Análisis cuantitativo de las transformaciones de fase mediante DRX

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Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
XVIII CONGRESO NACIONAL
DE INGENIERÍA MECÁNICA
Análisis cuantitativo de las transformaciones de fase mediante
DRX en aleaciones con memoria de forma NiTi
S. de la Flor, C. Urbina, A. Fabregat, F. Ferrando
Dpto. Ingeniería Mecánica. Universidad Rovira i Virgili
[email protected]
Resumen
En el presente artículo se analizan los procesos de transformación de fase presentes en una aleación
equiatómica con memoria de forma (SMA) NiTi en función del tratamiento térmico aplicado, utilizando como
técnica de caracterización la Difractometría de Rayos X (DRX) y la variación de la resistividad eléctrica con la
temperatura. Con un tratamiento adecuado de los resultados obtenidos para DRX y comparando ambas técnicas
se puede mejorar y aclarar la interpretación de la variación de la resistividad eléctrica con la temperatura que,
en presencia de fase-R, es difícil de interpretar o, en algunos casos, las interpretaciones obtenidas de la
literatura son contradictorias. Los diagramas de fracción de peso obtenidos de los DRX nos permiten detectar
transformaciones de fase simultáneas entre austenita, fase-R y martensita y así poder observar claramente los
efectos de aplicar tratamientos térmicos en las SMA. Los resultados obtenidos de los diagramas de fracción en
peso muestran cómo el ciclado térmico a tensión cero puede, o bien desarrollar, o bien reducir la fase-R,
dependiendo de la temperatura del tratamiento térmico. Los diagramas de fracción en peso también muestran, a
diferencia de las interpretaciones obtenidas en la literatura, cómo el inicio de la transformación martensítica
corresponden con diferentes puntos en las curvas de resistividad, dependiendo de la cantidad de fase-R que se
desarrolla durante el tratamiento térmico o bien el ciclado térmico.
INTRODUCCIÓN
Las Aleaciones con Memoria de Forma (SMA) son una clase de materiales inteligentes que pueden sufrir
transformaciones de fase micromecánicas reversibles cambiando su estructura cristalográfica. Estas
transformaciones de fase pueden ser inducidas por cambios en la temperatura y/o en la tensión, provocando un
fuerte acoplamiento termomecánico. Las propiedades resultantes de este inusual comportamiento son
principalmente dos: la superelasticidad y la memoria de forma [1].
El mecanismo subyacente es la transformación martensítica termoelástica reversible entre dos fases en estado
sólido, la fase de alta temperatura (austenita, A) y la fase a baja temperatura (martensita, M). Bajo determinadas
condiciones como la aplicación de un ciclado térmico, un tratamiento térmico previo, composición química,
nivel de deformación, etc., durante la transformación de A a M, puede aparecer una fase denominada fase-R,
produciendo un proceso de transformación en dos pasos [2]. Las transformaciones entre las tres fases tienen
lugar en seis temperaturas características denominadas Temperaturas de Transformación: AS y Af, temperatura
de inicio y final de transformación austenítica respectivamente, MS y Mf, temperatura de inicio y final de
transformación martensítica respectivamente y RS y Rf, temperaturas de transformación asociadas a la fase-R.
Las propiedades funcionales de las SMA son, en consecuencia, muy sensibles a la historia térmica y/o mecánica,
así como a la composición de la aleación, las condiciones y métodos de ensayo [3, 4]. Dos de los tratamientos
termomecánicos comúnmente más aplicados previos a la utilización de estas aleaciones son los recocidos (HT)
y/o el ciclado térmico a tensión cero (CT), dado que alteran notablemente las propiedades del material. Una
combinación adecuada de tratamiento térmico previo y ciclado térmico a tensión cero permite ajustar
adecuadamente las temperaturas de transformación así como estabilizar dichas temperaturas de transformación.
Otra de las consecuencias directas de optimizar el tratamiento termomecánico (especialmente mediante un
ciclado térmico a tensión cero) es la mejora de la fatiga funcional, entendida como el decrecimiento de las
S. de la Flor et al. / XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica (2010)
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propiedades funcionales con el incremento en el número de ciclos de uso, puesto que previene la aparición de la
deformación plástica en la fase martensita obteniendo, al tiempo, mejores valores para la tensión crítica en la
fase austenita [5-7]. Otra consecuencia fundamental derivada de la aplicación de un ciclado térmico a tensión
cero es el desarrollo de la fase-R en la aleación [8, 9].
En la literatura se han utilizado, tradicionalmente, diferentes técnicas para estudiar como el HT y un posterior CT
afecta a las propiedades funcionales de las SMA, las transformaciones de fase y, en concreto, el comportamiento
de la fase-R. Entre estas técnicas se incluyen la calorimetría de escaneo diferencial (DSC), las medidas de la
variación de la resistividad eléctrica (ER), análisis termomecánicos (TMA), análisis de la fricción interna (IF),
difracción por rayos-X (DRX) y difracción de neutrones (ND) [7-17]. Entre todas estas técnicas, la medición de
la variación de la resistividad eléctrica durante el ciclado térmico a tensión cero es de las más ampliamente
utilizadas para estudiar el comportamiento de las transformaciones de fase en alambres SMA y para evaluar sus
temperaturas de transformación, dado que cada fase tiene una resistividad diferente. En ocasiones, estas
transformaciones de fase provocan variaciones muy significativas en la ER, produciendo que los resultados
obtenidos sean de difícil interpretación o bien sean contradictorios entre diferentes autores [18-20]. La principal
razón por la que aparecen estas variaciones tan significativas de ER en las medidas en NiTi parece ser la
aparición de la fase-R: esta fase-R tiene una resistividad mucho más alta que la de la fase austenita o martensita;
sin embargo, si la fase-R no está presente en la transformación, como ocurre en el NiTi completamente recocido,
la transformación de A a M o viceversa puede ser difícil de interpretar.
Otra de las técnicas recientemente utilizadas en la SMA es la DRX, dado que permite relacionar el
comportamiento de las transformaciones de fase con las propiedades macroscópicas teniendo en cuenta la
microestructura del material. Autores como [21, 22] analizaron la evolución de la fracción de fase en NiTi, pero
no es posible encontrar en la literatura estudios cuantitativos de la evolución de la fracción de fase después de un
HT o después de un ciclado termomecánico en todo el rango de temperaturas de transformación.
En base a lo anteriormente expuesto, los objetivos de este artículo son, en primer lugar, cuantificar los efectos de
un HT y un ciclado térmico a tensión cero en las transformaciones de fase del NiTi y, en segundo lugar,
comparar los resultados obtenidos mediante DRX con los de ER. Esta comparación permitirá clarificar y mejorar
la interpretación de los resultados obtenidos de ER para determinar las transformaciones de fase así como las
temperaturas de transformación con o sin fase-R.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para este estudio se utilizaron alambres NiTi de diámetro 1 mm suminstriado por Euroflex (Ti-Ni 54.4 wt%,
comercialmente denominados SM 495). El primer tratamiento aplicado al material fue un recocido (HT) a 4
diferentes temperaturas: 450ºC, 475ºC, 500ºC y 525ºC durante una hora y con un posterior templado al agua
(muestras denominadas HT450, HT475, HT500 y HT525). Estas temperaturas fueron especialmente elegidas
para asegurar diferentes proporciones de fase-R en las muestras [13]. Posteriormente se realizaron 50 sucesivos
ciclos térmicos a tensión cero (CT) en cada una de las probetas con distinto tratamiento térmico para conseguir la
estabilización de las fases presentes y poder estudiar la evolución de las fase-R con el ciclado térmico (muestras
denominadas HT450CT, HT475CT, HT500CT y HT525CT). El ciclado térmico en cada probeta se realizó entre
dos temperaturas extremas (Tinf = 0ºC < Mf y Tsup =100ºC > Af) para garantizar que el ciclado era completo en
todo el rango de temperaturas de transformación. El ciclado térmico se realizó en una cámara térmica (Climacell
1000) con control y regulación de la temperatura y a un ratio de enfriamiento/calentamiento de 1ºC/min.
Las medidas de variación de resistencia eléctrica con la temperatura (ER) se registraron en las cuatro probetas
con sólo HT y en las cuatro con HT y posterior CT. En este último caso, las medidas de ER se obtuvieron en
cada uno de los 50 ciclos térmicos. Para la obtención de los ER se empleó el método de los 4 hilos y los datos de
resistividad, junto con los datos de variación de la temperatura se obtuvieron con un sistema digital de
adquisición y control de datos (HBM plus). La precisión en las mediciones de la resistividad era de ±0.01 Ω-cm
y de ±0.001ºC para la temperatura. Para cada CT se registró el pico de resistividad puesto que, según [8], uno de
los marcadores que indica que la fase-R está completamente desarrollada es la estabilización con el ciclado de
dicho valor. Para ello se calculó el valor medio y la desviación estándar del valor del pico en cinco ciclos
sucesivos y se consideró que la fase-R estaba completamente desarrollada (o estabilizada) cuando la desviación
estándar fuera inferior al 1% y este valor se repitiera durante, como mínimo, cinco valores consecutivos.
También se registró el valor de incremento de resistividad () como resultado de la transformación de austenita
en fase-R midiendo la resistividad en cada fase y calculando el % de la diferencia. Valores de  superiores al
12% indican que hay presencia de fase-R en la aleación [19] y un progresivo incremento de  con el ciclado
Análisis cuantitativo por DRX de las transformaciones de fase en SMA NiTi
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indica que la fase-R se está desarrollando en la aleación como consecuencia del ciclado [8, 10].
Los análisis de DRX se realizaron en las 8 muestras obtenidas (para todas los HT antes y después del ciclado
térmico) utilizando un equipo de difractometría de Rayos X Siemens D5000 equipado con una cámara térmica
con control de temperatura. El rango para la difracción angular 2 se estableció era de 37º y 48º y el tiempo de
muestro por grado fue de 20 s. Los datos se tomaron con una T = 1ºC y un ratio de de
enfriamiento/calentamiento de 1ºC/min. Para asegurarse que el barrido térmico empezase en fase martensita y
terminara en fase austenita, todas las muestras fueron primeramente enfriadas a -20ºC y calentadas hasta 100ºC,
tomando datos cada 1ºC. Los datos fueron tratados y analizados para obtener una evolución del % de las
diferentes fases con la temperatura mediante el método de Rietveld y el software TOPAS [23-25]. Los detalles
del procesado de los datos y el ajuste de los difractogramas para obtener una cuantificación de fases pueden
obtenerse de [26].
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis del efecto del HT y CT en las transformaciones de fase mediante ER
La Fig. 1 presenta los resultados de la variación de la resistividad con la temperatura para las muestras HT450HT525 y la evolución durante los 50 ciclos para las HT450CT-HT525CT. Se indican en el gráfico los valores
para las temperaturas martensíticas y de fase-R según la interpretación más común encontrada en la literatura
como la de los autores Ling y Kaplow [20]. En la Fig. 1 también se ha indicado para cada muestra el valor de
en % debido a la transformación de austenita a fase-R.
Se puede observar en la Fig. 1 cómo el HT modifica de manera sustancial el comportamiento de las SMA. Para
las muestras HT450, HT475 y HT500 se aprecia una transformación de fase B2RB19’ en el proceso de
enfriamiento, mientras que el proceso de la transformación para la muestra HT525 presenta una transformación
directa B2B19’. También se aprecia en la Fig. 1 cómo las muestras HT450 y HT475 presentan un incremento
marcado de la resistividad que indica la presencia de fase-R (tienen los valores más altos  de todas las
muestras tratadas térmicamente). Como contraste, la HT525 tiene un 2%, indicando que la fase-T está
ausente en esta muestra. Como conclusión inicial se puede establecer que la fase-R tiende a disminuir a medida
que crece la temperatura del recocido, prácticamente desapareciendo completamente para HT superiores a
500ºC. Obsérvese cómo, en el calentamiento, no se aprecian variaciones significativas de la resistividad,
haciendo difícil la interpretación de las temperaturas de transformación a austenita.
Observando el comportamiento de las muestras cicladas 50 veces, no se aprecian cambios significativos para las
muestras HT450CT y HT475CT comparadas con las respectivas HT450 y HT475, sugiriendo que la fase-R
estaba completamente desarrollada después del HT y antes del CT, no produciendo este último tratamiento (el
CT) ningún cambio en las muestras en lo que a resistividad se refiere. Comparando la curva de resistividad para
la HT500CT con la HT500, se detecta un incremento de que indica que la fase-R se ha desarrollado con el
CT. Esto es aún más evidente para la muestra HT525. De nuevo, tampoco para las muestras CT se observan
variaciones notables de resistividad en el calentamiento, haciendo difícil detectar la transformación a austenita.
Fig. 1. Efecto del HT y CT a tensión cero en la variación de la resistividad con la temperatura. Para evitar que
las diferentes curvas queden solapadas se han modificado adecuadamente con respecto a la escala vertical.
4
S. de la Flor et al. / XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica (2010)
Análisis del efecto del HT y CT en las transformaciones de fase mediante DRX
Mediante el método Rietveld y el software TOPAS se han podido analizar de manera cuantitativa las
transformaciones de fase para poder observar cómo afecta el HT y el CT en las SMA. En las figuras Fig. 2-4 se
presentan los resultados de la evolución de las transformaciones de fase con la temperatura después del HT y del
CT. Los resultados se presentan en % de la fracción en peso (%wt). Dado que la interpretación de los resultados
es muy similar para las HT450 y HT475, se presentan los resultados tan sólo de las HT450.
Analizando el comportamiento para la muestra HT450 (Fig.2a para el enfriamiento y Fig.2b el calentamiento) se
observa cómo en el enfriamiento la fase-R comienza a desarrollarse a los 47ºC (RS) a partir de la austenita,
alcanzando una presencia máxima del 88.4% a 16ºC (Rf). A esta temperatura, la fase-R empieza a transformar en
martensita sin ninguna contribución de la A, que permanece estable. Esta transformación de R a M finaliza a los
-5ºC, quedando cierta fase-R residual (20% R y 67% M). En el calentamiento se observa cómo esta M junto con
la fase-R residual transforman de manera simultánea (y no en dos pasos como en el enfriamiento) a austenita,
comenzando la transformación a 40ºC y finalizando a 71ºC (AS = 40ºC, Af = 71ºC). Si comparamos estos
resultados con las curvas de resistividad vemos cómo la interpretación en las ER del inicio de la fase-R coincide
con los DRX, pero no es así con la interpretación de Rf. Según [20] el final de la transformación A-R se produce
después del incremento súbito de resistividad, mientras que las curvas DRX demuestran cómo Rf se produce al
final de la meseta de resistividad. Este punto, en las curvas ER, es interpretado por la literatura [20] como el
inicio de la transformación R-M (MS). En consecuencia, y comparando ER con DRX podemos concluir que, si
bien la interpretación de RS, MS y Mf son correctas, no ocurre así con la Rf, siendo el incremento de resistividad
y la subsiguiente meseta de resistividad únicamente debidas a la transformación A-R. El decremento de la
resistividad es indicio de la transformación de R-M, siendo esta transformación totalmente finalizada cuando
finaliza ese decrecimiento.
100
Rp
(a)
(b)
100
90
90
80
80
70
70
60
60
Ap
Fase-R
Martensita (M)
Mp
Fase-R
Austenita (A)
50
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
wt (%)
Austenita (A)
HT450
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
wt (%)
Martensita (M)
HT450
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
-20
-20
-10
0
10
20
Temperatura (ºC)
30
40
50
60
70
80
90
100
110
70
80
90
100
110
Temperatura (ºC)
100
(c)
(d)
100
90
90
80
80
70
70
60
60
Fase-R
Martensita (M)
Austenita (A)
50
HT450CT
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
Temperatura (ºC)
30
20
10
0
-10
-20
wt (%)
Martensita (M)
wt (%)
Fase-R
Austenita (A)
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
HT450CT
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
Temperatura (ºC)
Fig. 2. Evolución de la fracción en peso de las distintas fases en función de la T para (a) HT450 enfriamiento,
(b) HT450 calentamiento, (c) HT450CT enfriamiento y (d) HT450CT calentamiento
Observado las Fig. 2c y 2d para la muestra HT450CT se detecta cómo prácticamente no ha variado el proceso de
transformación con respecto a la HT450 apareciendo sólo un ligero incremento de la fase M. Esto puede ser
debido a que el ciclado térmico provoca aparición de cierta martensita residual que hace que haya menos
austenita y un poco menos de fase-R. Esto puede demostrarse viendo cómo, a 100ºC, para HT450 existe una
proporción de: 5.5% fase-R, 0.5% M y 94% de A, mientras que para HT450CT es de 3.5% fase-R, 5.5% M y
91% de A.
5
Análisis cuantitativo por DRX de las transformaciones de fase en SMA NiTi
Se presenta en la Fig.3 el resultado de los DRX para las HT500 y HT500CT en el calentamiento y enfriamiento,
observándose un comportamiento completamente diferente. Si nos centramos en la HT500 (Fig. 3a y 3b) se
aprecia, a diferencia de la HT450 y HT475 cómo el incremento de la temperatura del HT ha provocado una
notable decrecimiento en el %wt de la fase-R presente (24.5%wt a 29ºC). La segunda diferencia notable es que
el inicio de la transformación de A a fase-R es simultánea con la fase-R a M, en ambos casos RS = MS = 45ºC.
Otra diferencia fundamental es que, mientras que la fase-R crece ligeramente, la martensita crece de manera
continuada a expensas de la A. A 20ºC la fase-R comienza a decrecer abruptamente transformándose en M junto
con la A. Comparando los resultados de ER con DRX se observa cómo, de nuevo, la interpretación de las
temperaturas de transformación en ER distan de ser correctas si tenemos en cuenta los %wt. En las ER el inicio
de la transformación de A a fase-R corresponde además con el inicio de la transformación de fase-R a M puesto
que ambas transformaciones se producen solapadas. Este solapamiento hace que sea difícil de distinguir las
temperaturas de transformación mediante ER y que el punto de localización de MS sea diferente en las curvas ER
de HT450 y HT475 que en las de HT500.
Analizando los gráficos para HT500CT se aprecia un primer claro efecto del CT: en el enfriamiento, la A
comienza su transformación a la fase-R alrededor de los 45ºC y sólo cuando la fase-R está totalmente
desarrollada, comienza la transformación de fase-R a M (Rf = MS = 30ºC). Esto implica que el CT ha desplazado
el inicio de la transformación martensítica y ahora coincide con el final de la fase-R, produciéndose, además, un
decremento de MS de 43ºC en la muestras HT500, a 29ºC en las HT500CT. También se evidencia otro efecto del
CT: el notable desarrollo de la fase-R, qque pasa de un 36.7%wt en las HT500 a un 61.2%wt en las HT500CT.
Esto puede ser causado por la acumulación de dislocaciones en la fase madre que, después de varios ciclos,
provoca que la fase-R crezca y retrase el comienzo de la transformación martensítica [5].
La comparación de los resultados DRX con las curvas de ER, puede ayudar de nuevo a detectar las temperaturas
de transformación en las ER: el inicio del crecimiento súbito de la resistividad corresponde con el inicio de la
fase-R (RS) y el final de esta fase (Rf) corresponde con el final de la meseta de la fase-R y el inicio de la fase M
(Rf =MS) como ocurría en HT450CT y HT475CT.
100
Mp
(a)
(b)
90
80
80
70
70
60
60
50
HT500
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
Rp
140 130 120 110 100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
wt (%)
Austenita (A)
wt (%)
Fase-R
Martensita (M)
100
90
Fase-R
Martensita (M)
Austenita (A)
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
-30
HT500
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
-30
-20
-10
0
10
20
Temperatura (ºC)
100
Mp
Fase-R
Martensita (M)
Rp
80
70
60
50
40
30
20
(d)
50
60
70
80
90
100
110
60
70
80
90
100
110
100
90
80
80
70
70
60
60
10
0
-10
-20
-30
wt (%)
50
Temperatura (ºC)
40
Fase-R
HT500CT
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
90
(c)
90
wt (%)
Austenita (A)
140 130 120 110 100
30
Temperatura (ºC)
Martensita (M)
Austenita (A)
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
HT500CT
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Temperatura (ºC)
Fig. 3. Evolución de la fracción en peso de las distintas fases en función de la T para (a) HT500 enfriamiento,
(b) HT500 calentamiento, (c) HT500CT enfriamiento y (d) HT500CT calentamiento
Analizamos a continuación los resultados obtenidos para las muestras con un recocido de 525ºC (Fig. 4). Se
observa como, el incremento de temperatura en el HT provoca una considerable reducción de la fase-R (sólo un
10%wt en HT525). La transformación en el enfriamiento es de A a M (MS =48ºC) seguido por A-fase-R (RS =
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S. de la Flor et al. / XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica (2010)
42ºC) finalizando el proceso con un 90%wt de M y 10%wt de fase-R. En el calentamiento se finaliza la
transformación a A con contribución de M y fase-R a una Af = 78ºC. Si observamos la curva ER
correspondiente, no se puede discernir esta transformación casi simultánea, pero sí se puede deducir que el
incremento en la resistividad es prácticamente debido a la fase-R. De nuevo, en las curva ER, es difícil poder
extraer alguna información en el calentamiento.
El efecto del ciclado térmico en la muestras HT525CT es muy interesante de analizar. El proceso de
transformación está claramente afectado por el incremento en la fase-R (pasando a un valor de 31.2%wt): la
austenita comienza su transformación a fase-R e, inmediatamente después, a martensita (MS = 34ºC), resultado
en una trasformación simultánea de A  fase-R+M. Dado que la fase-R finaliza a Rf =27ºC, la transformación
que queda resultante es de A+fase-RM. En el proceso de calentamiento, la transformación a austenita finaliza
a 68ºC con contribución tanto de fase-R como de M.
Comparando las curvas ER con los gráficos DRX se observa cómo el final de la transformación de fase-R
corresponde, en la curva ER, con el final de la pequeña meseta de incremento de resistividad. El final de la
transformación de fase-R a M corresponde al descenso de la resistividad en la curva. De nuevo, la MS obtenida
de los DRX corresponde con otro punto de la curva ER diferente de la que se suele interpretar [20]: MS está
localizado realmente al final del incremento abrupto en la resistividad.
100
Mp
(a)
(b)
90
80
80
70
70
60
60
Fase-R
50
HT525
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
Rp
140 130 120 110 100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
Fase-R
wt (%)
Austenita (A)
wt (%)
Martensita (M)
100
90
Martensita (M)
Austenita (A)
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
-30
HT525
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
-30
-20
-10
0
10
Temperatura (ºC)
100
Fase-R
(c)
(d)
90
80
80
70
70
60
60
50
HT525CT
Proceso de Enfriamiento
Transformación A- R - M
100
90
80
70
60
50
40
Temperatura (ºC)
30
20
10
0
-10
-20
wt (%)
Rp
wt (%)
Austenita (A)
110
40
50
60
70
80
90
100
110
100
110
100
90
Fase-R
Martensita (M)
120
30
Temperatura (ºC)
Mp
130
20
Martensita (M)
Austenita (A)
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
HT525CT
Proceso de Calentamiento
Transformación M- R - A
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura (ºC)
Fig. 4. Evolución de la fracción en peso de las distintas fases en función de la T para (a) HT525 enfriamiento,
(b) HT525 calentamiento, (c) HT525CT enfriamiento y (d) HT525CT calentamiento
Analizando y comparando todas las figuras se pueden obtener conclusiones muy interesantes. La primera es que
si comparamos las curvas ER y de DRX para todas las muestras se concluye que la principal causa de los
cambios en la resistividad es la transformación a fase-R, no apareciendo significativos incrementos si la
transformación es directa de A a M. En segundo lugar se observa que, el inicio de la transformación martensítica
(MS) corresponde a diferentes puntos en las curvas de ER dependiendo de la cantidad de fase-R que desarrolla la
aleación durante el HT o bien durante el CT, con lo que es difícil definir un punto específico de inicio de
transformación martensítica en las curvas ER. En tercer lugar, para aquellas muestras con fase-R antes del
ciclado térmico (HT450, HT475 y HT500) y para aquellas muestras con fase-R después del ciclado térmico
(todas las CT), el final de la transformación de fase-R (Rf) corresponde siempre en las curvas ER con el final de
la meseta de resistividad que aparece después de un abrupto incremento de la resistividad. Este punto, según
Ling y Kaplow [20] es considerado el MS, sin embargo, según nuestros resultados, es siempre Rf pero sólo en
algunos casos corresponde con MS. Por último, se ha observado que la fase-R crece notablemente con el CT en
la muestra recocida a 500ºC (HT500CT). Sin embargo, la fase-R no se ha desarrollado de manera completa,
Análisis cuantitativo por DRX de las transformaciones de fase en SMA NiTi
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alcanzando como máximo un 61.2%wt, al igual que la HT525CT, alcanzando un 41%wt. En consecuencia, para
aquellas muestras con poca o nula presencia de fase-R, el ciclado térmico a tensión cero provoca el desarrollo de
la fase-R pero hasta un determinado nivel de saturación que depende de la cantidad inicial de fase-R. Este
resultado fue sugerido por [8] y confirmado ahora con nuestros resultados de DRX.
CONCLUSIONES
En el presente artículo se ha presentado un análisis cuantitativo de efecto de los tratamientos térmicos y un
posterior ciclado térmico a tensión cero en alambres NiTi. El análisis se ha centrado en los gráficos de la
evolución de las fracciones de peso de las distintas fases con la temperatura obtenidos de los difractogramas y
usando el método de Rietveld y el software TOPAS. Los resultados se han comparado con los obtenidos de las
curvas de variación de resistividad con la temperatura. Las conclusiones obtenidas se pueden resumir como:
1.
Para aquellas muestras tratadas térmicamente en las que la fase-R ya estuviera completamente
desarrollada, el ciclado térmico provoca un incremento en la martensita retenida, disminuyendo
ligeramente la cantidad de fase-R.
2.
Para aquellas muestras tratadas térmicamente con poca o nada presencia de fase-R, el ciclado térmico
provoca un incremento notable de la fase-R pero sólo hasta un cierto nivel de saturación que depende de
la cantidad inicial de dicha fase. Con el CT, la fase-R se estabiliza pero no se desarrolla por completo.
3.
La transformación de fase-R es la causa principal de los cambios en resistividad. En consecuencia,
cuando no hay presencia de fase-R, las curvas de ER no son tan efectivas como los DRX tratados para
obtener una completa información sobre las transformaciones austeníticas y martensítica, o bien, sobre
las transformaciones simultáneas que pueden ocurrir en el material.
4.
Los resultados demuestran que el inicio de la transformación martensítica (MS) obtenido de los DRX
corresponden a diferentes puntos en la curva ER dependiendo de la cantidad de fase-R que desarrolla la
aleación durante el HT y posterior CT.
5.
El final de la transformación de fase-R no corresponde con el valor usualmente interpretado en la
literatura como tal [20] en las curvas ER. El punto Rf se localiza al final de la meseta de resistividad,
después de un abrupto incremento en los valores de dicha resistividad. Como consecuencia, el valor a
tomar como indicio del desarrollo y estabilización de la fase-R no es MS, tal y como establece Uchil [8],
sino Rf tal y como se ha demostrado en el presente estudio.
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