Mikromechanische Modellierung von Formgedächtnismaterialien

18 2. Grundlagen
Abbildung 2.6.: Transformation von kubischem Austenit (schwarz) zu orthorhombischem
Martensit (grau, gestrichelt).
Zeichenebene heraus zeigende Kante gedehnt werden. Je nach Wahl der längeren Martensitelementarzellenkannte
spricht man von verschiedenen Varianten des Martensits. Verschiedene
Varianten eines Kristallsystems können stets durch einfache Symmetriebeziehungen
ineinander überführt werden. Im Falle des tetragonalen Martensits wäre dies beispielsweise
eine 90 ◦ -Drehung um eine der kürzeren Kanten.
In der Literatur unterscheidet sich die Art und Weise, in der die Anzahl der Varianten eines
phasentransformierenden Materials gezählt wird: häufig sind mit „Varianten“ lediglich
die martensitischen gemeint, während zum Teil auch der Austenit als kristalline Variante
desselben Werkstoffs mitgezählt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird letztere Zählweise
verwendet.
Als nächstes wird die Transformation vom kubischen Austenit zu orthorhombischen Martensit
erläutert, wie sie unter anderem in CuAlNi Duggin and Rachinger (1964) und AuCd
Chang and Read (1951), dem zuerst entdeckten Formgedächtniswerkstoff, zu beobachten
ist. Bei dieser Transformation könnte man zunächst an einen sehr ähnlichen Mechanismus
wie bei der zuvor betrachteten Umwandlung zu tetragonalem Martensit denken, nur dass
sich die Kantenlängen a und b nicht gleichmäßig verändern.
Bei der in Formgedächtniswerkstoffen stattfindenden kubisch-orthorhombischen Transformation
entsteht die orthorhombische Elementarzelle allerdings etwas anders, wie Abb. 2.6
verdeutlicht: aus den vier Eck- und vier flächenzentrierten Atomen der kubisch-flächenzentrierten
Austenitzelle, welche in der Skizze dunkelgrau dargestellt sind, entsteht durch ungleichmäßige
Dehnung in drei orthogonale Richtungen der orthorhombische Martensit. Die
drei Hauptrichtungen der Dehnung fallen mit den Kanten des Martensit-Koordinatensystems
zusammen, welches in der Abbildung mit e m i bezeichnet ist.