Trasformazione di fase e comportamento deformativo del NiTi

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 23905 (2016) Citare questo articolo

4689 accessi

36 citazioni

Dettagli sulle metriche

I fili NiTi sono stati brasati insieme tramite reazione eutettica tra NiTi e polvere di Nb depositata nella regione di contatto del filo. La trasformazione di fase e il comportamento di deformazione della microstruttura eutettica NiTi-Nb sono stati studiati utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e test di carico-scarico ciclici. I risultati mostrano che la trasformazione della martensite in fase R e B19′ è indotta dalla deformazione plastica. La trasformazione della fase R, che contribuisce in modo significativo alla superelasticità, avviene preferenzialmente alle interfacce tra NiTi e la regione eutettica. Nelle regioni eutettiche si osserva una fase ricca di Nb di forma rotonda con eutettici di tipo bastoncino e lamellare. Queste fasi sembrano influenzare il comportamento di deformazione della regione NiTi-Nb brasata attraverso cinque fasi distinte nelle curve sforzo-deformazione: (I) riorientamento della fase R, (II) trasformazione della fase R dalla fase madre, (III) deformazione elastica della martensite riorientata accompagnato dalla deformazione plastica della fase ricca di Nb e dell'eutettico lamellare NiTi-Nb, (IV) trasformazione martensitica B19′ e (V) deformazione plastica del campione.

Le leghe NiTi sono ampiamente utilizzate come leghe a memoria di forma (SMA) in campo biomedico grazie al loro eccellente effetto a memoria di forma, superelasticità, bassa rigidità e buona biocompatibilità1,2,3. Grazie alle trasformazioni di fase (cioè B2 → R/B2 → B19′) avvenute nelle leghe NiTi che sono responsabili di mostrare sia l'effetto memoria di forma che la superelasticità. Le suddette trasformazioni di fase dipendono dalla loro composizione e dal trattamento termomeccanico. Recentemente, gli SMA NiTi contenenti Nb hanno suscitato notevole interesse grazie alla loro ampia isteresi di trasformazione e al buon effetto di memoria di forma. Ed è importante comprendere la trasformazione di fase correlata all'effetto memoria di forma nella lega TiNiNb. Kim et al.4 hanno riferito che nelle leghe NiTi ricotte quasi equiatomiche si osserva solo la trasformazione di fase da B2 a B19′ (M). D'altra parte, la trasformazione di fase B2 → R avviene nella lega NiTi quasi equiatomica a causa della disomogeneità indotta dalle precipitazioni sia nella composizione che nei campi di stress interni della matrice4. È stato riscontrato che nella lega NiTi-Nb si ottengono fasi martensitiche o austenitiche per un ampio intervallo di temperature durante i trattamenti termo-meccanici5. Hao et al.6 hanno riportato una grande deformazione elastica e un'elevata resistenza nella massa Ni41Ti39Nb20 (at.%), che risultano dalla trasformazione di fase B19' indotta dallo stress durante la deformazione a trazione. È stato riportato nelle SMA Ni-Ti che tutte le trasformazioni di fase da e verso la fase B19′ sono isotermiche e le altre trasformazioni di fase tra B2 → R e B2 → B19 sono atermiche7. Questi potrebbero guidare nella comprensione della trasformazione di fase nelle SMA TiNiNb. Sulla base dei risultati presenti in letteratura, sono diversi i fattori che influenzano la trasformazione dalla matrice B2 alla fase R nella lega TiNiNb. Ad esempio, la disomogeneità nella matrice causa la trasformazione della fase B2 → R8. Anche l'aggiunta di elementi di lega, come Fe9 o Al10, provoca la trasformazione della fase B2 → R.

Sono stati condotti studi sistematici sulla trasformazione martensitica indotta da stress e sul suo processo di riorientamento in TiNi e TiNiNb11,12,13. Si ritiene che l'alterazione dell'energia elastica interna e un aumento dell'energia irreversibile durante la deformazione, che accompagna il riorientamento della martensite, contribuirebbero alla stabilizzazione martensitica nelle leghe NiTi quasi equiatomiche14. Lin et al.15 hanno scoperto che le dislocazioni e i posti vacanti creati durante la deformazione potrebbero migliorare la stabilizzazione martensitica. Per Ni47Ti44Nb9 SMA, la fase eutettica morbida β-Nb formata durante il processo di solidificazione stabilizza efficacemente la fase austenite assorbendo una grande energia di deformazione durante la formazione di martensite indotta da stress. Pertanto, l'isteresi della temperatura di trasformazione della SMA NiTi-Nb si allarga16. Nella fase iniziale della deformazione plastica, la fase β-Nb rilassa l'energia di deformazione elastica della fase della matrice B2, rinviando così il processo di trasformazione martensitica16. In generale, la trasformazione di fase della martensite e il suo riorientamento sono considerati i fattori chiave per migliorare l'effetto memoria di forma e la superelasticità nelle leghe NiTiNb.