Pseudoelastisches Materialverhalten in der reinen Biegung

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht das mechanische Verhalten von gezogenen pseudoelastischen Nickel-Titan-Legierungen in der reinen Biegung. Der Prüfaufbau garantiert zu jedem Zeitpunkt der Messung eine querkraftfreie Kreisbogenform der untersuchten Probe. Die Materialparameter wie elastische und pseudoelastische E-Moduli der Be- und Entlastung werden bestimmt sowie die initialen kritischen Spannungen. Die Ergebnisse werden mit jenen standardisierter Messaufbauten, u.A. dem Dreipunkt-Biegeversuch nach ISO 15841 verglichen. Desweiteren werden die Temperaturabhängigkeiten der Materialparameter sowohl von der Proben- als auch von der Gleichgewichtstemperatur untersucht. Die Arbeit untersucht quantitativ die E-Moduli von Be- und Entlastung in Spannungs-Dehnungs-Charakteristiken. Demnach liegt der pseudoelastische E-Modul des Entlastungszweiges um nahezu eine Größenordnung über jener des Belastungszweiges. Hierzu wird eine Erklärung vorgeschlagen. Die Arbeit vergleicht die Temperaturentwicklung der Spannungs-Hysterese mit theoretischen Modellen und deren Konsequenzen für dokumentierte charakteristische Temperaturen, wie etwa der Martensit-Destructure-Temperatur. Die Arbeit gibt einen Ausblick auf die Verwendungsmöglichkeiten der Daten, beispielsweise die bessere Adaption von Formgedächtnis- Legierungen an geforderte Spannungs- und/oder Drehmoment-Kennlinien durch eine entsprechende Wärmebehandlung. Demnach können Verschiebungen der Gleichgewichts- oder Austenit-Finish-Temperatur und der Probentemperatur nicht als äquivalent angesehen werden.

The presented work analyses the mechanical behaviour of cold-drawn pseudo-elastic Nickel- Titanium-Alloys under pure bending. The test setup assures at any time of the measurement a circular arc form of the specimen without any shearing force. Material parameters as the elastic and pseudo-elastic Young’s modulus of loading and unloading are determined as well as the initial critical stresses. The results are compared to those of standardised test setups such as the three-point-bending-test as in ISO 15841. Further analyzed are the dependencies of the material parameters from the specimen temperature als well as from the equilibrium temperature. The study examines quantitatively the Young’s modulus of loading and unloading in stress-strain-characteristics. One of the outcomes is that the pseudoelastic Young’s modulus of the unloading branch exceeds the one of the loading branch by nearly one magnitude. An explanation to this finding is proposed. The study compares the development of the stress-strain-hysteresis with theoretical models and their consequences for documented characteristic temperatures such as the martensite destructure temperature. The study also provides a prospect to the possibilities of application of the data, for example the better adaption of shape memory alloys to demanded stress- and/or torsional moment-characteristics by an appropriate thermal treatment. Thus, shifts of the equilibrium- or the specimen temperature cannot be considered as equivalent.