HAFIZALI MALZEMELER Berkan AKBULUT Mustafa AFŞER Nurdan SABİT

Hafızalı Malzemeler Tarihçesi Şekil hafızalı donüşüm ilk kez Au-Cd alasımlarında 1932 yılında Chang ve Read tarafından anlasılmıs, 1938'de de soz konusu yapısal dönüşüm pirinç malzemede de olduğu görülmüştür. 1951 yılında ise Au-Cd alaşımlı bir cubukta şekil hafızası tespit edilmesinden sonra 1962'de Buehler ve arkadasları tarafından es-atomlu nikel titanyum alasımlarda sekil hafıza etkisi belirlenmistir.Bunun sonunda bu alasımların hem ticari kullanımlarına, hem de metalurjik arastırmalarına hız verilmiştir.

Hafızalı Malzemeler Nedir ? Şekil hafızalı alaşım terimi, uygun ısıl ve mekaniksel prosedürlere maruz kaldığında önceden tanımlı şekil veya boyutuna geri dönebilme yeteneği gösteren metalik malzeme grupları için kullanılır.

Hafızalı Malzemeler Yapısı ve Çeşitleri Şekil hafızalı alaşımlar kararlı iki faza sahiptir. Bu fazlar ostenit olarak isimlendirilen yüksek sıcaklık fazı ve martenzit olarak isimlendirilen düşük sıcaklık fazıdır. Esas itibari ile şekil hafızalı alaşımlar üç ana grupta toplanabilir. Bunlar nikel-titanyum esaslı, bakır esaslı ve demir esaslı şekil hafızalı alaşımlardır.

Martenzitik Dönüşüm Martenzit ilk olarak su verilmiş çeliklerin içyapısında gözlemlenmiştir. Çelik bir malzemeye yüksek sıcaklıkta ostenitik fazdan su verilirse martenzit meydana gelmektedir. YMK ostenit bölgeler, HMK ya da tetragonal hacim merkezli kafeslere sahip mercek veya tabak şeklindeki bölgelere dönüşmektedir. Böyle dönüşümlerle ortaya çıkan kristaller “martenzit”, atomik difüzyonsuz kafes dönüşümleri ise “martenzitik dönüşümler” olarak isimlendirilmektedir. Martenzitik dönüşüm difüzyonsuzdur. Dönüşüm sonrasında belirli bir miktarda şekilsel değişim veya yüzeysel gevşeme gözlemlenir. Martenzit faz içerisinde çözünen atomların derişimi, ana fazda çözünen atomların derişimine eşittir.

Martenzit Yapısı ve Çeşitleri Martenzit yapısı şekil hafızalı malzemelerdeki sistemi gereği iki şekilde oluşmaktadır. Termoelastik Martenzitik Dönüşüm Deformasyon Nedenli Martenzitik Dönüşüm

Termoelastik Martenzitik Dönüşüm Şekilde görüldüğü üzere elektrik direnci ve sıcaklık arasındaki grafikten yola çıkarak iki farklı alaşım arasında Fe-Ni nin 400’ C ve Au-Cd için bu histerisiz eğrisi daha dar ve 15’C civarındadır. Bu iki alaşım elemanı arasındaki yüzey enerjisi yani plastik deformasyon için gereken enerji ihmal edilecek kadar küçük olduğundan iki alaşım arasındaki plastik deformasyon oranları farklı boyutlarda gerçekleşecektir.

Defromasyon Nedenli Martenzitik Dönüşüm entropideki değişim martenzitin oluşmaya başladığı gerilme değeri Deformasyon nedenli dönüşümün iki durumu söz konusudur. Ms üzerindeki bir sıcaklıkta deformasyon uygulanması durumunda martenzit, akma gerilmesinden daha küçük değerde olan gerilmeler altında çekirdeklenmekte ve büyüyebilmektedir. Bu yolla oluşan martenzit “gerilme nedenli” martenzit olarak adlandırılır. Burada olası bir plastik gerinim, dönüşümün plastisitesinden dolayıdır. Oluşan martenzitin hacimsel oranı, var olan gerinim ile doğrusal olarak ilişkilidir. Bize bu oranı Claisus Clayperon bağıntısı vermktedir. martenzitin kayma unsuru ile büyümesinden dolayı elde edilen maksimum gerinim miktarıdır sıcaklıktaki değişim

Hafıza sisteminin basit gösterimi

Martenzit Dönüşümün Basit Modeli Ana fazdan martenzite dönüşüm esnasında meydana gelen kafes deformasyonları, açığa çıkan gerinimin en aza düşürüleceğibir yolda dönüşümü ilerlemeye zorlar. Oluşan martenzitik varyantlar kendi yerleşimlerini düzenleyen bir yapısal hareketlenme ile söz konusu gerinim enerjisini azaltıcı bir rol oynamaktadır. Numuneye bir yük uygulandığında, maksimum miktarda toparlanabilir gerinim değerine ulaşılana dek martenzitik varyantlar kendi yer düzenlerini ayarlarlar. Uygulanmış olan yük kaldırıldığında dahi var olan gerinim mevcudiyetini korur. Deformasyona uğramış olan numunenin Af üstündeki bir sıcaklık değerine ısıtılması ile tersine martenzitik dönüşüm gerçekleşerek orijinal şekil, tamamen geri kazanılmış olur. Martenzit dönüşümünün basit gösterimi

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Biyomedikal Uygulamalar Medikal Uygulamalarda Kullanılan Kateterler için Süperelastik Kılavuz Tel. Beyine Ait Bir Uygulama; Kılavuz Telin Görünümü.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Ni-Ti alaşımından yapılan ve daha önce bahsedilen konuya benzer olarak üretilen stent damar tıkanıklıklarında kullanılmaktadır. Ni-Ti alaşımlı telden yapılmış stent damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Damar içine yerleştirildikten sonra stent, vücut ısısı ile harekete geçerek damarın tıkanan yerinde orijinal şekline dönerek damardaki tıkanıklığın açılması sağlanmaktadır. Damarlardaki tıkanma sorunlarının çözümü için SMA'dan yapılmış stent.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Hafızalı Alaşımların bu fonksiyonel özelliklerinin avantajından ötürü damarlar içindeki kan pıhtılarını yakalayan bir filtre olarak. Ni-Ti alaşımlı telden yapılmış çapa seklindeki filtre yandaki şekilde gösterildiği gibi damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Bu tel damar içine yerleştirildikten sonra vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal şekline döner ve toplardamarın içinden geçmekte olan pıhtıları tutar. Damarlardaki kan pıhtısını tutulması için SMA'dan yapılmış filtre

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Mekanik Uygulamalar Shinkansen hızlı trenlerinde Şekil ‘de gösterildiği gibi otomatik yağ seviye ayarlayıcısı olarak kullanılmıştır. Trenin yüksek hızlara çıktığı vakit ortamdaki sıcaklığın artması ile birlikte SHA'dan yapılan yayın tetiklenmesiyle valfin açılması sağlamaktadır. Buradaki amaç iki odaya ayrılan dişli kutusunun arasındaki bağlantıyı sağlayan deliğin açma-kapamasının yağın sıcaklık değeriyle sistemin kontrolü sağlanmıştır. Düşük sıcaklıklarda iki oda arasındaki yağ akısı açıkken, sıcaklığın artması durumunda ise yağın iki oda arasındaki bağlantısı sınırlandırma yoluna giderek akışkan basıncı ayarı yapılmaktadır Shinkansen hızlı trenlerinde otomatik yağlama ünitesinde SMA'nın uygulanması. (a) otomatik yağlama ünitesinin uygulandığı Shinkansen Nozomi-700 hızlı trenin fotoğrafı ve kullanılan SMA valfi (b),(c) SMA'dan yapılan valfin iç yapısının düşük ve yüksek sıcaklıklardaki durumu [3]

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Zorlamalı enerji esaslı urun tipinin en başarılı uygulaması ise Raychem Şirketi’nin yaptığı Cryofit hidrolik kaplinlerdir.

KAYNAKÇA 1.Prof.Dr., Yıldız Teknik Universitesi, Makina Fakultesi Makina Muhendisliği Bolumu Makina Malzemesi ve Đmalat Teknolojisi ABD. SEKiL HAFIZALI ALASIMLAR Aysegul AKDOĞAN * Kemal NURVEREN ** 2. Pınar Sakoðlu, Tuğrul Özbecene ‘Şekil Hafızalı Alaşımlar’ Hurdacı Dergisi vol: 5. Pp:01-05 3. Kemal NURVEREN ‘Demir Esaslı Şekil Hafızalı Alaşımlar’ , Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 2, Sayı 1, (2013), 10-16