آلیاژهای حافظه دار و کاربرد آن

کد محصول: me15

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: ۱۲۵ صفحه

قیمت: ۳۰۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

فصل اول: مقدمه

۱-۱- مقدمه          ۸

۱-۲-خلاصه متن    ۹

۱-۳-تاریخچه       ۱۰

فصل دوم: تقسیم بندی مواد جامد

تقسم بندی مواد جامد       ۱۲

۲-۱- مواد فلزی   ۱۲

۲-۲- مواد غیر فلزی معدنی (سرامیکی)        ۱۲

۲-۳- مواد پلیمری (مواد مصنوعی)   ۱۳

۲-۴- مواد مختلط یا کامپوزیتها       ۱۳

 ۲-۵- مواد نیمه هادی       ۱۴

فصل سوم: مواد هوشمند

موادهوشمند         ۱۶

۳-۱-آلیاژهای حافظه دار    ۱۶

۳-۲- تغییر حالت متالورژیکی         ۱۸

۳-۲-۱-تغییرحالت های متالورژیکی وپدیده حافظه دارشدن      ۱۸

۳-۲-۲-کریستالوگرافی مارتنزیتی    ۲۰

۳-۳- رفتار ترمودینا ¬¬¬میکی  ۲۳

۳-۴- خاصیت ارتجاعی کاذب         ۲۴

۳-۵- اثرحافظه دار یک طرفه ودوطرفه         ۲۵

فصل چهارم: خواص مکانیکی مواد

خواص مکانیکی مواد         ۳۱

۴-۱-تغییر شکل الاستیکی  ۳۲

۴-۲-مدول الاستیکی         ۳۲

۴-۳-عوامل موثر بر روی مدول الاستیکی      ۳۳

۴-۴-جهات کریستالی        ۳۳

۴-۵-درجه حرارت ۳۳

۴-۶-عناصر آلیاژی ۳۴

۴-۷-مدول برشی  ۳۵

۴-۸-ضریب پواسان          ۳۵

۴-۹-تغییر شکل پلاستیکی مواد      ۳۵

۴-۱۰-نیکل Ni)) 36

۴-۱۱-تیتانیم Ti))          ۳۷

۴-۱۲-آلیاژهای تیتانیم      ۳۸

۴-۱۳-مواد محرک ۴۰

۴-۱۴-خصوصیات کلی استحاله مارتنزیتی     ۴۲

۴-۱۵-سینماتیک استحاله مارتنزیتی۴۴

فصل پنجم: بررسی آلیاژهای حافظه دار

۵-۱-روشهای بررسی آلیاژهای حافظه دار      ۴۷

۵-۲-انواع آلیاژهای حافظه دار و خواص مربوط به آنها  ۴۸

۵-۳-خواص ترمومکانیکی آلیاژهای حافظه دار۴۹

۵-۴-فوق ترموالاستیسیته در آلیاژهای حافظه دار       ۵۱

۵-۵-ظرفیت استهلاک  در آلیاژهای حافظه دار          ۵۲

۵-۶-تضعیف خواص حافظه داری شکل         ۵۲

۵-۷-مقاومت به خستگی در آلیاژهای حافظه دار        ۵۳

۵-۸-محاسبه سازه ها در آلیاژهای حافظه دار ۵۴

۵-۹-تولید و پردازش نیتینول         ۵۶

۵-۱۰-عملیات ترمومکانیکی و خواص مربوط به آن      ۵۸

۵-۱۱-تعریف عبارات         ۶۰

۵-۱۲-اندازه گیری خواص عملکردی وابسته   ۶۱

۵-۱۳-مقاومت خوردگی و سازگاری زیستی نیکل – تیتانیم روئین شده   ۶۲

۵-۱۴-آزمایش خوردگی فعال         ۶۳

۵-۱۵-رفتار خوردگی غیر فعال        ۶۶

۵-۱۶-تاثیر لایه سطحی بر مقاومت خوردگی  ۶۶

۵-۱۷-آزاد سازی نیکل و سازگاری زیستی     ۶۷

۵-۱۸-قابلیت بالای استهلاک در آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم       ۷۰

۵-۱۸-۱-استهلاک داخلی   ۷۲

۵-۱۸-۲- استهلاک سازه ای          ۷۳

۵-۱۸-۳- استهلاک در اتصالات لغزنده         ۷۳

۵-۱۸-۴- استهلاک هیدرودینامیک و آیرودینامیک     ۷۳

۵-۱۹-عوامل ریز ساختاری اصطکاک داخلی   ۷۴

۵-۲۰-اتلاف انرژی در طول بارگذاری سیکلی ۷۵

۵-۲۱-رابطه نمودارهای تنش – کرانش با استهلاک     ۷۷

۵-۲۲-خوردگی و رفتار الکتروشیمیایی آلیاژهای نیکل – تیتانیم۸۲

۵-۲۳-جایگاه نیکل – تیتانیم متخلخل به عنوان ماده‌ای در مهندسی استخوان     ۸۳

۵-۲۴-مقایسه نیکل تیتانیم با دیگر مواد بیولوژیکی     ۸۴

۵-۲۴-۱- ملاحظات مکانیکی         ۸۴

۵-۲۴-۲- ملاحظات شکل گیری     ۸۵

۵-۲۵-ماشینکاری آلیاژهای حافظه دار          ۸۶

فصل ششم: کاربردهای آلیاژهای حافظه دار

۶-۱-کاربردهای آلیاژهای حافظه دار ۸۸

۶-۲-آلیاژهای حافظه دار نیکل – تیتانیم – مولیبدن، کاربردهای پزشکی ۹۰

۶-۳-کاربرد آلیاژهای حافظه دار درمهندسی پزشکی    ۹۲

۶-۴- موارد استفاده پزشکی از آلیاژNi-Ti    ۹۳

۶-۴-۱- کاربردهای مربوط به قلب و عروق     ۹۳

۶-۴-۲- کاربردهای ارتوپدی۹۶

۶-۴-۳- کاربرد آلیاژ های حافظه دار در وسایل جراحی ۹۹

۶-۵-مشخصات تغییر شکل آلیاژهای نیکل – تیتانیم – مولیبدن         ۱۰۱

۶-۶-ابزار و ایمپلنت های پزشکی   ۱۰۴

۶-۶-۱-مقدمه    ۱۰۵

۶-۷-استفاده از الاستیسیته (جایگذاری الاستیک)     ۱۰۶

۶-۸-استفاده حرارتی (جایگذاری حرارتی)    ۱۰۷

۶-۹-مقاومت به تاب و گره۱۰۸

۶-۱۰- تنش ثابت۱۱۰

۶-۱۱- ممانعت دینامیک (پویا)      ۱۱۱

۶-۱۲-منحنی بازگشت پذیر(هیسترزیس تنش)        ۱۱۲

۶-۱۳-سفتی وابسته به دما۱۱۳

۶-۱۴-تحلیل حرارتی      ۱۱۳

۶-۱۵- تحلیل به روش المان محدود          ۱۱۵

۶-۱۶- سایر کاربردهای مواد هوشمند تا سال ۲۰۱۵  ۱۱۶

۶-۱۷-نتیجه گیری         ۱۱۷

مراجع  ۱۲۰

فصل اول: مقدمه

۱-۱- مقدمه

پیشرفتهای وسیع و سریعی که درکلیه زمینه های صنعتی رخ داده است، مرهون دستیابی به مواد با کیفیت بالاتر است که در ساخت قطعات ماشین آلات و تجهیزات صنعتی به کار می‌روند. عموماً اغلب مهندسین شاغل در واحدهای صنعتی، به ویژه طراحی و ساخت و تولید، با مواد مهندسی سروکار دارند. آنها معمولاً در انتخاب و کاربرد مواد در طراحی و ساخت و تولید اجزا و بررسی و تحلیل شکست شرکت دارند.

موقعی که در طراحی و ساخت قطعه ای در مورد انتخاب مواد تصمیم گیری می‌شود باید به مسائل مهمی از قبیل: روش ساخت، دقت ابعادی، حفظ و نگهداری شکل صحیح اولیه در حین کاربرد، داشتن خواص مورد نظر و نگهداشتن آن خواص برای مدت معین تحت شرایط محیط کار، امکان تعمیر و نگهداری آن خواص برای مدت معین تحت شرایط محیط کار، امکان تعمیر و نگهداری آسان درهنگام کاربرد، سازگاری ماده با دیگر مواد اجزاء سیستم، بازیابی آسان ماده، مسائل مربوط به زیست محیطی ماده در ارتباط با ساخت و تولید، هزینه تولید و بالاخره در مواردی وزن و نوع سطح ظاهری آن توجه شود.

به طور کلی مواد جامد مهندسی مورد نیاز برای طراحی و ساخت و تولید را می‌توان به سه گروه اصلی با خواص مربوط به خود تقسیم بندی کرد که عبارت اند از: ۱- مواد فلزی ۲- مواد غیر فلزی  معدنی یا سرامیکی ۳- مواد پلیمری یا مصنوعی .

 علاوه بر این سه گروه، دو گروه دیگر از مواد وجود دارند که از این سه گره منشعب می‌شوند و به نام مواد ۴- مختلط یا کامپوزیتها  و نیمه هادیها  گروه چهارم و پنجم را تشکیل می‌دهند.

۱-۲-خلاصه متن

آلیاژ‌های حافظه دار  عنوان گروهی از آلیاژها می‌باشد که خواص متمایز و برتری نسبت به سایر آلیاژها دارند. عکس‌العمل شدید این مواد نسبت به برخی پارامترهای ترمودینامیکی و مکانیکی و قابلیت بازگشت به شکل اولیه در اثر اعمال پارامترهای مذکور به گونه‌ای است که رفتار موجودات زنده را تداعی می‌نماید. وقتی یک آلیاژ معمولی تحت بار خارجی بیش از حد الاستیک قرار می‌گیرد تغییر شکل می‌دهد. این نوع تغییر شکل بعد از حذف بار باقی می‌ماند. آلیاژهای حافظه دار، منجمله نیکل – تیتانیم و مس – روی – آلومینیم، رفتار متفاوتی از خود ارائه می‌نمایند. در دمای پائین یک نمونه حافظه دار می‌تواند تغییر شکل پلاستیک چند درصدی را تحمل کند و سپس به صورت کامل به شکل اولیه در دمای بالا برگردد و این تنها با افزایش دمای نمونه ممکن است.  شکل (۱-۲) . ]۱[ .

          شکل ۱-۲. تغییر شکل بر اثر دما در آلیاژهای حافظه دار ]۱[ .

ویژگی های دیگر این آلیاژها عبارت است از :

مقاومت به خوردگی بالا ، مقاومت ویژه الکتریکی نسبتا بالا، خواص مکانیکی نسبتا خوب ، خستگی طولانی ، شکل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن . مهمترین کاربرد این آلیاژها در صنایع هوا فضا وصنایع مهندسی و مهندسی پزشکی است.

۱-۳-تاریخچه

اولین مشاهده ثبت شده در مورد پدیده حافظه داری در سال ۱۹۳۲ مشاهده شد ، اما تا سال ۱۹۶۰ هیچ تحقیق جدی در این زمینه انجام نشد . در سال ۱۹۶۲ در آزمایشگاه نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا در حین عملیات حرارتی یک میله از جنس Ni.Ti  پدیده حافظه داری در این آلیاژها کشف شد . و برای مدت زمانی طولانی در حد کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند. در سال ۱۹۶۳ کشف حافظه داری شکل در آلیاژ نیکل – تیتانیم با درصد اتمی مساوی (۵۰-۵۰%) نظر دانشمندان و محققین را جلب نمود. از آن پس آلیاژهای حافظه دار به صورت قابل ملاحظه ای توسعه یافتند و کشف مزایای اساسی و علمی آنها هر روز افزایش یافت.

فصل دوم:

تقسیم بندی مواد جامد

تقسم بندی مواد جامد

۲-۱- مواد فلزی

مواد فلزی از نظر اهمیتی که در صنعت دارد به دو گروه۱- فلزات آهنی و آلیاژهای آن و فلزات غیر آهنی و آلیاژهای آن تقسیم می‌شود. فلزات آهنی و آلیاژهای آن عمدتاً درصد بسیار بالایی از آهن دارند که شامل انواع فولادها و چدنها می‌وشند. فلزات غیر آهنی و آلیاژهای آن شامل تمام فلزات دیگر (غیر از آهن) مانند آلومینیم، مس، روی، تیتانیم، کرم و نیکل و آلیاژهای آنهاست. البته آلیاژهای غیر آهنی مقدار نسبتاً بسیار جزئی آهن هم می‌تواند داشته باشند. مواد فلزی عمدتاً هادی (رسانای) خوبی برای حرارت و الکتریسیته هستند. اغلب فلزات در درجه حرارتهای معمولی محیط شکل پذیر بوده و در مقابل واکنشهای شیمیایی پایداری بسیار بالایی ندارند. فلزات در شرایط معمولی دارای ساختار کریستالی اند. فلزات به صورت خالص به ندرت به کار می‌روند و اغلب از آلیاژهای آنها در صنعت استفاده می‌شود.

۲-۲- مواد غیر فلزی معدنی (سرامیکی)

 قسمت عمده مواد غیر فلزی معدنی مورد استفاده در صنعت را مواد سرامیکی تشکیل می‌دهند. مواد سرامیکی شامل ترکیباتی از عناصر فلزی با اکسیژن به نام سرامیکهای اکسیدی و موادی سخت از قبیل کاربیدها، نیترایدها و سلیسیدها به نام سرامیکهای غیر اکسیدی است که قسمت عمده ای از مواد نسوز را تشکیل می‌دهند. سرامیکهای سیلیکاتی (مانند چینیها) نوع دیگری از مواد سرامیکی اند. مواد سرامیکی قابلیت شکل پذیری نداشته و بسیار تردند. همچنین در مقابل واکنشهای شیمیایی بسیار پایدار بوده و در درجه حرارتهای بالا مقاوم‌اند.

 قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی سرامیکها به اندازه‌ای پایین است که به عنوان مواد عایق به کار می‌روند.مواد سرامیکی می‌توانند ساختار کریستالی، غیر کریستالی یا مخلوطی جدید می‌توان سرامیکهای نسبتاً مقاوم به شکست را تولید کرد. البته هنوز تحقیقات وسیعی برای مقاومتر کردن و توسعه آنها انجام می‌شود.

۲-۳- مواد پلیمری (مواد مصنوعی)

مواد پلیمری از کنار هم قرار گرفتن تعداد زیادی از مولکولهای زنجیره ای یا شبکه ای بزرگ مواد آلی، که از کربن و عناصر دیگری مانند هیدروژن، کلر، فلور، اکسیژن و ازت تشکیل شده‌اند، به وجود می‌آیند. مواد پلیمری در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارند و اغلب از طریق روشهای شیمیایی و پلیمر کردن منومرهای گازی شکل به دست می‌آیند. اغلب مواد پلیمری دارای ساختار غیر کریستالی و یا مخلوطی از کریستالی و غیر کریستالی هستند. مواد پلیمری دارای قابلیت هدایت الکتریکی بسیار ضعیفی هستند، به طوری که به عنوان عایق الکتریکی خوب به کار می‌روند، مواد پلیمری معمولاً در درجه حرارتهای پایین (زیر صفر) ترد می‌شوند ولی در درجه حرارتهای نسبتاً بالا قابلیت شکل پذیری دارند و در درجه حرارتهای بالا ذوب و یا متلاشی می‌شوند. مواد پلیمری در مقابل عوامل و واکنشهای شیمیایی در درجه حرارت معمولی محیط و در مجاورت هوای آزاد پایدارند. عموماً مواد پلیمری وزن مخصوص پایینی دارند.

۲-۴- مواد مختلط یا کامپوزیتها

مواد مختلط یا کامپوزیتها به موادی گفته می‌شود که از مخلوط چند ماده (حداقل دو ماده) با خواص متفاوت تشکیل شده باشند. اجزای مواد مختلط از نظر شکل و ترکیب شیمیایی متفاوت بوده و در یکدیگر حل نمی‌شوند و از نظر اندازه و ابعاد در حد میکروسکوپی و ماکروسکوپی وجود دارند. بدین ترتیب می‌توان موادی با خواص جدید به دست آورد که به نوبه خود دارای خواصی مناسبتر از خواص هر یک از اجزای اولیه است. انواع مختلفی از مواد مختلط وجود دارند. اغلب مواد مختلط شامل یک جزء نرم و شکل پذیر به عنوان جزء اصلی زمینه و یک جزء بسیار سفت و سخت به عنوان تقویت کننده‌است.

 جزء تقویت کننده می‌تواند به شکلهای صفحه ای، الیافی و ذره ای باشد. همچنین موادی که سطح خارجی آنها برای حفاظت در مقابل خوردگی و یا سایش پوشش داده می‌شود، مانند قلع و روی اندود کردن، و یا گالوانیزه کردن سطح خارجی به وسیله جزء مقاوم دوم ، مثل آب کرم و نیکل دادن، روکش دادن مکانیکی با ورق بسیار نازک مقاوم دیگر، پوشش دادن با مواد پلیمری و یا مواد سرامیکی، جزء مواد مختلط هستند.