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Dilatometrie von Formgedächtnislegierungen

Viktor Prieb
"MRS-Büro Dr. Prieb" an der TU-Berlin, 2009

unter der Mitwirkung von:

Andreas Zilly und Norbert Jost,
"Werkstoffentwicklungs- und -prüflabor" der FH-Pforzheim


Kurzfassung: Eine Reihe von verschiedenen Memory-Legierungen – Einkristalle Cu-Al-X (X=Zn, Mn, Ni) sowie MnCu- und TiNi-Polykristalle - sind dilatometrisch und kalorimetrisch im Temperaturbereichen jeweiliger martensitischen Umwandlungen untersucht worden.

Drei Arten der Längenänderung der Proben (bzw. Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung) wurden in Zweiphasentemperaturbereichen (AM/MA) festgestellt: die Probenverkürzung bei der Hinumwandlung (AM) und die Probenverlängerung bei der Rückumwandlung (MA) oder Umgekehrt sowie beides während sowohl der Hin- als auch der Rückumwandlung. Die spontane Probenverformung bei den spannungsfreien martensitischen Umwandlungen unterscheidet sich quantitativ in verschiedenen Legierungen bis auf eine Größenordnung, liegt aber in allen Fällen im Bereich der elastischen Verformung.

Die Dilatationseffekte werden als Ergebnis der unvollständigen Akkommodation der martensitischen Gitterverformung unterhalb der Elastizitätsgrenze durch verschiedene Akkommodationsmechanismen betrachtet. Aufgrund dessen ist der Akkommodationsgrad als Verhältnis der gemessenen Dilatation zu der bei spannungsinduzierten Umwandlungen ebenfalls experimentell gemessenen martensitischen (superelastischen) Verformung eingeführt worden. Dessen Werte wurden für alle untersuchten Proben berechnet und liegen im Bereich von 75% bis zu über 99%.

Die thermische Ausdehnung von Memory-Legierungen im Temperaturbereich der martensitischen Umwandlung wird aufgrund der physikalischen, thermodynamischen und kristallographischen Aspekte von martensitischen Umwandlungen in Memory-Legierungen analysiert und diskutiert.

Die Breite der thermischen Hystereseschleifen in Abhängigkeit von der Skanierungsrate wurde ebenfalls dilatometrisch untersucht. Eine physikalische Begrenzung der Arbeitsfrequenz von FGL-Aktoren (f<1Hz) ist dabei bestätigt worden und wird hier diskutiert.

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