| Abstract | In the thesis, the influence of silver addition on martensite formation, phase
transformation temperatures, and functional properties of Cu-based shape memory alloys is
investigated. Microstructural analysis of quaternary Cu-Al-Mn-Ag and ternary Cu-Al-Ag SMA
alloys was carried out by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy with energy
dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) and transmission electron microscopy (TEM).
Phase identification was further confirmed by X-ray diffraction analysis and high-energy
synchrotron (XRD). Martensitic transformation temperatures and fusion enthalpies were
observed by modular differential scanning calorimetry (MDSC), while microhardness was
determined by Vickers test. The results show that silver additions significantly influenced
formations of the martensite structure, even in the as-cast state and especially after heat
treatment and quenching in both investigated systems. Cu-9Al-16Mn-2Ag and Cu-9Al-7Mn
with 2 and 5% wt. of silver showed the best functional properties, forming two types of
martensite structures β1’ (18R) and γ1’ (2H). Optimal compositions of Cu-Al-Ag ternary SMA
alloys forming best functional properties were found in alloys with 5 and 7% wt. of silver, with
one type of martensitic structure β1’ (18R) identified. |
| Abstract (english) | Legure s efektom prisjetljivosti oblika (SMA) su pametni funkcionalni materijali koji
posjeduju dva jedinstvena efekta, efekt prisjetljivosti i pseudoelastičnosti te pokazuju
sposobnost povrata definiranog oblika djelovanjem temperature ili mehaničkog naprezanja.
Komercijalno najkorištenija, ali istovremeno i najskuplja legura, je nitinol (Ni-Ti). U
posljednje vrijeme nitinol se sve više zamjenjuje legurama na bazi bakra, koje imaju odlična
funkcionalna i električna svojstava, jednostavniju proizvodnju i nižu cijenu koštanja. Od legura
na bazi bakra najviše se koriste Cu-Al-Ni i Cu-Zn-Al SMA legure, koje su istraživane dugi niz
godina, no pokazale su ograničenje u primjeni s obzirom na vrlo visoku krtost i lošija
mehanička svojstva.
Dodavanjem mangana binarnoj Cu-Al leguri, poboljšava se duktilnost i sposobnost
hladne obradivosti materijala jer mangan proširuje područje β-faze u nižim udjelima aluminija.
Dizajniranjem sastava ternarnih legura s prisjetljivošću oblika te mikrolegiranjem četvrtom
komponentom, moguće je znatno promijeniti svojstva legura te korigirati temperature
transformacija i prilagoditi ih specifičnom području primjene.
Rezultati doktorskog istraživanja pokazuju da dodatak srebra značajno utječu na
formiranje martenzitne strukture, čak i u lijevanom stanju, a posebno se intenzivni martenzit
formira nakon toplinske obrade i kaljenja u oba istraživana sustava. Kod četverokomponentnih
sustava, sastavi Cu-9Al-7Mn s 2 i 5% mas. Ag te Cu-9Al-16Mn-2Ag pokazali su najbolja
funkcionalna svojstva materijala. U svim istraživanim sustavima javlja se samo jedan tip
martenzita, β1’ (18R), izuzev u sustavima s 16% mas. Mn i 2% mas. Ag, gdje su utvrđene dvije
različite metastabilne martenzitne strukture, β1’ (18R) i γ1’ (2H). Dodavanjem srebra,
temperature početka martenzitne transformacije, Ms, pomiču se prema višim vrijednostima, uz
istovremeno proširenje područja formiranja martenzita veće entalpije te niže temperature
završetka transformacije, Mf. Toplinska obrada dodatno povisuje temperaturu Ms.
Legure koje u sastavu sadrže 10% mas. Mn i različite udjele srebra, u mikrostrukturnim
analizama nisu pokazale prisutnost martenzita, što može ukazivati na vrlo niske temperature
početka martenzitne transformacije, znatno niže od sobne temperature. Cu-Al-Mn-Ag legure
nakon kaljenja pokazuju nižu mikrotvrdoću, što je tipično za SMA sustave. Legura s 16% mas.
Mn pokazuje povećanje mikrotvrdoće nakon toplinske obrade, što može biti posljedica prisustva krte γ1’ (2H) faze u mikrostrukturi ove legure. Kod ternarnih sustava, najintenzivniji
martenzit i najbolja svojstva pokazale su legure s 5 i 7% mas. Ag. |
