بسم الله الرحمن الرحيم
اسئلة رائعة و هذه الاسئلة هي التي تنمي تفكيرنا و المناقشة هي افضل طريقة لفهم الامور
اختي العزيزة
بالنسبة للسوال الاول:
يتم تحضير السبيكة عن طريق عملية تسمى السكب (صهر المعادن المكونة للسبيكة بالمقادير المطلوبة ومن ثم مزجها بالحالة السائلة من ثم يتم وضعها (سكبها) في قالب لتتخذ الشكل المطلوب لها عندما تبرد) و من ثم نعمل لها معالجة حرارية لنعمل تحولات طورية.
يجب الانتباه هنا ان التسخين لا يكون لدرجات حرارة مرتفعة جدا . فقط الى درجة حرارة كافية لكي ترجع السبيكة الى شكلها الاصلي الذي تم تشكيل المادة عليه و التشكيل عن درجات حرارة عالية جدا (درجة انصهار او تقارب درجة الانصهار) فالسبيكة تفقد خصائصها عند درجات حرارة عالية جدا.
نستنتج من ما يلي عندما نريد للسبيكة ان تحفظ شكل نهائي نشكلها من ثم نعالجها حراريا على درجات حرارة عالية.
و ايضا يجب ان ننتبه اثناء الاستخدام لهذه السبائك الذكية ان لا نعرضها لحرارة زائدة تضر بها و تغير صفاتها و ايضا ان نغير بالشكل بحد زائد (مثل ثني القطعة بكشل كبير) فهناك حدود
مثل زنبرك (نابض) ان نشده فوق حد المرونة.
السوال الثاني : مبدئ العمل
في البداية لنلاحظ مما تتكون السبيكة : تتكون السبكية من معدنين مختلفين او اكثر وكل معدن له صفات تختلف عن الاخر .
امثلة على السبائك
Ag-Cd,
Au-Cd,
Cu-Al-Ni
, Cu-Sn
, Cu-Zn-(X)
, Ni-Al,
Ni-Ti
, Fe-Pt
, Mn-Cu
مبدئ العمل قائم على وجود طورين مختلفين في السبيكة (two phases) و يتم التحول من طور الى طور اخر عند ارتفاع درجات الحرارة او التبريد.
و بصراحة دراسة هذه الاطوار اصعب شيئ في علم المعادن
اريد ان اشرح معنى الاطوار :او معنى كلمة phase : عندما نقوم بتسخين قطعة من الفولاذ مثلا تبداء بالتحول من طور الى اخر قبل وصلها الى الحالة السائلة فتختلف خصائص كل طور عن اخر بترتيب الذرات و التركيب البلوري الشبكي فمثلا تتحول BCC اي ترتيب ذرة بالمنتصف محاطة باربع ذرات الى FCC ممركزة الاوجه. (اعذروني اخواني اذا الكلام غير واضح) فترتيب الذرات يختلف و كثافة البلورة ايضا تختلف.
المهم في السبائك ذاكرة الشكل هناك طورين مختلفين في الخصائص
اسمها اوستنيت austenite و مارتنسيت Martensite
المارتنسايت Martensite الطور عند درجة الحرارة المنخفضة وهو نسبيا لين (Soft)
و اوستنيت austenite طور عند درجات الحرارة المرتفعة وهو نسبيا قاسي (hard)
لكي نوضح العملية ناخد مثال بسيط : لو فرضنا انه لدينا قطعة مستقيمة (سلك) من السبيكة الذاكرة للشكل سخنها الى درجة حرارة عالية بمعنى اخر في طور اوستنيت austenite
من ثم بدئنا بالتبريد لهذه القطعة حتى نصل الى درجة حرارة التحول الطوري بمعنى اخر تبداء عملية تغير البناء البلوري للوصول الى طور المارتنسيت Martensite .
الان لو قمنا بثني القطعة لتأخذ شكل حرف ل .
اذا اعدنا تسخين القطعة الى درجة حرارة التحول الطوري ( تحويله الى اوستنيت austenite)
سوف ترجع السبكية الى الى شكلها الاصلي .
عملية فهم المبدئ بتفاصيله صعبة لغير المتخصصين لسبب المصطلحات فكل مصطلح يعبر عن تركيب و علم خاص بحد ذاته فالمعالجة الحرارية و التحولات الطورية و التركيب البلوري و الانخلاعات وكل هذه الامور تدخل في هذه الظاهرة.
لهذا اسمحولي اخواني ان اعبر ايضا عن الموضوع بالاقتباس من بعض المواقع الاجنبية
Principle of Operation
Shape Memory Alloys consist of a group of metallic materials that demonstrate the ability to return to some previously defined shape or size when subjected to the appropriate thermal procedure. Some examples of these alloys are Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Al-Ni, Cu-Sn, Cu-Zn-(X), In-Ti, Ni-Al, Ni-Ti, Fe-Pt, Mn-Cu, and Fe-Mn-Si. The SME occurs due to a temperature and stress dependent shift in the material’s crystalline structure between two different phases called martensite and austenite. Martensite, the low temperature phase, is relatively soft whereas Austenite, the high temperature phase, is relatively hard. For a simple example of the SME in action, consider the following. If a straight bar of some SMA in its austenitic (high temperature) phase is allowed to cool below the phase transition temperature, the crystalline structure will change to martensite. If the bar is subsequently plastically deformed, by say bending, and then reheated above the phase transition temperature, it will return to its original straight configuration. In order to understand this phenomenon, it is useful to consider the highly simplified two-dimensional representation of the material’s crystalline arrangement shown in Figure 10.
Figure 10: Material Crystalline Arrangement During the Shape Memory Effect
Each box represents a grain of material with its corresponding grain boundaries. The grains form a heavily twinned structure, meaning they are oriented symmetrically across grain boundaries. The twinned structure allows the internal lattice of individual grains to change while still maintaining the same interface with adjacent grains. As a result, Shape Memory Alloys can experience large macroscopic deformations while maintaining remarkable order within its microscopic structure. For example, if a piece of SMA starts as austenite (Figure 10a), the internal atomic lattice of each grain is cubic creating grains with more or less right angles. If it is now allowed to cool below the phase transition temperature, the crystalline structure changes to martensite (Figure 10b) and the grains collapse to the structure represented by the diamonds. Note that the grains lean in different directions for different layers. Now, if sufficient stress is applied, the martensitic structure represented in Figure 10b will start to yield and "de-twin" as the grains re-orient such that they are all aligned in the same direction (see Figure 10c). This behavior can be better understood by examining a typical stress-strain curve for the martensite phase (Figure 11). For small stresses, the structure represented in Figure 10b behaves elastically (region 0 to 1). At 1, the material yields and de-twinning occurs between 1 and 2. At 2, the martensitic structure is entirely de-twinned as represented by Figure 10c. Now, a second elastic region occurs from 2 to 3. At 3, permanent plastic deformation begins that is not recoverable by the SME.
