-‐Pt e Fe-‐Pd poiché il riarrangiamento delle varian0 della martensite possono essere indot dalla presenza di campi magne0ci
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
In alcune leghe a memoria di forma cos0tuite da ferro avvengono variazioni dell’orientazione magne,ca a temperature che si collocano al di sopra del punto di inizio della trasformazione martensi0ca.
In queste leghe la trasformazione martensi0ca può essere indoLa dall’applicazione di campi magne,ci.
È stato stabilito che il campo magne0co cri0co per indurre martensi0 obbedisce alla legge seguente:
Differenza dell’energia libera di Gibbs tra l’austenite e la martensite alle temp.Ms e T
Differenza di magne0zzazione spontanea tra le due fasi
Suscetvità magne0ca
Campo magne0co
Massa della fase austeni0ca
ε :sforzo di trasformazione ω :si riferisce alla magnetostrizione
ElisabeLa Achilli
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010 ElisabeLa Achilli
-‐ Si definisce magnetostrizione quella proprietà dei materiali ferromagne0ci di modificare le proprie dimensioni se soLopos0 a campi magne0ci.
-‐ Un normale materiale paramagne0co è caraLerizzato dalla seguente relazione:
legge di CURIE: X = C/T
X: suscetvità magne0ca C:costante T: temperatura
-‐ Un materiale ferromagne0co risponde alla legge di Curie Weiss:
X = C/(T-‐Ѳ)
Ѳ : costante posi0va
A.A. 2009/2010 A.A. 2009/2010
BIBLIOGRAFIA
-‐ WEI, R. SANDSTROM, Journal of material science 33 (1998) -‐ Laino, Michelot, CaraLeris0che fisico-‐meccaniche del Ni0nol e risvol0 clinici
-‐ Expanding The repertoire of shape memory alloys, SCIENCE 19 MARCH 2010
![Sistemi Peer To Peer (P2P) Avanzati Gennaro Cordasco Gennaro Cordasco cordasco[@]dia.unisa.it cordasco[@]dia.unisa.itcordasco[@]dia.unisa.it cordasco](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5542eb58497959361e8c2342/sistemi-peer-to-peer-p2p-avanzati-gennaro-cordasco-gennaro-cordasco-cordascodiaunisait-cordascodiaunisaitcordascodiaunisait-httpwwwdiaunisaitcordasco.jpg)
![AMIF2014 – [Automotive] Nevio di Giusto, Materiali avanzati per l’alleggerimento delle strutture automobilistiche](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5562bc35d8b42a09618b4bcf/amif2014-automotive-nevio-di-giusto-materiali-avanzati-per-lalleggerimento-delle-strutture-automobilistiche.jpg)
![AIM - Leghe le ggereaimnet.it/la_metallurgia_italiana/2018/febbraio/lattanzi.pdfcasting. TA can provide information about the degree of grain refinement and modification [5,6], the](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/60cd512df0352022ab740f2a/aim-leghe-le-casting-ta-can-provide-information-about-the-degree-of-grain-refinement.jpg)
