Teoria ed applicazioni delle leghe a memoria di forma

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3 Misura delle temperature di trasformazione Per l’utilizzo delle leghe a memoria di forma il conoscere le temperature di trasformazione, dette anche TTRs, è fondamentale. Le TTRs sono le temperature alle quali la lega subisce il cambiamento da austenite a martensite e viceversa. Ci sono svariati metodi per determinare queste temperature, ma i più usati, soprattutto per le leghe NiTi, sono: deformazione a carico costante, DSC e A F attiva. Per lo studio con deformazione a carico costante si applica un carico al sistema e si misura contemporaneamente la deformazione e il ritorno di forma in funzione della temperatura quando il materiale è raffreddato e riscaldato nell’intervallo delle TTRs. Ad esempio in figura 3.1 è rappresentato l’allungamento e la contrazione di un provino a memoria di forma che viene prima raffreddato e successivamente riscaldato e a cui è applicato un carico di trazione costante. Fig. 3.1: calcolo delle TTRs per una lega di NiTi con il metodo del carico costante Il carico applicato è studiato in modo che sia similare a quello che sarà applicato al pezzo una volta in opera. Calcolando le tangenti alle linee dell’isteresi si possono così definire le temperature di inizio e fine trasformazione martensitica ed inizio e fine trasformazione austenitica. Bisogna tenere in considerazione che le temperature trovate attraverso questo metodo dipendono dal livello di carico applicato. 22
Per riuscire a determinare le TTRs senza carichi applicati, bisogna ottenere più curve tipo quella di Fig. 3.1 a vari livelli di carico e riportare le temperature di interesse e lo sforzo applicato in un grafico. Si può in questo modo estrapolare le varie temperature di trasformazione con un carico nullo. Questo tipo di test è usato generalmente per le applicazioni che utilizzano la memoria di forma mentre per studiare la superelasticità si preferisce utilizzare metodi più precisi quale la calorimetria differenziata o DSC (Differential Scanning Calorimeter). Fig. 3.2: calcolo delle TTRs attraverso il DSC. Attraverso il DSC si misura la quantità di energia che viene rilasciata o assorbita da un campione raffreddato e riscaldato nell’intervallo delle temperature di trasformazione. Per studiare un materiale si prepara un campione di partenza sottoponendolo ad un trattamento di ricottura completa a circa 700 ° C in modo che non siano presenti tensioni interne. Viene eseguito poi un ciclo termico di raffreddamento e riscaldamento, tipicamente con una velocità di 20 ° C al minuto, e viene misurata la variazione del calore specifico c P . Si identifica un picco al raffreddamento alla temperatura M P , mentre quando si riscalda si trova un altro picco alla temperatura A P . Tracciando poi le tangenti come da figura 3.2 si calcolano le TTRs. Un importante inconveniente dello studio tramite DSC è che questo metodo porta a pochi risultati se viene compiuto su un campione parzialmente trasformato. Questo è molto importante perché molte volte per ottimizzare la superelasticità si preferisce non avere 100% martensite ma avere anche una percentuale di austenite. Stesso inconveniente lo si ha se si vuole studiare un materiale che sia stato trattato termicamente in un intervallo di temperature tra i 400 e i 600 ° C . 23
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