UNIVERSITATEA TEHNICĂ
„GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI Şcoala Doctorală
a
Facultăţii de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor
STUDIU COMPARATIV AL RELIEFULUI
ASOCIAT FAZELOR CARACTERISTICE ŞI
EFECTELOR PRELUCRĂRII
TERMOMECANICE OBSERVATE LA
PRINCIPALELE SISTEME DE ALIAJE CU
MEMORIA FORMEI
-REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT-
Conducător de doctorat:
Prof.univ.dr.ing. Leandru-Gheorghe BUJOREANU
Doctorand:
Ing. Marius-Gabriel SURU
Iaşi
-2014-
Mulțumiri
Întreaga mea recunoștință este îndreptată către D-l Prof.univ.dr.ing. Leandru-Gheorghe
BUJOREANU, conducătorul ştiinţific al activităţii de doctorat, pentru susţinerea şi ajutorul
acordat pe tot parcursul anilor de cercetare științifică. Mulţumiri atât pentru îndrumarea de
specialitate în planificarea şi elaborarea tezei de doctorat, cât şi pentru competenţa şi răbdarea
deosebite oferite în analiza şi interpretarea rezultatelor experimentale obţinute.
Mulțumesc D-lui Conf.univ.dr. Costică MOROȘANU de la Universitatea Alexandru Ioan
Cuza din Iași, exprimându-mi aprecierea pentru suportul moral şi profesional oferit, pentru
amabilitatea şi disponibilitatea de care a dat dovadă.
Adresez mulţumiri D-lui Prof.univ.dr.ing. Constantin BACIU pentru sprijinul acordat pe
întreaga perioadă de desfăşurare a doctoratului.
Se cuvin adresate mulţumiri D-lui decan al Facultății de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor,
Conf.univ.dr.ing. Iulian IONIŢĂ, pentru suportul acordat pe tot parcursul anilor de studiu.
Doresc să le mulțumesc tuturor colegilor din Departamentul de Ingineria Materialelor şi
Securitate Industrială, pentru încurajările constante şi sfaturile colegiale deosebit de utile
oferite de-a lungul acestei perioade.
Mulţumiri şi recunoştinţă adresez şi D-lui Conf.univ.dr.ing. Radu Ioachim COMĂNECI
pentru ajutorul, observaţiile critice şi sugestiile extrem de preţioase oferite.
Aduc sincere mulţumiri şi colegilor mei: Monica, Bogdan și Elena pentru suportul moral
şi ajutorul necontenit oferit.
Nu în ultimul rând aș vrea să mulțumesc familiei și prietenilor care mi-au fost aproape.
Iași, 2014 Autorul
CUPRINS :
Pag.
INTRODUCERE 1
1. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR LEGATE DE STABILIREA ROLULUI
TRANSFORMĂRII MARTENSITICE ÎN ALIAJELE CU MEMORIA FORMEI (AMF)
3
1.1 Istoricul AMF 3
1.2 Definiţia şi clasificarea AMF 3
1.3 Particularitățile transformărilor martensitice reversibile în cadrul AMF 4
1.3.1 Transformarea martensitică reversibilă indusă termic 5
1.3.2 Transformarea martensitică indusă prin tensiune 6
1.4 Caracterizarea morfologică și a reliefului martensitei din principalele sisteme
de AMF
7
1.4.1 AMF pe bază de Ni-Ti 7
1.4.2 AMF pe bază de Cu-Zn-Al 7
1.4.3 AMF pe bază de Cu-Al-Ni 8
1.4.4 AMF pe bază de Fe-Mn-Si 9
1.4.5 AMF pe bază de Fe-Ni-Co 10
1.5 Proprietăţile funcţionale ale AMF 11
1.5.1 Efectul de memoria formei într-un singur sens (EMF) 11
1.5.2 Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS) 12
1.5.3 Efectul triplu de memoria formei (3WE) 13
1.5.4 Efectul superelastic (SE) 14
1.6 Comportarea AMF la solicitări ciclice şi educare termomecanică 15
2. METODOLOGIA ȘI OBIECTIVELE CERCETĂRII 15
2.1 Metodologia cercetării 16
2.2 Obiectivele cercetării 16
3. PROCEDEE EXPERIMENTALE DE OBŢINERE ŞI CARACTERIZARE A AMF 18
3.1 Procedee de obţinere prelucrare a AMF 18
3.1.1 Selectarea compozițiilor chimice 18
3.1.2 Elaborarea AMF 21
3.1.3 Prelucrarea AMF prin deformare plastică la temperaturi ridicate 22
3.1.3.1 Forjarea la cald 22
3.1.3.2 Laminarea la cald 22
3.1.4 Considerațiile tehnologiilor de educare a AMF 23
3.1.4.1 Educarea termomecanică 23
3.1.4.2 Ciclarea în instalația hidraulică 24
3.1.5 Pregătirea probelor în laborator 26
3.2 Metode de caracterizare ale AMF 26
4. STUDIUL TOPOGRAFIC COMPARATIV AL MICRO-RELIEFULUI PLĂCILOR
PRIMARE DE MARTENSITĂ INDUSĂ TERMIC ÎN AMF CU STRUCTURI
CRISTALINE DIFERITE
28
4.1 Obținerea probelor din AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-Al necesare
cercetării experimentale
28
4.2 Contribuții la introducerea și implementarea unei proceduri sistematice de
măsurare a plăcilor de martensită
29
4.3 Analiza calitativă și cantitativă a micro-reliefului plăcilor de martensită 29
5. EFECTE STRUCTURALE ALE MODULUI DE PRELUCRARE PRIN
DEFORMARE PLASTICĂ LA TEMPERATURI ÎNALTE ASUPRA MORFOLOGIEI
RELIEFULUI DE SUPRAFAȚĂ ÎNTR-UN AMF PE BAZĂ DE Fe-Mn-Si-Cr
35
5.1 Considerații privind obținerea aliajului cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-
Si-Cr
35
5.2 Contribuții privind analiza rezultatelor experimentale obținute după
deformarea plastică la 1273 K
36
5.3 Contribuții privind analiza rezultatelor experimentale obținute după
deformarea plastică la 1373 K
39
5.3.1 Evoluția micro-structurii în urma laminării și respectiv forjării la
1373 K
39
5.3.2 Evaluarea măsurătorilor cantitative ale plăcilor și ale șipcilor de
martensită, efectuate prin microscopie de forță atomică
42
5.3.3 Analiza calorimetrică diferențială cu baleiaj (DSC) 44
6. EFECTELE MEDIULUI ȘI A MODULUI DE SOLICITARE ASUPRA
CARACTERISTICILOR RELIEFULUI DE SUPRAFAȚĂ AL PLĂCILOR DE
MARTENSITĂ ÎN AMF PE BAZĂ DE Cu
45
6.1 Contribuții privind analiza caracteristicilor reliefului de suprafață 46
6.2 Contribuții la evaluarea măsurătorilor efectuate prin microscopie de forță
atomică
50
7. EVOLUȚIA COMPARATIVĂ A RELIEFULUI DE SUPRAFAȚĂ AL PLĂCILOR
DE MARTENSITĂ INDUSĂ PRIN TENSIUNE DIN AMF CU STRUCTURI
CRISTALINE DIFERITE
53
7.1 Considerații privind obținerea și pregătirea probelor din AMF pe bază de Fe-
Mn-Si-Cr, Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Al-Ni necesare cercetării experimentale
53
7.2 Pre-deformarea prin tracțiune 54
7.3 Observații prin microscopie optică 56
7.4 Contribuții la analiza măsurătorilor și a observațiilor obținute prin microscopie
de forță atomică
58
7.5 Tendințe de variație ale dimensiunilor plăcilor de martensită induse prin
tensiune, în funcție de gradul de pre-deformare
60
8. PRELUCRAREA STATISTICĂ A DATELOR OBȚINUTE PRIN MĂSURĂTORI DE
MICROSCOPIE DE FORȚĂ ATOMICĂ (AFM)
65
8.1 Tendințe de variație ale reliefului de suprafață din AMF în funcție de
parametrii de educare-ciclare
65
8.1.1 Analiza structurală prin intermediul AFM 66
8.1.2 Analiza numerică a măsurătorilor AFM 70
9. CONCLUZII, CONTRIBUȚII ȘI PERSPECTIVE 75
9.1 Concluzii 76
9.2 Contribuții 79
9.3 Perspective 80
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ 81
LISTA LUCRĂRILOR ȘTIINȚIFICE PUBLICATE 88
LUCRĂRI PREZENTATE POSTER/ORAL ÎN CADRUL UNOR MANIFESTĂRI
ȘTIINȚIFICE INTERNAȚIONALE
91
1
INTRODUCERE
Această teză are ca scop principal obținerea unor date noi, originale în domeniul aliajelor
cu memoria formei, prin efectuarea unor experimente originale referitoare la rolul transformării
martensitice din principalele sisteme de aliaje cu memoria formei şi la modul de variaţie a
reliefului asociat, al plăcilor de martensită, în funcţie de aplicarea anumitor prelucrări
termomecanice. Pentru realizarea acestui studiu complex au fost selectate mai multe aliaje cu
memoria cu formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni, Fe-Mn-Si-Cr, Cu-Zn-Al și Cu-Al-Ni. Astfel,
prin elaborarea acestui studiu comparativ al reliefului asociat fazelor caracteristice și efectelor
prelucrării termomecanice ale principalelor sisteme de aliaje cu memoria formei s-au efectuat
analize topografice comparative ale micro-reliefului plăcilor primare de martensită, s-au
evidențiat efectele structurale ale modului de prelucrare prin deformare plastică la temperaturi
înalte asupra morfologiei reliefului de suprafață și efectele mediului și ale modului de solicitare
asupra caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită, s-a urmărit evoluția
comparativă a reliefului de suprafață al plăcilor de martensită indusă prin tensiune și în final s-au
prelucrat datele statistice obținute prin intermediul măsurătorilor de forță atomică.
Teza de doctorat intitulată „Studiu comparativ al reliefului asociat fazelor caracteristice
şi efectelor prelucrării termomecanice observate la principalele sisteme de aliaje cu memoria
formei“ cuprinde: 9 capitole, 13 tabele, 76 figuri, 168 referințe bibliografice și 3 anexe. Dintre
referințele bibliografice consultate, 122 au fost publicate după anul 2000 iar 56 în ultimii 5 ani.
Tema abordată în cadrul tezei de doctorat se încadrează în domeniul prioritar de cercetare
Nanoștiințe, Nanotehnologii, Materiale și Noi Tehnologii de Producție, al Comisiei Europene,
atât prin efortul de caracterizare a unor noi materiale funcționale cât și prin cercetările efectuate
la nivel nanostructural cu ajutorul microscopiei electronice și de forță atomică.
Astfel, după ce a fost elaborat un prim capitol referitor la stadiul actual al cercetărilor
legate de stabilirea rolului transformării martensitice în aliajele cu memoria formei (AMF),
următoarele două capitole au cuprins metodologia și obiectivele cercetării și procedeele
experimentale de obţinere şi caracterizare a aliajelor cu memoria formei studiate.
În cadrul studiului topografic comparativ al micro-reliefului plăcilor primare de
martensită în aliajele cu memoria formei cu structuri cristaline diferite s-au comparat din punct
de vedere calitativ și cantitativ prin intermediul microscopiei electronice cu baleiaj și de forță
atomică, micro-reliefurile de suprafață ale plăcilor primare de martensită, reprezentative pentru
două aliaje cu memoria formei cu structuri cristaline diferite. Evaluările calitative au evidențiat
înălțimi și lățimi mai mari ale plăcilor primare de martensită ε în cadrul aliajului cu memoria
formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni față de plăcile de martensită β2’ ortorombică (9R) din cadrul
aliajului pe bază de Cu-Zn-Al. Evaluările cantitative au fost bazate pe măsurători sistematice ale
2
dimensiunilor lățimilor și înălțimilor profilelor plăcilor primare, prin intermediul softului
microscopului de forță atomică.
În următorul capitol s-a studiat evoluția reliefului de suprafață și comportamentul de
memoria formei într-un aliaj cu memoria formei pe bază de Fe–28Mn–6Si-5Cr (masa %) în
funcție de procedurile de prelucrare la cald aplicate. Au fost astfel raportate aspecte particulare
referitoare la relieful plăcilor de martensită după ce aliajul a fost supus celor două proceduri de
prelucrare la cald, denumite laminare la cald și forjare la cald, la două temperaturi diferite,
respectiv 1273 și 1373 K.
Efectele mediului și ale modului de încărcare asupra caracteristicilor reliefului de
suprafață al plăcilor de martensită în aliajele cu memoria formei pe bază de Cu au fost prezentate
în cadrul capitolului 6. Așadar, s-a prezentat influența modului de încărcare furnizat în timpul
educării sub tensiune constantă, la încovoiere, aplicată probelor lamelare din aliaj cu memoria
formei pe bază de Cu-Zn-Al. Considerând faptul că suprafața concavă a probelor a fost ținută în
stare comprimată, în timp ce suprafața convexă a fost ținută în stare alungită, acest studiu
prezintă influența celor două moduri de încărcare și a celor două medii în care au fost efectuate,
aer și respectiv ulei, asupra lățimii și înălțimii plăcilor de martensită de pe probele educate sub
diferite numere de cicluri.
Evoluția caracteristicilor reliefului de suprafață, al plăcilor de martensită indusă prin
tensiune, în cazul aliajelor cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr, Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-
Al-Ni, supuse deformării prin tracțiune, a fost investigată într-al șaptelea capitol al tezei. Probele
laminate la cald au fost supuse unor stagii succesive diferite de pre-deformare până la rupere.
Porțiunile calibrate ale probelor lustruite și alungite au fost analizate prin intermediul
microscopiilor optice (OM) și de forță atomică (AFM).
În cadrul capitolului opt s-a efectuat o evaluare statistică a efectelor încărcării
termomecanice asupra morfologiei plăcilor de martensită în aliajele cu memoria formei pe bază
de Cu-Zn-Al, dar și investigații comparative ale profilelor reprezentative 2D și 3D coroborate cu
analize numerice ale datelor înregistrate, în scopul de a evidenția efectele numărului de cicluri, al
modului de încărcare dar și al condițiilor de mediu, asupra tendinței generale de variație a
reliefului de suprafață al plăcilor de martensită.
În final, rezultatele obținute în toate aceste capitole au fost sintetizate într-un capitol de
concluzii, contribuții personale și perspective ale cercetărilor ulterioare.
Teza de doctorat abordează o problemă actuală și interezantă din domeniul cercetării-
dezvoltării aliajelor cu memoria formei din sistemele Fe-Mn-Si-Cr, Fe-Mn-Si-Cr-Ni, Cu-Zn-Al
și Cu-Al-Ni.
Calitatea și probitatea rezultatelor obținute au fost demonstrate prin intermediul celor
douăzeci și una de lucrări publicate, dintre care treisprezece care au beneficiat de o largă
diseminare în cadrul comunității științifice internaționale, prin intermediul bazei de date ISI Web
of Knowledge. De asemenea, rezultatele au putut fi dezbătute în cadrul a cinci manifestări
științifice internaționale la care am participat cu prezentări sub formă de poster și oral.
3
Contribuțiile aduse în cadrul tezei de doctorat sunt multiple și includ, în primul rând,
cuprinzătoarea sinteză documentară referitoare la aliajele cu memoria formei, dezvoltarea unor
tehnici originale de măsurare a profilelor martensitice și de evaluare a conformității materialelor
și studiul efectelor prelucrării termomecanice asupra reliefului de suprafață al martensitei, atât
din punct de vedere al analizei structurale cât și din prisma evaluării statistice a tendințelor de
variație.
Capitolul 1 – Stadiul actual al cercetărilor legate de stabilirea
rolului transformării martensitice în AMF
1.1 Istoricul aliajelor cu memoria formei (AMF)
Conduse de nevoile din aplicaţiile inginereşti, materialele noi au continuat să se dezvolte
în scopul îmbunătăţirii unor funcţii noi dar şi a performanţelor lor. În anul 1932 începe istoria
materialelor cu memoria formei, odată cu aliajul Au-Cd. Efectul de memoria formei însă a aparut
în anul 1951 în cadrul sistemului Au-Cd. În anii care au urmat, acestora li s-au alăturat şi alte
aliaje neferoase cum ar fi : Cu-Zn (1956), Ti-Ni (1963), Cu-Al-Ni (1964) şi Cu-Zn-Al (1970)
precum şi o serie de aliaje feroase : Fe-Mn-Si Fe-Ni-Co-Ti şi Fe-Ni-C (Kajiwara and Kikuchi,
1990). Aliajul cel mai bine cotat din cadrul materialelor cu memoria formei a fost aliajul Nitinol,
care a fost numit astfel după Ni-Ti şi Naval Ordonance Laboratory (actualmente Naval Surface
Warfare Center) –locul unde a fost descoperit (Melton, 1990). Aliajul Ni-Ti prezintă în stare
policristalină caracteristici bune legate de fenomenele de memoria formei, cum ar fi capacitatea
de înmagazinare a energiei elastice la încărcarea izotermă (42 MJ/m3) sau deformaţiile maxime
ce pot fi recăpătate în cadrul memoriei mecanice (10 %) sau termice (8%).
1.2 Definiţia şi clasificarea aliajelor cu memoria formei
Conceptul de material inteligent derivă de la formele inteligente ale sistemelor
(materialelor) naturale, adică organismele vii. Prin urmare, materialele inteligente sunt concepute
ca materiale care îndeplinesc funcţiile naturale de detecţie (“sensing”), comandă (“actuation”),
control şi auto-adaptare. Materialele inteligente (“smart / inteligent materials”) au proprietatea de
a se auto-adapta la stimuli externi. Funcţiile acestor materiale se manifestă inteligent în funcţie
de schimbările mediului exterior (Smart Materials and Structures, 2002).
Aliajele cu memoria formei (AMF) ocupă o proporţie de cca. 10% din volumul producţiei
mondiale alături de materialele piezoelectrice şi electrostrictive (75%), materialele
magnetorestrictive (10%) şi materialele electro şi magnetoreologice (5%). Materialele inteligente
(Bujoreanu, 2002) au mai fost denumite şi materiale senzoriale, adaptive, metamorfice,
multifuncţionale sau chiar “deştepte” (smart). Despre acestea putem susţine faptul că sunt fructul
4
colaborării specialiştilor din trei mari domenii: ştiinţa materialelor, inginerie mecanică şi
construcţii civile, şi ele pot combina funcţia de actuator cu cea de senzor.
Materialele inteligente pot fi împărţite în :
1.3 Particularitățile transformărilor martensitice reversibile în cadrul
aliajelor cu memoria formei
Cel mai important fenomen care a fost pus în legătură cu comportamentul de memoria
formei este cunoscut de peste 100 de ani şi perpetuează amintirea ilustrului metalograf german
Von Martens – transformarea martensitică. Numele transformării provine de la produsul de
reacţie – martensita – "un microconstituent…din oţelul călit caracterizat printr-un model acicular
sau aciform" (Bujoreanu et al., 1998b), obţinut dintr-o soluţie solidă stabilă la temperaturi înalte,
- austenita pe bază de Feγ, cu reţeaua cristalină cubică cu feţe centrate (cfc) – şi a fost întâlnită
pentru prima dată la oţelurile-carbon.
Figura 1.1 - Ilustrarea unor curbe deformaţie-tensiune tipice pentru (a) austenită (b) martensită
indusă prin tensiune (SIM = stress induced martensite) şi (c) martensită indusă termic în cazul
unui aliaj cu memoria formei (Xiong and Liu, 2007)
Curbele deformație-tensiune tipice ale unui aliaj cu memoria formei în cazul a trei
temperaturi diferite sunt ilustrate în Figura 1.1.
Analizând aceste curbe se poate constata că atunci când temperatura este scazută (dar mai
mare decat temperatura Ms), aliajele cu memoria formei dezvoltă un comportament pseudoelastic
şi astfel tensiunea critică necesară inducerii martensitei scade odată cu scăderea temperaturii
(Xiong and Liu, 2007). Când are loc deformarea izotermă, fracţiunea volumului de martensită
creşte odată cu creşterea deformaţiei în intervalul tensiunii respective. Pentru obţinerea
Actuatori
Senzori
Sisteme de control
5
pseudoelasticităţii complete, temperatura de deformaţie trebuie să fie mai ridicată decât
temperatura Af.
Se remarcă faptul că în cazul în care temperatura este situată sub Ms, apare martensita
indusă termic şi transformarea fazei este completă, încheindu-se la temperatura Mf.
1.3.1 Transformarea martensitică reversibilă indusă termic
Efectul de memoria formei a fost descoperit pentru prima dată în cadrul studiilor pe un
aliaj pe bază de Au-Cd. Proprietăţile distincte ale efectelor de memoria formei, precum
pseudoelasticitatea, efectul de memoria formei în dublu sens sunt în strânsă legătură cu
transformatea martensitică termoelastică. Aceste proprietăţi fac aliajele cu memoria formei să
devină nişte materiale inteligente complete (Hsu et al., 2009). Termoelasticitatea a fost întâlnită
încă din anul 1938 de către Greninger şi Mooradian. De atunci, termoelasticitatea şi EMF au fost
regăsite în multe sisteme diferite de aliaje (Delaey, 1991; Greninger and Mooradian, 1938).
Hsu et al.au arătat în anul 2009 prin intermediul unui experiment, modificările
microstructurale ce apar în timpul unor tratamente la îmbătrânire dar şi în timpul unor tratamente
de punere în soluţie la anumite temperaturi, toate acestea pe un aliaj cu memoria formei pe bază
de Cu-Al (Hsu et al., 2009). Pentru început fost utilizată calorimetria diferiențială cu baleiaj
(DSC = differential scanning calorimetry), pentru identificarea și investigarea transformărilor de
fază ce apar în cazul acestui aliaj cu memoria formei, pe încălzire continuă. Viteza de încălzire a
fost fluctuantă de la 10 la 5 ◦C/min, depinzând în mare măsură de dimensiunile probei analizate.
Figura 1.2 – Termogramă DSC redând transformările de fază ce apar în cadrul unui AMF pe
bază de Cu-Al (Hsu et al., 2009)
Se observă de pe curba DSC că au apărut pe încălzire următoarele modificări -
transformarea martensitică reversibilă (79–110 ◦C), precipitarea fazei α (285–355 ◦C) care
implică o modificare redusă a volumului, dar și reacția eutectoidă (485–547 ◦C). Îmbătrânirea
lângă temperatura eutectoidă încurajează renucleația fazei inițiale (Hsu et al., 2009).
6
1.3.2 Transformarea martensitică indusă prin tensiune
Aliajele cu memoria formei au proprietăţi unice ale deformaţiei; ele putând fi astfel
supuse unor deformaţii plastice reversibile, putându-și recupera forma lor iniţială (Malygin, G.A.,
2003). Malygin a stabilit că proprietăţile cele mai interesante dar şi importante ale materialelor
cu memoria formei sunt datorate în principiu transformărilor martensitice structurale care sunt
sensibile la temperatură dar şi la tensiuni mecanice aplicate. Zhang a studiat în anul 2006
evoluția microstructurală a martensitei B19’ din cadrul filmelor subțiri cu memoria formei pe
bază de Ti-Ni bogate în Ti. Tot în cadrul acestei cercetări a fost clarificat și mecanismul de
deformare a martensitei. În aceste filme subțiri martensita formată după răcire a rezultat cu o
substructură maclată, tip (001). Încercarea la tracțiune implică reorientarea domeniilor de
maclare (001), formarea maclelor de deformație (100), (201) și (113), și demaclarea maclelor
existente (001).
Figura 1.3 - Evoluția microstructurală a suprafeței filmelor subțiri supuse încercării la tracțiune.
Caracteristici microstructurale ale martensitei în etape diferite ale deformației (Zhang, 2006)
În Figura 1.3 sunt prezentate pe curbele tensiune-deformație caracteristicile
microstructurale a unor filme subțiri supuse încercării la tracțiune. În faza inițială (ab) încercarea
la tracțiune a condus la deformația elastică a martensitei. Se observă că atunci când limitele
domeniilor de maclare (001) încep să se deplaseze, deformația atinge faza secundă (bc). În
această fază, maclele mono-orientate (001) cresc preferențial prin intermediul deplasărilor
limitelor de domenii. În final un grăunte poate avea cel puțin macle tip (001) cu aceeași
7
orientare. În regiunea de maclare bine orientată (001), se pot forma și crește una câte una macle
(201) și macle (100). Această caracteristică indică faptul că deformația este în a treia fază (cd).
În faza a patra (de), maclele (201) se produc în cadrul maclelor (100), dar pe unii grăunți apar și
maclele (113). Între timp maclele (001) dispar în regiunile de maclare (201) și (100) prin
intermediul demaclării (Zhang, 2006).
1.4 Caracterizarea morfologică și a reliefului martensitei din
principalele sisteme de aliaje
1.4.1 Aliajele cu memoria formei pe bază de Ni-Ti
În ultimile deceniile, aliajele cu memoria formei binare pe bază de Ni-Ti au fost utilizate
pe scară largă, datorită valorilor ridicate ale tensiunii şi deformaţiei lor de recuperare, rezistenţei
ridicate la coroziune dar şi datorită bunei lor biocompatibilităţi (Otsuka and Ren, 2005). Prin
intermediul lui Zhang et al., în Figura 1.4 este prezentată morfologia unui grăunte deformat pe
un film subţire la o deformaţie de 12,1 %. În acest stagiu, microstructura devine foarte
complicată. S-a demonstrat astfel că maclele cresc în timpul acestei deformaţii la tracţiune.
Modificarea microstructurală cea mai importantă este nucleaţia şi creşterea maclelor secundare
în cadrul maclelor deja existente (Zhang et al., 2006).
Figura 1.4 - Ilustrarea unui grăunte pe un film subţire după efectuarea unei deformaţii severe
(12,1%), evidenţiind orientările diferite ale maclelor de martensită (Zhang et al., 2006)
1.4.2 Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al
Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al sunt caracterizate de costuri scăzute de
producţie dar şi de performanţe ridicate rezultate în urma procesării, fiind astfel studiate şi
dezvoltate intens în ultimii ani. Câteva exemple ale unor microstructuri din cadrul unor aliaje cu
memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al sunt prezentate în Figura 1.5. prin intermediul unor
micrografii obținute prin microscopie electronică cu baleiaj.
8
Aliajele au fost supuse mai multor tratamente termice de îmbătrânire. S-a aratat, în
Fig.1.5a-d, că în cazul aliajelor cu temperaturi de transformare cuprinse în intervalul 315 K –
347 K, aranjarea direcţiilor structurilor de martensită este sub forma unor ace ordonate. În
continuare, Fig.1.5e-f ilustrează cazul aliajelor cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al cu
temperaturi de transformare mai ridicate, de 361 K – 398 K, iar în acest caz aranjarea direcţiilor
structurilor de martensită devine de forma unor ace dezordonate.
Figura 1.5 - Particularităţi SEM a unor aliaje cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al cu
temperaturi diferite de transformare : (a) Ms=315 K, (b) Ms=326 K, (c) Ms=339 K; (d) Ms=347
K; (e) Ms=361 K; (f) Ms=398 K (Hai-xia et al., 2006)
Hai-xia et al., au demonstrat astfel că în cazul aliajelor cu temperaturi de transformare
mai scăzute structura àcelor de martensită este mai ordonată (Hai-xia et al., 2006).
1.4.3 Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni
Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni aparţin aceleaşi clase de materiale
inteligente, având proprietatea de a-şi reaminti forma iniţială. Aceste au o abilitate remarcabilă
de a-şi modifica structura cristalografică sub acţiunea temperaturii sau a unei tensiuni aplicate
(Lagoudas, 2008). Un astfel de efect al aliajelor pe bază de Cu-Al-Ni este bazat pe
9
reversibilitatea cristalografică a transformării martensitice termoelastice (Tatar and Zengin,
2005).
În general, astfel de materiale pot fi deformate plastic la temperaturi scăzute, şi atunci
când temperatura creşte ele işi revin la forma lor iniţială.
Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni au cateva avantaje considerabile faţă de
cele pe bază de Ni-Ti cum ar fi : o mai mică dificultate la topire, un control bun al compoziţiei, o
mai bună prelucrabilitate dar şi o mai bună stabilitate a efectului de memoria formei în dublu
sens.
Figura 1.6 - (a) Evidenţierea structurii unui aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni prin
intermediul microscopiei optice, înainte de testarea electrochimică; (b) Micrografie optică
ilustrând morfologia suprafeţei unui aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni după
efectuarea testului electrochimic (Mirko et al., 2011)
Astfel în Figura 1.6 s-au prezentat structurile acestui aliaj înainte dar şi după efectuarea
testului electrochimic. Analizele optice ilustrează prezenţa în microstructura aliajului a grăunţilor
dar şi a plăcilor de martensită. S-a demonstrat faptul că, pe microstructura corodată şi-au facut
apariţia produsele coroziunii, astfel influenţând şi orientările plăcilor de martensită (Mirko et al.,
2011).
1.4.4 Aliajele cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si
Încă de când Sato et al. au descoperit efectul de memoria formei în cadrul aliajelor cu
memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si, aceste materiale au început să fie studiate în mod intensiv.
Transformarea martensitică γ (fcc)→ε (hcp) indusă prin aplicarea unei deformaţii apare în timpul
modificării parţiale a formei, în timp ce pe încălzire până la o temperatură de peste As se
activează transformarea reversibilă ε→γ în faza austenitică originală (Baruj and Troiani, 2008).
Transformarea inversă se termină la temperatura Af.
Totuşi, dacă se lucrează la o temperatură suficient de ridicată, energia acumulată poate
produce recristalizarea dinamică a materialului.
Aşadar, în urma laminării pot rezulta microstructuri diferite în cadrul aliajului cu
memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si (Figura 1.7), chiar în cazul aceleaşi reduceri a grosimii pe
trecerea de laminare (Stanford et al., 2007).
10
Figura 1.7 - Ilustrarea microstructurii unui aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si,
laminat la temperatura de 20oC şi recopt la 650
oC, prin intermediul microscopiei electronice cu
transmisie TEM : (a) martensita mono-variantă; (b) doua variante de martensită, ambele apărute
după deformarea la temperatura camerei. Liniile drepte de contrast întunecat corespund plăcilor
de martensită; (c) particularităţi morfologice apărute după transformarea reversibilă (Druker et
al., 2010)
1.4.5 Aliajele cu memoria formei pe bază de Fe-Ni-Co
Acest sistem de aliaje a atras o atenţie ridicată de când Ullakko a descoperit o deformaţie
indusă în câmpul magnetic de 6 %. De asemenea, aceste aliaje feromagnetice au un potenţial
unic pentru aplicaţii în special în randul actuatorilor prin intermediul câmpului magnetic aplicat
(Heczko et al., 2001).
Figura 1.8 – Particularităţi macro și microcopice ale unui AMF Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5Ta-
0.05B (%m.) texturat după {035}<100>, ilustrând formarea reversibilă, indusă prin tensiune a
martensitei termoelastice (Tanaka et al., 2010)
11
Relativ recent, prin intermediul rezultatelor obținute de Tanaka et al. s-a deschis calea
dezvolatării unor AMF pe bază de Fe-Ni-Co, puternic texturate, caracterizate printr-o
superelasticitate uriașă (En: huge). Aceste rezultate sunt prezentate în Figura 1.8. Se poate
constata că martensita α’, indusă prin tensiune, se formează perfect reversibil din austenita γ.
Recent s-a descoperit că aliajele pe bază de Fe-Ni-Co se comporta similar cu aliajele pe bază de
Ni-Mn-Ga, care suferă o transformare martensitică termoelastică reversibilă în stare
feromagnetică (Sutou et al., 2004).
1.5 Proprietățile funcționale ale aliajelor cu memoria formei
Aliajele cu memoria formei dezvoltă valori diferite ale efectului de memoria formei şi
pot fi bineînțeles utilizate sub forme diferite. Aliajele binare şi ternare cu memoria formei pe
bază de Ni-Ti sunt în mod probabil cele mai utilizate, într-o proporţie de peste 90 % a aplicaţiilor
noi de memoria formei.
Cele mai cunoscute proprietăţi funcţionale ale aliajelor cu memoria formei (AMF) sunt
următoarele:
1.5.1 Efectul de memoria formei într-un singur sens (EMF)
Un element cu memoria formei poate fi deformat în starea sa martensitică aproape în
orice “forma rece”. Principala restricţie este aceea că deformaţiile nu pot depăşi o anumită limită
cu valoarea tipică de 8 %.
Așadar, revenirea aliajului la „forma caldă”, corespunzătoare domeniului austenitic, prin
încălzirea acestuia din „forma rece”, corespunzătoare domeniului martensitic, reprezintă efectul
de memoria formei într-un singur sens (EMF) (Bujoreanu, 2002).
Deoarece este memorată doar „forma caldă” efectul de memoria formei este realizat doar
într-un singur sens.
Prin intermediul unei diagrame ce prezintă variația alungirii în funcție de tensiune și
temperatură (Figura 1.9) este demonstrat efectul de memoria formei într-un singur sens. Aliajul
cu memoria formei este inițial în stare martensitică maclată la temperatura de θ= 200 K (Freed,
2009).
(i).Efectul de memoria formei într-un sens-EMF
(ii).Efectul de memoria formei în dublu sens-EMFDS
(iii).Efectul triplu de memoria formei-3WE
(iv).Efectul pseudoelastic sau superelastic-SE
12
Figura 1.9 – Ilustrarea efectului de memoria formei într-un singur sens (EMF) în sistemul
tensiune-alungire-temperatură (Freed, 2009)
Pornind de la aceste considerente, aliajul este supus unei sarcini externe la o temperatură
constantă de 200 K pentru a induce transformarea martensitei maclate în cea demaclată. În
timpul descărcării sarcinii aplicate, până la zero, rămân deformații reziduale.
Aceste deformații pot fi recuperate integral prin creșterea temperaturii. În mod specific,
în timpul creșterii acestei temperaturi este inițiată transformarea reversibilă în austenită la θ= 268
K care se încheie la θ= 291 K. Forma materialului (deformația) nu se modifică după o altă
schimbare a temperaturii (Freed, 2009). În acest caz nu se ține cont de dilatarea termică iar
histerzisul termic este neglijat.
1.5.2 Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS)
Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS) implică aşa zisa memorare a doua
forme (forma rece şi forma caldă). Faţă de efectul de memoria formei într-un singur sens, nu este
necesară nici o forţă externă pentru realizarea “memorării” formei reci. În timpul încălzirilor
succesive, este restabilită forma caldă originală. Deformaţiile maxime sunt în general substanţial
mai scazute decât cele din cazul efectului de memoria formei într-un singur sens (Perkins and
Hodgson, 1990).
În Figura 1.10 este demonstrat efectul de memoria formei în dublu sens. În acest caz,
primul stagiu al procesului este similar cu cel prezentat în cazul efectului de memoria formei
într-un singur sens. În primul rand, aliajul cu memoria formei este în stare martensitică maclată
la temperatura de θ= 200 K,. Apoi, aliajul este supus aplicării unei sarcini și astfel intervine
transformarea indusă prin tensiune. Se observă că sarcina aplicată nu este descarcată, ci aliajul
este supus unei creșteri treptate a temperaturii până în momentul în care martensita demaclată se
transformă în austenită. Inițierea acestui proces este identificată la temperatura θ= 328 K, iar
13
materialul este transformat complet în austenită la θ= 366 K. La o scădere ulterioară a
temperaturii este observată transformarea austenitei în martensita demaclată (Freed, 2009).
Figura 1.10– Exemplificarea efectului de memoria formei în dublu sens EMFDS (Freed, 2009)
Analizând aceste date se constată faptul că transformarea a fost inițiată la temperatura θ=
340 K și s-a terminat la θ= 300 K. Ca și rezultat, au fost astfel observate două forme stabile ale
aliajului cu memoria formei. Prima formă este stabilă la temperaturi scăzute (θ< 300 K) în timp
ce a doua formă este stabilă la temperaturi ridicate (θ> 366 K). Tranziția dintre aceste două
forme poate avea loc fără nici o sarcină mecanică, numai prin aplicarea unei modificări a
temperaturii (Freed, 2009). Nici în acest caz nu se ține cont de dilatarea termică iar histerzisul
termic este neglijat. Prin urmare efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS) reprezintă
redobândirea spontană atât a formei calde cât şi a celei reci, în timpul încălzirii şi al răcirii.
1.5.3 Efectul triplu de memoria formei (3WE)
Pre-deformaţia poate conduce la o creştere semnificativă a temperaturii de tranziţie
pentru redobandirea formei aliajelor cu memoria formei (AMF).
Figura 1.11 - Prezentare a efectului triplu de memorie a formei (3WE) în timpul încălzirii unei
benzi din AMF după două încovoieri locale , prima mai puternică, cu rază mică de curbare şi a
doua mai slabă, cu rază mare: (a) forma rece; (b) începutul recuperării primei forme calde, prin
retransformarea porţiunii mai puţin deformate; (c) sfârşitul recuperării primei forme calde; (d)
începutul recuperării celei de-a doua forme calde, prin retransformarea porţiunii deformate mai
intens; (e) recuperarea celei de-a doua forme calde într-o proporţie de cca. 60-70 %; (f) sfârşitul
recuperării celei de-a doua forme calde (Sun et al., 2012)
14
Prin pre-deformarea unei benzi de aliaj cu memoria formei, într-un loc anume până la
nivele de deformatie diferite, este introdus in banda respectiva un gradient al câmpului
temperaturilor de transformare (Sun et al., 2012). Această stare deformată poate fi considerată
drept «forma rece». Pe încălzire, porţiunea mai puţin tensionată a benzii se va retransforma
prima, rezultând prima «formă caldă» iar partea mai tensionată se va retransforma doar la
atingerea unei temperaturi mai ridicate, rezultând a doua «formă caldă». Acest efect triplu de
memoria formei este ilustrat în Figura 1.11.
1.5.4 Efectul superelastic (SE)
Efectele de memoria formei descrise anterior necesită modificări ale temperaturii. Spre
deosebire de acestea, efectul superelastic, este izoterm (Otsuka and Shimizu, 1986). Graficul bi-
dimensional din cadrul Figurii 1.12 ilustrează faptul că o probă superelastică manifestă un
comportament elastic normal până în momentul în care se ajunge la o tensiune critică.
Fiind supusă unei tensiuni continue, proba se alungeşte substanţial, ca şi în cazul în care
ar fi fost supusă unei deformaţii plastice.
Aşadar, în momentul în care tensiunea este întreruptă proba se contractă la dimensiunile
sale originale, şi în acest fel deformaţia plastică aparentă este redobândită (Duerig and Zadno,
1990).
Superelasticitatea poate fi considerată analogul mecanic al efectului termic de memoria
formei. Termenul de superelasticitate descrie în principiu comportamentul superelastic dar şi aşa
numitul comportament de “cauciuc”, caracterizat de orice neliniaritate care apare pe porţiunea de
descărcare a unei curbe de tracţiune (Lagoudas, 2008). Efectul de “cauciuc” este un
comportament exclusiv al fazei martensitice ce apare numai datorită reorientării reversibile a
martensitei (Russell et al., 1997).
Figura 1.12 – Redarea comportamentului superelastic, la o temperatură constantă, datorat fie
reorientării cristalografice fie transformării induse prin tensiune (Van Humbeeck and Stalmans,
2002)
15
1.6 Comportarea aliajelor cu memoria formei la solicitări ciclice și
educare termomecanică
Rezistenţa la oboseală a aliajelor cu memoria formei (AMF) (Bujoreanu, 2002) a fost
caracterizată prin numărul de cicluri până la care tensiunea de recuperare a formei calde scade la
o valoare minimă (în general 70 % din cea iniţială) (Melton and Mercier, 1979). Pentru
determinarea efectelor ciclurilor de educare asupra comportamentului termomecanic al unui aliaj
cu memoria formei, materialul este supus unor numeroase cicluri de transformare. În cazul în
care se intenţionează ca materialul sa fie folosit ca un actuator, se aplică o metodă simplă
constând în aplicarea mai multor cicluri termice sub o greutate constantă. Acest lucru este adesea
denumit educare. Majoritatea experimentelor sunt efectuate într-un interval al tensiunilor
începând de la 200 MPa dar şi sub aceasta valoare. În exemplul de mai jos s-a ales o tensiune
constantă de 200 MPa. În Figura 1.13 sunt ilustrate rezultatele după aplicarea unui numar de 80
de cicluri termice. Este de remarcat faptul că în timp ce deformaţia iniţială a materialului
evoluează odată cu aplicarea fiecărui ciclu, în cele din urmă se stabilizează.
Figura 1.13 - Ilustrarea rezultatelor obţinute după aplicarea a 80 de cicluri de educare la o
tensiune constantă de 200 MPa (Lagoudas, 2008)
Atunci când este utilizată această metodă de educare este important de amintit faptul că
după efectuarea ciclurilor respective sub acţiunea unei anumite sarcini, proprietăţile finale ale
materialului educat sunt influenţate substanţial (Lagoudas, 2008).
Capitolul 2 – Metodologia și obiectivele cercetării
Ideea realizării cercetărilor experimentale abordate în cadrul acestei teze de doctorat a
rezultat ca urmare a datelor limitate de la momentul actual, din literatura de specialitate,
referitoare la studiul reliefului asociat fazelor caracteristice și a efectelor prelucrării
termomecanice din principalele sisteme de aliaje cu memoria formei (AMF). Ţinând cont de
faptul că puține articole fac referire la evoluția dimensiunilor plăcilor de martensită, în anumite
16
condiţii, induse termic și mecanic, prezenta lucrare îşi propune să prezinte date noi, originale, în
legătură cu efectele modului de prelucrare asupra morfologiei de suprafață a plăcilor și a sub-
plăcilor de martensită, cu efectele modului de solicitare, în medii diferite, asupra reliefului
suprafaței plăcilor de martensită a AMF Fe-Mn-Si-Cr și Cu-Zn-Al. De asemenea, această teză își
propune realizarea unor evaluări calitative dar și cantitative ale diferitelor tipuri de martensită.
Nu în ultimul rând, un scop important al acestei lucrări, este de a introduce o metodă inovativă și
originală de măsurare a dimensiunii unei plăci de martensită. Plecând de la aceste aspecte, am
ales pentru studiu, din categoria AMF Fe-Mn-Si, două aliaje cu compoziții nominale diferite, Fe-
13.9 Mn-6.3 Si-3.34 Cr-1.61 Ni și respectiv Fe–28Mn–6Si–5Cr, și două AMF pe bază de Cu, și
anume Cu-15 Zn-6 Al și Cu-10 Al-4 Ni. Aliajele sunt analizate din punct de vedere al reliefului
de suprafață asociat fazelor caracteristice, în urma modului de prelucrare și a modului de
solicitare, dar și al evolutiei morfologiei (sub) plăcilor de martensită.
2.1 Metodologia cercetării
Metodologia acestor cercetări cuprinde analiza şi caracterizarea micro-reliefului de
suprafață a aliajelor studiate, analiza calorimetrică a acestora, precum și realizarea unor evaluări
statistice în urma utilizării metodei de măsurare introduse, după cum se observă din planul
general al metodologiei cercetărilor din Figura 2.1.
Figura 2.1 - Schematizarea planului general al metodologiei cercetărilor
2.2 Obiectivele cercetării
Obiectivele urmărite, prin elaborarea acestui studiu comparativ al reliefului asociat
fazelor caracteristice și efectelor prelucrării termomecanice ale principalelor sisteme de aliaje cu
memoria formei, au fost axate pe un număr de cinci direcții principale:
(i) studiul topografic comparativ al micro-reliefului plăcilor primare de
martensită în aliajele cu memoria formei cu structuri cristaline diferite;
Probele din diferite aliaje cu memoria formei
Analiză și caracterizare a morfologiei
micro-reliefului de suprafață
Evaluare
statistică a
măsurătorilor
plăcilor de
martensită
Analiză şi
caracterizare prin
calorimetrie
diferenţială cu
baleiaj
Microscopie
optică
Microscopie
electronică
Microscopie
de forță
atomică
Obținerea diferitelor tipuri de martensită
17
(ii) studierea efectelor structurale ale proceselor de deformare plastică la cald
asupra morfologiei plăcii de martensită dintr-un aliaj cu memoria formei;
(iii) evidențierea efectelor mediului și ale modului de încărcare asupra
caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită în aliajele cu
memoria formei;
(iv) studiul evoluției comparative a reliefului de suprafață al plăcilor de martensită
indusă prin tensiune din AMF cu structuri cristaline diferite;
(v) prelucrarea statistică a datelor obținute prin intermediul măsurătorilor de forță
atomică (AFM);
Luând aceste cinci direcții principale drept punct de plecare, cercetările au urmărit:
introducerea unei comparații sistematice între profilele plăcilor de martensită cu structuri
cristaline diferite, ex.: ε (hexagonal compact, hc) și β’2 (cu ordine de împachetare în
nouă straturi compacte, 9R);
caracterizarea micro-reliefurilor de suprafață, din punct de vedere calitativ și cantitativ, la
aliajele cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-Al;
corelarea morfologiilor (sub)plăcilor de martensită obţinute in cadrul aliajului cu
memoria formei pe baza de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și cele ale aliajului cu memoria formei pe
baza de Cu-Zn-Al;
determinarea efectelor structurale ale celor două procese de deformare plastică efectuate
la temperaturi ridicate, numite laminare și forjare la cald, asupra evoluției morfologiei
plăcilor de martensită dintr-un aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr;
analiza influenței acestor caracteristici ale reliefului asupra comportamentului de
memoria formei;
corelarea și identificarea aspectelor caracteristice ale plăcilor de martensită rezultate prin
aplicarea celor două procese de deformare plastică la cald, prin elaborarea unei evaluări
statistice bazată pe măsurătorile de forță atomică.
investigarea influenței celor trei parametri, numiți:
(i) numărul ciclurilor de educare;
(ii) mediul de încălzire-răcire și
(iii) modul de încărcare,
asupra caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită din cadrul
actuatorilor educați din aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al;
evidențierea tendințelor de evoluție a dimensiunilor de placă, funcție de cei trei
parametri, prin efectuarea unei evaluări statistice pe baza măsurătorilor de forță atomică;
efectuarea unei comparații a evoluției reliefului de suprafață al plăcilor de martensită
indusă prin tensiune din trei aliaje cu memoria formei diferite: (i) Fe-Mn-Si-Cr, (ii) Fe-
Mn-Si-Cr-Ni și (iii) Cu-Al-Ni.
analiza sistematică a reliefului plăcilor de martensită induse prin tensiune, în funcție de
gradul de pre-deformare aplicat.
18
studiul tendințelor de variație, în funcție de gradul de pre-deformare, a dimensiunilor
plăcilor de martensită induse prin tensiune.
determinarea tendințelor generale de variație ale reliefului de suprafață din AMF în
funcție de numărul ciclurilor de educare, mediul de încălzire-răcire și modul de încărcare
(alungire și comprimare).
Capitolul 3 – Procedee experimentale de obținere și caracterizare a
aliajelor cu memoria formei
3.1 Procedee de obţinere şi execuţie a aliajelor cu memoria formei
3.1.1 Selectarea compozițiilor chimice
În vederea selectării compozițiilor aliajelor supuse analizelor experimentale, după
efectuarea unei analize amănunțite a stadiului actual al rezultatelor cercetărilor efectuate în
domeniul aliajelor cu memoria formei (AMF) pe bază de Fe-Mn-Si, Cu-Zn-Al și Cu-Al-Ni, s-au
ales anumite compoziții, avându-se în vedere caracteristicile acestor tipuri de materiale, cum ar
fi: vizibilitatea reliefului martensitic, rezistența la coroziune, proprietățile mecanice, dar, de
asemenea, s-a tinut cont și de metodele de îmbunătățire a efectului de memorie a formei.
Dintre aceste metode bine cunoscute amintim tratamentele termomecanice (educarea,
îmbătrânirea, laminarea) care reprezintă modalități de a îmbunătăți EMF. Mai mult decât atât, s-a
ținut cont și de factorii care afectează efectul de memoria formei (compoziția aliajului,
microstructura, forma și dimensiunea grăunților cristalini, energia defectelor de împachetare,
temperatura de revenire, formarea martensitei, prezența precipitatelor), pentru a fi alese soluțiile
optime din punct de vedere al elementelor componente ale acestor aliaje cu memoria formei.
Astfel, pentru proiectarea compoziției aliajelor cu memoria formei pe bază de Fe, care
vor fi cercetate în cadrul tezei, este necesară analiza efectului elementelor de aliere asupra
proprietăților acestor AMF pe bază de Fe-Mn-Si, care după caz, conțin doar Cr sau Cr și Ni,
după cum urmează:
(i) procentajul manganului permite controlul microstructurii dar și a temperaturii de
transformare a aliajului. Astfel, atunci când conținutul de mangan este de până în 10
% structura aliajului va fi compusă din ferită sau martensită α’ (cvc) și ε (hc). În cazul
în care conținutul este de 15-28 % Mn structura va fi formată din martensită ε și
austenită γ, iar atunci când conținutul este de 28-38 % Mn, acesta determină o
structură compusă în totalitate din austenita γ, din care se poate obține cel mai bun
efect de memoria formei (Sato et al., 2006).
(ii) efectul siliciului constă din durificarea soluției solide de austenită, coborârea
temperaturii de tranziție antiferomagnetică (Néel) și scăderea energiei defectelor de
împachetare, care este favorabilă pentru formarea martensitei ε. Astfel, adaosul de
19
siliciu favorizează deplasarea dislocațiilor parțiale rezultand o îmbunătățire a
efectului de memoria formei. Intervalul recomandat pentru adaosul de siliciu este de
la 4 la 6,3 %. Sub procentul de 4 % aliajul este prea moale iar peste 6,3 % devine
foarte fragil.
(iii) adaosul cromului contribuie la mărirea rezistenței la coroziune. Adaosul de crom
poate contribui la reducerea energiei defectelor de împachetare, durificarea matricei
austenitice dar si reducerea temperaturii Ms.
(iv) efectul nichelului este asemănător cu cel al manganului. Mai mult decât atât, Ni
contribuie la creșterea rezistenței la coroziune a aliajelor cu memoria formei pe bază
de Fe-Mn-Si-Cr. Un alt rol al Ni este împiedicarea formării fazelor σ (foarte dure)
favorizate de adaosul de Cr. Adaosul de nichel este limitat la 6 % deoarece o cantitate
mai mare de nichel crește energia defectelor de împachetare a austenitei degradând
astfel EMF (Shakoor and Ahmad Khalid, 2009).
Ținând cont de aspectele prezentate mai sus, pentru cercetările care vor avea loc în cadrul
tezei de doctorat am selectat trei compoziții nominale (în procente de masă), pentru AMF pe
bază de Fe-Mn-Si, prezentate în Tabelele 3.1-3.3.
Tabelul 3.1 – Compoziția chimică a AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni (Suru and Bujoreanu,
2012)
Element Masa %
Fe rest
Mn 14
Si 6
Cr 3
Ni 2
Tabelul 3.2 – Compoziția chimică a AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr
Element Masa %
Fe rest
Mn 28
Si 6
Cr 5
Tabelul 3.3 – Compoziția chimică a AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni
Element Masa %
Fe rest
Mn 14
Si 6
Cr 9
Ni 5
20
Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al de uz comercial au compoziţii chimice
tipice care se încadrează în domeniul Cu (14-30)% Zn (4-8)% Al. Pentru proiectarea compoziției
aliajului cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al, care va fi cercetat în cadrul tezei, este de
asemenea necesară analiza efectului elementelor de aliere asupra proprietăților acestui AMF.
(i) efectul zincului contribuie la ridicarea temperaturii specifice începutului de
transformare martensitică Ms, care poate varia de la 273 K (la aliajul Cu-Zn cu
38,5% Zn) la 77 K (la aliajul Cu-Zn cu 40% Zn) (Bujoreanu, 1997).
(ii) efectul aluminiului are drept scop creşterea rezistenţei la coroziune, îmbunătățirea
caracteristicilor de plasticitate şi rezistenţă dar şi reducerea vitezei critice de călire a
alamelor, transformarea martensitică fiind astfel mai uşor de obţinut. (Ahlers and
Pelegrina, 2003). Adaosul de 4-8% Al asigură formarea martensitei de tip 9R ceea ce
conferă transformării o bună reversibilitate.
Concentraţia uzuală a aliajelor cu memoria formei pe bază de Cu-Al-Ni este Cu-(10-14)
%Al- (2-4) %Ni (Guenin, 1990). În proiectarea compoziției chimice se iau în considerație
efectele elementelor de aliere:
(i) aluminiul are rolul de a stabiliza faza β care joacă rolul fazei de bază (austenita).
Creșterea cantității de Al coboară temperatura critică Ms al începutului de
transformare martenstică. Pentru a obține o valoare Ms apropiată de temperatura
ambiantă, este necesară adăugarea a cca 14 % Al. Însă la această concentrație există
riscul apariției soluției solide pe bază de compus intermetalic γ, foarte dură și fragilă.
(ii) nichelul este adăugat pentru evitarea formării fazei γ, prin deplasarea domeniului
eutectoid spre concentrații mai mici de Al și creșterea rezistenței la coroziune (Wu,
1990).
Luând în calcul detaliile prezentate mai sus, pentru cercetările care vor avea loc în cadrul
tezei de doctorat am selectat două compoziții nominale (în procente de masă), pentru AMF pe
bază de Cu, prezentate în Tabelele 3.4 – 3.5.
Tabelul 3.4 – Compoziția chimică a AMF pe bază de Cu-Zn-Al
Element Masa %
Cu rest
Zn 15
Al 6
Tabelul 3.5 – Compoziția chimică a AMF pe bază de Cu- Al- Ni
Element Masa %
Cu rest
Al 10
Ni 4
21
3.1.2 Elaborarea aliajelor cu memoria formei AMF
Metoda de elaborare aleasă, în cazul aliajelor cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr
și Fe-Mn-Si-Cr-Ni, a fost topirea în cuptor cu creuzet rece, care asigură omogenitate chimică și
structurală avansată precum și o granulație fină a aliajului turnat. Astfel, AMF a fost pregătit
într-un cuptor cu levitație FIVES CELES cu atmosferă inertă (Figura 3.1), cu puterea de 25 kW,
temperatura de topire de circa 2273 K, cu vid principal de 10-4
mbar și vid secundar de 3 × 10-8
mbar.
Materialul supus topirii a fost introdus într-o cupă de tip creuzet de cupru, într-o cameră
vidată sau sub atmosferă controlată. Răcirea sistemului de vid al generatorului modulului de
topire (creuzet și lingotieră) se realizează cu apă de răcire. Creuzetul are un rol dublu, de a
susține proba și de a canaliza liniile de câmp magnetic.
Aliajele investigate au fost recepționate, de la SC R&D București, sub forma unor
lingouri cu diametru aproximativ de 18 × 10-3
m, lungimea de 35 × 10-3
m și greutatea de 150 ×
10-3
kg.
Figura 3.1 – (a) Evidențierea instalației de topire: 1 – generator de înaltă frecvență; 2 – instalația
de răcire ; 3 – instalația de vid; 4 – cuptorul de topire; (b) Ilustrare schematică a cuptorului de
topire cu creuzet rece: 1 - creuzet rece; 2, 14 – sistem extragere; 3 – inductor; 4 – vizor; 5 –
suport creuzet; 6 – cadru; 7 – flanșă; 8 – flanșă; 9 – flanșă; 10 – flanșa intermediară; 11 – flanșă;
12 – suport răcire lingou; 13 – cameră turnare lingou (Bujoreanu et al., 2012b)
Lingourile finale, rezultate după topirea și retopirea aliajului, au fost curățate prin
strunjire. Astfel, în Figura 3.2 sunt prezentate lingourile înainte și după curățarea prin strunjire.
Figura 3.2 – Configurația lingourilor tipice din AMF Fe-Mn-Si-Cr: a) înainte de decojire; b)
lingouri finale (Bujoreanu et al., 2012b)
22
Aliajele cu memoria formei pe bază de Cu, au fost obţinute prin metoda clasică, si anume
prin topire într-un cuptor cu încălzire prin inducţie cu creuzet marca “VEM Inducal Gollingen”
cu capacitatea de 20 kg, puterea de 30 kw şi frecvenţa de lucru 8 kHz, aliere, turnare în forme
metalice obţinându-se piese turnate cu dimensiunile de Φ=12 x 200 mm.
3.1.3 Prelucrarea AMF prin deformare plastică la temperaturi ridicate
Execuția tehnologiei de prelucrare termomecanică „clasică” s-a efectuat prin deformarea
plastică la cald prin forjare și laminare la cald, acestea fiind două metode de îmbunătățire a EMF.
Astfel, cele două tehnologii au fost experimentate obținându-se probe cu grosimi de 2-3 mm prin
forjare și de 0,8-1,2 mm prin laminare, după îndepărtarea mecanică a straturilor oxidate.
3.1.3.1 Forjarea la cald
Primul proces de deformare plastică, a constat într-o forjare repetitivă a semifabricatului
tăiat pe secțiune transversală din lingou. Semifabricatele au fost reîncălzite până la temperatura
de 1273 K, într-un cuptor electric și lovite cu un ciocan de forjare cu aer comprimat (Figura
3.3), prin lovituri multiple până când grosimea probei a fost redusă de la 5 la 2 × 10-3
m.
Figura 3.3 - Forjarea liberă a semifabricatelor din AMF Fe-Mn-Si-Cr (a) probă inițială debitată
(b) evidențierea momentului impactului berbecului cu semifabricatul (b) probă finală forjată la
cald (Bujoreanu et al., 2012b)
Operaţia de forjare implică etapa de încălzire şi cea de deformare propriu-zisă:
încălzirea s-a efectuat într-un cuptor Heinz Baimler de 4kW cu următorii parametri:
Tmenținere = 4 min
Tîncălzire = 1273 K
deformația propriu-zisă s-a efectuat prin refularea liberă, cu următorii parametri:
Viteza de lovire Vl = 23,7 m/s,
Energia de lovire Ec = 900 N.m,
3.1.3.2 Laminarea la cald
În cazul celui de-al doilea proces de deformare plastică, acesta s-a realizat prin
intermediul laminării la cald. În acest scop a fost utilizat un dispozitiv special de laminare
23
(Figura 3.4) echipat cu un cuptor electric tubular, montat în fața cilindrilor de laminare.
Semifabricatele au fost obținute prin tăierea longitudinală a lingourilor și încălzirea acestora
până la 1273 K într-un cuptor cu tub ceramic, pentru ca mai apoi să fie împinse cu o tijă specială
până la trecerea printre cei doi cilindri ai laminorului, efectuându-se astfel mai multe treceri pâna
la obținerea grosimii dorite, de la 2-3 la 0.8-1 × 10-3
m.
Figura 3.4 - Ilustrarea instalaţiei experimentale de laminare la cald din cadrul Departamentului
IMSI: 1- întrerupător 380 V; 2 – cordon de alimentare cu energie electrică; 3 – buton START; 4
- buton STOP; 5 - buton ÎNAPOI; 6 - motoreductor; 7 - cuptor cu bare de silită; 8 - cadru sudat;
9 - şuruburi de reglare ; 10 – capac de protecție transmisie flexibilă cu roţi dinţate ;11 – cilindru
de lucru; 12-panou comandă cuptor;13-buton pornire cuptor; 14-tub de alumină; 15-termocuplu;
16-logometru digital; 17-tijă de împingere a semifabricatului; 18-cuvă de călire; 19-probă inițială
debitată; 20-probă laminată (Bujoreanu, 1997)
În vederea analizelor experimentale, din semifabricatele laminate și forjate repetitiv la
cald au fost pregătite diferite probe, cu orientări longitudinale și transversale, cu respectarea
direcției principale de deformare plastică.
3.1.4 Considerațiile tehnologiilor de educare a AMF
3.1.4.1 Educarea termomecanică
Actuatorii lamelari cu memoria formei, supuși încovoierii reprezintă cele mai simple
elemente capabile să dezvolte efect de memorie a formei (EMF) generator de lucru mecanic și
pot fi educate în vederea obținerii efectului de memoria formei în dublu sens (EMFDS)
(Takabayashi et al., 1998).
Din aliajul cu memoria formei pe bază de Cu-15 Zn-6 Al (masa, %), fabricat după cum s-
a menționat anterior, laminat la cald și călit în apă (Bujoreanu et al., 2009b), au fost tăiate probe
lamelare de dimensiuni 0.5×4×50×10-3
m, în scopul educării acestora prin încovoiere în
conformitate cu principiul de lucru schematizat în Figura 3.5.
24
Figura 3.5 - Schematizarea principiului de funcționare a dispozitivului de educare prin
încovoiere a AMF Cu-Zn-Al: 1-rezistență electric flexibilă izolată; 2-ventilație cu aer; 3-
menghină de prindere izolată electric; 4-limitator pentru întreruperea încălzirii și pornirea răcirii;
5-formă austenitică; 6-formă martensitică; 7-lamelă; 8-sarcină; 9-limitator pentru întreruperea
răcirii și pornirea încălzirii; 10-efectul de memoria formei în dublu sens (Vitel et al., 2012)
Probele martensitice, sub forma unor lamele relativ moi, cu greutatea de 8×10-4
kg, au
fost îndoite prin intermediul unei sarcini de 4×10-2
kg, fixate la capătul liber al lor (Vitel et al.,
2013).
Astfel, probele lamelare au fost supuse unor cicluri de încălzire-răcire (100, 200, 300, 400
și respectiv 500 de cicluri), în timpul cărora acestea au ridicat sarcina prin intermediul efectului
de memorie a formei (EMF) și au coborât-o datorită înmuierii induse prin transformarea
martensitică directă. Efectul de memorie a formei a fost indus prin încălzirea electrică efectuată
de o rezistența electrică flexibilă, înfășurată într-un înveliș izolator electric ce împiedică
contactul cu proba. Transformarea martensitică directă a aparut în timpul răcirii probei prin
ventilație cu aer.
3.1.4.2 Ciclarea în instalația hidraulică
Condiţiile reale de funcţionare ale actuatorilor termici sunt adesea diferite de condiţiile de
educare, ceea ce face ca proiectarea actuatorilor cu memoria formei să fie destul de complicată
(Reynaerts and Van Brussel, 1998).
În afară de acestea, mai trebuiesc luate în consideraţie şi efectele complexe ale vitezei de
răcire (Sampath, 2007), ale vitezei de încălzire asupra temperaturilor critice (Lohan et al., 2011)
dar şi asupra morfologiei martensitei (Lohan et al., 2012)precum şi eventualitatea întreruperii
încălzirii în timpul reversiei martensitei (Vitel et al., 2011). Mediul în care se efectuează ciclarea
actuatorilor din AMF, educați, poate influența într-un mod semnificativ morfologia reliefului de
suprafață a acestora.
În acest scop, s-a efectuat ciclarea în condiții de imersare în ulei, într-o intalație
experimentală, ilustrată în Figura 3.6.
25
Figura 3.6 – Vedere generală a instalaţiei hidraulice cu SMF (sistem cu memoria formei) (Vitel,
2013b)
Principiul de funcționare a acestui dispozitiv este următorul:
din rezervor uleiul este trimis printr-o pompă într-o cameră termică;
fluxul uleiului este controlat prin intermediul a două supape variabile iar
temperatura sa este păstrată peste 363 K prin intermediul unei rezistenţe electrice,
care porneşte de fiecare dată atunci când temperatura uleiului scade sub această
valoare;
în interiorul camerei termice se află actuatorul cu memoria formei care a fost în
prealabil educat prin încovoiere sub sarcină, conform Fig.3.8 iar acum este supus
ciclării.
în timpul funcţionării, temperatura uleiului creşte până ajunge la temperatura As,
temperatura critică de începere a reversiei martensitei în stare iniţială a
actuatorului educat;
acest lucru va declanşa efectul de memoria formei într-un singur sens (EMF),
actuatorul se va îndrepta parțial iar capătul său liber se va deplasa până la
atingerea contactului, prin urmare oprirea rezistenţei electrice.
Lamelele din AMF pe bază de Cu-Zn-Al au fost educate, în condiții normale și ciclate,
fiind imersate în ulei, prin intermediul căruia s-au transmis și variațiile de temperatură.
Experimentele au fost efectuate în scopul evidențierii efectelor numarului ciclurilor de educare
asupra caracteristicilor reliefului de suprafață a plăcilor de martensită, care sunt complex
detaliate capitolele ulterioare.
26
3.1.5 Pregătirea probelor în laborator
Echipamentele necesare pregătirii probelor sunt diferențiate în funcție de operațiunea
efectuată. Așadar,
(i) pentru pregătirea probelor în vederea realizării procedeelor prin deformare plastică,
respectiv forjare și laminare la cald, dar și în vederea înglobării în rășină fenolică, s-
au utilizat următoarele dispozitive:
fierăstrău de debitare de tip Metxon Metacut M 250 cu o putere de 2,5 kW,
viteză de 2800 rpm și agent de răcire.
mașină de debitare cu turație mică Metkon Micracut 150 cu o putere de 100
W, viteză variabilă 0-1000 rpm, disc diamantat și agent de răcire, pentru a
nu afecta istoricul termic al anumitor probe, utilizate și pentru analiza
calorimetrică cu baleiaj.
(ii) pentru pregătirea probelor în vederea realizării încercărilor la tracțiune, s-a utilizat un
dispozitiv de debitare prin electroeroziune.
(iii) pentru pregătirea suprafețelor probelor în vederea realizării analizelor microscopice,
s-au folosit următoarele:
dispozitivul de înglobare Metkon Metapress-M pentru înglobarea probelor
în rășină fenolică la cald.
rașină fenolică bicomponentă Mécaprex KM-U cu reticulare la rece, în
vederea păstrării „istoriei termice” a probelor.
dispozitivele Metkon FORCIPOL 1V de șlefuire și lustruirea automată.
dispozitivul electrolitic AX-D1 în vederea efectuării lustruirii electrice cu o
soluție de 87 % C2H4O (etanol), 10 % H2SO4 (acid sulfuric) și 3 % H3PO4
(acid fosforic), timp de 900 de secunde la un curent de 1.5 A.
în vederea efectuării atacului chimic s-au utilizat următorii reactivi chimici:
1) K2S2O5 2,2 % și NH4HF2 0,8 % în 100 ml soluție apoasă și 2) 30 %
HNO3 în soluție de apă distilată.
3.2 Metode de caracterizare ale aliajelor cu memoria formei
În scopul caracterizării morfologiei reliefului plăcilor de martensită a aliajelor cu
memoria formei studiate s-au utilizat diferite tipuri de analiză microscopică, și anume analiza
microscopică optică, electronică cu baleiaj, și de forță atomică. Pentru obținerea diferitelor grade
de pre-deformare s-a utilizat un dispozitiv de încercare la tracțiune. Pentru evidențierea
caracteristicilor structurale prin variația fluxului de căldură și a temperaturii în funcție de timp, s-
a utilizat analiza calorimetrică cu baleiaj. Măsuratorile obținute au fost prelucrate statistic cu
ajutorului softulurilor ORIGIN și MATLAB.
(i) Analiza microscopică optică (OM)
27
Prin intermediul analizei microscopice optice putem evidenția constituienții metalografici
și grăunții cristalini, pe probele special pregătite în cadrul sub-capitolelor anterioare.
Microscoapele optice sunt instrumente complexe care conţin un set de lentile care măresc
imaginea. Micrografiile optice au fost înregistrate prin intermediul unui microscop OPTIKA
XDS-3 MET, cu o cameră digitală OPTIKAM 4083.B5 USB și soft OPTIKAM B5, dispozitiv
aflat în cadrul Departamentului IMSI de la Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor,
Universitatea Tehnică din Iași
(ii) Analiza microscopică electronică cu baleiaj (SEM)
Micrografiile electronice au fost obținute prin intermediul unui microscop SEM-VEGA II
LSH TESCAN cuplat cu un detector EDX-QUANTAX QX2 ROENTEC, dispozitiv aflat în
cadrul Facultății de Știința și Ingineria Materialelor. Microscopul este controlat integral prin
computer și dispune de un flux de electroni generat de un filament din wolfram. Microscopul
poate ajunge la o rezoluţie de 3 nanometri la 30KV, având o putere de mărire între 13 x şi 1 000
000 x în modul rezoluţie cu o tensiune de accelerare de la 200 V la 30 kV și o viteză de scanare
între 200 ns și 10 ms pixel-1
.
(iii) Analiza microscopică de forță atomică (AFM)
Microscopia de forță atomică este o tehnică modernă, precisă, simplă și eficientă de
investigare a morfologiei suprafețelor. Cu ajutorul AFM-ului se pot obține imagini
tridimensionale ale suprafețelor (izolatoare sau conductoare). Marele avantaj al AFMului este ca
poate opera în aer, vid și lichide la diferite temperaturi. Deși SEM-ul și AFM-ul au rezoluții
laterale similare, există situații în care una din aceste tehnici poate oferi o reprezentare mai
detaliată a suprafeței probei. Această diferențiere este dată de felul în care cele două tehnici
analizează modificarile verticale în topografia probei. Analizele microscopice de forţă atomică
(AFM) au fost efectuate pe un microscop NanoSurf easyScan 2 echipat cu o micro-pârghie
(cantilever) SPM din silicon şi o cameră video easyScope, dispozitiv care se află în cadrul
Departamentului IMSI de la Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor. Micrografiile au fost
realizate pe o arie de 8,5 × 8,5 µm, utilizându-se o viteza de baleiere a cantileverului de 2×10-1
s
pe linie.
(iv) Încercarea la tracțiune
Pentru testele de tracțiune s-a utilizat o mașină de tip INSTRON 3382. În vederea pre-
deformării, epruvetele au fost debitate prin electroeroziune la geometrii corespunzatoare. Astfel,
porțiunea calibrată a fiecărei probe a avut lungimea de 20 mm și lățimea de 4 mm, cu grosimi de
cca. 1 mm.
(v) Analiza diferențială cu baleiaj (DSC)
Calorimetria diferenţială cu baleiaj (DSC) este o tehnică în care diferenţa de energie
dintre o substanţă (şi/sau produşii de reacţie) şi un material de referinţă este măsurată ca funcţie
28
de temperatură (sau timp) în timp ce substanţa şi materialul de referinţă sunt supuse unui
program de temperatură controlat. Efectul termic care se produce în cazul unei tranziţii termice
sau a unui proces fizico-chimic este înregistrat ca diferenţă de flux caloric între probă şi referinţă
şi la rândul lui este tradus în semnal electronic, amplificat şi apoi prelucrat de componenta
software a instrumentului. Pentru analiza calorimetrică diferenţială cu baleiaj a fost utilizat un
calorimetru NETZSCH de tip DSC 200 F3 Maia, cu o acurateţe a temperaturii de 0,1 K. Probele
trebuie să aibă masa maximă de 50×10-6
kg. Măsurătorile au fost efectuate în atmosferă
protectoare de argon, iar răcirea controlată s-a realizat cu azot lichid. Datele DSC au fost
evaluate cu ajutorul softului PROTEUS.
Capitolul 4 – Studiul topografic comparativ al micro-reliefului
plăcilor primare de martensită indusă termic în aliajele cu memoria
formei cu structuri cristaline diferite
Luând în considerare faptul că până la momentul actual nu a fost găsit în literatura de
specialitate nici un raport care să facă referire la introducerea unei comparații sistematice între
profilele plăcilor de martensită ε și β2, în continuare s-a efectuat o caracterizare a micro-
reliefurilor de suprafață, din punct de vedere calitativ și cantitativ, observate în aliajele cu
memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-Al.
4.1 Obținerea probelor din AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-
Al necesare cercetării experimentale
Pentru realizarea acestui studiu s-au utilizat probe laminate la cald, omogenizate și călite,
aparținând celor două aliaje cu memoria formei, având compozițiile nominale de Fe-13.9 Mn-6.3
Si-3.34 Cr-1.61 Ni și Cu-15 Zn-6 Al (masa %), fiind mai apoi tăiate, șlefuite și lustruite
electrolitic, prin intermediul dispozitivelor prezentate în cadrul capitolului 3, până la obținerea
unor suprafețe cu plane paralele. Din studiile anterioare efectuate pe probe călite din cadrul
acestor sisteme de aliaje, cu mărimea medie a grăuntelui de 100-150×10-6
m, temperatura critică
de începere a reversiei martensitei în fază inițială la încălzire a fost determinată prin intermediul
analizorului dinamo-mecanic (DMA) ca fiind As=522 K pentru aliajul cu memoria formei pe
baza de Fe, și prin analiză calorimetrică cu baleiaj (DSC) ca fiind As=393 K pentru aliajul cu
memoria formei pe bază de Cu (Bujoreanu et al., 2009a, Bujoreanu et al., 2011). Deoarece
temperatura critică de început de transformare martensitică la răcire (Ms) este mai ridicată decât
temperatura camerei (RT), la aliajele cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni cu
compoziții chimice similare (Kırındı et al., 2009) și a fost determinată ca fiind Ms=381 K la
aliajul cu memoria formei pe bază de Cu-15 Zn-6 Al (Bujoreanu et al., 2011), se consideră că
ambele aliaje studiate sunt martensitice la temperatura camerei (RT) (Kırındı et al., 2009,
Bujoreanu et al., 2011).
29
Studiile microscopice cu baleiaj (SEM) au fost efectuate, pe suprafețele atacate ale
probelor, prin intermediul microscopului FEI Quanta SEM-FIB 200 3D. Cu ajutorul softului
Quanta, fluctuațiile de lumină înregistrate cu dispozitivul SEM-FIB au fost transformate în
variatii de înălțime.
Observațiile microscopice de forță atomică (AFM) au fost efectuate, pe suprafețele
atacate ale probelor, prin intermediul unui microscop NanoSurf easyscan 2 echipat cu micro-
pârghii de siliciu și camera video, având o viteză de scanare de 2×10-1
pe linie.
4.2 Contribuții la introducerea și implementarea unei proceduri
sistematice de măsurare a plăcilor de martensită
Procedura de măsurare a constat în selectarea a cinci grupuri caracteristice ale plăcilor
primare de martensită, cu lungimi mai mari de 50×10-6
m, din grăunți diferiți, de pe suprafata
probei și cinci plăci paralele din fiecare grup, după cum este ilustrat schematic în Figura 4.1.
Figura 4.1 – Schematizarea procedurii de măsurare a plăcii de martensită i, aparținând grupului
j, cu detaliu ce redă modalitatea de măsurare efectuată pe fiecare profil pentru determinarea
valorilor medii ale înălțimilor și lățimilor, calculate ca o medie a valorilor din partea dreaptă și
stângă, minimă și maximă, hijr și hijl, respectiv lijmin și lijmax (Suru and Bujoreanu, 2012a)
În scopul evaluării fiecărei plăci din cele cinci selectate, s-au măsurat la o distanță egală
de d=10×10-6
m, cinci profile de-a lungul plăcii, după cum se poate vedea în figura 4.1. Pe fiecare
profil au fost astfel măsurate înălțimea din partea dreaptă hijr, înălțimea din partea stangă hijl, cât
și lățimea minimă și maximă respectiv lijmin și lijmax, conform detaliului din figura 4.1. Înălțimea
și lățimea medie ale fiecărui profil corespunzator grupului i și plăcii j, au fost determinate în
funcție de media valorilor măsurate hij=(hijr+hijl)/2 și respectiv lij=(lijmin+lijmax)/2 (Suru and
Bujoreanu, 2012a).
4.3 Analiza calitativă și cantitativă a micro-reliefului plăcilor de
martensită
Evaluările calitative ale micro-reliefului suprafeței sunt ilustrate în Figura 4.2. Figura
4.2(a) și 4.2(b) prezintă aspecte caracteristice și detalii ale martensitei ε, în timp ce figura 4.2(c)
și 4.2(d) ilustrează aceleași elemente dar de această dată pentru martensita ortorombică β2’.
30
Un lucru important de reținut este faptul că micro-relieful suprafeței a fost evaluat doar
din punct de vedere al lățimii și înălțimii profilelor măsurate, fără a face referire la lungimea
plăcilor de martensită. Singurul criteriu relatat despre lungimea acestor plăci este acela că
lungimea acestora a fost mai mare de 50×10-6
m. La prima vedere, plăcile de martensită ε par a fi
mai mari și mai înalte decât plăcile β’2, prin compararea aspectelor suprafețelor celor două
probe.
Figura 4.2 – Micrografii electronice cu baleiaj ce ilustreaza evaluarea calitativă a plăcilor de
martensită: (a) aspect general al martensitei ε; (b) detaliu a unui grup de plăci ε în aliajul cu
memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni; (c) aspect general al martensitei β2’; (d) detaliu a
unui grup de plăci β2’ în aliajul cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al (Suru and Bujoreanu,
2012a)
Figura 4.3 – Micro-relieful tipic al suprafeţei martensitei corespunzător micrografiilor SEM din
figura 4.2 : (a) martensita ε din Fe-Mn-Si-Cr-Ni; (b) martensita β2’ din Cu-Zn-Al (Suru and
Bujoreanu, 2012a)
31
Pentru efectuarea unei comparații mai bune și mai precise a micro-profilelor suprafețelor,
fluctuațiile de luminozitate înregistrate prin intermediul microscopului SEM au fost convertite în
variații de adâncime (Suru and Bujoreanu, 2012a). Rezultatele reprezentative, corespunzatoare
liniei de scanare a-b, reprezentate în Fig.4.2(b) și (d), sunt exemplificate în Figura 4.3.
Din figura 4.3 este evident faptul că plăcile de martensită ε, în figura 4.3(a) sunt mai mari
decât plăcile de martensită β2’ din figura 4.3(b) și conțin mai puține subplăci. Aceste profile sunt
reprezentative numai pentru martensita indusă termic deoarece aplicarea unei tensiuni poate
cauza modificări morfologice marcante în cazul ambelor aliaje cu memoria formei, pe bază de
Fe-Mn-Si și respectiv Cu-Zn-Al (Sawaguchi et al., 2008a, Cimpoesu et al., 2010).
Evaluarea cantitativă a micro-reliefului suprafeţelor celor două tipuri de plăci de
martensită este posibilă prin diagramele 3-D tipice obţinute prin intermediul microscopului de
forţă atomică (Figura 4.4). În acest caz, de asemenea, este evident faptul că lățimile și înălțimile
plăcilor de martensită sunt mai mari în figura 4.4(a), corespunzătoare martensitei ε din Fe-Mn-
Si-Cr-Ni, decât cele din figura 4.4(b), corespunzătoare martensitei β2’din Cu-Zn-Al. În plus, după
cum s-a anticipat din figura 4.3, primele plăci de martensită sunt mai netede şi conţin mai puţine
subplăci decât cele din urmă, a căror substructură constă din macle şi defecte de împachetare
(Xiaomin et al., 2008).
Figura 4.4 – Micro-relieful 3-D
tipic al suprafeţei plăcilor de
martensită observate prin AFM:
(a) martensita ε în AMF Fe-Mn-
Si-Cr-Ni; (b) martensita β2’ 9R în
AMF Cu-Zn-Al (Suru and
Bujoreanu, 2012a)
32
Tabelul 4.1 – Rezultatele AFM ale măsurătorilor plăcilor de martensită (10-9
m) şi procentajul
deviaţiei din valorile medii (Suru and Bujoreanu, 2012a)
Fe-Mn-Si-Cr-Ni Cu-Zn-Al
Grup Placa Dim. Min. Max. Med. ∆, % Grup Placa Dim. Min. Max. Med. ∆, %
1
1 l11 3134 3358 3252 7
1
1 l11 2047 2933 2696 33
h11 737 871 824 16 h11 268 435 355 47
2 l12 3056 3584 3363 16
2 l12 2329 2582 2452 10
h12 469 837 683 54 h12 100 201 167 60
3 l13 3353 3718 3472 11
3 l13 1911 2162 2011 12
h13 67 134 87 77 h13 201 402 321 63
4 l14 3231 3985 3625 21
4 l14 2072 2561 2326 21
h14 134 536 355 113 h14 268 335 308 22
5 l15 3102 3609 3290 15
5 l15 2124 2789 2569 26
h15 703 938 844 28 h15 33 53 53 38
2
1 l21 3068 3240 3173 5
2
1 l21 1623 1890 1765 15
h21 301 469 361 47 h21 368 770 603 67
2 l22 3006 3312 3162 10
2 l22 2259 2899 2418 26
h22 837 904 871 8 h22 670 938 844 32
3 l23 3302 3483 3395 5
3 l23 1670 1985 1832 17
h23 234 569 435 77 h23 335 603 489 55
4 l24 3640 3845 3764 5
4 l24 2049 2291 2164 11
h24 335 603 449 60 h24 502 770 643 42
5 l25 3306 3973 3656 18
5 l25 2001 2164 2078 8
h25 301 435 368 36 h25 134 201 174 39
3
1 l31 3054 3658 3290 18
3
1 l31 2287 2564 2396 12
h31 67 234 174 96 h31 368 737 603 61
2 l32 3161 3698 3413 16
2 l32 2124 2290 2210 8
h32 201 234 221 15 h32 33 67 46 74
3 l33 3417 3662 3529 7
3 l33 2158 2292 2218 6
h33 596 938 816 42 h33 33 100 73 92
4 l34 3207 3352 3272 4
4 l34 2755 2888 2848 5
h34 335 502 415 40 h34 33 67 60 57
5 l35 3035 3246 3121 7
5 l35 2124 2960 2483 34
h35 502 770 643 42 h35 167 268 214 47
4
1 l41 3101 3826 3445 21
4
1 l41 1788 2150 1958 18
h41 268 335 294 23 h41 469 502 482 7
2 l42 3127 3462 3323 10
2 l42 2058 2343 2191 13
h42 268 502 348 67 h42 234 368 321 42
3 l43 3446 3569 3525 3
3 l43 1965 2230 2103 13
h43 402 569 475 35 h43 134 167 154 21
4 l44 3770 3995 3868 6
4 l44 1643 2090 1879 24
h44 603 804 703 29 h44 368 402 392 9
5 l45 3490 3681 3581 5
5 l45 1927 2332 2125 19
h45 469 703 629 37 h45 201 402 335 60
5
1 l51 3426 3859 3697 12
5
1 l51 1812 2078 1988 13
h51 167 268 221 46 h51 402 469 442 15
2 l52 3223 3429 3352 6
2 l52 1944 2223 2047 14
h52 167 268 221 46 h52 502 603 549 18
3 l53 3073 3362 3187 9
3 l53 1672 2091 1860 23
h53 368 569 502 40 h53 603 636 623 5
4 l54 3520 3857 3756 9
4 l54 1611 2081 1788 26
h54 134 268 207 65 h54 603 670 629 11
5 l55 3592 3754 3648 4
5 l55 1918 2197 2093 13
h55 167 234 187 36 h55 703 837 770 17
33
Datorită faptului că probele au fost pregătite prin lustruire electrică, este posibilă
evaluarea cantitativă a efectelor reliefului suprafeţelor, prin intermediul analizei prin microscopie
de forţă atomică (Bo and Fang, 1998).
În acest scop, s-au efectuat cele 125 de măsurători ale lăţimilor şi înălţimilor plăcilor de
martensită, după procedeul descris anterior, pe fiecare din cele două aliaje cu memoria formei
studiate. Valorile minime, maxime şi medii ale laţimilor (lij) şi înălţimilor (hij) de pe fiecare
dintre cele cinci plăci de martensită, din fiecare grup de plăci sunt ilustrate în cadrul Tabelului
4.1, care mai prezintă de asemenea şi deviaţiile relative Δ dintre dimensiunile maxime şi minime
prin comparaţie cu valorile medii. Este important şi faptul că valorile lăţimilor măsurate au o
regularitate mai mare, de-a lungul plăcii, faţă de regularitatea valorilor înălţimilor măsurate
(Suru and Bujoreanu, 2012a).
Astfel, în cazul aliajului cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr-Ni cele mai multe
deviaţii au fost de 21 % pentru lăţimi şi 113 % pentru înălţimi, în timp ce în cazul aliajului cu
memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al deviaţiile corespunzatoare au fost de 34 % şi respectiv 92
%. Aceste valori indică faptul că plăcile reale de martensită dezvoltă deviaţii mari de la forma
teoretică determinate printr-o prisma triunghiulară (Christian, 1970).
Figura 4.5 – Ilustrare schematică a profilelor teoretice ale plăcilor de martensită cu dimensiunile
maxime (linie întreruptă), medii (linie continuă) şi minime (linie punctată) : (a) pentru Fe-Mn-Si-
Cr-Ni; (b) pentru Cu-Zn-Al (Suru and Bujoreanu, 2012a)
În scopul comparării celor două profile ale plăcilor de martensită, Figura 4.5 oferă o
ilustrare schematică a contururilor teoretice în concordanţă cu valorile măsurate. Astfel, profilele
cu linii întrerupte reprezintă faptul că volumul maxim ocupat de plăcile de martensită este mai
mare la Fe-Mn-Si-Cr-Ni faţă de Cu-Zn-Al, din moment ce ambele plăci au înălţimea maximă de
938 nanometri, în timp ce lăţimea maximă este 3995 nanometri la aliajul cu memoria formei pe
bază de Fe şi 2960 la aliajul cu memoria formei pe bază de Cu.
Profilele medii sunt ilustrate cu linie continuă şi corespund unei lăţimi de 3447 nanometri
şi unei înălţimi de 454 nanometri pentru aliajul cu memoria formei pe bază de Fe şi respectiv
2180 şi 386 nanometri în cazul aliajului cu memoria formei pe bază de Cu. În final, profilele
34
minime sunt redate cu linie punctată şi corespund unei lăţimi de 3006 nanometri şi unei înălţimi
de 67 nanometri pentru aliajul cu memoria formei pe bază de Fe, în timp ce valorile
corespunzatoare pentru aliajul cu memoria formei pe bază de Cu sunt de 1611 şi 34 nanometri.
Figura 4.6 – Evaluare
statistică a măsurătorilor AFM
ale celor cinci plăci de
martensită, din cinci grupuri
de plăci de pe grăunţi diferiţi,
efectuată în cazul aliajelor cu
memoria formei pe bază de
Fe-Mn-Si-Cr-Ni şi de Cu-Zn-
Al: (a) valorile lăţimilor; (b)
valorile înălţimilor (Suru and
Bujoreanu, 2012a)
Valorile măsurate ale lăţimilor şi înălţimilor au fost împărţite în intervale de câte 100
nanometri pentru efectuarea unei evaluari statistice reprezentată în Figura 4.6. Figura 4.6(a)
prezintă o comparaţie statistică a lăţimilor plăcilor de martensită ε în Fe-Mn-Si-Cr-Ni şi β2’ în
Cu-Zn-Al. Aceste rezultate dovedesc din nou faptul că plăcile ε induse termic sunt de obicei mai
mari decât cele β2’.
Când comparăm valorile înălţimilor, diferenţele dintre cele două tipuri de plăci de
martensită sunt mai puţin evidente (Figura 4.6(b)).
Astfel, un procent de 22 % din plăcile aliajului cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-
Cr-Ni au înălţimi situate între 200 şi 300 nanometri şi 15 % între 300 şi 400 nanometri, în timp
ce în cazul plăcilor din aliajul pe bază de Cu-Zn-Al 15 % au înălţimi cuprinse între 300-400
nanometri şi 15 % între 600-700 nanometri.
35
Capitolul 5 – Efecte structurale ale modului de prelucrare prin
deformare plastică la cald asupra morfologiei reliefului de suprafață
într-un AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr
Acest capitol urmărește identificarea efectelor particulare ale prelucrării la cald asupra
caracteristicilor reliefului de suprafață ce rezultă în urma aplicării a două metode de deformare
diferite unui aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr dar și analiza influenței acestor
caracteristici ale reliefului asupra comportamentului de memoria formei.
5.1 Considerații privind obținerea aliajului cu memoria formei pe bază
de Fe-Mn-Si-Cr
Un aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-28Mn-6Si-5Cr a fost pregătit într-un cuptor cu
levitație FIVES CELES cu atmosferă inertă (prezentat în cadrul capitolului 3), cu puterea de 25
kW, temperatura de topire de circa 2273 K, cu vid principal de 10-4
mbar și vid secundar de 3 ×
10-8
mbar. Aliajul investigat a fost recepționat sub forma unor lingouri cu diametru aproximativ
de 18 × 10-3
m, lungimea de 35 × 10-3
m și greutatea de 150 × 10-3
kg.
Din aceste lingouri, au fost tăiate segmente axiale și felii circulare groase de 5 × 10-3
m în
scopul deformării plastice prin laminare și respectiv forjare la cald. Aceste procese au fost
aplicate la două temperaturi: 1) 1273 K și 2) 1373 K, în scopul reducerii grosimii până la 1 × 10-3
m. Prelucrările la cald au fost efectuate în mod repetitiv, în ambele cazuri, și anume prin
laminare (7 treceri) și forjare (7 lovituri). Laminarea la cald a fost efectuată pe un stand
experimental ce cuprinde un cuptor electric tubular și role de laminar sub forma de cilindri plați
(Bujoreanu et al., 2008), în timp ce forjarea la cald a fost realizată prin intermediul unui cuptor
electric apropiat de un ciocan pneumatic de forjare liberă, ambele procese fiind detaliate în
cadrul capitolului 3.
După fiecare trecere în cazul laminării sau lovitură de ciocan în cazul forjării probele au
fost reîncălzite la cele două temperaturi: 1) 1273 K și 2) 1373 K. După ce s-a ajuns la grosimea
dorită de 1 × 10-3
m, probele au fost în final răcite în aer. Efectele particulare ale prelucrării la
cald asupra caracteristicilor reliefului de suprafață au fost prezentate prin intermediul
microscopiei optice și respectiv de forță atomică. Aspectele calorimetrice au fost analizate pe un
calorimetru diferențial cu baleiaj.
În acest scop, au fost tăiate, cu racire sub jet de apă, fragmente din probele laminate și
forjate la cald, pentru a putea fi înglobate la rece utilizând rășină fenolică Mécaprex KM-U.
După șlefuirea cu hârtie abrazivă cu granulație de până la 2400 și lustruirea automată timp de 1.8
ks pe o mașină Metkon FORCIPOL 1V cu suspensie de alumină de 0.04 μ, probele au fost
atacate electrochimic cu reactivi K2S2O5 2,2 % și NH4HF2 0,8 % în 100 ml H2O.
Au fost efectuate analize microscopice optice, electronice cu baleiaj și de forță atomică.
Probele deformate plastic la 1373 K au fost analizate prin calorimetrie diferențială cu baleiaj. În
36
acest scop, au fost tăiate, cu atenție sporită pentru a nu afecta istoricul termic al acestora, două
fragmente cântărind mai puțin de 50 × 10-6
kg fiecare. Probele au fost supuse unei încălziri de la
temperatura camerei la 673 K cu o viteză controlată de 1.67 × 10-1
K s-1
, în atmosferă protectoare
de argon.
Pentru realizarea unui studiu cât mai complex al efectelor structurale ale modului de
prelucrare prin deformate plastică asupra morfologiei reliefului de suprafață, s-au efectuat
analize pe două seturi de probe, laminate si forjate la cald, din acelasi AMF pe bază de Fe-Mn-
Si-Cr, diferența fiind dată de temperaturile de deformare plastică: 1) 1273 K și 2) 1373 K.
5.2 Contribuții privind analiza rezultatelor experimentale obținute după
deformarea plastică la 1273 K
Aspectele tipice ale structurii probelor forjate la cald sunt ilustrate prin intermediul
micrografiilor optice cu detalii conținând micrografii electronice cu baleiaj din Figura 5.1.
Figura 5.1 – Micrografii optice tipice cu detalii conținând micrografii electronice cu baleiaj
SEM, ilustrând particularitățile tipice ale suprafeței probelor forjate la 1273 K pe: (a) secțiune
longitudinală; (b) secțiune transversală (Suru et al., 2014d)
Figura 5.1(a) arată faptul că probele forjate la cald afișează grăunți alungiți pe secțiunea
longitudinală, vizibil în mod clar pe micrografia optică. Media lățimii grăunților alungiți și
paraleli a fost determinată ca fiind 40 × 10-6
m.
La puteri de mărire mai ridicate, pot fi observate, pe detaliile conținând micrografii
electronice cu baleiaj (SEM), câteva șiruri de plăci paralele caracteristice structurilor
martensitice din aliajele cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si.
Pe secțiunea transversală, nu sunt vizibili pe micrografia optică din figura 5.1(b) nici un
fel de grăunți alungiți. Grăunții pot fi delimitați de șiruri discontinue de mici precipitate albe
asociate cu carburi de crom (Wen et al., 2007).
Dimensiunea medie a acestor șiruri discontinue a fost măsurată ca fiind 120 × 10-6
m.
Diferența dintre media lățimii grăunților alungiți și media acestor șiruri de carburi ( care este de
trei ori mai mare) poate fi pusă pe seama unei cantități scăzute de carbon. Din acest motiv,
37
distanța dintre rândurile de carburi, alungite pe direcție longitudinală, este mai mare decât
dimensiunea grăuntelui. Prezența plăcilor de martensită poate fi observată pe secțiunile
transversale din detaliile conținând micrografii electronice cu baleiaj (SEM). Pe ambele secțiuni
ale probelor forjate, cea longitudinala și respectiv transversală, este evident faptul că toate brațele
dendritice, obținute după turnare, au fost rupte prin forjarea la cald.
O altă serie de înregistrări structurale sunt ilustrate în Figura 5.2, corespunzătoare
laminării la 1273 K, prin cea ce-a de-a doua procedură de deformare plastică.
Figura 5.2 – Micrografii optice tipice cu detalii conținând micrografii electronice cu baleiaj
SEM, ilustrând particularitățile tipice ale suprafeței probelor laminate la 1273 K pe: (a) secțiune
longitudinală; (b) secțiune transversală (Suru et al., 2014d)
În figura 5.2(a) este prezentată o secțiune longitudinală a probei laminate la cald. Pe
micrografia optică, nu este evidentă nici o limită de grăunte care poate fi pusă pe seama cantității
reduse de carbon, ca în cazul probei forjate la cald. După cum a fost schematizat în cadrul
capitolului 2, proba a suferit treceri repetitive prin laminare la cald.
Prin urmare, constituienții ductili, cum ar fi austenita care are structură cristalină cfc
(Sawaguchi et al., 2008b), au fost alungiți de-a lungul direcției de laminare. Micrografia optică
din cadrul figurii 5.2(a) evidențiază grăunți de austenită albi și alungiți, pentru care au fost
calculate mediile lațimilor și înălțimilor, acestea fiind de 10 × 10-6
m și respectiv 50 × 10-6
m.
Prin urmare, laminarea la cald a fost mai eficace în ceea ce privește finisarea mărimii
grăunților aliajului cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si-Cr studiat. Pe detaliile conținând
micrografii electronice cu baleiaj se observă plăcile de martensită, care se pare că ocupă o
suprafață mai mare decât cele observate în cazul probelor forjate la cald.
Secțiunea transversală a probei laminate la cald este ilustrată prin intermediul figurii
5.2(b). Dimensiunea medie a grăuntelui este de 60 × 10-6
m, astfel confirmându-se gradul mai
ridicat de finisare a grăuntelui prin laminarea la cald, în comparație cu forjarea la cald (Druker et
al., 2009).
Prezența plăcilor fine de martensită din detaliile conținând micrografii electronice cu
baleiaj sugerează faptul că, din punct de vedere al martensitei, nu există nici o diferență majoră
între cele două secțiuni, longitudinală și respectiv transversală.
38
Rezultatele tipice ale observațiilor de forță atomică (AFM) efectuate pe suprafața
probelor forjate la 1273 K sunt ilustrate în Figura 5.3.
Figura 5.3 – Micrografii de forță atomică (AFM) ale probei forjate la 1273 K, ilustrând: (a)
aspecte morfologice 2-D; (b) caracteristici structurale 3-D; (c) variația reliefului profilului de
suprafață (Suru et al., 2014d)
Figura 5.3 prezintă aspecte morfologice 2-D reprezentative ale plăcilor de martensită de
pe suprafața probelor forjate la cald. Aceste aspecte sunt caracteristice morfologiei de tip placă a
martensitei (Bujoreanu et al., 2009b) fiind confirmate de micrografia 3-D de forță atomică
ilustrată în figura 5.3(b).
Pe variația profilului de suprafață, în figura 5.3(c), au aparut suprafețe în relație de
maclare, ale plăcilor de martensită simetrice în raport cu axa verticală și aproape paralele
(Sawaguchi et al., 2008b). Cele două variantele ale plăcilor de martensită sunt notate cu V1 și V2.
În Figura 5.4 sunt redate o serie de aspecte caracteristice ale suprafeței ale probei
laminate la 1273 K, prin intermediul micrografiilor de forță atomică (AFM). În figura 5.4(a) se
pot observa structuri mici de tip benzi paralele, acestea fiind tipice pentru șipcile de martensită
(Zhang et al., 2013). În detaliile 3-D oferite de figura 5.4(b) lungimea șipcilor de martensită este
evident mai mică decat cea a plăcilor de martensită din proba forjată la cald. În plus, variația
profilului de suprafață a arătat în mod clar, în figura 5.4(c), faptul că șipcile de martensită,
39
prezente pe suprafața probelor laminate la cald, au lățimi și înălțimi mai reduse prin comparație
cu cele ale plăcilor de martensită, găsite pe suprafața probelor forjate la cald.
Figura 5.4 - Micrografii de forță atomică (AFM) ale probei laminate la 1273 K, ilustrând: (a)
aspecte morfologice 2-D; (b) caracteristici structurale 3-D; (c) variația reliefului profilului de
suprafață (Suru et al., 2014d)
5.3 Contribuții privind analiza rezultatelor experimentale obținute după
deformarea plastică la 1373 K
5.3.1 Evoluția micro-structurii în urma laminării și respectiv forjării la
1373 K
Figura 5.5 ilustrează un număr de patru exemple de micrografii optice tipice ale
suprafețelor probelor laminate (Suru et al., 2012b) și respectiv forjate la 1373 K. În figura 5.5(a)
sunt prezentate aspecte generale ale suprafeței unei probe laminate la cald, redând astfel o serie
de grăunți echiaxiali cu macle multiple, acestea reprezentând un aspect tipic al austenitei dintr-un
aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si (Bujoreanu et al., 2008). Vederea în detaliu din
40
figura 5.5(b) permite observarea prezenței, dincolo de grăunții echiaxiali, a unor zone cu multe
benzi fapt ce sugerează apariția unei tranziții de tip martensitic.
Figura 5.5 – Micrografii optice ale probelor deformate plastic la 1373 K, ilustrând: (a) aspecte
tipice ale suprafeței probei laminate ; (b) aspecte detaliate a grăunților maclați și a zonelor de tip
benzi pe proba laminată; (c) particularitățile probei forjate; (d) aspecte tipice ale suprafeței cu
șiruri de plăci de martensită paralele și lungi din proba forjată (Suru et al., 2014a)
Aceste observații sugerează faptul că structura probelor laminate la 1373 K cuprinde
probabil martensită indusă termic dar și austenită. Prezența acestor benzi paralele din figura
5.5(c) sugerează, de asemenea, că relieful de suprafață al probei forjate la 1373 K poate fi un
rezultat al transformării martensitice.
În plus, detaliul din figura 5.5(d) ilustrează apariția câtorva șiruri de plăci lungi paralele,
caracteristice structurii martensitice dintr-un aliaj cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si
(Bergeon et al., 2000).
Rezultatele tipice ale micrografiilor de forță atomică efectuate pe cele două probe
deformate la 1373 K, în moduri diferite, sunt ilustrate în Figura 5.6. În figura 5.6(a), la
magnificații ridicate, se observă structuri de tip plăci scurte, pe suprafața probei laminate la cald.
Aceste structuri sunt tipice pentru martensita în șipci (Zhang et al., 2013).
Variația totală a adâncimii reliefului de suprafață a fost, în cazul tuturor probelor
analizate, mai mică decât 150 nanometri. În detaliile oferite de figura 5.6(b) lungimea șipcilor de
martensită poate fi estimată a fi între 1 și 2 μm. În concordanță cu micrografiile optice ale probei
forjate la cald, ilustrate în figura 5.5(d), formarea variantelor plăcilor de martensită a fost
confirmată de micrografiile de forță atomică ale probelor forjate la cald, redate în figurile 5.6(c)
și respectiv 5.6(d).
41
Figura 5.6 – Micrografii 2-D de forță atomică, ale suprafeței probeloe deformate plastic la 1373
K, ilustrând: (a) microstructură tipică martensitei pe suprafața probei laminate; (b) detalii ale
caracteristicilor aranjamentului martensitei pe proba laminată; (c) variante ale plăcilor de
martensită de pe suprafața probei forjate; (d) detalii cu intersecțiile variantelor plăcilor de
martensită pe proba forjată (Suru et al., 2014a)
Este evident faptul că plăcile sunt mult mai lungi decât șipcile. Pe de altă parte, pe toate
probele forjate la cald analizate, variația adâncimii reliefului de suprafață a depășit 150
nanometri (Suru et al., 2014a).
Mai mult decât atât, pe zona prezentată detaliat din figura 5.6(d), se pare că, în cadrul
unui grup de plăci acestea sunt uniform distribuite și lățimea lor este puțin mai mare decât cea a
șipcilor. Încă un aspect tipic pentru martensita aliajului cu memoria formei pe bază de Fe-Mn-Si
este morfologia triunghiulară care, împreună cu distribuția uniformă dintre plăci, ar putea fi
cauzate de germinarea plăcilor de martensită de-a lungul planelor compacte {111} (Sawaguchi et
al., 2008b).
Această caracteristică morfologică este foarte evidentă pe micrografiile de forță atomică
din figurile 5.6(c) și 5.6(d), caracteristice probelor forjate la 1373 K.
42
Figura 5.7 – Profile de forță atomică 3-D, ale suprefeței probelor deformate plastic la 1373 K, ce
ilustrează vederi generale, (a), (c) și detaliate (b), (d) ale plăcilor de martensită induse termic în
cadrul: (a), (b) probelor laminate; (c), (d) probelor forjate (Suru et al., 2014a)
Din imaginile de forță atomică tri-dimensionale (Figura 5.7) este de remarcat faptul că
cele două suprafețe, considerate ca aparținând martensitei, cuprind structuri de tip benzi întinse
pe două direcții, fiind dispuse pe nivele diferite, cu diferențe remarcabile ale adâncimii.
Prin urmare, suprafețele observate sunt caracteristice martensitei induse termic cu
morfologie de tip șipci pentru probele laminate la cald, în figurile 5.7(a) și respectiv 5.7(b), și cu
morfologie de tip plăci în cazul probelor forjate la cald, în figurile 5.7(c) și 5.7(d). Considerând
că formarea șipcilor de martensită a fost însoțită de o variație mai scazută a reliefului decât în
cazul formării plăcilor de martensită (Van Caenegem et al., 2008, Stanford and Dunne, 2005), se
poate presupune că primele au fost induse prin laminare la cald și ultimele prin forjare la cald.
Mai mult decât atât, șipcile de martensită sunt mai scurte și mai fine decât plăcile de martensită.
Aceste diferențe ale reliefului de suprafață, dintre cele două procese de deformare sunt evidente
prin efectuarea unei comparații ale figurilor 5.7(a), (b) cu 5.7(c), (d).
5.3.2 Evaluarea măsurătorilor cantitative ale plăcilor și ale șipcilor de
martensită, efectuate prin microscopie de forță atomică
Pentru o comparație mai detaliată a structurilor martensitei rezultată în urma celor două
procese diferite de prelucrare la cald, au fost efectuate măsurători cantitative prin intermediul
softului nanoSurf easyScan 2. Aceste dimensiuni sunt prezentate în Tabelul 5.1.
43
Tabelul 5.1 – Valorile minime, maxime și medii ale lățimilor și înălțimilor plăcilor de martensită
pentru cele două procese de deformare plastică efectuate la 1373 K (Suru et al., 2014a)
Procedura
de
deformare
plastică
Dimensiunea
(nm) Minim Maxim Medie
Laminare Lățime 99 298 197
Înălțime 33 166 88
Forjare Lățime 332 498 426
Înălțime 99 245 182
Este remarcabil faptul că, pe suprafețele laminate la 1373 K, lățimea și înălțimea șipcilor
de martensită variază de la 99 la 298 nanometri și respectiv de la 33 la 166 nanometri. Pe de altă
parte, pe suprafața probei forjate la cald, lățimea profilelor plăcilor de martensită s-a situat între
332 și 498 nanometri și înălțimea acestora între 99 și 245 nanometri (Suru et al., 2014a).
Prin urmare, șipcile de martensită, observate pe probele laminate la 1373 K, sunt mai fine
și mai puțin uniform distribuite decât plăcile de martensită, caracteristice probelor forjate la cald.
O evaluare statistică a fost efectuată prin intermediul a 100 de masurători (AFM) ale valorilor de
lățime și respectiv înălțime. Statistica a constat în divizarea a 100 de valori în intervale de 100 de
nanometri (Suru and Bujoreanu, 2012a). Această procedură a fost efectuată pentru cele două
procese de deformare plastică la 1373 K, astfel fiind posibilă construirea unor diagrame 3-D, de
evaluare statistică a profilului martensitei, după cum este ilustrat în Figura 5.8.
Figura 5.8 – Evaluare statistică pe baza măsuratorilor prin
microscopie de forță atomică ale profilelor martensitei
laminate (HR) și forjate la 1373 K (HF): (a) valori ale
lățimilor (b) valori ale înălțimilor (Suru et al., 2014a)
44
Comparând lățimile șipcilor și a plăcilor de martensită, pe suprafețele laminate (HR) și
respectiv forjate la 1373 K (HF), profilele suprafețelor forjate sunt în mod evident mai mari,
astfel aproximativ 70 % dintre aceste valori situându-se între 400 și 500 nanometri.
În mod contrar, aproximativ 90 % din profilele suprafețelor laminate se află la valori
scăzute, situându-se între 100 și 300 nanometri. Din evaluarea înălțimii șipcilor și a plăcilor de
martensită, este evident faptul că profilele observate în cadrul probelor forjate la cald au fost mai
adânci decât cele observate pe probele laminate la cald. Astfel, circa 80 % a valorilor înălțimilor
șipcilor de pe suprafețele laminate la 1373 K sunt localizate între 50 și 100 nanometri în timp ce
aproximativ 50 % dintre valorile înălțimilor plăcilor de martensită forjate 1373 K sunt situate
între 150 și 200 nanometri (Suru et al., 2014a).
5.3.3 Analiza calorimetrică diferențială cu baleiaj (DSC)
În Figura 5.9 termogramele diferențiale cu baleiaj (DSC) ilustrează raspunsul
calorimetric, al fragmentelor tăiate din cele două probe studiate, deformate plastic la 1373 K, în
timp ce sunt supuse unui ciclu de încălzire-răcire-încălzire între temperatura camerei -673 K-
123 K- 673 K. În figura 5.9(a), proba laminată la cald nu a prezentat nici o tranziție a stării solide
în timpul ciclului de încălzire-răcire.
Figura 5.9 – Termograme diferențiale cu baleiaj (DSC) înregistrate în timpul încălzirii
fragmentelor tăiate din: (a) proba laminată la 1373 K (b) proba forjată la 1373 K (Suru et al.,
2014a)
45
În mod contrar, în cazul probei forjate la 1373 K prezentată în figura 5.9(b), s-a observat
că încălzirea a fost însoțită de un minim endoterm, care poate fi asociat cu reversia martensitei în
fază inițială (Bujoreanu et al., 2009c). Aceste rezultate dovedesc faptul că numai plăcile de
martensită sunt capabile să revină în austenită în timpul încălzirii, în timp ce șipcile nu au această
abilitate.
Prezența transformării reversibile în proba forjată la cald poate fi asociată cu
dimensiunile ridicate ale profilelor, profile ilustrate pe micrografiile optice dar și de forță
atomică și în mod special cu un grad mai ridicat al neregularităților suprafeței, fapt ce indică
stocarea unei cantități ridicate de tensiuni interne, consolidate de șocurile produse în timpul
forjării și atenuate de netezimea procesului de laminare (Pricop et al., 2013).
Comparând rezultatele evaluării profilelor martensitei, obținute în urma deformării
plastice prin laminare sau forjare, la 1273 K și 1373 K, se poate concluziona că:
1- laminarea a produs un relief mai fin decât forjarea, la ambele temperaturi de
deformare plastică;
2- deformarea plastică la 1373 K a dus la formarea martensitei în șipci, după laminare și
în plăci, după forjare;
3- plăcile de martensită, obținute după forjarea la 1373 K, se retransformă în austenită
prin încălzire.
Capitolul 6 – Efectele mediului și ale modului de solicitare asupra
caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită în
aliajele cu memoria formei pe bază de Cu
Acest capitol analizează efectele, asupra caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor
de martensită din cadrul actuatorilor educați din aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al,
produse de următorii parametri de educare-ciclare:
(i) numărul ciclurilor de educare;
(ii) mediul de încălzire-răcire la ciclare și
(iii) modul de încărcare.
Pentru realizarea acestei cercetări experimentale, un aliaj cu memoria formei cu
compoziția chimică nominală Cu-15 Zn-6 Al (masa %) a fost topit într-un cuptor cu inducție,
turnat, omogenizat și laminat la cald, cu o reducere de 25 % pe fiecare trecere, în lamele de 0.5
mm și călit imediat în apă, după cum a fost prezentat în cadrul capitolului 2. Probele obținute au
fost tăiate în lamele de dimensiuni 0.5×4×50 mm, cântărind aproximativ 0.8 g. Lamelele au fost
educate prin încovoiere, având la capătul liber al lor o sarcină de 40 g (Suru et al., 2013), fiind
astfel supuse la 100, 300 și 500 de cicluri de încălzire-răcire, după cum a fost raportat într-o
lucrare științifică anterioară (Vitel et al., 2013). Actuatorii educați prin efectul de memoria
formei în dublu sens au fost testați într-o instalație hidraulică, unde ciclurile de încălzire-răcire
au fost efectuate în ulei, fără a depăși însă temperatura finală a austenitei (Af), care în cazul de
46
față a fost Af=460 K. Caracteristicile reliefului de suprafață al plăcilor de martensită, cauzate de
ciclurile de educare și de modul de ciclare si educare, au fost prezentate prin intermediul
microscopiilor optică, electronică cu baleiaj și de forță atomică (OM, SEM și respectiv AFM).
Au fost tăiate fragmente din zonele cele mai solicitate ale probelor ciclate, cu atenție sporită
pentru a diferenția regiunea convexă (alungită), care a fost supusă tensionării și regiunea concavă
(comprimată), care a fost supusă în special comprimării. Fragmentele au fost înglobate în rășină
fenolică Mécaprex KM-U la rece, șlefuite cu hârtie abrazivă până la granulația de 2400 și
lustruite electric cu o soluție de 87 % C2H4O (etanol), 10 % H2SO4 (acid sulfuric) și 3 % H3PO4
(acid fosforic), timp de 900 de secunde la un curent de 1.5 A, utilizând un dispozitiv electrolitic
AX-D1.
Lățimile și înălțimile plăcilor de martensită au fost măsurate cu precizie nanometrică prin
intermediul softului AFM pentru realizarea evaluării statistice (Suru and Bujoreanu, 2012a).
6.1. Contribuții privind analiza caracteristicilor reliefului de suprafață
Prima serie de micrografii optice prezintă, în cadrul Figurii 6.1, aspecte generale
referitoare la efectele numerelor ciclurilor de educare și ale modului de încărcare, înainte de
ciclarea în ulei.
Aspectele reprezentative ale plăcilor de martensită de pe probele educate 100, 300 și 500
de cicluri sunt ilustrate pe suprafețele convexe (alungite), în figurile 6.1(a), (b) și (c), și, de
asemenea, pe suprafețele concave (comprimate), în figurile 6.1(d), (e) și respectiv (f) (Suru et al.,
2013b). Se știe că, încă de la începutul procedurii de educare, plăcile de martensită tind să devină
orientate de-a lungul unei direcții comune, pe același grăunte (Guilemany et al., 1995), și are
astfel loc o finisare graduală a reliefului de suprafață (Vitel et al., 2013).
Figura 6.1 – Micrografii optice ilustrând aspectul tipic al plăcilor de martensită pe suprafața
probelor educate, după: (a) 100; (b) 300; (c) 500 cicluri în zona alungită și (d) 100; (e) 300; (f)
500 cicluri de educare în zona comprimată (Suru et al., 2014c)
Deoarece probele au dezvoltat deplasări (curse) reproductibile în timpul educării până la
500 de cicluri, se poate presupune că plăcile de martensită nu au suferit nici un fenomen de
degradare (Bujoreanu et al., 2011).
47
Tendința de finisare a reliefului de suprafață de pe zona convexă (alungită) poate fi
observată printr-o diminuare graduală a contrastului plăcii, sugerând astfel o scădere a înălțimii
plăcii, ilustrată în figurile 6.1(a)-(b)-(c). Concomitent, plăcile tind să devină mai fine iar lățimea
lor tinde să scadă.
Pe de altă parte, plăcile de martensită de pe suprafața concavă (comprimată) sunt în mod evident
mai groase și mai înalte, dar și acestea prezintă aceeași tendință de finisare odată cu creșterea
numărului ciclurilor de educare, în ordinea figurilor 6.1(d)-(e)-(f).
Spre deosebire de aer, care a fost utilizat ca mediu de educare, uleiul a fost folosit ca
mediu de ciclare, prin intermediul căruia temperatura critică Af nu a fost niciodată atinsă în
timpul încălzirii. Din acest motiv, o anumită populație de plăci de martensită, formată în timpul
educării, a fost pur și simplu încălzită fără a suferi vreo transformare martensitică reversibilă.
Prin urmare, efectul de memorie a temperaturii (Wang et al., 2004) a apărut în cazul probelor
ciclate în ulei, după cum s-a discutat într-o lucrare științifică anterioară (Vitel et al., 2011).
Efectele morfologice particulare ale ciclării în ulei sunt prezentate în Figura 6.2, pe
probele educate 100, 300 și 500 de cicluri, corespunzătoare aceleași zone ca în figura 6.1:
suprafețele convexe (alungite), figurile 6.2(a), (b) și respectiv (c), ca și suprafețele concave
(comprimate), figurile 6.2(d), (e) și (f).
Figura 6.2 - Micrografii optice ilustrând efectele ciclării în ulei asupra aspectului general al
plăcilor de martensită pe suprafața probelor educate, după: (a) 100; (b) 300; (c) 500 cicluri în
zona alungită și (d) 100; (e) 300; (f) 500 cicluri de educare în zona comprimată (Suru et al.,
2014c)
Ciclarea în ulei nu a eliminat efectele numarului ciclurilor de educare asupra plăcilor de
martensită, efectele orientării de-a lungul unei singure direcții, în cadrul aceluiași grăunte, și
tendința de scădere atât a înălțimii cât și a lățimii plăcilor, odată cu creșterea numărului ciclurilor
de educare (Suru et al., 2014c). Totuși, datorită apariției efectului de memorie a temperaturii,
sunt evidente cel puțin două populații distincte de plăci de martensită orientate diferit pe fiecare
dintre micrografiile figurii 6.2.
În scopul evidențierii modificărilor particulare suplimentare cauzate de numărul ciclurilor
de educare dar și de influența ciclării în ulei asupra reliefului de suprafață al plăcilor și sub-
plăcilor de martensită, au fost efectuate observații prin microscopie electronică cu baleiaj și de
forță atomică (SEM și AFM).
48
Figura 6.3 – Micrografii electronice cu baleiaj caracteristice, cu micrografii 3-D, inserate,
obținute prin microscopie de forță atomică, ilustrând detalii ale morfologiei plăcilor de
martensită pe suprafața probelor educate, după: (a) 100; (b) 300; (c) 500 cicluri în zona alungită
și (d) 100; (e) 300; (f) 500 cicluri de educare în zona comprimată (Suru et al., 2014c)
Figura 6.3 oferă, prin intermediul micrografiilor electronice cu baleiaj și a micrografiilor
3-D obținute prin microscopie de forță atomică, detalii ale plăcilor de martensită pe aceleași
probe ca și în figura 6.1. De această dată, datorită performanței microscopului electronic cu
baleiaj SEM, evoluția contrastului plăcilor este mult mai evidentă decât în cazul micrografiilor
optice, și se confirmă astfel aceleași două tendințe generale observate anterior, la nivelul plăcilor
de martensită:
(i) de scădere atât a lățimii cât și a înălțimii odată cu creșterea numărului ciclurilor de
educare și
(ii) de a dezvolta lățimi și înălțimi mai mari în aria comprimată (suprafața concavă) în
comparație cu aria alungită (suprafața convexă).
Pe de altă parte, micrografiile 3-D, obținute prin microcopie de forță atomică, au permis o
observare directă atât a înălțimilor cât și a lățimilor plăcilor de martensită. În cadrul
micrografiilor 3-D obținute prin microcopie de forță atomică se confirmă tendița de diminuare a
micro-reliefului de suprafață odată cu creșterea numărului ciclurilor de educare (Suru et al.,
2014c).
Astfel, pe zonele alungite, lățimile plăcilor de martensită s-au situat între 400 și 150
nanometri, în timp ce pe ariile comprimate acestea au variat între 890 și respectiv 390 nanometri.
În mod similar, înălțimile plăcilor au variat de la 370 la 135 nanometri și respectiv de la 530 la
330 nanometri. Este evident faptul că valorile mai ridicate au fost observate la un număr mic de
ciclări și valorile mai mici au fost găsite pe probele educate la numere mari de ciclări.
O serie de detalii morfologice suplimentare sunt remarcate în cadrul Figurii 6.4, pe
aceleași probe utilizate pentru realizarea figurii 6.2.
Pe fiecare dintre micrografiile electronice sau de forță atomică sunt prezente cel puțin
două categorii de plăci de martensită cu orientări, înălțimi și lățimi diferite, în microstructura
probelor ciclate în ulei.
49
Figura 6.4 – Micrografii electronice cu baleiaj caracteristice cu micrografii 3-D, inserate,
obținute prin microscopie de forță atomică, ilustrând detalii ale efectelor ciclării în ulei, asupra
morfologiei plăcilor de martensită pe suprafața probelor educate, după: (a) 100; (b) 300; (c) 500
cicluri în zona alungită și (d) 100; (e) 300; (f) 500 cicluri de educare în zona comprimată (Suru et
al., 2014c)
Spre deosebire de observațiile anterioare, unde intersecția martensitei a fost pusă direct în
legătură cu degradarea memoriei termice (Bujoreanu et al., 2011) și cu apariția amneziei
(Bujoreanu et al., 2012a), prezența orientărilor diferite ale plăcilor nu a suprimat mobilitatea
martensitei (Zhang et al., 2011). Prin urmare, efectele numărului ciclurilor de educare nu au fost
modificate de ciclarea în ulei, deși aceasta a condus la formarea a cel puțin două populații de
martensită în majoritatea grăunților. Măsurătorile sistematice au fost efectuate doar pe acele plăci
de martensită care au orientare majoritară. În cazul plăcilor de martensită observate pe probele
ciclate în ulei, lățimile s-au situat între 500 și 105 nanometri iar înălțimile între 290 și respectiv
35 nanometri, pe suprafețele convexe (alungite), în timp ce pe suprafețele concave (comprimate)
acestea au variat de la 750 la 260 nanometri și respectiv de la 420 la 200 nanometri.
Figura 6.5 – Micrografii 2-D tipice de forță atomică ilustrând detalii ale morfologiei plăcilor de
martensită, utilizate pentru evaluarea cantitativă a reliefului de suprafață de pe probele educate,
după: (a) 100; (b) 300; (c) 500 cicluri în zona alungită și (d) 100; (e) 300; (f) 500 cicluri de
educare în zona comprimată (Suru et al., 2014c)
50
Pentru o evaluare cantitativă cât mai precisă a modului de încărcare și a efectelor
mediului de educare și de ciclare asupra caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de
martensită, au fost înregistrate micrografii 2-D de forță atomică la puteri ridicate. Figura 6.5
prezintă detalii ale morfologiei plăcilor de martensită pe o suprafață de 8.5 × 8.5 μm. La aceasta
putere de marire toate micrografiile de forță atomică din cadrul figurii 6.5 redau plăci cu
orientări unice și dimensiuni care sunt în mod evident mai mari în aria comprimată, figurile
6.5(d)-(f). Ca și un efect al ciclării în ulei, Figura 6.6 ilustrează apariția plăcilor de martensită cu
orientări diferite, comparativ cu populația majoritară.
Figura 6.6 – Micrografii 2-D tipice de forță atomică, ilustrând efectele ciclării în ulei asupra
morfologiei plăcilor de martensită, utilizate pentru evaluarea cantitativă a reliefului de suprafață
al probelor educate, după: (a) 100; (b) 300; (c) 500 cicluri în zona alungită și (d) 100; (e) 300; (f)
500 cicluri de educare în zona comprimată (Suru et al., 2014c)
6.2 Contribuții la evaluarea măsurătorilor efectuate prin microscopie de
forță atomică
Evaluarea statistică a efectelor numărului ciclurilor de educare, ale modului de încărcare
și ale mediului de educare și ciclare, asupra înălțimii cât și a lătimii plăcii de martensită, a fost
efectuată pe baza măsuratorilor de forță atomică AFM. Măsurătorile au fost efectuate pe cinci
plăci de martensită din cinci grupuri distincte, profilul fiecărei plăci fiind măsurat în patru
secțiuni egal distanțate.
Așadar, au fost măsurate o sută de profile reprezentative ale plăcilor de martensită pentru
fiecare dintre cele trei numere de cicluri de educare, respectiv 100, 300 și 500, pe cele două zone,
convexă și concavă, în ambele situații după educare și după ciclarea în ulei. Luând în calcul că
pe fiecare profil au fost măsurate înălțimea și lățimea de două ori, pe partea dreaptă și respectiv
stângă, în partea de sus și de jos a acestuia, și faptul că sunt 12 probe diferite, rezultă un număr
total de 4800 de măsurători prin microscopie de forță atomică AFM (Suru et al., 2014c).
Figura 6.7 ilustrează rezultatele măsurătorilor prin microcopie de forță atomică realizate
pe probele educate, înainte de ciclarea în ulei. În primul rând, pe diagramele 3-D se remarcă
tendința de finisare a înălțimilor și lățimilor plăcilor, odată cu creșterea numărului ciclurilor de
51
educare, chiar dacă numărul de plăci s-a situat în intervale mici, acesta a crescut de la 100 la 500
cicluri. Efectele modului de încărcare asupra înălțimii și lățimii plăcilor pot fi analizate
comparând figurile 6.7(a) și (c) cu figurile 6.7(b) și (d) (Suru et al., 2014c). Astfel, figura 6.7(a)
ilustrează faptul că majoritatea profilelor lățimilor măsurate s-au situat între 100 și 400
nanometri, pe suprafețele alungite, în timp ce figura 6.7(c) dovedește că profilele lățimilor s-au
deplasat spre intervalul 300-900 nanometri.
Figura 6.7 – Evaluare statistică a măsuratorilor prin microscopie de forță atomică a profilelor
plăcilor de martensită, ilustrând efectele modului de încărcare și a numărului ciclurilor de
educare: (a) valorile lățimilor în zona alungită; (b) valorile înălțimilor în zona alungită; (c)
valorile lățimilor în zona comprimată; (d) valorile înălțimilor în zona comprimată (Suru et al.,
2014c)
Pe de altă parte, intervalul înălțimilor plăcilor nu a suferit aceeași deplasare a valorilor
sale, după cum s-a întâmplat în cazul lățimilor de placă. Cu toate acestea, în figura 6.7(d), se pare
că în zona comprimată limita superioară a intervalului înălțimilor de placă s-a extins, de la 400
nanometri în zona alungită, Fig.6.7(b), la 500 nanometri, în zona comprimată, Fig.6.7(d),
crescând astfel în mod evident numărul plăcilor cu înălțimi între 300 și 400 nanometri, pe proba
educată 300 și 500 cicluri (Suru et al., 2014c).
Efectele ciclării în ulei asupra evoluției înălțimilor și a lățimilor plăcilor de martensită
sunt prezentate în Figura 6.8. Pe zonele alungite, figura 6.8(a), încă se poate observa tendința de
finisare a lățimilor de placă, odată cu creșterea numărului ciclurilor de educare, pe când
intervalul în care au fost măsurate cele mai multe lățimi a scăzut de la 400-500 nanometri (la
probele educate 100 de cicluri) la 300-400 nanometri (300 cicluri) și în final la 200-300
nanometri (500 cicluri). Mai evident, pe zonele comprimate, în figura 6.8(c) intervalul lățimilor
plăcilor a scăzut de la 500-800 nanometri (pentru 100 cicluri de educare) la 300-700 nanometri
(în cazul a 300 cicluri de educare) și în final la 200-600 nanometri (la 500 cicluri). Aceeași
52
tendință poate fi observată și la variațiile înălțimilor plăcilor, intervalele unde au fost mai
evidente s-au deplasat la valori mai mari pe zonele comprimate. Astfel, intervalul a variat de la
0-300 nanometri în zonele alungite la 100-500 nanometri în cazul zonelor comprimate.
Atunci când comparăm același tip de probe, din figurile 6.7 și 6.8, se pare că ciclarea în
ulei a cauzat tendințe de variație diferite la nivelul lățimilor plăcii prin comparație cu înălțimile
plăcii. Astfel, din punct de vedere al intervalului unde cele mai multe lățimi de placă au fost
situate în zonele alungite (convexe), se pare că ciclarea în ulei a condus la o creștere generală a
dimensiunilor plăcilor de martensită.
Figura 6.8 - Evaluare statistică a măsurătorilor prin microscopie de forță atomică a profilelor
plăcilor de martensită, ilustrând efectele ciclării în ulei cumulate cu efectele modului de
încărcare și a numărului ciclurilor de educare: (a) valorile lățimilor în zona alungită; (b) valorile
înălțimilor în zona alungită; (c) valorile lățimilor în zona comprimată; (d) valorile înălțimilor în
zona comprimată (Suru et al., 2014c)
După 100 de cicluri de educare cele mai multe lățimi de placă au fost situate între 300 și
400 nanometri, figura 6.7(a), în timp ce ciclarea în ulei a deplasat acest interval la 400-500
nanometri, figura 6.8(a). De asemenea, după 300 de cicluri de educare, majoritatea lățimilor de
placă au fost între 200-300 nanometri pe când după ciclarea în ulei intervalul a urcat la 300-400
nanometri. În mod similar, după 500 de cicluri, intervalul a crescut de la 100-200 nanometri,
după educare la 200-300 nanometri în cazul ciclării în ulei.
Atunci când comparăm evoluția lățimilor plăcilor de martensită din zona comprimată
(concavă), de la distribuția observată după educare, figura 6.7(c), până la cea remarcată după
ciclarea în ulei, figura 6.8(c), se remarcă o tendință generală de scădere (îngustare), din punctul
de vedere al intervalului în care s-au situat majoritatea lățimilor de placă. Prin urmare, după 100
cicluri de educare majoritatea lățimilor de placă au fost situate între 800-900 nanometri în timp
ce ciclarea în ulei a redus acest interval la 700-800 nanometri (Suru et al., 2014c).
53
Aceleași tendințe de variație au fost observate și în cazul celorlalte două numere de
cicluri de educare astfel:
(i) după 300 de cicluri, de la 600-700 nanometri, după educarea în aer la 500-600
nanometri după ciclarea în ulei și
(ii) după 500 de cicluri, de la 500-600 nanometri la 400-500 nanometri.
Din punct de vedere al înălțimilor plăcilor de martensită, efectele ciclării în ulei sunt
evidente numai când comparăm măsurătorile efectuate pe suprafețele alungite (convexe) în
condiții de educare, figura 6.7(b) și respectiv ciclarea în ulei, figura 6.8(b). Prin urmare,
intervalele unde majoritatea înălțimilor de placă au fost situate au suferit o tendință generală de
scădere, după cum urmează:
(i) 100 cicluri, de la 300-400 nanometri, după educarea în aer la 200-300 nanometri,
după ciclarea în ulei;
(ii) 300 cicluri, de la 200-300 nanometri la 100-200 nanometri și
(iii) 500 cicluri, de la 200-300 la 100-200 nanometri.
În final, în zonele comprimate (concave), comparația figurilor 6.7(d) cu 6.8(d) nu
evidențiază nici o tendință clară de variație, din punct de vedere al intervalului unde au fost
găsite majoritatea înălțimilor de placă. Spre deosebire de probele educate 100 și 300 de cicluri,
unde intervalul majorității înălțimilor de placă s-a păstrat între 300-400 nanometri, înainte și
după ciclarea în ulei, după 500 de cicluri intervalul corespunzător a scăzut de la 300-400 la 200-
300 nanometri după ciclarea în ulei (Suru et al., 2014c).
Capitolul 7 – Evoluția comparativă a reliefului de suprafață al
plăcilor de martensită induse prin tensiune din aliaje cu memoria
formei cu structuri cristaline diferite
Ținând cont că obținerea martensitei induse prin tensiune este prima etapă, obligatorie,
pentru punerea în evidență a EMF, la orice sistem de AMF, scopul acestui capitol este de a
compara evoluția reliefului de suprafață al plăcilor de martensită indusă prin tensiune din trei
aliaje cu memoria formei cu structuri cristaline diferite: Fe-Mn-Si-Cr, Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Al-
Ni.
7.1 Considerații privind obținerea și pregătirea probelor din AMF pe
bază de Fe-Mn-Si-Cr, Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Al-Ni necesare cercetării
experimentale
Probele utilzate în cadrul acestui capitol provin de la două aliaje pe bază de Fe-Mn-Si, cu
compoziția chimica nominală de Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni, Fe-28Mn-6Si-5Cr și dintr-un aliaj Cu-
10Al-4Ni (masa %) care suferă transformare martensitică termoelastică. Cele două aliaje cu
54
memoria formei pe bază de Fe au fost pregătite într-un cuptor cu levitație FIVES CELES cu
atmosferă inertă. Astfel, materialul supus topirii a fost introdus într-o cupă de tip creuzet de
cupru, într-o cameră vidată sau sub atmosferă controlată (Suru et al., 2014). Aliajul cu memoria
formei pe bază de Cu a fost obținut prin topire cu inducție într-un creuzet de grafit, utilizând un
cuptor cu inducție cu frecvență medie (Stanciu and Bujoreanu, 2008). Lingourile au fost retopite
într-un cuptor cu inducție cu frecvență ridicată (sub un flux de protecție corespunzător).
Semifabricatele au fost tăiate longitudinal din lingouri și au fost laminate la cald la o temperatură
de 1273 K pentru AMF pe bază de Fe și respectiv de 973 K în cazul AMF pe bază de Cu. După
ce au fost încălzite într-un tub ceramic al cuptorului, semifabricatele au fost împinse cu o tijă
specială, până la trecerea printre cei doi cilindri ai laminorului. După câteva treceri, grosimea
probelor a fost redusă la 2 × 10-3
m. După tăierea prin electroeroziune, care a fost efectuată
pentru obținerea geometriilor corespunzătoare încercării la tracțiune, probele au fost șlefuite
(până la o granulație de 2400) și lustruite cu atenție folosind pulbere de alumină de 0.5 µm și
0.04, sub jet de apă. Testele de încărcare-descărcare prin tracțiune au fost efectuate pe o mașină
INSTRON, la temperatura camerei, cu creșterea gradelor de pre-deformare (2, 3, 4, 5, 6, 7 %)
până ce probele au fost rupte. Porțiunile calibrate ale probelor pre-deformate au fost manevrate
cu atenție, în scopul de a nu afecta suprafețele lor laterale, pentru ca mai apoi să poată fi
analizate structural prin intermediul microscopiei optice și respectiv de forță atomică, fără
aplicarea atacului chimic. Micrografiile optice au fost înregistrate pe un microscop OPTIKA
XDS-3 MET echipat cu o cameră digitală OPTIKAM 4083.B5 și un soft OPTIKAM B5, în timp
ce micrografiile de forță atomică au fost efectuate prin intermediul unui microscop NanoSurf
easyScan 2 echipat cu micro-pârghii de siliciu SPM și cu o cameră video easyScope. Pe
micrografiile de forță atomică, au fost măsurate cu precizie nanometrică lățimile și înălțimile
plăcilor de martensită prin intermediul softului AFM (Suru et al., 2013a). Valorile obținute ale
lățimilor și înălțimilor, pentru fiecare suprafață și proba în parte, au fost utilizate pentru
efectuarea analizei statistice (Suru et al., 2014).
7.2 Pre-deformarea prin tracțiune
Figurile 7.1-7.3 ilustrează diagramele de tracțiune tensiune-deformație înregistrate în
timpul pre-deformării probelor lustruite ale celor trei tipuri de aliaje cu memoria formei.
Figura 7.1 corespunde testelor de tracțiune aplicate probelor lustruite din aliaje cu
memoria formei Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni. În detaliu este redată curba de rupere care prezintă
faptul că aceste probe s-au rupt la o tensiune finală de aproximativ 850 MPa și respectiv la o
deformație de 56 %.
Datorită caracterului lor pseudoelastic ridicat, câteva probe au necesitat o a două pre-
deformare (Proft and Duerig, 1990). Pentru a nu complica diagramele, în Figura 7.1 este ilustrat
doar cel de-al doilea ciclu de încărcare-descărcare, pentru deformații permanente mai mari de 5
%. În final, au fost obținute următoarele grade de pre-deformare: (i) 4.5 %; (ii) 5.7 %; (iii) 6.3 %
și (iv) 7 %.
55
Figura 7.1 - Curbe de pre-deformare prin tracțiune, în detaliu fiind redată curba de rupere,
pentru probele din aliaje cu memoria formei Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni (Suru et al., 2014e)
Următoarele teste de pre-deformare au fost efectuate pe probele lustruite din AMF Fe-
28Mn-6Si-5Cr, iar curbele corespunzătoarea sunt ilustrate în cadrul Figurii 7.2.
În acest caz, ruperea a apărut la o tensiune finală de aproximativ 1200 MPa și respectiv la
o deformație de 28 %. Ca și în cazul precedent, gradele de pre-deformare finale au fost obținute
după două cicluri de încărcare-descărcare, pentru deformații permanente mai ridicate de 5 %.
Astfel, au fost obținute următoarele grade de pre-deformare: (i) 5 %; (ii) 5.5 %; (iii) 6.3 % și (iv)
7.2 %.
Figura 7.2 Curbe de pre-deformare prin tractiune, in detaliu fiind redata curba de rupere, pentru
probele din aliaje cu memoria formei Fe-28Mn-6Si-5Cr (Suru et al., 2014e)
În cele din urmă, probele din AMF Cu-10Al-4Ni au fost pre-deformate și curbele de
încărcare-descărcare rezultate sunt prezentate în Figura 7.3.
De această dată, probele au fost mult mai fragile și ruperea a apărut la circa 600 MPa la o
deformație finală de aproape 7%. Gradele de pre-deformare finală au fost următoarele:
(i) 1.4 %; (ii) 2.1 % și (iii) 2.5 %.
56
Figura 7.3 Curbe de pre-deformare prin tractiune, in detaliu fiind redata curba de rupere, pentru
probele din aliaje cu memoria formei Cu-10Al-4Ni (Suru et al., 2014e)
7.3 Observații prin microscopie optică
Micrografiile optice înregistrate în lumină polarizată pe suprafața probelor lustruite și
pre-deformate sunt redate în cadrul Figurilor 7.4-7.6.
Figura 7.4 Micrografii optice efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Fe-14Mn-6Si-
9Cr-5Ni, pre-deformate cu: (a) 4.5% (b) 5.7% și (c) 7% (Suru et al., 2014e)
57
Figura 7.4 ilustrează astfel structura caracteristică a martensitei induse prin tensiune,
prezentă pe suprafața probelor lustruite din AMF Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni la grade diferite ale pre-
deformării.
Odată cu creșterea gradului de pre-deformare, de la 4.5 % la 7 %, sunt vizibile două
tendințe de variație ale plăcilor de martensită: (i) să devină mai mari și (ii) să aibă un contrast
mai pronunțat, sugerând o creștere a înălțimii. În Figura 7.4(a), corespunzătoare unui grad de
pre-deformare de 4.5% câteva zone prezintă morfologie ‘triunghiulară’, sugerând astfel prezența
martensitei ɛ (Kajiwara, 1999) sub forma unor linii subțiri paralele cu un contrast întunecat în
interiorul grăunților austenitici (Mostafa et al., 2009), pe care îi traversează de la un capăt la
celălalt (Kirindi and Dikici, 2006). Pe de altă parte, în Figurile 7.4(b) și (c) sunt vizibile benzi
lenticulare scurte, care nu traversează în întregime grăunții austenitici și care pot fi atribuite
martensitei α’ (Maji et al., 2003). Formarea martensitei α
’ a fost favorizată la probele pre-
deformate cu 5.7 și respectiv 7 %, datorită creșterii gradului de deformare (Arruda et al., 1999).
Plăci de martensită induse prin tensiune pot fi observate, de asemenea, și pe suprafața
probelor lustruite din AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr, în Figura 7.5, pre-deformate cu 5 până la 7.2 %.
Cu toate acestea, deși aspectele morfologice tipice ale martensitei ɛ nu sunt vizibile și spațiile
dintre plăcile de martensita sunt mai mari, în Figura 7.5 distingem aceeași tendință menționată
anterior, și anume ca plăcile de martensită să devină mai mari și mai înalte odată cu creșterea
gradului de pre-deformare.
Figura 7.5 Micrografii optice efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Fe-28Mn-6Si-
5Cr, pre-deformate cu: (a) 5% (b) 5.5% și (c) 7.2% (Suru et al., 2014e)
58
Figura 7.6 Micrografii optice efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Cu-10Al-4Ni,
pre-deformate cu: (a) 1,4% (b) 2,1% și (c) 2,5 % (Suru et al., 2014e)
În final, Figura 7.6 prezintă cele trei micrografii optice corespunzatoare probelor
lustruite din AMF Cu-10Al-4Ni, pre-deformate cu numai 1.4 până la 2.5 % datorită fragilității
lor ridicate. În acest caz, caracterul termoelastic al martensitei este evidențiat prin forma
aciculară a plăcilor și prin creșterea indusă prin tensiune a acestora (Otsuka et al., 1976). Plăcile
termoelastice ale martensitei induse prin tensiune din cadrul AMF Cu-Al-Ni sunt în mod evident
mai mari decât cele observate în cadrul AMF-urilor pe bază de Fe-Mn-Si, dar acestea respectă
aceeași tendință de creștere, și în lățime dar și în înaltime, odată cu gradul de pre-deformare.
7.4 Contribuții la analiza măsurătorilor și a observațiilor obținute prin
microscopie de forță atomică
Micrografiile tipice 3-D de forță atomică sunt prezentate în Figurile 7.7-7.9, ilustrând
aspectele caracteristice ale probelor analizate în Figurile 7.4-7.6. Figura 7.7 prezintă trei
microstructuri tipice ale suprafețelor lustruite ale probelor din AMF Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni, pre-
deformate cu 4.5 %; 5.7 % și respectiv 7 %. Este evident faptul că tendința de creștere a
înălțimilor plăcilor de martensită, argumentată anterior pe micrografiile optice, este vizibilă clar
prin variația adâncimii profilului de suprafață. Astfel, la un grad al pre-deformării de 4.5 %,
Figura 7.7(a) prezintă o variație a adâncimii de aproximativ 48 nanometri, în timp ce pentru 5.7
%, Figura 7.7(b) ilustrează o adâncime de aproape 68 nanometri. În final, creșterea gradului de
59
pre-deformare la 7 %, conduce la o variație a adâncimii de peste 104 nanometri, în cadrul Figurii
7.7(c).
Figura 7.7 Micrografii de forță atomică efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Fe-
14Mn-6Si-9Cr-5Ni, pre-deformate cu: (a) 4.5% (b) 5.7% și (c) 7% (Suru et al., 2014e)
Figura 7.8 Micrografii de forță atomică efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Fe-
28Mn-6Si-5Cr, pre-deformate cu: (a) 5% (b) 5.5% și (c) 7.2% (Suru et al., 2014e)
Tendințe similare au fost observate și în Figura 7.8, care cuprinde trei microstructuri
AFM tipice ale suprafețelor lustruite ale probelor din AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr, pre-deformate cu
5 %; 5.5 % și respectiv 7.2 %.
Creșterea corespunzatoare a adâncimii profilului de suprafață a fost de la 62 nanometri,
pentru un grad al pre-deformării de 5 %, în Figura 7.8(a), la 82 nanometri, pentru un grad al pre-
deformării de 5.5 %, în Figura 7.8(b) și în final până la 151 nanometri în cazul unei pre-
deformări de 7.2% în conformitate cu Figura 7.8(c). Așadar, aparent, înălțimile plăcilor de
martensită induse prin tensiune au fost mai mari la aliajul cu memoria formei pe bază de Fe-
28Mn-6Si-5Cr decât în cazul aliajului Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni.
Făcând trecerea la probele lustruite din AMF Cu-10Al-4Ni, Figura 7.9 arată că
dimensiunile plăcilor de martensită indusă prin tensiune sunt mai mari decat cele observate la
AMF pe bază de Fe-Mn-Si.
Figura 7.9 Micrografii de forță atomică efectuate pe suprafața lustruită a probelor din AMF Cu-
10Al-4Ni, pre-deformate cu: (a) 1,4% (b) 2,1% și (c) 2,5 % (Suru et al., 2014e)
60
Astfel, Figura 7.9(a) prezintă o variație a adâncimii de 105 nanometri, pentru un grad de
pre-deformare de 1.4 %. O creștere a gradului de pre-deformare la 2.1 % conduce la creșterea
înălțimii plăcilor de martensită până la 144 nanometri, evoluție vizibilă prin analiza Figurii
7.9(b). Figura 7.9(c) ilustrează faptul că o pre-deformare de 2.5 % a fost însoțită de o variație
totală a adâncimii de 228 nanometri.
7.5 Tendințe de variație ale dimensiunilor plăcilor de martensită induse
prin tensiune, în funcție de gradul de pre-deformare
Variațiile valorilor medii, listate în cadrul Tabelului 7.1, au fost aproximate prin
intermediul funcțiilor liniare efectuate prin intermediul softului ORIGIN, sub forma w =
awPS+bw, pentru variația lățimii și h = ahPS+bh pentru variația înălțimii. Coeficienții a și b ai
fitării liniare sunt prezentați în Tabelul 7.2.
Tabelul 7.1 Caracteristicile dimensionale ale plăcilor de martensită determinate prin măsuratori
AFM, nanometri (Suru et al., 2014e)
AMF
Grad pre-
deformare,
[%]
Dimensiune
[nm] Min Max Medie
Fe1
4M
n6S
i9C
r5N
i
4.5 Lățime 57.01 199.1 100.58
Înălțime 45 165.9 80
5.7 Lățime 79 199.1 151.87
Înălțime 73.19 220 120.38
6.3 Lățime 79 270 139.42
Înălțime 71 195.9 135.02
7 Lățime 95 330 187.89
Înălțime 90 255 168.04
Fe2
8M
n6S
i5C
r
5 Lățime 52 200 110.46
Înălțime 49 160 101.29
5.5 Lățime 79 195.9 144.26
Înălțime 71 195.9 135.02
6.3 Lățime 89 309 167.08
Înălțime 85 220.8 149.28
7.2 Lățime 95 330 192.42
Înălțime 90 255 170.63
Cu10A
l4N
i
1.4 Lățime 104 250 212.52
Înălțime 100.5 239.56 178.99
2.1 Lățime 110 299.1 246.99
Înălțime 99.56 284 201.86
2.5 Lățime 199.01 399.1 296.58
Înălțime 134 295 230.37
61
Tabelul 7.2 Tendințe de variație ale lățimilor (w) și înălțimilor (h) plăcilor de martensită induse
prin tensiune, exprimate prin aproximare (fitare) liniară (w = awPS+bw și h = ahPS+bh) a datelor
din Tabelul 1, în funcție de gradul de pre-deformare (PS) aplicat (Suru et al., 2014e)
Aproximare (fitare)
liniară Fe14Mn6Si9Cr5Ni Fe28Mn6Si5Cr Cu10Al4Ni
Lățime aw, nm/ % 31.4 35.4 73.4
bw, nm - 39.6 - 58.9 105.3
Înălțime ah, nm/ % 34.3 29 45.1
bh, nm - 75.4 - 35.2 113.5
Pantele aproximării liniare, a, determina viteza de variație, odată cu gradul de pre-
deformare (PS), al lățimilor (aw) și înălțimilor (ah) plăcilor de martensită. Este de remarcat faptul
că aceste viteze de variație sunt similare pentru AMF pe bază de Fe și mult mai mari în cazul
AMF pe bază de Cu.
Pentru o evaluare mai completă a efectelor gradului de pre-deformare asupra geometriei
plăcilor de martensită indusă prin tensiune, valorile măsurate ale lățimii și înălțimii au fost
împărțite în intervale de câte 100 nanometri și au fost evaluate statistic, după cum prezintă
Figurile 7.10-7.12, pentru cele trei aliaje cu memoria formei studiate.
Figura 7.10 ilustrează, prin intermediul diagramelor reprezentative 3-D, distribuția celor
125 de valori măsurate ale lățimilor, Figura 7.10(a) și înălțimilor, Figura 7.10(b) pentru probele
din AMF pe bază de Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni, în funcție de gradul de pre-deformare aplicat.
Valorile măsurate au fost împărțite în intervale dimensionale de câte 100 nanometri, între 0 și
300 nanometri.
Figura 7.10(a) redă distribuția statistică a valorilor lățimilor măsurate. La un grad de pre-
deformare de 4.5 % aproape 57 % dintre valorile lățimilor măsurate sunt mai mici decât 100
nanometri. Odată cu creșterea gradului de pre-deformare, la 5.7 % aproximativ 63 % din
numărul lățimilor de placă sunt situate între 100 și 200 nanometri. La o pre-deformare de 7 %,
acest număr crește până la 64 %.
Figura 7.10(b) ilustrează faptul că aproximativ 74 % dintre înălțimile de placă sunt mai
mici decât 100 nanometri, în timp ce 26 % sunt situate între 100 și 200 nanometri, la un grad de
pre-deformare de 4.5 %.
La un grad al pre-deformării de 5.7 %, 44 % dintre înălțimile plăcilor sunt mai mci decât
100 nanometri și 44 % sunt situate între 100 și 200 nanometri.
În final, la un grad de 7 %, 68 % dintre înălțimile plăcilor sunt situate între 100 și 200
nanometri. Așadar, este vizibilă o tendință de creștere a lățimilor și înălțimilor plăcilor de
martensită indusă prin tensiune, odată cu creșterea gradului de pre-deformare, în cazul probelor
din AMF pe bază de Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni.
62
Figura 7.10 Evaluare statistică a măsurătorilor AFM ale profilelor plăcilor de martensită din
probele AMF Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni lustruite și pre-deformate: (a) valorile lățimilor (b) valorile
înălțimilor (Suru et al., 2014e)
63
Figura 7.11 Evaluare statistică a măsurătorilor AFM ale profilelor plăcilor de martensită din
probele AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr lustruite și pre-deformate: (a) valorile lățimilor (b) valorile
înălțimilor (Suru et al., 2014e)
64
Figura 7.12 Evaluare statistică a măsurătorilor AFM ale profilelor plăcilor de martensită din
probele AMF Cu-10Al-4Ni lustruite și pre-deformate: (a) valorile lățimilor (b) valorile
înălțimilor (Suru et al., 2014e)
65
Tendințe de variație similare au fost observate prin analizarea distribuției statistice a
dimensiunilor plăcilor de martensită de pe suprafața AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr, ilustrate în Figura
7.11. Astfel, la un grad inițial al pre-deformării de 5 %, aproximativ 54 % dintre lățimile de placă
sunt situate între 100 și 200 nanometri, în cadrul Figurii 7.11(a). Creșterea gradului de pre-
deformare la 5.5 % conduce la o creștere a acestei proporții de până la aproape 58 %, care creste
în continuare la aproximativ 59 % atunci când gradul pre-deformării ajunge la 7.2 %. În cazul
evoluției înălțimilor de placă, Figura 7.11(b) arată faptul că o proporție de aproximativ 54 %
dintre plăcile de martensită măsurate au înalțimi mai mici de 100 nanometri, la un grad de 5 %.
La 5.5 %, 62 % dintre înălțimile plăcilor sunt situate între 100 și 200 nanometri și această
proporție crește la aproape 66 % la un grad al pre-deformarii de 7.2 %.
Figura 7.12 prezintă distribuția statistică a dimensiunilor plăcilor de martensită, în
funcție de gradul pre-deformării aplicat, în cazul probelor lustruite din AMF pe bază de Cu-
10Al-4Ni.
Din punctul de vedere al distribuției lățimilor, Figura 7.12(a) prezintă faptul că
aproximativ 75 % dintre valorile măsurate sunt situate între 200 și 300 nanometri, la un grad al
pre-deformării de 1.4 %, și această proporție crește puternic la 95 % la un grad de pre-deformare
de 2.1 %. În final, la un grad de 2.5 %, numai 61 % dintre lățimile plăcilor sunt situate între 200
și 300 nanometri, în timp ce 37 % sunt localizate între 300 și 400 nanometri. Aceste rezultate
confirmă tendința de creștere a dimensiunilor plăcilor de martensitaă menționată anterior, odată
cu gradul de pre-deformare, devenind mai mari decât valorile măsurate pentru AMF-urile pe
bază de Fe. În cazul înălțimilor plăcilor, Figura 7.12(b) arată că mai mult de 50 % dintre valorile
măsurate au fost situate între 200 și 300 nanometri, la un grad al pre-deformării de 1.4 %, în timp
ce această proporție a crescut până la 70 % pentru un grad al pre-deformării de 2.1 %.
Capitolul 8 – Prelucrarea statistică a datelor obținute prin
măsurători de microscopie de forță atomică
8.1 Tendințe de variație ale reliefului de suprafață din aliajele cu
memoria formei în funcție de parametrii de educare-ciclare
Probele dintr-un aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-15 Zn-6 Al (masa %), au fost
laminate la cald, tratate termic, educate în aer de la 100 la 500 de cicluri și ciclate în ulei, după
cum s-a prezentat în detaliu în Capitolul 6.
În cadrul acestui capitol se va efectua o analiză a efectelor condițiilor diferite de încărcare
ale suprafețelor convexe și respectiv concave din punct de vedere al morfologiei plăcilor de
martensită, luând în considerare influența numărului ciclurilor de educare (Suru et al., 2013a). În
plus, se va urmări determinarea tendințelor generale de variație ale reliefului de suprafață al
martensitei în funcție de numărul ciclurilor de educare, mediul de încălzire-răcire și modul de
încărcare (alungire și comprimare).
66
8.1.1 Analiza structurală prin intermediul AFM
Structura tipică a plăcilor de martensită înregistrată pe probele analizate în stare inițială,
după laminarea la cald și după efectuarea tratamentului termic, dar înainte de educare, este
ilustrată în Figura 8.1.
Figura 8.1 – Micrografii AFM ce ilustrează structura
inițială tipică a probelor needucate: (a) imagine 2-D;
(b) imagine 3-D; (c) profilul reliefului de suprafață
(Suru et al., 2014b)
Se poate remarca că plăcile de martensită sunt destul de late, valorile medii ale lățimii și
înălțimii măsurate fiind de 187, respectiv 167 nanometri. Figura 8.1 va fi utilizată în continuare
în scopuri comparative, datorită aspectelor generale pentru comparațiile calitative și a datelor
măsurate pentru evaluările calitative (Suru et al., 2014b).
Efectele calitative ale numărului ciclurilor de educare în aer (100-500) dar și a modului
de încărcare (alungire sau comprimare) pot fi observate prin analiza Figurii 8.2.
67
Figura 8.2 – Micrografii 3-D de forță
atomică ale probelor educate în aer
ilustrând efectele ciclurilor de educare și
ale modului de încărcare (alungire-
comprimare) asupra reliefului de suprafață
al plăcilor primare de martensită (Suru et
al., 2014b)
Este evident faptul că sunt prezente două tendințe de variație, depinzând bineințeles de numărul
ciclurilor de educare în aer și de modul de încărcare:
o tendință de finisare a lățimilor și înălțimilor plăcilor primare de martensită, odată cu
creșterea numărului ciclurilor de educare în aer;
spre deosebire de alungire, care a contribuit la diminuarea lățimilor și înălțimilor plăcilor de
martensită, comprimarea a menținut acești parametri ai reliefului de suprafață la valori
ridicate.
68
Figura 8.3 – Micrografii 3-D de forță
atomică ale probelor ciclate în ulei
ilustrând modificarea efectelor
ciclurilor de educare în aer și ale
modului de încărcare (alungire-
comprimare) asupra reliefului de
suprafață al plăcilor primare de
martensită (Suru et al., 2014b)
Din aceste motive, efectul de finisare obținut în urma aplicării unor numere din ce înce
mai mari de cicluri de educare în aer a fost mult mai evident în cazul alungirii decât în cazul
comprimarii.
După ciclarea în ulei, efectele observate anterior în cadrul figurii 8.2 s-au menținut, după
cum este ilustrat în Figura 8.4. Cu toate acestea, în acest caz, aspectul structural general a suferit
modificări, datorită formării celor două sisteme diferite de plăci de martensită:
69
un prim sistem cu plăci primare mari, care sunt în mod evident de dimensiuni ridicate și
mult mai numeroase;
grupuri izolate cu plăci secundare de martensită, de dimensiuni reduse, care au orientări
diferite prin comparație cu plăcile primare (Suru et al., 2014b).
După cum s-a menționat anterior, formarea sistemelor cu plăci secundare de martensită
poate fi atribuită așa numitului efect de memorie al temperaturii, care a fost cauzat de
întreruperea încălzirii în ciclul precedent.
Cand comparăm figurile 8.2 cu 8.3, efectele ciclurilor de educare și a modului de
încărcare sunt mult mai evidente. O evaluare corectă a înălțimilor plăcilor de martensită este
oferită de barele dimensionale din partea dreaptă superioară a fiecărei micrografii.
Figura 8.4 – Profile tipice ale reliefului de
suprafață înregistrate de AFM, ilustrând
efectele cumulate ale numărului ciclurilor
de educare în aer și ale ciclării în ulei.
Profilele negre superioare corespund
suprafețelor supuse alungirii (convexe) iar
cele roșii inferioare corespund suprafețelor
supuse comprimării (concave) (Suru et al.,
2014b)
Astfel, adâncimea generală a reliefului tinde să scadă odată cu creșterea numărului
ciclurilor, dar și să se mărească în cazul comprimării prin comparație cu alungirea, după cum
este ilustrat din variațiile tipice ale reliefului din Figura 8.4. Din evoluțiile profilelor de
suprafață se pare că plăcile de martensită din zonele comprimate sunt mai puțin receptive la
variația numărului de cicluri de educare, prin comparație cu zonele alungite. În scopul evaluării
efectelor calitative ale numărului de cicluri de educare în aer, ale modului de încărcare (alungire
70
sau comprimare) dar și ale ciclării în ulei, s-au realizat analize numerice, după cum este
specificat în continuare (Suru et al., 2014b).
8.1.2 Analiza numerică a măsurătorilor AFM
Tabelul 8.1 prezintă rezultatele analizelor numerice ale unui număr de 3000 de date (N)
corespunzatoare educării în aer.
Tabelul 8.1 – Date descriptive ale probelor educate în aer (Suru et al., 2014b)
Zona N Media Abatere
standard
Eroare
standard
95% interval
confidență a mediilor Min Max p
Limită
inferioară
Limită
superioară
Lățime CuZnAl x 0 cicluri (nm)
1,000 Alung. 125 187.50 56.48 5.05 177.50 197.50 95.00 330.0
Compr. 125 187.51 56.48 5.05 177.51 197.51 95.00 330.0
Total 250 187.50 56.37 3.56 180.48 194.53 95.00 330.0
Înălțime CuZnAl x 0 cicluri (nm)
1,000 Alung. 125 167.97 49.11 4.39 159.28 176.67 90.00 255.0
Compr. 125 167.97 49.11 4.39 159.28 176.67 90.00 255.0
Total 250 167.97 49.02 3.10 161.87 174.08 90.00 255.0
Lățime CuZnAl x 100 cicluri (nm)
0,775 Alung. 125 184.33 51.81 4.63 175.16 193.50 67.00 298.7
Compr. 125 186.55 69.56 6.22 174.23 198.86 87.00 315.0
Total 250 185.44 61.22 3.87 177.81 193.06 67.00 315.0
Înălțime CuZnAl x 100 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 94.85 32.32 2.89 89.13 100.57 63.19 234.5
Compr. 125 149.07 62.59 5.60 137.99 160.15 83.00 244.0
Total 250 121.96 56.65 3.58 114.90 129.02 63.19 244.0
Lățime CuZnAl x 200 cicluri (nm)
0,753 Alung. 125 181.30 39.69 3.55 174.27 188.32 62.00 245.0
Compr. 125 183.65 73.57 6.58 170.63 196.68 80.00 290.0
Total 250 182.47 59.00 3.73 175.12 189.82 62.00 290.0
Înălțime CuZnAl x 200 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 90.10 46.94 4.20 81.79 98.41 43.19 205.0
Compr. 125 144.26 60.52 5.41 133.54 154.97 78.00 235.0
Total 250 117.18 60.47 3.82 109.65 124.71 43.19 235.0
Lățime CuZnAl x 300 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 130.65 27.99 2.50 125.70 135.61 60.00 199.1
Compr. 125 179.41 63.68 5.70 168.14 190.69 76.00 252.0
Total 250 155.03 54.83 3.47 148.20 161.86 60.00 252.0
Înălțime CuZnAl x 300 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 78.24 27.57 2.47 73.36 83.12 33.19 165.9
Compr. 125 137.12 53.84 4.82 127.58 146.65 70.56 211.0
Total 250 107.68 51.89 3.28 101.21 114.14 33.19 211.0
Lățime CuZnAl x 400 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 91.96 32.50 2.91 86.20 97.71 45.00 150.0
Compr. 125 155.66 44.68 4.00 147.75 163.57 70.00 221.9
Total 250 123.81 50.39 3.19 117.53 130.09 45.00 221.9
Înălțime CuZnAl x 400 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 68.12 36.42 3.26 61.67 74.56 33.10 131.0
Compr. 125 120.89 50.80 4.54 111.90 129.88 63.00 200.6
Total 250 94.50 51.42 3.25 88.10 100.91 33.10 200.6
Lățime CuZnAl x 500 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 70.68 29.75 2.66 65.41 75.95 33.19 132.7
Compr. 125 122.73 42.68 3.82 115.17 130.29 60.00 200.9
Total 250 96.70 45.03 2.85 91.10 102.31 33.19 200.9
Înălțime CuZnAl x 500 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 53.13 19.24 1.72 49.72 56.53 33.10 100.5
Compr. 125 106.41 45.65 4.08 98.33 114.50 57.00 185.0
Total 250 79.77 43.99 2.78 74.29 85.25 33.10 185.0
Acesta conține valorile maxime, minime și medii ale lățimii și înălțimii dar și deviațiile
standard și erorile, împreună cu limitele inferioare și superioare a unui interval de confidență de
95 % al valorilor medii, pentru alungire și comprimare (Suru et al., 2014b). Abaterile și erorile
standard nu au fost implicate în studiul tendinței. În starea inițială nu exista diferențe evidente
între suprafața de relief a valorilor măsurate în zona alungită comparativ cu cea comprimată.
Intervalul variației lățimilor a fost situat între 95-330 nanometri în timp ce intervalul înălțimilor a
71
fost 90-225 nanometri. După 100 de cicluri de educare în aer, variația intervalului lățimilor a
devenit 67-315 nanometri cu valori ridicate în zonele comprimate, pe când intervalul de variație
a înălțimilor s-a situat între 63-244 nanometri. După aceeași tendință, aceste intervale au devenit
din ce în ce mai mici, coborând până la 33.1-201 nanometri, în cazul lățimilor și 33-185
nanometri, în cazul înălțimilor, după efectuarea celor 500 de cicluri.
Tabelul 8.2 - Date descriptive ale probelor ciclate în ulei (Suru et al., 2014b)
Zona N Media Abatere
standard
Eroare
standard
95% interval
confidență a mediilor Min Max p
Limită
inferioară
Limită
superioră
Lățime CuZnAl x 0 cicluri (nm)
1,000 Alung. 125 187.50 56.48 5.05 177.50 197.50 95.00 330.0
Compr. 125 187.50 56.48 5.05 177.50 197.50 95.00 330.0
Total 250 187.50 56.37 3.57 180.48 194.52 95.00 330.0
Înălțime CuZnAl x 0 cicluri (nm)
1,000 Alung. 125 167.97 49.11 4.39 159.28 176.67 90.00 255.0
Compr. 125 167.97 49.11 4.39 159.28 176.67 90.00 255.0
Total 250 167.97 49.02 3.10 161.87 174.08 90.00 255.0
Lățime CuZnAl x 100 cicluri (nm)
0,901 Alung. 125 155.07 59.80 5.35 144.48 165.65 79.00 298.7
Compr. 125 154.12 61.43 5.49 143.24 164.99 89.00 309.0
Total 250 154.59 60.50 3.83 147.06 162.13 79.00 309.0
Înălțime CuZnAl x 100 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 119.96 43.44 3.89 112.27 127.65 73.19 220.0
Compr. 125 149.23 57.58 5.15 139.04 159.42 85.00 220.8
Total 250 134.60 52.97 3.35 128.00 141.20 73.19 220.8
Lățime CuZnAl x 200 cicluri (nm)
0,014 Alung. 125 123.85 48.92 4.38 115.19 132.51 68.00 250.0
Compr. 125 138.87 47.19 4.22 130.51 147.22 79.00 270.0
Total 250 131.36 48.55 3.07 125.31 137.41 68.00 270.0
Înălțime CuZnAl x 200 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 94.38 35.96 3.22 88.01 100.74 55.00 208.0
Compr. 125 135.06 47.42 4.24 126.66 143.45 71.00 195.9
Total 250 114.72 46.68 2.95 108.90 120.53 55.00 208.0
Lățime CuZnAl x 300 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 100.14 35.49 3.17 93.86 106.42 57.01 199.1
Compr. 125 123.03 46.61 4.17 114.77 131.28 68.00 230.0
Total 250 111.58 42.90 2.71 106.24 116.93 57.01 230.0
Înălțime CuZnAl x 300 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 79.60 27.24 2.44 74.78 84.42 45.00 165.9
Compr. 125 119.41 46.72 4.18 111.14 127.68 65.00 180.0
Total 250 99.51 43.06 2.72 94.14 104.87 45.00 180.0
Lățime CuZnAl x 400 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 86.10 39.73 3.55 79.06 93.13 49.00 170.0
Compr. 125 109.06 44.41 3.97 101.20 116.92 52.00 200.0
Total 250 97.58 43.59 2.76 92.15 103.01 49.00 200.0
Înălțime CuZnAl x 400 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 67.13 27.02 2.42 62.34 71.91 40.00 140.0
Compr. 125 101.25 31.32 2.80 95.70 106.79 49.00 160.0
Total 250 84.19 33.83 2.14 79.97 88.40 40.00 160.0
Lățime CuZnAl x 500 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 64.37 32.10 2.87 58.68 70.05 33.19 132.7
Compr. 125 101.31 32.69 2.92 95.52 107.10 43.19 132.7
Total 250 82.84 37.26 2.36 78.20 87.48 33.19 132.7
Înălțime CuZnAl x 500 cicluri (nm)
0,001 Alung. 125 50.55 20.30 1.82 46.96 54.15 33.10 100.5
Compr. 125 85.59 32.70 2.92 79.80 91.38 39.10 120.0
Total 250 68.07 32.34 2.05 64.05 72.10 33.10 120.00
Ciclarea în ulei a cauzat apariția populațiilor de plăci secundare dar au fost influențate și
dimensiunile plăcilor primare de martensită. Rezultatele analizelor numerice a celor 3000 de date
reprezentative, măsurate după ciclarea în ulei sunt redate în cadrul Tabelului 8.2, unde s-a
folosit aceeași notație ca în cazul tabelului 8.1. Printr-o comparație simplă a valorilor medii se
poate remarca faptul că și ciclarea în ulei a contribuit la o diminuare mai moderată a reliefului
superficial al martensitei (Suru et al., 2014b).
72
Pe baza datelor prezentate în cadrul celor două tabele, tendințele de variație continue a
celor două caracteristici diferite ale reliefului de suprafață, și anume lațimea și înălțimea, au fost
reprezentate grafic, prin intermediul aproximării de tip „spline”, după cum este ilustrat în Figura
8.5 și respectiv Figura 8.6.
Simbolurile corespund valorilor medii ale datelor măsurate pentru starea inițială și pentru
cele cinci numere diferite de cicluri de educare în aer. Dându-se o funcție reală f ϵ C[a,b], a, b, ϵ
R, se pune problema aproximării ei prin alte funcții care să fie mai simple, adică ale căror valori
să fie cât mai apropiate de valorile funcției f date (Micula, 1978). Cu alte cuvinte, plecând de la
valorile funcției f în anumite puncte xi date, numite noduri, a = x1<x2<…xN = b se caută o funcție
s cu proprietatea:
S(xi) = f(xi) = mi, i = 1, 2 … 6 (1)
pentru oricare x ϵ [0,500], x ≠ xi, i = 1, 2 … 6
Figura 8.5 – Tendințe de variație continue ale lățimilor plăcilor de martensită pentru valorile
medii ale zonelor alungite după educarea în aer (wmea) și ciclarea în ulei (wmeo) și aceleasi
rezultate pentru zonele comprimate (wmca și respectiv wmco). Valorile izolate corespund datelor
măsurate iar linia continuă centrală arată tendința de variație generală a lățimilor plăcilor de
martensită (Suru et al., 2014b)
Referindu-ne la figura 8.4, tendința de finisare a lățimilor plăcilor de martensită este
destul de evidentă, odată cu creșterea numărului ciclurilor de educare în aer. În schimb, atunci
când comparăm datele corespunzatoare educării în aer cu cele ale ciclării în ulei este evident
faptul că cele din urmă au valori mai mici, în ambele cazuri, pentru zonele alungite și respectiv
comprimate.
Aproximarea spline oferă o determinare a tendinței generale de variație a lățimii plăcii de
martensită, integrând astfel datele pentru modul de încărcare și mediul de ciclare.
73
Figura 8.6 – Tendințe de variație continue ale înălțimilor plăcilor de martensită pentru valorile
medii ale zonelor alungite după educarea în aer (hmea) și ciclarea în ulei (hmeo) și aceleasi
rezultate pentru zonele comprimate (hmca și respectiv hmco). Valorile izolate corespund datelor
masurate iar linia continua centrală arată tendința de variație generală a înălțimilor plăcilor de
martensită (Suru et al., 2014b)
Prin intermediul interpolarii spline, au fost determinate relațiile generale pentru fiecare
tendință de variație continuă menționată anterior, în cazul lățimilor și a înălțimilor plăcilor de
martensită, după educarea în aer, ciclarea în ulei, în zonele alungite și respectiv comprimate:
(2)
unde
Tabelul 8.3 – Coeficienții spline pentru tendințele de variație ale lățimilor plăcilor de martensită,
ilustrați în figura 8.5 (Suru et al., 2014b) Mediu Mod de
incărcare
Nr.
cicluri xj
Coeficienți Spline
aj bj cj dj
Educare
-aer
Alungire
100 187.50 -0.07 0.00 0.36×10-5
200 184.33 0.04 1.08×10-2 -1.79×10-5
300 181.30 -0.28 -4.27×10-3 0.20×10-4
400 130.65 -0.53 1.75×10-3 -0.29×10-5
500 91.96 -0.27 0.87×10-3 0.28×10-5
Comprimare
100 187.51 -0.21×10-2 0.00 -0.75×10-6
200 186.55 -2.47×10-2 -0.22×10-3 1.83×10-6
300 183.65 -1.51×10-2 0.32×10-3 -5.95×10-6
400 179.41 -0.13 -1.46×10-3 3.80×10-6
500 155.66 -0.31 -0.32×10-3 1.08×10-6
Ciclare-
ulei
Alungire
100 187.50 -0.33 0.00 0.1×10-7
200 155.07 -0.32 0.21×10-5 1.17×10-6
300 123.85 -0.29 0.35×10-3 1.59×10-6
400 100.14 -0.17 0.83×10-3 -0.54×10-5
500 86.10 -0.16 -0.78×10-3 0.26×10-5
Comprimare
100 187.50 -0.38 0.00 0.49×10-5
200 154.12 -0.24 0.15×10-2 -0.64×10-5
300 138.87 -0.13 -0.45×10-3 0.20×10-5
400 123.03 -0.16 0.15×10-3 0.10×10-5
500 109.06 -0.11 0.43×10-3 -0.14×10-5
Tendința de variație
generală
100 187.5 -0.19 0 0.19×10-5
200 170.02 -0.13 0.58×10-3 0.53×10-5
300 156.91 -0.17 -0.1×10-3 0.44×10-5
400 133.31 -0.24 0.31×10-3 -0.9×10-6
500 110.69 -0.21 0.47×10-4 -0.16×10-6
74
Valorile coeficienților menționați corespunzători tendințelor de variație ale lățimii și
înălțimii plăcilor de martensită, ilustrați în figurile 8.5 și 8.6, atât pentru parametrii măsurați
(linie întreruptă) cât și pentru tendința generală (linie continuă) sunt prezentate în Tabelele 8.3 și
respectiv 8.4.
Aceste valori permit determinarea caracteristicilor de profil ale plăcii de martensită
(lățime și înăltime) pentru orice număr intermediar al ciclurilor de educare în aer, până la 500,
pentru cele două zone (alungită și comprimată), fără a neglija efectele ciclării în ulei. În plus, pot
fi calculate valorile medii ale lățimii și înălțimii corespunzatoare liniilor continue centrale din
figurile 8.5 si 8.6.
Tabelul 8.4 – Coeficienții spline pentru tendințele de variație ale înălțimilor plăcilor de
martensită, ilustrați în figura 8.6 (Suru et al., 2014b) Mediu Mod de
incărcare
Nr.
cicluri xj
Coeficienți Spline
aj bj cj dj
Educare-aer
Alungire
100 167.97 -0.92 0.00 0.19×10-4
200 94.85 -0.35 0.57×10-2 -0.26×10-4
300 90.10 -0.21×10-2 -0.22×10-2 0.10×10-4
400 78.24 -0.14 0.81×10-3 -0.46×10-5
500 68.12 -0.11 -0.57×10-3 0.19×10-5
Comprimare
100 167.97 -0.23 0.00 0.38 ×10-5
200 149.07 -0.11 0.11×10-2 -0.47×10-5
300 144.26 -0.03 -0.29×10-3 -0.13×10-5
400 137.12 -0.13 -0.69×10-3 0.33×10-5
500 120.89 -0.16 0.30×10-3 -0.10×10-5
Ciclare-ulei
Alungire
100 167.97 -0.53 0.00 0.53
200 119.96 -0.37 0.16×10-2 -0.41×10-5
300 94.38 -0.18 0.37×10-3 -0.07×10-5
400 79.60 -0.12 0.17×10-2 -0.17×10-5
500 67.13 -0.14 -0.35×10-2 0.12×10-5
Comprimare
100 167.97 -0.20 0.00 0.13×10-5
200 149.23 -0.16 0.38×10-3 -0.18×10-5
300 135.06 -0.14 -0.15×10-3 -0.19×10-6
400 119.41 -0.18 -0.21×10-3 0.15×10-5
500 101.25 -0.17 0.24×10-3 -0.80×10-6
Tendința de variație
generală
100 167.97 -0.46 0 -0.73×10-5
200 128.27 -0.25 0.21×10-2 -0.91×10-5
300 115.95 -0.87×10-1 0.55×10-3 0.19×10-5
400 103.59 -0.14 0.21×10-4 0.39×10-6
500 89.35 -0.14 -0.94×10-4 0.32×10-6
Au fost în continuare calculate abaterile valorilor medii măsurate ale lățimilor și
înălțimilor, în raport cu valorile lățimii și respectiv ale înălțimii, determinate de tendința de
variație generală a acestor caracteristici ale profilului de suprafață. Această evoluție este ilustrată
în cadrul Figurii 8.7.
În figura 8.7 valorile corespunzatoare zonelor alungite după educarea în aer și ciclarea în
ulei sunt desemnate ca fiind ea și respectiv eo. Pentru zonele comprimate valorile
corespunzatoare au fost desemnate ca fiind ca și co.
Analizând figura 8.7, este evident faptul că valorile profilelor plăcilor de martensită
măsurate în zonele comprimate, după ciclarea în ulei, co, prezintă cele mai mici abateri de la
tendința de variație generală.
Aceste abateri sunt de aproximativ ± 15 nanometri în cazul lățimilor plăcilor de
martensită și de 12-20 nanometri în cazul înălțimilor. Pentru restul modurilor de încărcare și a
mediilor de ciclare abaterile au fost mai mari. Totuși, aceste abateri nu au depășit intervalul -32,
… +45 nanometri.
75
Figura 8.7 – Evoluțiile abaterilor valorilor medii măsurate în raport cu valorile determinate de
tendința de variație generală a plăcilor de martensită: (a) lățimi și (b) înălțimi (Suru et al., 2014b)
Capitolul 9 – Concluzii, contribuții și perspective
Analizele experimentale au urmărit realizarea unui studiu comparativ complex al
reliefului asociat fazelor caracteristice şi efectelor prelucrării termomecanice observate la
principalele sisteme de aliaje cu memoria formei. În cazul lucrării de doctorat au fost selectate
patru aliaje cu memoria formei, două pe bază de fier și două pe bază de cupru.
Astfel, teza de doctorat a cuprins cinci direcții de cercetare după cum urmează:
A. studiul topografic comparativ al micro-reliefului plăcilor primare de martensită în
AMF cu structuri cristaline diferite.
B. evidențierea efectelor structurale ale modului de prelucrare prin deformare plastică la
cald asupra morfologiei reliefului de suprafață într-un AMF Fe-Mn-Si-Cr.
C. studierea efectelor mediului de educare-ciclare și ale modului de solicitare asupra
caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită în AMF Cu-Zn-Al.
D. analiza evoluției comparative a reliefului de suprafață al plăcilor de martensită induse
prin tensiune din AMF cu structuri cristaline diferite.
E. prelucrarea statistică a datelor obținute prin intermediul măsurătorilor prin
microscopie de forță atomică (AFM).
După stabilirea acestor cinci direcții, investigațiile au cuprins:
76
analiza profilelor plăcilor de martensită ε și β’2;
studiul, din punct de vedere calitativ și cantitativ, al micro-reliefurilor de suprafață
observate în aliajele cu memoria formei Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-Al;
implementarea unei tehnici originale de măsurare a plăcilor de martensită;
corelarea morfologiilor (sub)plăcilor de martensită obţinute în cadrul aliajului cu
memoria formei Fe-Mn-Si-Cr-Ni și cele ale aliajului cu memoria formei Cu-Zn-Al;
evidențierea efectelor structurale ale celor două procese de deformare plastică la cald,
respectiv laminare și forjare la cald, asupra evoluției morfologiei plăcilor de martensită
dintr-un aliaj cu memoria formei Fe-Mn-Si-Cr;
studiul aspectelor specifice celor două procese de deformare plastică la cald, prin
elaborarea unei evaluări statistice bazată pe măsurătorile prin microscopie de forță
atomică;
studiul influenței celor trei parametri, numiți:
(iv) numărul ciclurilor de educare;
(v) mediul de încălzire-răcire și
(vi) modul de încărcare,
asupra caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită din cadrul
actuatorilor educați dintr-un aliaj cu memoria formei pe bază de Cu-Zn-Al;
efectuarea unei comparații a evoluției reliefului de suprafață al plăcilor de martensită
indusă prin tensiune din trei aliaje cu memoria formei diferite:
(i) Fe-Mn-Si-Cr,
(ii) Fe-Mn-Si-Cr-Ni și
(iii) Cu-Al-Ni.
analiza sistematică a reliefului plăcilor de martensită induse prin tensiune, în funcție de
gradul de pre-deformare aplicat;
studiul tendințelor de variație, în funcție de gradul de pre-deformare, a dimensiunilor
plăcilor de martensită induse prin tensiune;
evidențierea tendințelor de variație ale reliefului de suprafață din AMF în funcție de
parametrii de educare-ciclare.
9.1 Concluzii
A. Studiul topografic comparativ al micro-reliefului plăcilor primare de martensită din AMF cu
structuri cristaline diferite, a permis formularea următoarelor concluzii:
ca rezultat al comparării prin intermediul SEM şi AFM a micro-reliefurilor suprafeţelor a
125 de plăci de martensită indusă termic, ε (cu structură hexagonal compactă, hc) în cazul
aliajului cu memoria formei Fe-Mn-Si-Cr-Ni şi β2’ (cu structură romboedrică, cu ordine
de împachetare cu perioadă lungă, în 9 straturi atomice compacte, 9R) în cazul aliajului
cu memoria formei Cu-Zn-Al, s-a constatat că plăcile de ε (hc) sunt în general mai netede
şi mai mari decât plăcile de martensită β2’ (9R);
77
valorile medii ale lăţimii şi înălţimii au fost de 3447 nanometri şi 454 nanometri pentru
plăcile de martensită ε (hc) din aliajul Fe-Mn-Si-Cr-Ni şi de 2180 şi respectiv 386
nanometri pentru plăcile β2’ (9R) din aliajul Cu-Zn-Al;
comparând deviaţiile relative în raport cu valorile medii, lăţimile plăcilor măsurate
variază până la 21%, la martensita ε(hc) şi 34 % la martensita β2’ (9R) iar înălţimile în jur
de 92 % la ε(hc) şi 113 % β2’ (9R), sugerând faptul că lăţimea profilului este mult mai
regulată decât înălţimea sa, de-a lungul plăcilor de martensită din ambele sisteme de
aliaje evaluate;
ținând cont de influenţa puternică a lungimii şi a profilului plăcilor de martensită asupra
proprietăţilor de memoria formei, metoda de măsurare dezvoltată în prezenta teză de
doctorat are potenţialul de a contribui la un control mai ridicat al performanţelor AMF.
B. După studierea efectelor structurale ale modului de prelucrare prin deformare plastică la cald
(forjare și laminare) asupra morfologiei reliefului de suprafață într-un AMF Fe-Mn-Si-Cr, s-au
constatat următoarele:
B.1 După deformarea la 1273 K:
s-a observat o textură evidentă, în cadrul ambelor probe, forjate și
respectiv laminate la cald, constând din diferențe între formele și
mărimile grăunților din secțiunile longitudinală și transversală;
mărimea medie a grăuntelui din secțiunea transversală a fost de 120 ×
10-6
m pe probele forjate la cald și de 60 × 10-6
m pe probele laminate
la cald;
laminarea la cald a fost mult mai eficientă decât forjarea la cald în ceea
ce privește finisarea dimensiunii grăuntelui, fapt ce a contribuit la
apariția morfologiei de tip placă a martensitei pe suprafața probelor
laminate, în timp ce morfologia de tip șipcă a fost observată pe
suprafața probelor forjate.
B.2 După deformarea la 1373 K, au fost observate caracteristici diferite ale reliefului
martensitei pe suprafața probelor laminate și a celor forjate:
pe probele laminate la cald, unde deformarea plastică a avut loc
într-un mod treptat, au fost observate șipci de martensită prin intermediul
microscopiilor optice și de forță atomică:
o dimensiunile medii ale șipcilor de martensită au fost de circa 200
nanometri pentru lățimi și de aproximativ 90 nanometri în cazul
înălțimilor;
o șipcile de martensită au fost stabilizate și nu s-au retransformat în
austenită în timpul încălzirii până la temperatura de 673 K.
considerând faptul că probele forjate la cald au fost obținute prin
șocuri, intercalate cu încălziri intermediare, după răcirea finală s-au
obținut:
78
o plăci de martensită cu lățimea medie de 430 nanometri și înălțimea
medie de 190 nanometri;
o aceste plăci de martensită, cu un relief pronunțat al suprafeței, s-au
retransformat în austenită pe încălzire între temperaturile 394 și
434 K.
B3. Comparând rezultatele evaluării profilelor martensitei, obținute în urma deformării
plastice prin laminare sau forjare, la 1273 K și la 1373 K, se poate concluziona că:
1 - laminarea a produs un relief mai fin decât forjarea, la ambele temperaturi de
deformare plastică;
2 - deformarea plastică la 1373 K a dus la formarea martensitei în șipci, după
laminare și în plăci, după forjare;
3 - plăcile de martensită, obținute după forjarea la 1373 K, se retransformă în
austenită prin încălzire.
B4. Metoda propusă permite determinarea tipului de procedeu de deformare plastică la
cald, contribuind astfel la un control mai eficient al tehnologiei de prelucrare.
C. Studiul efectelor mediului de educare-ciclare și al modului de solicitare asupra
caracteristicilor reliefului de suprafață al plăcilor de martensită în AMF Cu-Zn-Al a scos în
evidență următoarele:
relieful de suprafață al plăcilor de martensită, dintr-un aliaj cu memoria formei pe bază
de Cu-Zn-Al, a suferit tendințe de variație complexe, ca efect al numărului de cicluri de
educare (100, 300 și 500), al modului predominant de încărcare (alungire sau
comprimare) dar și ca efect al ciclării în ulei a probelor educate anterior;
observațiile efectuate prin microcopie optică, electronică cu baleiaj și de forță atomică au
subliniat tendința de scădere a profilelor plăcilor de martensită, atât la creșterea
numărului ciclurilor de educare cât și la aplicarea alungirii pe straturile exterioare;
evaluările statistice, bazate pe măsurătorile de forță atomică AFM ale lățimilor și
înălțimilor profilelor plăcilor de martensită, efectuate pe suprafețele unde modul de
încărcare predominant a fost alungirea, au subliniat faptul că ciclarea în ulei a permis o
creștere a intervalelor în care majoritatea lățimilor profilelor s-au situat și o scădere a
intervalelor corespunzătoare înălțimilor profilelor;
pe suprafețele unde comprimarea a fost modul de încărcare predominant, evaluările
statistice au arătat faptul că intervalele în care au fost situate majoritatea lățimilor de
profil au tins să scadă ca efect al ciclării în ulei.
metoda propusă permite controlul post-operațional al tratamentului termomecanic de
educare.
D. În urma analizei comparative a evoluției reliefului de suprafață al plăcilor de martensită
induse prin tensiune din AMF cu structuri cristaline diferite s-au desprins următoarele aspecte:
79
o tendință generală de creștere a profilelor plăcilor de martensită odată cu creșterea
gradului de pre-deformare aplicat;
fitările liniare, utilizate pentru aproximarea tendinței de variație globală a dimensiunilor
plăcilor de martensită odată cu gradul de pre-deformare aplicat, au evidențiat viteze de
creștere similare ale lățimilor și înălțimilor în cazul AMF Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni și Fe-
28Mn-6Si-5C, variind în jurul valorii de 30nm / %;
AMF Cu-Al-Ni au fost mai fragile dar au prezentat plăci de martensită induse prin
tensiune mai mari, prin comparație cu AMF pe bază de Fe-Mn-Si.
E. După prelucrarea datelor statistice obținute prin intermediul măsurătorilor prin microscopie
de forță atomică (AFM) ale profilelor plăcilor de martensitică din AMF Cu-Zn-Al educat în aer
și ciclat în ulei, s-au constatat următoarele:
profilele plăcilor de martensită din zona alungită și din cea comprimată ale probelor din
AMF Cu-Zn-Al, au prezentat o tendință clară de finisare odată cu creșterea numărului
ciclurilor de educare;
în toate cazurile, profilele plăcilor de martensită au fost mai mari în zona comprimată
decât în zona alungite;
evaluările calitative au sugerat faptul că plăcile de martensită s-au finisat odată cu
creșterea numărului ciclurilor de educare și după ciclarea în ulei, în mare măsură ca un
efect al apariției populației plăcilor secundare de martensită;
din punctul de vedere al metodei numerice, a fost aleasă metoda de interpolare pe bază
unei funcții de tip spline, luând în calcul, printre altele, aspectele calitative referitoare la
eroarea interpolării;
interpolarea spline a fost capabilă să dezvolte două relații pentru tendințele de variație
generale ale lățimilor și înălțimilor plăcilor de martensită, odată cu creșterea numărului
ciclurilor de educare până la 500.
9.2 Contribuții
Contribuţiile aduse prin elaborarea acestei lucrări de doctorat includ:
realizarea unui studiu topografic comparativ amplu al micro-reliefului plăcilor primare de
martensită din aliajele cu memoria formei cu structuri cristaline diferite, și anume aliaje pe bază
de Fe-Mn-Si-Cr-Ni și pe bază de Cu-Zn-Al;
contribuții la introducerea și implementarea unei proceduri sistematice de măsurare a
profilelor plăcilor de martensită;
identificarea diferențelor existente între profilele plăcilor de martensită ε și profilele
plăcilor de martensită β2, prin elaborarea unei analize calitative și cantitative a micro-reliefurilor
plăcilor de martensită;
corelarea efectelor structurale ale modului de prelucrare prin deformare plastică la
temperaturi înalte cu morfologia reliefului de suprafață dintr-un AMF pe bază de Fe-Mn-Si-Cr;
80
identificarea evoluției micro-structurii în urma laminării și respectiv forjării la cald, prin
intermediul microscopiei optice și de forță atomică;
analiza detaliată a influenței celor două procese de deformare plastică la cald asupra
morfologiei reliefului prin proiectarea 3-D a măsurătorilor cantitative ale plăcilor și ale șipcilor
de martensită;
analiza termică prin calorimetrie cu baleiaj a efectelor celor două moduri de deformare
plastică;
identificarea efectelor mediului și a modului de solicitare asupra caracteristicilor
reliefului de suprafață al plăcilor de martensită în AMF pe bază de Cu, cu ajutorul microscopiei
optice, electronice cu baleiaj și de forță atomică;
realizarea și proiectarea unei evaluări statistice 3-D a datelor obținute;
efectuarea unei comparații a evoluției reliefului de suprafață al plăcilor de martensită
induse prin tensiune din trei aliaje cu memoria formei diferite: (i) Fe-Mn-Si-Cr, (ii) Fe-Mn-Si-
Cr-Ni și (iii) Cu-Al-Ni;
contribuții la studiul tendințelor de variație, în funcție de gradul de pre-deformare, a
dimensiunilor plăcilor de martensită induse prin tensiune;
prelucrarea statistică a datelor de profil, prin evidențierea tendințelor de variație ale
reliefului de suprafață din AMF în funcție de parametrii de educare-ciclare;
elaborarea şi publicarea unui număr de douăzeci și una de lucrări având subiecte în
conexiune cu lucrarea de doctorat, dintre care treisprezece în reviste indexate ISI (cinci în
calitate de prim autor și pe tematica tezei);
participarea la cincisprezece conferințe internaționale cu prezentări sub formă de poster și
orală (cinci în calitate de prim autor), dintre care două conferințe prestigioase în domeniul
exclusiv al memoriei formei și al transformărilor martensitice.
ca și aplicație, metoda propusă poate permite determinarea tipului de procedeu de
deformare plastică la cald contribuind astfel la un control mai eficient al tehnologiei de
prelucrare dar și permite controlul post-operațional al tratamentului termomecanic de educare.
9.3 Perspective
Tematica abordată prin acest studiu comparativ al reliefului asociat fazelor caracteristice
şi efectelor prelucrării termomecanice observate la principalele sisteme de aliaje cu memoria
formei oferă noi direcţii de cercetare atât în domeniul aliajelor cu memoria formei pe bază de Fe
și Cu cât şi a aliajelor cu memoria formei în general:
evidențierea legăturilor existente între prezența plăcilor primare de martensită, observate
și evaluate pe probele din AMF Fe-Mn-Si-Cr-Ni și Cu-Zn-Al, și posibila apariție a
plăcilor secundare de martensită;
analiza calitativă și cantitativă a acestor posibile plăci secundare de martensită;
81
modificarea condițiilor de prelucrare prin deformare plastică pentru a studia influența
acestor noi parametri asupra morfologiei reliefului de suprafață dintr-un AMF Fe-Mn-Si-
Cr;
schimbarea condițiilor mediului de educare-ciclare și chiar a geometriei probelor pentru a
identifica efectele acestor parametric noi asupra caracteristicilor reliefului de suprafață;
modificarea gradelor de pre-deformare și elaborarea unei evoluții comparative a reliefului
de suprafață al plăcilor de martensită indusă prin tensiune în aceste noi contexte;
aprofundarea cercetărilor referitoare la analiza numerică a măsurătorilor efectuate prin
intermediul microscopului de forță atomică;
fluctuarea compozițiilor chimice, ale aliajelor studiate, pentru realizarea unei cercetări
ample asupra efectelor acestor elemente asupra morfologiei de suprafață a plăcilor de
martensită;
aprofundarea cercetărilor asupra profilelor de placă, prin corelarea lățimii și înălțimii
plăcilor cu lungimile acestora și identificarea unor noi tendințe de variație funcție de cele
trei dimensiuni măsurate;
extinderea acestor studii comparative ale reliefului asociat fazelor caracteristice și a
efectelor diferitelor prelucrări termomecanice și la alte sisteme de aliaje cu memoria
formei, cum ar fi cele pe bază de titan.
Bibliografie selectivă
Ahlers, M. and Pelegrina, J. L., (2003) - Ageing of martensite: stabilisation and ferroelasticity in
Cu based shape memory alloys, Materials Science and Engineering: A, 356, , pp.
298-315.
Aluaş, M. and Simion, S., (2012) - Metode experimentale avansate pentru studiul şi analiza bio-
nano-sistemelor, Casa Cărţii de Ştiinţă, ISBN 978-606-17-0115-5, pp. 266-378.
Arruda, G. J., Buono, V. T. L., Andrade, M. S., (1999) - ‘The influence of deformation on the
microstructure and transformation temperatures of Fe–Mn–Si–Cr–Ni shape memory
alloys’, Mater. Sci. Eng. A, 273-275, pp. 528–532.
Baruj, A. and Troiani, H.E., (2008) - The effect of pre-rolling Fe–Mn–Si-based shape memory
alloys: Mechanical properties and transmission electron microcopy examination,
Mat Sci Eng A, 481-482, pp. 574-577.
Bergeon, N., Kajiwara, S. and Kikuchi, T., (2000) - Atomic force microscope study of stress-
induced martensite formation and its reverse transformation in a
thermomechanically treated Fe–Mn–Si–Cr–Ni alloy, Acta Mater, 48, pp. 4053-
4064.
Bo, X. Z. and Fang, H. S., (1998) - Scanning Tunneling Microscopic Observation of the Surface
Topography of Metallographic Specimens, Mater. Charact., 41, pp. 211-215.
Buehler, W.J., Gilfrich, J.W. and Wiley, R.C., (1963) - J. Appl. Phys., 34: 1616.
Bujoreanu, L. G., (1997) - Tehnologie şi utilaje de obţinere a unor aliaje cu memoria formei,
82
Teză de doctorat.
Bujoreanu, L. G., Lohan, N. M., Pricop, B. and Cimpoeșu, N., (2011) - Thermal Memory
Degradation in a Cu-Zn-Al Shape Memory Alloy During Thermal Cycling with Free
Air Cooling, J. Mater. Eng. Perform., 20, pp. 468-475.
Bujoreanu, L. G., Stanciu, S., Bârsănescu, P., Lohan, N. M., (2009a) - Study of the transitory
formation of α1 bainite, as a precursor of α-phase in tempered SMAs, Proceedings of
SPIE, 7297, (SPIE, Bellingham, WA, 2009), 72970B.
Bujoreanu, L. G., Stanciu; S., Ozkal, B., Comăneci, R. I. and Meyer, M., (2009c) - Comparative
study of the structures of Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloys obtained by classical
and by powder metallurgy, respectively, in ESOMAT 2009 - The 8th European
Symposium on Martensitic Transformations, 05003.
Bujoreanu, L.G. and Stanciu S., (1998c) – Metode practice de analiza, Materiale cu memoria
formei, Editura CERMI, Iași.
Bujoreanu, L.G., Comăneci, R.I., Dan, I. and Gurău, G., (2012b) - ETAPA DE EXECUȚIE NR.
1-Obținerea aliajului cu structura ultrafină și efect de memoria formei.
Caracterizarea probelor preliminare, RAPORTUL ȘTIINȚIFIC ȘI TEHNIC-
Sistem modular de elemente multifuncționale cu deplasare auto-adaptivă
(MOSSADIS), Parteneriate în domenii prioritare, contract 144/2012, pp. 30-106.
Bujoreanu, L.G., Dia, V. şi Mărginean S., (1998b) - Tehnologie şi utilaje de obţinere a unor
aliaje cu memoria formei. Vol.I, Editura Ştiinţifică “Fundaţia Metalurgia Română”,
Bucureşti, ISBN 973-98314-2-7.
Bujoreanu, L.G., Dia, V., Stanciu, S., Susan, M. and Baciu, C., (2008) - Study of the tensile
constrained recovery behavior of a Fe-Mn-Si shape memory alloy, Eur Phys J
Special Topics, 158, pp. 15-20.
Buschbeck, J., Niemann, R., Heczko, O., Thomas, M., Schultz, L., Fahler, S., (2009) - In situ
studies of the martensitic transformation in epitaxial Ni–Mn–Ga films, Acta Materialia,
57, pp. 2516–2526.
Cai, W., Meng, X.L., Zhao, L.C.., (2005) - Curr Opin Solid State Mater Sci, pp. 9-296.
Chen, X., He, Y.J., and Moumni, Z., (2012) – Experimental investigation on evolution of
macroscopic deformation pattern in Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy, 9th
European symposium on martensitic transformations ESOMAT.
Christian, J. W., (1970) - Martensite fundamentals and technology, ed. E. R. Petty, Longman,
Bristol, pp. 11–41.
Cimpoeșu, N., Stanciu, S., Mayer, M., Ioniță, I. and Hanu Cimpoeșu, R., (2010) - Effect of stress
on damping capacity of a shape memory alloy CuZnAl, J. Optoelectron. Adv. M.,
12, pp. 386-391.
Delaey L., (1991) - Materials Science and Technology, Vol. 5: Phase transformations in
Materials, P. Haasen, ed., VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, pp. 339-404.
83
Druker, A., Baruj, A., Malarría, J., (2010) - Effect of rolling conditions on the structure and
shape memory properties of Fe–Mn–Si alloys, Materials characterization, 61, pp. 603–
612.
Druker, A.V., Sobrero, C., Malarría, J., Garbe, U., Brokmeier, H.-G. and Bolmaro, R. E., (2009)
- Effect of texture heterogeneities on the shape memory properties of rolled Fe-Mn-Si
SMA, Z. Kristallogr. Suppl. 30, pp. 297-302.
Duerig, T.W. and Zadno, R., (1990) - Engineering Aspects of Shape Memory Alloys, T.W.
Duerig, K.N. Melton, D. St¨ockel, and C.M.Wayman, eds., Butterworth-Heinemann,
London, pp. 369–393.
Epureanu, A., Vacarus, V., Maier, C., Banu, M. and Marin, F. B., (2010) - Surface micro-
topography and its control by machining process scheduling, International Journal
of Modern Manufacturing Technologies, II(2), pp. 37-44.
Freed, Y and Aboudi, J, (2009) - Micromechanical prediction of the two-way shape memory
effect in shape memory alloy composites, International Journal of Solids and
Structures, 46, pp. 1634–1647.
Gherman, L., Palaghia, I., Dodun, O. and Slătineanu, L., (2012) - Statistic analysis of the
experimental results obtained at single discharge electroerosion, International
Journal of Modern Manufacturing Technologies, IV(2), pp. 39-46.
Greninger, A.B. and Mooradian, V.G. (1938) - Trans. Met. Soc. 128: AIME, pp. 337.
Guilemany, J. M., Mellor, B. G., Fernandez, J., Franch, R. and Willott, S. E., (1995) - Springs
with two way shape memory obtained by stabilized stress induced martensite training
methods, J Phys IV, 5, pp. 379–384.
Hai-xia, LIU, Nai-chao, SI , Gui-fang, XU, (2006) - Influence of process factors on shape
memory effect of CuZnAl alloys, Trans. Nonferrous Met. SOC China, 16, pp. 1402-
1409.
Heczko, O., Glavatska, N., Gavriljuk, V., Ullakko, K., (2001) - Mater. Sci. Forum, pp. 373–376
and 341–344.
Hoffmann, M., Ahmet Oral, Ralph A. G, Peter, (2001) - Direct measurement of interatomic force
gradients using an ultra-low-amplitude atomic force microscope, Proceedings of the
Royal Society a Mathematical Physical and Engineering Sciences, pp. 457-1161.
Hsu, C.A., Wang, W.H., Hsu, Y.F., Rehbach, W.P., (2009) - The refinement treatment of
martensite in Cu–11.38 wt.%Al–0.43 wt.% Be shape memory alloys, Journal of Alloys
and Compounds, 474, pp. 455–462.
Kajiwara, S. and Kikuchi, T., (1990) - Shape memory effect and related transformation behavior
in Fe-Ni-C alloys, Acta metall., 38, pp. 847-855.
Kajiwara, S., (1999) - ‘Characteristic features of shape memory effect and related
transformation behavior in Fe-based alloys’, Mat. Sci. Eng. A, 273–275, pp. 67–88.
Kirindi, T. and Dikici, M., (2006) - ‘Microstructural analysis of thermally induced and
deformation induced martensitic transformations in Fe–12.5 wt.% Mn–5.5 wt.% Si–9
wt.% Cr–3.5 wt.% Ni alloy’, J. Alloy. Compd., 407, pp. 157–162.
84
Kırındı, T., Sarı, U. and Dikici, M., (2009) - The effects of pre-strain, recovery temperature, and
bending deformation on shape memory effect in an Fe–Mn–Si–Cr–Ni alloy, J. Alloy
Compd., 475, pp. 145-150.
Koval, Y, Firstov, G., Odnosum, V., (2012) – High temperature martensitic transformation and
shape memory behavior in HfIr intermetallic compound, 9th
European symposium on
martensitic transformations ESOMAT.
Kustov, S., Pons, J., Cesari, E., Morin, M., (2002) - Scripta Mater, 46, pp. 817.
Kwon, E. P., Fujieda, S., Shinoda, K. and Suzuki, S., (2010) - Texture evolution and fcc/hcp
transformation in Fe–Mn–Si–Cr alloys by tensile deformation, Mat Sci Eng A, 527,
pp. 6524-6532.
Lagoudas, D.C., (2008) - Shape Memory Alloys, Modeling and Engineering Applications, Ed.
Springer, New York, NY.
Laguna, M.F., Larochette, A.P., Pelegrina, J.L., (2012) – Dynamical behavior of thermal cycles
in martensites, 9th
European symposium on martensitic transformations ESOMAT.
Li, H., Yin, F., Sawaguchi, T., Ogawa, K., Zhao, X. and Tsuzaki, K., (2008) - Texture evolution
analysis of warm-rolled Fe–28Mn–6Si–5Cr shape memory alloy, Mat Sci Eng A,
494, pp. 217-226.
Lohan, C., Pricop, B., Comăneci, R. I., Cimpoeșu, N. and Bujoreanu, L.-G., (2010) - Variation
tendencies of tensile constrained recovery behaviour and associated structural
changes during thermal cycling of a Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloy,
Optoelectron. Adv.Mat., 4, pp. 816-820.
Lohan, N. M., Bujoreanu, L.-G. and Baciu, C., (2012) - Influence of temperature variation rate
on calorimetric response during heating and on martensite structure obtained after
subsequent cooling of Cu–Zn–Al shape memory alloy, Micro Nano Lett., 7, pp. 540-
543.
Lohan, N. M., Pricop, B., Bujoreanu, L.-G. and Cimpoesu, N., (2011) - Heating rate effects on
reverse martensitic transformation in a Cu-Zn-Al shape memory alloy, Int J Mat
Res, 102(11), pp. 1345-1351.
Maji, B. C., Madangopal, K. and Rama Rao, V. V., (2003) - ‘The microstructure of an Fe-Mn-
Si-Cr-Ni stainless steel shape memory alloy’, Metall. Mater. Trans., 34A, pp. 1029-
1042.
Malygin, G.A., (2003) - Martensite-Induced Stress Relaxation and Deformation Effects in
Membranes Made of Shape Memory Materials, Technical Physics, 48, pp. 329–333.
Melton, K. and Mercier, O., (1979) – Fatigue of Ni-Ti thermoelastic martensites, Acta metall.,
24, pp. 137-144.
Melton, K.N., (1990) - Ni-Ti based shape memory alloys, Eng.Asp.Shape Mem.All. (Duerig,
T.W. et al. eds.), Butterworth-Heinemann, pp. 21-35.
Meng, X.L., Cai, W., Fu, Y.D., Zhang, J.X., Zhao, L.C., (2010) - Martensite structure in Ti–Ni–
Hf–Cu quaternary alloy ribbons containing (Ti,Hf)2Ni precipitates, Acta Materialia, 58,
pp. 3751–3763.
85
Meng, XL, Cai, W, Lau, KT, Zhao, LC, Zhou, LM., (2005) – Intermetallics, pp. 13-197.
Meng, XL, Tong, YX, Lau, KT, Cai, W, Zhou, LM, Zhao, LC., (2002) - Mater Lett, pp 57-452.
Micula, G., (1978) – Funcții spline și aplicații, Editura tehnică București.
Mirko, G., Ladislav, V., Stjepan, K., Albert, K., Ivan, A., Senka, G., Borut, K., Maja, K., (2011)
- Electrochemical and microstructural study of Cu–Al–Ni shape memory alloy, Journal
of Alloys and Compounds, 509, pp. 9782– 9790.
Mostafa, K. M., De Baerdemaeker, J., Van Caenegem, N., Segers, D. and Houbaert, Y., (2009) -
‘Influence of Carbon on the Microstructure of a Fe-Mn-Si-Cr-Ni Alloy’, J. Mater.
Eng. Perform., 18, pp. 575–581.
Nai-chao, SI, Guoqi, ZHAO and Daoqing., YANG, (2003) - Effects of mischmetal on
mechanical properties of CuZnAl shape memory alloy [J]. The Chinese Journal of
Nonferrous Metals, 13, pp. 393-398.
Otsuka, K and Ren, X., (2005) - Prog Mater Sci, pp. 50-511.
Otsuka, K. and Shimizu, K. ,(1986) - Int. Met. Rev. 31, pp. 93–114.
Otsuka, K., Wayman, C.M., Nakai, K., Sakamoto, H. and Shimizu, K., (1976) – Superelasticity
effects and stress-induced martensitic transformations in Cu-Al-Ni alloys, Acta
metall., 24, pp. 207-226.
Paraschiv, A.L., Ozkal, B., Bujoreanu, L.G., (2012) – Chemical composition and
thermomechanical processing effect in Fe-Cr base shape memory alloys, IMMC’16th
International Metallurgy & Materials Congress.
Perkins, J. and Hodgson, D., (1990) - Engineering Aspects of Shape Memory Alloys, T.W.
Duerig, K.-N. Melton, D. St¨ockel, and C. M.Wayman, eds., Butterworth-Heinemann,
London, pp. 195–206.
Pricop, B., Söyler, U., Özkal, B., Lohan, N. M., Paraschiv, A. L., Suru, M. G., Bujoreanu, L. G.,
(2013) - Influence of mechanical alloying on the behavior of Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape
memory alloys made by powder metallurgy, Materials Science Forum, 738-739, pp.
237-241.
Proft, J. L. and Duerig, T. W., (1990) - ‘The mechanical aspects of constraint recovery’, in:
Duerig, T. W, Melton, K. N., Stöckel, D., Wayman, C. M., (Eds.) Engineering
Aspects of Shape Memory Alloys, Butterworth-Heinemann, London, pp. 115–129.
Russell, S.M., Hodgson, D.E. and Basin, F., (1997) - Proc. 2nd Int. Conf. Shape Memory
Superelastic Technol., SMST, Santa Clara, pp. 429–436.
Ryklina, E. P., Prokoshkin, S. D. and Kreytsberg, A. Yu., (2012) - Abnormally high recovery
strain in Ti–Ni-based shape memory alloys, Journal of Alloys and Compounds,
doi:10.1016/j.jallcom.2012.02.138.
Sato, A., Kubo, H., Maruyama, T., (2006) - Mehanical properties of Fe-Mn-Si based SMA and
the application, Mater Trans, 47(3), pp. 571-579.
Sawaguchi, T., Bujoreanu, L. G., Kikuchi, T., Ogawa, K., Koyama, M. and Murakami, M.,
(2008b) - Mechanism of reversible transformation-induced plasticity of Fe–Mn–Si
shape memory alloys, Scripta Mater., 59, pp. 826-829.
86
Sawaguchi, T., Bujoreanu, L.-G., Kikuchi, T., Ogawa, K. and Yin, F., (2008a) - Effects of Nb
and C in Solution and in NbC Form on the Transformation-related Internal Friction
of Fe–17Mn (mass%) Alloys, ISIJ Int, 48(1), pp. 99–106.
Shakoor, R.A. and Ahmad Khalid, F., (2009) - Thermomechanical behavior of Fe–Mn–Si–Cr–Ni
shape memory alloys modified with samarium, Mater Sci Eng A, 499, pp. 411–414.
Smart Materials and Structures, (2002) - 11, pp. 175-316.
Smith, W.E. and Dent, G., (2005) - Modern Raman Spectroscopy – A Practical Approach.
Stanciu, S., Bujoreanu, L. G., (2008) - Formation of β’1 stress-induced martensite in the presence
of γ-phase, in a Cu–Al–Ni–Mn–Fe shape memory alloy, Materials Science and
Engineering A, 481–482, pp. 494–499.
Stanford, N. and Dunne, D., (2005) - Martensitic surface relief in an Fe–Mn–Si-based alloy
strained by bending, Scripta Mater., 53, pp. 739-744.
Stanford, N. and Dunne, D.P., (2010) - Effect of Si on the reversibility of stress-induced
martensite in Fe–Mn–Si shape memory alloys, Acta Materialia, 58, pp. 6752–6762.
Stanford, N., Chen, K., Dunne, D., Jin, X., (2007) - Effect of alloying additions on the SFE, Neél
temperature and shape memory effect in Fe–Mn–Si-based alloys, ISIJ Int, 47, pp. 883–9.
Suru, M. G., Paraschiv, A. L., Pricop, B., Bujoreanu, L. G., (2013a) - A statistical evaluation of
thermomechanical loading effects on martensite plate morphology in CuZnAl SMAs,
Optoelectronics and advanced materials – rapid communications, 7, pp. 141 –
144.
Suru, M.-G. and Bujoreanu, L.-G., (2012a) - Comparative topographic study of surface micro-
relief of primary martensite plates in shape memory alloys with different crystalline
structures, Materialwiss Werkst, 43(11), pp. 973–978.
Suru, M.-G., Dan, I., Lohan, N. M., Paraschiv, A. L., Pricop, B., Spiridon, I. P., Baciu, C.,
Bujoreanu, L.-G., (2014a) - Effects of hot working procedure on surface relief
characteristic in an Fe–Mn–Si–Cr shape memory alloy, Mat.-wiss. u.
Werkstofftech., 45, pp. 44-50.
Suru, M.-G., Moroşanu, C., Bujoreanu, L.-G., (2014b) - Variation tendencies of shape memory
alloys surface relief as a function of training-cycling parameters, Journal of
optoelectronics and advanced materials, 16, pp. 394 – 400.
Suru, M.-G., Moroşanu, C., Comăneci, R.-I., Mihalache, E., Pricop, B., Baciu, C., Bujoreanu,
L.-G., (2014e) - Comparative evolution of surface relieves of stress-induced
martensite plates in shape memory alloys with different crystalline structures,
International Conference on Martensitic Transformation 2014, July 6-11 2014,
Bilbao, Spain. Abstract Book, T9-P.17 (038), p. 183.
Suru, M.-G., Paraschiv, A. L., Lohan, N. M., Pricop, B., Bujoreanu, L.-G., (2013b) - Loading
mode and alloy system effects on surface relief characteristics of martensite plates in
Cu-based SMAs, Proceedings of the International Conference on Shape Memory
and Superelastic Technologies, May 20-24, Prague, Czech Republic, pp. 366-367.
87
Suru, M.-G., Paraschiv, A. L., Lohan, N. M., Pricop, B., Ozkal, B., Bujoreanu, L.-G., (2014c) -
Loading Mode and Environment Effects on Surface Profile Characteristics of
Martensite Plates in Cu-Based SMAs, Journal of Materials Engineering and
Performance, 23(7), pp. 2669-2676.
Suru, M.-G., Paraschiv, A.L., Bujoreanu, L.-G., (2012b) – Micro structural aspects of
martensite plates in shape memory alloys based on Fe-Mn-Si and Cu-Zn-Al,
Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Tomul LVIII (LXII) Fasc 2, pp. 15-21.
Suru, M-G., Lohan, N.M., Pricop, B., Spiridon, I.P., Mihalache, E., Comaneci, R.I., Bujoreanu,
L-G., (2014d) - Structural effects of high-temperature plastic deformation process on
martensite plate morphology in a Fe-Mn-Si-Cr SMA, Int. J. Materials and Product
Technology, Vol. X, No. Y, xxxx, pp.
Sutou, Y., Kamiya, N., Omori, T., Kainuma, R., Ishida, K., (2004) - Appl. Phys. Lett., 84, pp.
1275–1277.
Takabayashi, S., Tanino, K. and Kitagawa, K. (1998), ―Reversible shape memory alloy film
fabricated by RF sputtering, Mater Manuf Process, 13(2), pp. 275-286.
Tanaka, Y., Himuro, Y., Kainuma, R., Sutou, Y., Omori, T. and Ishida, K., (2010) - Ferrous
Polycrystalline Shape-Memory Alloy Showing Huge Superelasticity, Science 327, pp.
1488.
Tatar, C. and Zengin, R., (2005) - The effects of irradiation on some physical properties of Cu–
13.5 wt.%Al–4 wt.%Ni shape memory alloy, Mater. Lett., 59, pp. 3304–3307.
Tong, Y. X., Guo, B., Chen, F., Tian, B., Li, L., Zheng, Y. F., Ma, L. W. and Chung, C. Y.,
(2012) - Two-way shape memory effect of TiNiSn alloys developed by martensitic
deformation, Materials Science and Engineering A, 550, pp. 434-437.
Van Caenegem, N., Duprez, L., Verbeken, K., Segers, D. and Houbaert, Y., (2008) - Stresses
related to the shape memory effect in Fe–Mn–Si-based shape memory alloys, Mat
Sci Eng A, 481–482, pp. 183-189.
Van Humbeeck, J., (2001) - Materials Science Forum, 366–368, pp. 382.
Van Humbeeck, L. and Stalmans, R., (2002) - Shape Memory Alloys, Types And Functionalities.
Encyclopedia Of Smart Materials, Ed. Mel Schwartz, ISBN 0-471-17780-6, pp. 951-
964.
Vitel, G., Paraschiv, A. L., Suru, M. G., Cimpoeşu, N. and Bujoreanu, L.-G., (2011) - New
calorimetric-structural aspects of temperature memory effect in hot rolled Cu-Zn-Al
SMAs, Optoelectron Adv Mat, 5(8), pp. 858–862.
Vitel, G., Suru, M. G., Paraschiv, A. L., Lohan, N. M., Pricop, B., Baciu, M., Bujoreanu, L. G.,
(2013) - Structural effects of training cycles in shape memory actuators for
temperature control, Materials and Manufacturing Processes, 28(1), pp. 79 – 84.
Wang, Z. G., Zu, X. T., Yu, H. J., He, X., Peng, C. and Huo, Y., (2006) - Temperature memory
effect in CuAlNi single crystalline and CuZnAl polycrystalline shape memory alloys,
Thermochim Acta, 448, pp. 69-72.
88
Wen, Y.H., Zhang, W., Li, N., Peng, H.B. and Xiong, L.R., (2007) - Principle and Realization of
Improving Shape Memory Effect in Fe-Mn-Si-Cr-Ni Alloy through Aligned
Precipitations of Second-Phase Particles, Acta Mater., 55, pp. 6526–6534.
Xiaomin, C., Feng, H., Na, L. and Xingwen, W., (2008) - J. Wuhan Univ. Technol., 23, pp.
717.
Xiong, F., Liu, Y., (2007) - Effect of stress-induced martensitic transformation on the crack tip
stress-intensity factor in Ni–Mn–Ga shape memory alloy, Acta Materialia, 55, pp. 5621–
5629.
Yang, Z. G., Fang, H. S., Wang, J. J., Li, C. M., Bao, X. Z., Zheng, Y. K., Huang, Y. Q., (1996) -
J. Appl. Phys., 79, pp. 9129.
Zhang, J., Somsen, C., Simon, T., Ding, X., Hou, S., Ren, S., Ren, X., Eggeler, G., Otsuka, K.
and Sun, J., (2012) - Leaf-like dislocation substructures and the decrease of
martensitic start temperatures: A new explanation for functional fatigue during
thermally induced martensitic transformations in coarse-grained Ni-rich Ti–Ni
shape memory alloys, Acta Materialia, 60, pp. 1999-2006.
Zhang, J.X., Sato, M. and Ishida, A., (2006) - Deformation mechanism of martensite in Ti-rich
Ti–Ni shape memory alloy thin films, Acta Materialia, 54, pp. 1185–1198.
Zhang, W., Liu, Z., Zhang, Z. and Wang, G., (2013) - The crystallographic mechanism for
deformation induced martensitic transformation observed by high resolution
transmission electron microscope, Mater Lett 91, pp. 158-160.
Zhang, X., Sawaguchi, T., Ogawa, K., Yin, F. and Zhao, X., (2011) - A structure created by
intersecting 2 martensite variant plates in a high-manganese steel, Philos Mag, 91
(35), pp. 4410–4426.
Zhang, Y. and Hornbogen, E., (1992) – Experimental methods for analysis of thermal cycles in
shape memory alloys, Progr.Shape Mem.All., (Eucken, S. ed.), DGM-
Informationsgesellschaft Verlag, Bochum, pp. 63-78.
LISTA LUCRĂRILOR ȘTIINȚIFICE
Lucrări ISI publicate
1. G. Vitel, A. L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, N. Cimpoesu, L.-G. Bujoreanu,
(2011) - New calorimetric-structural aspects of temperature memory effect in hot rolled Cu-Zn-
Al SMAs, Optoelectronics And Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 5, No. 8,
, pp. 858–862.
IF* = 0,304
2. G. Vitel, A. L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, N. Cimpoesu, L.-G. Bujoreanu,
(2012) - Tempering effects in a normalized hot forged Cu-Zn-Al shape memory alloy,
Optoelectronics And Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 6, No. 1-2, pp.
339–342.
IF = 0,304
89
3. Marius-Gabriel SURU and Leandru-Gheorghe BUJOREANU, (2012) - Comparative
topographic study of surface micro-relief of primary martensite plates in shape memory alloys
with different crystalline structures, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Materials
Science and Engineering Technology), Vol. 43, No. 11, pp. 973–978.
IF = 0,543
4. G. Vitel, Marius-Gabriel SURU, A. L. Paraschiv, N. M. Lohan, B.Pricop, M.Baciu,
L.G.Bujoreanu, (2013) - Structural effects of training cycles in shape memory actuators for
temperature control, Materials And Manufacturing Processes, Vol. 28, No. 1, pp. 79–84.
IF = 1,058
5. Bogdan Pricop, Umut Söyler, Burak Özkal, Nicoleta Monica Lohan, Adrian Liviu
Paraschiv, Marius-Gabriel SURU and Leandru-Gheorghe Bujoreanu, (2013) - Influence of
mechanical alloying on the behavior of Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloys made by powder
metallurgy, Materials Science Forum, Vols. 738-739, pp. 237-241.
6. Marius-Gabriel SURU, A. L. Paraschiv, B. Pricop, L. G. Bujoreanu, (2013) - A
statistical evaluation of thermomechanical loading effects on martensite plate morphology in
CuZnAl SMAs, Optoelectronics And Advanced Materials – Rapid Communications, Vol. 7,
No. 1-2, pp. 141–144.
IF = 0,402
7. I. P. Spiridon, B. Pricop, Marius-Gabriel SURU, A. L. Paraschiv, N. M. Lohan, L.-G.
Bujoreanu, (2013) - The influence of heat treatment atmosphere and maintaining period on the
homogeneity degree of a Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloy obtained through powder
metallurgy, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 15, No. 7-8, pp. 730 –
733.
IF = 0,516
8. A.-L. Paraschiv, F. Borza, N. Lupu, Marius-Gabriel SURU, N. M. Lohan, B. Pricop, I.-
P. Spiridon, L.-G. Bujoreanu, (2013) - On some structural characteristics of Fe-base shape
memory alloys, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 15, No. 7-8, pp.
781 – 784.
IF = 0,506
9. A.-L. Paraschiv, F. Borza, Marius-Gabriel SURU, B. Pricop, I.-P. Spiridon, E.
Mihalache, L.-G. Bujoreanu, (2013) - Chemical composition and processing effects on the
pseudoelastic response of α’ ferromagnetic martensite, Optoelectronics And Advanced
Materials – Rapid Communications, Vol. 7, No. 11-12, pp. 881 – 886.
IF = 0,402
10. Marius-Gabriel SURU, I. Dan, N. M. Lohan, A. L. Paraschiv, B. Pricop, I. P. Spiridon,
C. Baciu, L.-G. Bujoreanu, (2014) - Effects of hot working procedure on surface relief
characteristic in an Fe–Mn–Si–Cr shape memory alloy, Materialwissenschaft und
90
Werkstofftechnik (Materials Science and Engineering Technology), Vol. 45, No. 1, pp. 44–
50.
IF = 0,505
11. B. PRICOP, B. ÖZKAL, U. SÖYLER, J. VAN HUMBEECK, N. M. LOHAN, Marius-
Gabriel SURU, L.-G. BUJOREANU, (2014) - Influence of mechanically alloyed fraction and
hot rolling temperature in the last pass on the structure of Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni (mass. %)
shape memory alloys processed by powder metallurgy, Optoelectronics And Advanced
Materials – Rapid Communications, Vol. 8, No. 3-4, pp. 247 – 250.
IF = 0,402
12. Marius-Gabriel SURU, , C. MOROŞANU, L.-G. BUJOREANU, (2014) - Variation
tendencies of shape memory alloys surface relief as a function of training-cycling parameters,
Journal Of Optoelectronics And Advanced Materials, Vol. 16, No. 3-4, pp. 394 – 400.
IF = 0,516
13. Marius-Gabriel Suru, Adrian-Liviu Paraschiv, Nicoleta Monica Lohan, Bogdan Pricop,
Burak Ozkal, and Leandru-Gheorghe Bujoreanu, (2014) - Loading Mode and Environment
Effects on Surface Profile Characteristics of Martensite Plates in Cu-Based SMAs, Journal of
Materials Engineering and Performance, Vol. 23, no. 7, pp. 2669-2676.
IF = 0,915
Lucrări ISI în curs de editare
1. Marius-Gabriel SURU, N. M. Lohan, A. L. Paraschiv, B. Pricop, I. P. Spiridon, R. I.
Comaneci and L.-G. Bujoreanu, Structural effects of high-temperature plastic deformation
process on martensite plate morphology in a Fe-Mn-Si-Cr SMA, International Journal of
Materials and Product Technology, Acceptat pentru publicare.
2. I.-P. Spiridon, N.-M. Lohan, Marius-Gabriel SURU, E. Mihalache, L.-G. Bujoreanu, B.
PRICOP, Study of free-recovery effect in Fe-Mn-Si-Cr shape memory alloy, Metal Science and
Heat Treatment, Acceptat pentru publicare.
3. N.-M. Lohan, Marius-Gabriel SURU, B. Pricop, L.G. Bujoreanu, Cooling rate effects
on the structure and transformation behavior of shape memory alloys, International Journal of
Minerals, Metallurgy and Material, Acceptat pentru publicare.
Lucrări BDI (baze de date internaționale) publicate
1. Marius-Gabriel SURU, B. Ozkal, L.-G.Bujoreanu, (2012) – Surface relief
particularities in shape memory alloys, International Metallurgy and Materials, TMMOB,
Heat treatment, ISSN 978 - 605- 01- 0401- 1, pp. 689-694.
2. L.-G. Bujoreanu, N. M. Lohan, B. Pricop, A.-L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, N.
Cimpoeșu, G. Vitel, G. Gurău, (2013) - Atomic migration variation as an effect of
thermomechanical cycling in shape memory actuators, Proceedings of the International
91
Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, May 20–24, Prague, Czech
Republic, pp. 3-4.
3. N.-M. Lohan, B. Pricop, A.-L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, L.-G. Bujoreanu,
(2013) - Cooling rate effects on the structure and transformation behavior of Cu-Zn-Al shape
memory alloys subjected to differential scanning calorimetry analysis, Proceedings of the
International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, May 20–24,
Prague, Czech Republic, pp. 21-22.
4. A.-L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, N. M. Lohan, B. Pricop, L.-G. Bujoreanu, F.
Borza, N. Lupu, (2013) - Factors influencing the structure and proprieties of polycrystalline
magnetic Fe-Ni-Co-Al-Ta-B shape memory alloys, Proceedings of the International
Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, May 20–24, Prague, Czech
Republic, pp. 27-28.
5. B. Pricop, N. M. Lohan, A.-L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, L.-G. Bujoreanu, B.
Özkal, U. Söyler, J. Van Humbeeck, (2013) - Influence of mechanically alloyed fraction and hot
rolling temperature on the structure of Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni (mass. %) shape memory alloys
processed by powder metallurgy, Proceedings of the International Conference on Shape
Memory and Superelastic Technologies, May 20–24, Prague, Czech Republic, pp. 85-86.
6. Marius-Gabriel SURU, A.-L. Paraschiv, N. M. Lohan, B. Pricop, L.-G. Bujoreanu, B.
Ozkal, (2013) - Loading mode and alloy system effects on surface relief characteristics of
martensite plates in Cu-based SMAs, Proceedings of the International Conference on Shape
Memory and Superelastic Technologies, May 20–24, Prague, Czech Republic, pp. 366-367.
Lucrări Buletinul Institutului Politehnic din Iași
1. Marius-Gabriel SURU, Adrian-Liviu Paraschiv, Leandru-Gheorghe Bujoreanu, (2012) -
Novel micro structural aspects of martensite plates in shape memory alloys based on Fe-Mn-Si
and Cu-Zn-Al, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, Tomul LVIII (LXII), Fasc. 2, Secţia
Ştiinţa si Ingineria Materialelor, pp. 15-21.
2. Adrian-Liviu Paraschiv, Marius-Gabriel SURU, Leandru-Gheorghe Bujoreanu, (2012) -
Properties variation, due to nickel content and thermomechanical processing, in Fe- Cr-Ni- Si
master alloys used for the preparation of some Fe-based shape memory alloys, Buletinul
Institutului Politehnic din Iaşi, Tomul LVIII (LXII), Fasc. 3, Secţia Construcții de Mașini, pp.
93-100.
LUCRĂRI PREZENTATE POSTER/ORAL ÎN CADRUL UNOR
MANIFESTĂRI ȘTIINȚIFICE INTERNAȚIONALE
1. B. Pricop, U. Soyler, B. Ozkal, N. M. Lohan, A. L. Paraschiv, Marius-Gabriel SURU,
L. G. Bujoreanu, (2012) - Influence of mechanical alloying on the behavior of Fe-Mn-Si-Cr-Ni
92
shape memory alloys made by powder metallurgy, European Symposium on Martensitic
Transformations (ESOMAT), September 9-16, Saint Petersburg, Russia.
2. Marius-Gabriel SURU, B. OZKAL, L.-G. BUJOREANU, (2012) - Surface relief
particularities in shape memory alloys, IMMC’16-International Metallurgy & Materials
Congress (13-15 September, Istanbul)-Congress Papers E-Book, pp. 689-694.
3. Marius-Gabriel SURU, N. M. LOHAN, A. L. PARASCHIV, B. PRICOP, I. P.
SPIRIDON, C. BACIU, L.-G. BUJOREANU, (2013) - Hot working effects on surface relief
characteristics in a Fe-Mn-Si-Cr SMA, 8th International Conference on Materials Science
and Engineering – BRAMAT, Brașov, România.
4. A. L. Paraschiv, F. Borza, N. Lupu, Marius-Gabriel SURU, N. M. Lohan, B. Pricop, I.
P. Spiridon, L. G. Bujoreanu, (2013) - On some structural characteristics of Fe-base shape
memory alloys, 8th International Conference on Materials Science and Engineering –
BRAMAT, Brașov, România.
5. I. P. Spiridon, B. Pricop, Marius-Gabriel SURU, A. L. Paraschiv, N. M. Lohan, L. G.
Bujoreanu, (2013) – The influence of heat treatment atmosphere and maintaining period on the
homogeneity degree af a Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloy obtained throught powder
metallurgy, 8th International Conference on Materials Science and Engineering –
BRAMAT, Brașov, România.
6. Marius-Gabriel SURU, A.-L. Paraschiv, N. M. Lohan, B. Pricop, B. Ozkal, L.-G.
Bujoreanu, (2013) - Loading mode and environment effects on surface relief characteristics of
martensite plates in Cu-based SMAs, Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST)
May 20-24 Prague, Czech Republic.
7. L.-G. Bujoreanu, I. P. Spiridon, Marius-Gabriel SURU, G. Vitel, A.-L. Paraschiv, B.
Pricop, N. M. Lohan, B. Istrate, G. Gurău, (2013) - Atomic migration intensification as an effect
of thermomechanical cycling in shape memory actuators, Shape Memory and Superelastic
Technologies (SMST) May 20-24 Prague, Czech Republic.
8. A. L. Paraschiv, F. Borza, N. Lupu, Marius-Gabriel SURU, N. M. Lohan, B. Pricop, B.
Ozkal, L. G. Bujoreanu, (2013) – Factors influencing the structures and proprieties of
polycrystalline magnetic Fe-Ni-Co-Al-Ta-B shape memory alloys, Shape Memory and
Superelastic Technologies (SMST) May 20-24 Prague, Czech Republic.
9. Marius-G. SURU, N.-M. LOHAN, A. L. PARASCHIV, B. PRICOP, I.-P. SPIRIDON,
R. I. COMĂNECI, L.-G. BUJOREANU, (2013) - Structural effects of high-temperature plastic
deformation process on martensite plate morphology in a Fe-Mn-Si-Cr SMA, ModTech
International Conference - Modern Technologies in Industrial Engineering, 27-29 June,
Sinaia, Romania.
10. L.-G. Bujoreanu, I. P. Spiridon, B. Pricop, B. Ozkal, U. Soyler, J. Van Humbeeck, N. M.
Lohan, A.-L. Paraschiv, B. Istrate, Marius-Gabriel SURU, (2013) – Influence of solution
treatment parameters on martensite plate morphology of a hot rolled powder metallurgy Fe-
93
14Mn-6Si-9Cr-5Ni (Mass. %) shape memory alloys, 19th
International Vacuum Congress
(IVC), 9-13 September, Paris, France.
11. E. Mihalache, M.-N. Lohan, B. Pricop, L.-G. Bujoreanu, Marius-Gabriel SURU, (2014)
- Comparative characteristics of martensite and bainite in Cu-based SMAs, The VIth
edition of
International Conference – UgalMat, Galați, România.
12. B. Pricop, N. M. Lohan, F. Borza, N. Lupu, Marius-Gabriel SURU, E. Mihalache, R. I.
Comăneci, L. G. Bujoreanu, (2014) – Structural changes associated with the pseudoelastic
response of Fe-based shape memory alloys, The VIth
edition of International Conference –
UgalMat, Galați, România.
13. Marius-Gabriel SURU, C. Moroşanu, R.-I. Comăneci, E. Mihalache, B. Pricop, C.
Baciu, L.-G. Bujoreanu, (2014) - Comparative evolution of surface relieves of stress-induced
martensite plates in shape memory alloys with different crystalline structures, International
Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT) July 6-11, Bilbao, Spain.
14. B. Pricop, U. Söyler, B. Özkal, Marius-Gabriel SURU, N.M. Lohan, R.I. Comăneci,N.
Cimpoeșu, V.Mușat3, G. Gurău, B. Istrate, E. Mihalache, L.G. Bujoreanu, (2014) - A study of
martensite formation in powder metallurgy Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloys, International
Conference on Martensitic Transformations (ICOMAT) July 6-11, Bilbao, Spain.
15. L.G. Bujoreanu, R.I. Comăneci, G. Gurău, N.M. Lohan, Marius-Gabriel SURU, B.
Pricop, V. Goanță, V.Mușat, B. Istrate, E. Mihalache, (2014) - Thermomechanical training
effects of multifunctional modules, processed by high-speed high pressure torsion, when
subjected to compression loading-unloading cycles, ModTech International Conference -
Modern Technologies in Industrial Engineering,. July 13-16, Gliwice, Poland.
