Untersuchung des Zusammenhangs spannungsinduzierter Martensitbildung bei superelastischen Formgedächtnislegierungen und der physikalischen Kenngrößen

Gläser, Stefan GND

Abstract Superelastic shape memory alloys (SESMA) are one sub-category of the shape memory alloys which belong to the so-called “smart materials”. These materials should transform the present degree of automation into its next generation.In this context not only their actoric tasks are of interest, but also the sensoric ones.One possibility for a new technology in sensoric tasks is given by the SESMA.One feature of these alloys is being superelastic up to a deformation of 15 %. This superelasticity is accompanied by an over-proportional change of electrical resis-tance. This could create new possibilities for the sensing and evaluation of measur-ing values.The reason for this effect is a stress-induced phase transformation, which is not eas-ily proven by experimental methods. Therefore the goal of this work is to develop a straightforward, experimental-based method which allows conclusions about the phase transformation and the components of the single phases of an SESMA during the process of dilation.With this method – the Sequential Analysis of Influence (SQAI) – the electrical resis-tance is calculated with the known values and is compared to experimental data.For this reason the correlation between the electrical resistance and the different conditions of mechanical stress during the process of deformation of an SESMA-wire is determined.The calculation of the electrical resistance is done on the one hand with as many variations of the data as possible and on the other hand by minimizing the parame-ters of influence. For this, different variations of phase transformation are created to cover all possibilities: From the easiest way of phase transformation up to the most complex way, but also from the most probable to the least probable way of phase transformation.With the deduced results about the physical properties the assessment of applica-tions, but also of alloys in respect to different applications should become much eas-ier.

Superelastische Formgedächtnislegierungen (SEFGL) sind eine Untergruppe der Formgedächtnislegierungen, welche wiederum zu den so genannten Smart Materials gehören, zu jenen Werkstoffen, welche den derzeitigen Grad der Automatisierung in die nächste Generation überführen sollen.Hierbei sind nicht nur die aktorischen Aufgaben von Interesse, sondern auch die sensorischen. SEFGL bieten einen Ansatz für eine neue Technologie im Bereich der Sensorik. Die-se Legierungen haben die Eigenschaft in bestimmten Temperaturbereichen ein su-perelastisches Verhalten mit bis zu 15 % Verformungsvermögen aufzuweisen. Die-ses superelastische Verhalten wird von einer überproportional starken Änderung des elektrischen Widerstandes begleitet und verspricht neue Ansätze zur Erfassung und Auswertung von Messgrößen.Hintergrund dieses Effektes ist eine spannungsinduzierte Phasenumwandlung, wel-che mittels experimenteller Methoden nur sehr aufwendig nachzuweisen ist. Aus diesem Grunde ist es das Ziel dieser Arbeit, eine einfache, versuchsgestützte Methode zu entwickeln, welche Schlüsse auf das Phasenumwandlungsverhalten und die Bestandteile der einzelnen Phasen einer SEFGL während eines Dehnprozesses zulässt.Mit dieser Methode – der Sequentiellen Einflussanalyse (SQEA) – wird der zu erwar-tende elektrische Widerstand des SEFGL-Drahtes mithilfe der Erkenntnisse des Standes der Technik aus den vorhandenen Daten berechnet und mit der tatsächlich ermittelten Widerstandskurve verglichen. Hierzu werden die Korrelationen des elektrischen Widerstandes mit den mechani-schen Spannungen während des Verformungsprozesses von SEFGL-Drähten unter verschiedenen Bedingungen ermittelt. Die Berechnung des elektrischen Widerstandes erfolgt dabei einerseits mit möglichst vielen Variationen der vorliegenden Daten und mit gezielter Minimierung der Ein-flussparameter andererseits. Es werden dementsprechend Variationen der Phasen-umwandlungsmodelle angefertigt, welche vom einfachsten Ablauf der Phasenum-wandlung bis hin zum komplexesten Verlauf, aber auch von dem wahrscheinlichsten bis hin zum unwahrscheinlichsten Verlauf der Phasenumwandlung alle Möglichkeiten abdecken.Mit den gewonnen Erkenntnissen über die physikalischen Vorgänge und Eigenschaf-ten wird in Zukunft die Beurteilung von Anwendungen, aber auch von Legierungssys-temen in Bezug auf verschiedene Anwendungen erleichtert.

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Gläser, Stefan: Untersuchung des Zusammenhangs spannungsinduzierter Martensitbildung bei superelastischen Formgedächtnislegierungen und der physikalischen Kenngrößen. 2007.

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