Thermomechanically induced thermoelastic and nontermoelastic martensitic transformations  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
84065
Type K
Principal investigator Mertinger, Valéria
Title in Hungarian Termomechanikus kezelések hatására végbemenő termoelasztikus és nem termoelasztikus martenzites átalakulások
Title in English Thermomechanically induced thermoelastic and nontermoelastic martensitic transformations
Keywords in Hungarian termoelasztikus martenzites átalakulás, nem termoelesztikus martenzites átalakulás, alakmemória effektus, Barkhausen zaj, kristálytani textúra, ausztenites acél
Keywords in English Thermoelastic, non termoelastic martensitic transformation, shape memory effect, Barkhausen noice, texture, austenitic steel
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)70 %
Ortelius classification: Materials technology
Material Science and Technology (physics) (Council of Physical Sciences)30 %
Ortelius classification: Technological sciences
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Fémtani, Képlékenyalakítási és Nanotechnológiai Intézet (University of Miskolc)
Participants Benke, Márton
Daróczi, Lajos
Elrasasi, Tarek
Filep, Ádám
Mikó, Tamás
Nagy, Erzsébet
Pekker, Péter
Tranta, Ferenc
Starting date 2011-04-01
Closing date 2014-08-31
Funding (in million HUF) 29.998
FTE (full time equivalent) 8.96
state closed project
Summary in Hungarian
Ausztenites ötvözetekben martenzites átalakulás nem csak hűtés, hanem mechanikus kezelés hatására is végbemehet. A martenzites átalakulás lehet termoelasztikus és nem termoelasztikus. A termoelasztikus átalakulás jellemzően feszültség indukálta átalakulás és az alakemlékező mechanizmus, az alakemlékező ötvözetek alkalmazásának az alapja. A nem termoelasztikus átalakulás lehet alakváltozás indukálta is és gyakorlati jelentősége ausztenites acélok (p. saválló acélok) képlékeny megmunkálása során fellépő extrém jó alakíthatóságával hozható kapcsolatba, ez az un. TRIP hatás. Az átalakulás jellemző paraméterei (egyensúlyi hőmérséklet, energiajárulékok, martenzit térfogathányad stb) az alkalmazott feszültségtér jellégétől erőteljesen függnek, mely kapcsolatot sikerült egy mérésekkel is alátámasztott modellel leírnunk. A modell továbbfejlesztésével a termikus és a feszültség indukálta átalakulási termékek mennyisége meghatározható.
Ha az átalakulás alakváltozás indukálta, akkor a folyamat együtt jár az alakítási textúra kialakulásával mind a szülő fázisban, mind az átalakulási termékekben. Mivel a martenzites átalakulás kristálytanilag orientált, a két folyamat kölcsönhatása szükségszerű, melynek leírását egy korábbi munkákban, saválló acélon történt textúra és mágneses vizsgálatokkal leírtuk. Az ilyen ötvözetekben kétféle martenzit is képződhet, sőt azok egymásba alakulása is megtörténhet, s a keletkezett fázisok aránya nagyban befolyásolja az ötvözet mechanikai, mágneses, korróziós tulajdonságait. Célunk korábbi eredményeinket és kifejlesztett modellt felhasználva vizsgálatainkat kiterjeszteni a végtermék tulajdonságát alapvetően meghatározó epsilon martenzit- alfa martenzit átalakulásokra is.
Ha az alakmemória ötvözet mágneses, akkor mágneses tér alkalmazásakor a martenzites és a mágneses doménszerkezet kialakulása között lép fel törvényszerű kölcsönhatás. Korábbi vizsgálataink jelentős eredményét felhasználva, a mérési módszerek továbbfejlesztésével a Barkhausen- zaj spektrumok elemzésével és mágneses emissziós vizsgálattal kívánjuk a mágneses tér és az egytengelyű feszültségállapot hatását vizsgálni.
Summary
In austenitic alloys martensitic transformation can occur not only due to cooling but mechanical treatment as well. The martensitic transformation can be thermoelastic or non-thermoelastic. Thermoelastic transformation is a typical deformation induced transformation and is the basic of the shape memory effect, the essence of the application of shape memory alloys. The non-thermoelastic transformation can be deformation induced as well which is associated with the extreme plasticity of austenitic steels (for instance stainless steels) during forming. This phenomenon is the TRIP effect. The characteristic parameters depend strongly on the applied stress field. This connection was characterized with our model confirmed by experiments. Improving the model thermal and stress induced transformation fractions can be determined.
If the transformation is deformation induced, the process is accompanied with the evolution of deformation texture both in the parent and the transformed phases. The martensitic transformation being crystallography oriented, the reaction of the two process is obligate, which was characterised in a previous work by texture and magnetic experiments on a stainless steel. In such alloys two kinds of martensite can be formed, furthermore, they can transform into each other. The fraction of the formed phases strongly affects the properties of the alloy. Using our previous results and the developed model and our aim is to extend our experiments to the epsilon martensite- alpha martensite transformation which determines basically the properties of the end product.
If the shape memory alloy is magnetic, a statutory reaction occurs between the martensite and the magnetic domain structure in magnetic field. Using the results of our previous experiments and improving the experimental methods we tend to examine the effect of the magnetic field and uniaxial stress by analysing Barkhausen-noise spectra and magnetic emission experiments.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kutatásaink során a különböző termomechanikus kezeléseknek (izoterm mechanikai ciklizálás, izostress termikus ciklizálás) a termoelesztikus és nem termoelasztikus martenzites átalakulásokra kifejtett hatását vizsgáltuk CuAlNi alapú egy- és polikristályos, Ni2MnGa egykristályos alakmemória ötvözeteken és FeMnCr TWIP/TRIP hatást mutató acélokon. Az általunk korábban kidolgozott lokális egyensúlyi modell alkalmazásával meghatároztuk a rugalmas és disszipatív szabadenergia járulékok átalakult anyaghányadtól majd az átalakulást kísérő rugalmas és disszipatív energiák feszültség és hőmérséklettől való függését. A martenzites átalakulást kísérő termikus, mágneses és akusztikus zajelemzési technikák együttes alkalmazását nemzetközi szintre fejlesztettük. Meghatároztuk a martenzit mikroszerkezetének a hatását a zajeloszlásokra és a zajenergia valamint az exponensek külső mágneses tértől való függését is. Megmutattuk, hogy a mágneses zaj energia és amplitúdó eloszlása is hatványfüggést mutat. Megmutattuk a polikristályos CuAlNiMn és CuAlNiMnFe ötvözetekben lejátszódó öregedési folyamatok hatását az alakmemória effektusra, valamint a rácshibák ellentmondásos szerepét a termoelesztikus és nem termoelsztikus átalakulások során. TRIP/TWIP acélokon a különböző genetikájú martenzitek megjelenését XRD makro- és TEM mikrotextúra eredményekre alapozva kimutattuk. A különböző fázisok megjelenését a mérnöki mérőszámokkal korreláltuk.
Results in English
Our researches covered the examinations of the effects of different thermomechanical treatments (isothermal mechanical cycling, isostress thermal cycling) on the thermoelastic and non-thermoelastic martensitic transformations in single and polycrystalline CuAlNi based and Ni2MnGa single crystalline shape memory alloys and FeMnCr TWIP/TRIP steels. The transformed volume fraction dependence of the elastic and dissipative free energy terms and the stress and temperature dependence of the elastic and dissipative energies of the transformations were determined using our previously developed local equilibrium model. The analysis techniques of thermal, magnetic and acoustic signals of martensitic transformations were developed to an internationally recognised level. The effect of martensite variant structure on the noise distribution and the external magnetic field dependence of noise energy and exponents were determined. It was shown that the magnetic noise energy and amplitude both exhibit exponential functions. The effect of ageing processes on the shape memory behaviour was demonstrated in CuAlNiMn and CuAlNiMnFe alloys. The controversal effect of lattice defects on the thermoelastic and non-thermoelastic martensitic transformations was revealed. The formation of different genetic martensite types was revealed in TWIP/TRIP steels based on XRD macro- and TEM microtexture results. The appearance of the different phases was correlated with technical parameters.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=84065
Decision
Yes





 

List of publications

  
T.Y. Elrasasi, M.M. Dobróka, L. Daróczi, D.L. Beke: Effect of thermal and mechanical cycling on the elastic and dissipative energy in CuAl(11.5wt%)Ni(5.0wt%) shape memory alloy, Journal Alloy and Compound, 577 (suppl.1) pp.S517-S520 (2013), 2012
Mertinger V, Benke M, Nagy E, Pataki T: Reversible Characteristics and Cycling Effects of the ε ↔ γ Martensitic Transformations in Fe-Mn-Cr Twip/Trip Steels, J MATER ENG PERFORM 23: 2347-2350, 2014
Benke M, Mertinger V: In Situ Optical Microscope Study of the Thermally Induced Displacive Transformations in Cualni-Based Shape-Memory Alloys, J MATER ENG PERFORM 23: 2333-2338, 2014
L. Daróczi, G. Eszenyi, Zs. Molnár, D.L. Beke, A. Bükki-Deme, F. Zámborszky: Effect of Excitation Parameters on the Barkhausen-Noise in FINEMET-Type Amorphous Ribbons, Materials Transactions 55, 8, pp. 1237-1242, 2014
M Benke, V Mertinger, P Pekker: Investigation of the bainitic reaction in CuAlNiMnFe shape memory alloy, J MIN METALL B 49 (1): (B) 43-47, 2013
Dezso L. Beke, Lajos Daróczi, Tarak Y. Elrasasi: DETERMINATION OF ELASTIC AND DISSIPATIVE ENERGY CONTRIBUTIONS TO MARTENSITIC PHASE TRANSFORMATION IN SHAPE MEMORY ALLOYS, 'Shape Memory Alloys-Processing, Characterisation and Applications', edited by F.M.B. Fernandes pp.167-196, 2013
Mertinger Valéria: Termomechanikus kezelések hatása alakmemóriaötvözetben és ausztenites acélban végbemenő martenzites átalakulásra, 74 p., 2012
Tarek Yousif AbdelRaoof El Rasasi: Elastic and dissipative energies in phase transformations of Cu-based shape memory alloys, Debreceni Egyetem, 2012
Valéria Mertinger, Erzsébet nagy, Márton Benke, Ferenc Tranta: Characteristic of Martensitic Transformations induced by uni-axial tensile tests in a FeMnCr steel, Materials Science Forum ( in press), 2014
Marton Benke, Valéria Mertinger: In situ Optical Misroscopic Examination Techniques of Termally Induced Displacive Transformation, MATERIALS SCIENCE FORUM (in press), 2014
M. Benke, V. Mertinger, P. Barkóczy: : Investigation of the kinetic of a bainitic reaction upon heating in a CuAlNiMn and a CuAlNiMnFe shape memory alloy, Materials Science Forum Vol. 752 pp. 3-9., 2013
L. Daróczi, Zs. Molnár, D.L. Beke: Generation of magnetic noises in Ni2MnGa single crystal by deformation in martensitic state, Shape Memory Alloys and Superelastic Technology International Conference, 2013
T.Y. Elrasasi, L. Daróczi, L.Z. Tóth, D.L. Beke, Z. Halász: Statistical analysis of jerky character of DSC signals obtained from martensitic transformation in single crystalline Ni2MnGa, Shape Memory Alloys and Superelastic Technology International Conference, 2013
M. Benke, V. Mertinger: In situ optical microscope examinations of the thermally induced martensitic transformations in Cu-based shape memory alloys, Shape Memory Alloys and Superelastic Technology International Conference, 2013
V. Mertinger, M. Benke, T. Pataki, F. Tranta, E. Nagy: Reversible characteristics and cycling effects of the ε ↔ γ martensitic transformations in Fe-Mn-Cr TWIP/TRIP steels, Shape Memory Alloys and Superelastic Technology International Conference, 2013
E. Nagy, V. Mertinger, M. Benke, F.Tranta: TWIP effect in FeMnCr alloys, XXVII. microCAD konferencia, 2013
Benke Márton, Mertinger Valéria: BAINITES ÁTALAKULÁS CUALNI ÖTVÖZETEKEBEN, ME KÖZL ANYAGMÉRN TUD 38: (1) 19-28, 2013
Nagy Erzsébet, Mertinger Valéria, Benke Márton, Tranta Ferenc: Fe-Mn-Cr acélok vizsgálata, BKL KOHÁSZAT 146: (2) 42-45, 2013
Benke Márton, Mertinger Valéria: CuAlNiMn és CuAlNiMnFe alakemlékező ötvözetek bainites átalakulásának vizsgálata, ANYAGOK VILÁGA X: (1) &, 2012
Marton Benke, Valeria Mertinger, Peter Pekker: Investigation of a Bainitic Transformation upon Heating in a CuAlNiMn and a CuAlNiMnFe Shape Memory Alloy, International Conference on Martensitic Transformation, (ICOMAT) 2011, Szeptember 4-9, 2011
T.Y. Elrasasi, M.M. Dobróka, L. Daróczi, D.L. Beke: Effect of thermal and mechanical cycling on the elastic and dissipative energy in CuAl(11.5W%)Ni(5.0W%) shape memory alloy, International Conference on Martensitic Transformation, (ICOMAT) 2011, Szeptember 4-9, 2011
Ferenc Tranta, Andreas Weiss: The effects of heat treatment and deformation on the martensitic transformation of FeMn(Cr) steels, VIII. Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, 2011
T.Y. Elrasasi, L. Daróczi, D.L. Beke: Calculation of Elastic Energy Contributions As The Function of The Martensite Volume Fraction In Single Crystalline Cu-11.5WT%Al- 5.0WT%Ni Shape Memory Alloy, VIII. Országos Anyagtudományi Konferencia, Balatonkenese, 2011
Dezso L. Beke, Lajos Daróczi, Tarak Y. Elrasasi: DETERMINATION OF ELASTIC AND DISSIPATIVE ENERGY CONTRIBUTIONS TO MARTENSITIC PHASE TRANSFORMATION IN SHAPE MEMORY ALLOYS, INTECH, doi.10.5772/51511, 2012
Benke Márton, Mertinger Valéria: CuAlNiMn és CuAlNiMnFe alakemlékező ötvözetek bainites átalakulásának vizsgálata, Anyagok Világa, X. évfolyam 1. szám 2012. február Volume 1 - No February 2012, 2012
M. Benke, V. Mertinger, F. Tranta: In situ optical microscope examinations of the ε↔γ transformations in FeMn(Cr) austenitic steels during thermal cycling, European Symposium on Martensitic Transformation, St.Petersburg, 2012
L. Daróczi, T.Y. Elrasasi, D.L. Beke: Effect of partial thermal cycles on non-chemical free energy cobtributions in polycristalline Cu-Al-Be shape memory alloy, European Symposium on Martensitic Transformation, St.Petersburg, 2012
T.Y. Elrasasi, L. Daróczi, D.L. Beke: Calculation of Elastic Energy Contributions As The Function of The Martensite Volume Fraction In Single Crystalline Cu-11.5WT%Al- 5.0WT%Ni Shape Memory Alloy, Materials Science Forum Vol. 729, pp. 37-42., 2013
F. Tranta, A. Weiss: The effects of heat treatment and deformation on the martensitic transformation of FeMn(Cr) steels, Materials Science Forum Vol.729, pp. 132-137., 2013
M. Benke, V. Mertinger, F. Tranta: In situ optical microscope examinations of the ε↔γ transformations in FeMn(Cr) austenitic steels during thermal cycling, Materials Science Forum 738-739, pp. 257-261., 2013
L. Daróczi, T.Y. Elrasasi, D.L. Beke: Effect of partial thermal cycles on non-chemical free energy cobtributions in polycristalline Cu-Al-Be shape memory alloy, Materials Science Forum 738-739, pp. 38-45., 2013
T.Y. Elrasasi, M.M. Dobróka, L. Daróczi, D.L. Beke: Effect of thermal and mechanical cycling on the elastic and dissipative energy in CuAl(11.5wt%)Ni(5.0wt%) shape memory alloy, Journal Alloy and Compound, Article in Press, 2012
M. Benke, V. Mertinger, P. Pekker: Investigation of the bainitic reaction in a CuAlNiMnFe shape memory alloy, J. Mining and Metallurgy, Section B-Metallurgy, Article in press, 2013
Benke M., Mertinger V., Pekker P: Bainites átalakulás CuAlNi ötvözetekben, Anyagmérnöki Tudományok, Miskolc, 38. kötet. pp.19-28., 2012
Nagy Erzsébet, Mertinger Valéria, Benke Mártom, Tranta Ferenc: martenzites átalakulás vizsgálata FeMnCr TWIP acélokban, Kékesi Tamás (szerk.) microCAD 2014, B1 section: XXVIII.. Misgav: University of Miskolc, 2014. pp. B1-6-1-B1-6-8.
Applied Materials Science and NANOTechnologies, 2014
T. Y. Elrasasi, L. Daróczi, L. Z. Tóth, D. L. Beke, Z. Halász: Statistical Analysis of Jerky Character of DSC Signals Obtained from Martensitic Transformation in Single Crystalline Ni2MnGa, SMST-2013:The International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST) (ASM International)pp:197 - 198, 2013
E. Nagy, V. Mertinger, M. Benke, F.Tranta: TWIP effect in FeMnCr alloys, XXVII. microCAD konferencia, 2013
L.Daróczi, Zs.Molnár, D.Beke: Investigation of Magnetic Noises in Ni2MnGa Single Crystal Produced by Bending Deformation in Martensitic State, International Conference on Martensitic Transformation, (ICOMAT) Bilbao ,Julius 6-11,, 2014
V. Mertinger, E. Nagy, M. Benke. F. Tranta: Effect of the chromium content on the TWIP behavior in Fe-Mn-Cr steels, International Conference on Martensitic Transformation, (ICOMAT) Bilbao ,Julius 6-11,, 2014




 

Events of the project

  
2014-05-09 10:49:18
Résztvevők változása
2011-06-28 16:21:19
Résztvevők változása



Back »