In deze inleiding op het tweede hoofdstuk van Nitinol: The Book, introduceert Tom het vormgeheugeneffect in relatie tot fasetransformaties in metalen.

2.0 De thermische transformatie van Austeniet naar Martensiet en de oorsprong van vormgeheugen

Dit bericht is een uittreksel uit Nitinol: The Book, een werkontwerp van een aanstaande publicatie door Tom Duerig, Alan Pelton, en anderen. Bezoek de inhoudsopgave of de inleiding voor meer informatie.

Een martensitische transformatie is een specifiek soort kristalstructuurverandering die optreedt bij het koelen van bepaalde specifieke metalen, waaronder Nitinol. De kristalstructuur die bij hoge temperaturen wordt aangetroffen is de moederfase, vaak austeniet genoemd, en de fase die uit een martensitische transformatie ontstaat wordt martensiet genoemd. Het vormgeheugeneffect is een direct gevolg van een omkeerbare transformatie tussen austeniet en martensiet.

Een gedetailleerde beschrijving van martensitische transformaties kan zeer complex zijn, maar is gelukkig niet nodig om de technische aspecten van vormgeheugenmaterialen te begrijpen. In dit hoofdstuk wordt een nauwkeurige maar vereenvoudigde beschrijving van de transformatie gegeven, beperkt tot aspecten die van belang zijn voor ontwerp en engineering. Meer in het bijzonder worden de kristallografie en de eigenschappen van de twee belangrijkste fasen van Nitinol beschreven, gevolgd door besprekingen van de wijze waarop de transformatie tussen de twee plaatsvindt. Met de kristalstructuren voldoende gedefinieerd, onderzoekt de tekst hoe de kristallografie van martensiet zorgt voor een uniek type vervormingsgedrag, en tenslotte wordt onderzocht hoe deze factoren samen het thermische vormgeheugeneffect (SME) veroorzaken.

In hoofdstuk 3 zal worden aangetoond dat martensiettransformatie ook kan worden aangedreven door de toepassing van een spanning, en dat dit aanleiding geeft tot superelasticiteit, maar hier beperken wij de bespreking tot de effecten van temperatuur alleen. Wij merken ook op dat er nog een derde fase is, de “R-fase”, die in veel Nitinol wordt aangetroffen. De R-fase zal in detail worden besproken in hoofdstuk 4, maar in dit inleidende hoofdstuk zullen wij alleen de directe martensiet-austeniet transformatie behandelen zonder enige R-fase tussenkomst.

Lezers die volledig onbekend zijn met het mechanisme van het vormgeheugeneffect worden aangemoedigd zich vertrouwd te maken met figuur 1-1 alvorens het materiaal in dit hoofdstuk aan te vallen; het dient als een waardevolle routekaart naar de hier behandelde onderwerpen.

  1. GB Olson en WS Owen, Martensiet, ASM International (1992).