Magnetomechanical Effects in the Elastic Polymer Composites Containing Ferromagnetic Powder Particles

In the present work, a detailed thermodynamic consideration for the magnetic free energy of the composite material consisting of the ferromagnetic powder particles embedded into a polymer matrix is given. We estimate their magnetostatic interaction energy and its dependence on the microscopic distribution of the magnetization and the magnetic field in the composite material. We also define the hydrostatic component of the mechanical force developed in a composite and the volume change effect caused by the magnetostatic interactions in such composites.В данной работе даётся детальный термодинамический анализ магнитной свободной энергии композитного материала, который состоит из ферромагнитных порошковых частиц, внедрённых в упругую полимерную матрицу. Мы даём оценку их энергии магнитного взаимодействия и её зависимости от микроскопического распределения намагниченности и магнитного поля внутри композитного материала. Мы также определяем гидростатическую компоненту механических напряжений, которые развиваются в композите, и эффект изменения объёма, обусловленный магнитостатическими взаимодействиями порошковых частиц в таких композитах.В даній роботі дається детальна термодинамічна аналіза магнетної вільної енергії композитного матеріялу, що складається з феромагнетних порошкових частинок, втілених у пружню полімерну матрицю. Ми даємо оцінку їхньої енергії магнетної взаємодії та її залежність від мікроскопічного розподілу намагнетованости та магнетного поля всередині композитного матеріялу. Ми також визначаємо гідростатичну компоненту механічних напружень, що розвиваються у композиті, та ефект зміни об’єму, зумовлений магнетостатичною взаємодією порошкових частинок у таких композитах

The Role of Nano-sized Fraction on Spark Plasma Sintering the Pre-Alloyed Spark-Erosion Powders

Ti-Ni-Hf, Ni-Al and Cu-Al-Ni shape memory materials were produced by spark plasma sintering method from the micron and nano-sized particles prepared by spark-erosion method in cryogenic liquid from preliminary melted master alloys. The effects of spark plasma sintering processing parameters on the martensitic transformation and microstructure of the sintered compacts were investigated using XRD and SEM methods. Although precipitating processes were usually not completely depressed, the intensive grain growth was also not found in most cases. Most of the microstructure peculiarities of as processed powder were inherited by the sintered material. The contradictory role of the nano-sized fraction of powders is discussed: in most case this fraction promotes the rapid sintering but also the oxidation proceses in sintered compacts. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2489

Phase stability during martensitic transformation in ZrCu intermetallics: crystal and electronic structure aspects

This article is dedicated to the estimation of the relative stability for B2, B19` and Cm phase in ZrCu intermetallic compound through the ab-initio electronic structure calculations and subsequent crystal structure Rietveld refinement. The information about electronic and crystal structure of phases in ZrCu will allow selecting for this high temperature shape memory alloy such alloying elements that will significantly improve shape memory behavior through definite structural changes

Mechanical Testing of the Shape-Memory Materials Synthesized by a Plasma-Spark Method

Испытания на сжатие были выполнены при комнатной температуре для образцов сплавов Ni49,0—Mn28,5—Ga22,5 (ат.%) и Ni63—Al37 (ат.%), как для выплавленных, так и полученных плазменно-искровым методом (ПИМ). Для обеих систем пластичность ПИМ-образцов возрастает более чем на порядок по сравнению с исходными. Прочность на сжатие сплава Ni—Mn—Ga увеличивается от 180—240 МПа для выплавленных образцов до 510—815 МПа для ПИМ-образцов в зависимости от режимов обработки, для сплава Ni—Al – от 760 до 1310 МПа. Напряжение разрушения образцов Ni—Mn—Ga увеличивается от 185—215 до 1170 МПа, а для образцов Ni—Al – от 790 до 1870 МПа. Спечённые образцы обеих систем имеют композитную структуру, образованную из металлических частиц микронных размеров, скреплённых связующей фазой, состоящей из Ni₃Al и Al₂O₃ для сплава Ni—Al и из MnO с небольшим количеством Ni₃Ga для сплава Ni—Mn—Ga. Предполагается, что эта фаза укрепляет границы зёрен. Это вместе с уменьшением размера зерна, а также многосвязной морфологией образцов Ni—Mn—Ga, консолидированных из полых частиц, и наличием пластической γ′-фазы в частицах Ni—Al улучшает механические свойства сплавов, полученных плазменно-искровым методом.Випробування на стиснення було виконано при кімнатній температурі для зразків стопів Ni49,0—Mn28,5—Ga22,5 (ат.%) та Ni63—Al37 (ат.%), як щойно витоплених, так і одержаних плазмово-іскровою методою (ПІМ). Для обох систем пластичність ПІМ-зразків зростає більш ніж на порядок порівняно із вихідними. Міцність на стиск стопу Ni—Mn—Ga збільшується від 180—240 МПа для щойно витоплених зразків до 510—815 МПа для ПІМ-зразків, залежно від режимів оброблення; для стопу Ni—Al – від 760 до 1310 МПа. Напруження руйнування зразків Ni—Mn—Ga збільшується від 185—215 до 1170 МПа, а для зразків Ni—Al – від 790 до 1870 МПа. Спечені зразки обох систем мають композитну структуру, утворену з металевих частинок мікронних розмірів, пов’язаних сполучною фазою, що складається з Ni₃Al і Al₂O₃ для стопу Ni—Al та з MnO з невеликою кількістю Ni₃Ga для стопу Ni—Mn—Ga. Передбачається, що ця фаза зміцнює межі зерен. Це разом із зменшенням розміру зерна, а також багатозв’язною морфологією зразків Ni—Mn-Ga, консолідованих із порожнистих частинок, та наявністю пластичної γ′-фази в частинках Ni—Al покращує механічні властивості стопів, одержаних плазмово-іскровою методою.Compression tests are carried out at room temperature with the as-cast and spark-plasma sintered (SPS) specimens of Ni49.0—Mn28.5—Ga22.5 (at.%) and Ni63—Al37 (at.%) alloys. For both systems, ductility of the SPS compacts increases more than by one order of magnitude. Compressive strength of Ni—Mn—Ga alloy increases from 180—240 MPa for induction melted specimens to 510—815 MPa for spark-plasma sintered specimens, depending on the regimes of processing, and for Ni—Al alloy, from 760 to 1310 MPa. Fracture stress of Ni—Mn—Ga and Ni—Al specimens raise from 185—215 to 1170 MPa and from 790 to 1870 MPa, respectively. The SEM and XRD investigations reveal that sintered samples of both systems have a composite structure, which contains the micron-size metallic particles bound by the binder phase. This phase consists of Ni₃Al and Al₂O₃ phases in case of Ni—Al alloy and consists of MnO with apparently small amount of Ni₃Ga phase in case of Ni—Mn—Ga alloy. As assumed, this phase strengthens the grain boundaries. This one, in conjunction with reduction of the grain size, the manifold morphology of the Ni—Mn—Ga specimens consolidated from the hollow particles, the presence of extra ductile γ′-phase in Ni—Al particles, provides the enhancing mechanical properties of alloys fabricated by means of the SPS method

Shape Memory Effect Driven by Diffusionless and Diffusional Transformations at Elevated Temperatures

Several alloy systems can be selected for high-temperature shape-memory alloys, defined as alloys with stable reverse martensitic-transformation temperatures above 100°C. However, due to the lack of minimum quality standards for stability, ductility, functional behaviour, and reliability, no successful applications have been realised so far. Nevertheless, research on high-temperature shape-memory alloys (HTSMA) is an important topic not only for scientific reasons but also due to the market pull. This paper reviews some novel HTSMA systems showing shape-memory effect at elevated temperatures driven by martensitic (diffusionless) and diffusional transformationsМожно привести достаточное количество систем сплавов, которые подпадают под определение высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы — сплавов, в которых стабильное обратное мартенситное превращение протекает при температурах выше 100°C. К сожалению, до сих пор не известно ни одного случая успешного применения высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы в силу отсутствия требований к их стабильности, пластичности, функциональному поведению и надежности. Тем не менее, исследования высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы являются важными не только с точки зрения фундаментальной науки, но и благодаря требованиям рынка. Настоящая работа посвящена рассмотрению некоторых новейших систем высокотемпературных сплавов с эффектом памяти формы, который определяется как мартенситным (бездиффузионным), так и диффузионными превращениямиМожна навести певну кількість систем сплавів, що можуть бути визначені, як високотемпературні сплави з ефектом пам’яті форми, що в свою чергу визначаються як сплави зі стабільними температурами зворотного мартенситного перетворення, вищими за 100°C. На жаль, невідомо жодного випадку успішного застосування високотемпературних сплавів з ефектом пам’яті форми, завдяки відсутності вимог щодо їх стабільності, пластичності, функціональної поведінки та надійності. Не зважаючи на це, дослідження високотемпературних сплавів з ефектом пам’яті форми є важливим не тільки з точки зору фундаментальної науки, але й завдяки вимогам ринку. Дана робота присвячена розглядові деяких новітніх систем високотемпературних сплавів з ефектом пам’яті форми, що зумовлений мартенситним (бездифузійним) та дифузійним перетворенням

Microstructure Investigation of the Spark Plasma Sintered Cu—Al—Ni Shape Memory Material

Исследована микроструктура компактов Cu—13,0Al—3,9Ni—0,4Ti—0,2Cr масс.%, спечённых плазменно-искровым методом из электроэрозионных порошков, изготовленных из мастер-сплава в жидком аргоне.Досліджено мікроструктуру компактів Cu—13,0Al—3,9Ni—0,4Ti—0,2Cr ваг.% спечених плазмово-іскровим методом із електроерозійних порошків, виготовлених із мастер-стопу в рідкому арґоні.The microstructure of Cu—13.0Al—3.9Ni—0.4Ti—0.2Cr wt.% compacts sintered by spark plasma method from powders prepared by spark-erosion method in liquid argon from master alloy is investigated

Mobility of Interphase Boundaries and Hysteresis of Martensitic Transformation in Alloys

A phenomenological description of martensitic transformation is proposed on the basis of such parameters as : a degree of lattice coherency between austenite and martensite phases, mobility of interphase boundaries, elastic energy stored during martensitic transformation and degree of its relaxation. Some experimental results confirming the proposed ideas are presented

G.V. Kurdyumov's legacy and the present

The fundamental results of those parts of G.V. Kurdyumov's scientific activity which concerns the development of the theory of martensitic transformations are reported. At the same time, an influence of his scientific ideas on the transformation of our knowledge firstly concerning the technology of obtaining the high-strength steel to the branches of solid state physics and science of materials is reflected. Some latest advances in the development of a theory of martensitic transformations and the creation of new construction materials with untraditional characteristics obtained in different counties are presented. The special attention is given to those centres in which development G.V. Kurdyumov directly took part in his time

On the Nature of the Variation of Martensitic Transformation Hysteresis and SME Characteristics in Fe-Ni-Base Alloys

The purpose of this paper is to summarize the various investigations, both by the authors and other works, concerning with the martensitic transformation and SME in Fe-Ni-base alloys. The thermal hysteresis dependence on the alloying elements and thermal treatments are surveyed. The contribution and effect on SME characteristics of widely used alloying elements such as Ti, Nb, Ni, Al, Co, Ta and peculiarities of thermal treatment are discussed. It is noted the main goal of these treatments is to reduce the symmetry of transformation by the ordering or precipitation of a fine coherent phase. The physical principles of transformation hysteresis manipulation in Fe-base alloys is discussed and it concluded that the thermal cycling behavior of Fe-base alloys is very complex and is not clearly understood at present. On the other hand, it is pointed out that thermal cycling is an effective method for control and improvement of SME in these alloys. It is concluded that Fe-base alloys are highly evolved shape memory materials-having a wide working range, good workability and are relatively cheap. In addition, the properties are easily controlled by suitably alloying, aging and thermal cycling

The Model of Hysteretic Behavior of SMA Based on the High Order Approximation of Differential Equation Method

Due to thermomechanical hysteresis in solids undergoing martensitic type of structure transformations the macroscopic strain and volume fraction of martensite are not a single-valued function of stress and temperature, but they become functions of the process of their change. Some of the phenomenological approaches describing main thermomechanical properties of shape-memory alloys (SMA) connected with hysteresis were recently developed. A special type of differential equations (DE) describing evolution of the inelastic macroscopic strain and volume fraction of martensite as functions of the temperature have been proposed in our recent papers. Simplest applications of these equations to a strain evolution during the multiple temperature cycling in a small temperature interval have been also discussed. Some other problems associated with the irreversible processes caused by hysteresis will be discussed in the present paper. In particular, a new interpretation of DE method based on the transition probability concept and high order approximation including the return point effect is considered