مبدأ السبائك ذات الذاكرة الشكلية يعتمد بشكل رئيسي على تحول المارتنسيت المرن الحراري وتحول المارتنسيت المحفز بالإجهاد، وفيما يلي شرح تفصيلي:
تحول المارتنسيت المرن الحراري
تحول بنية الطور في سبائك الذاكرة الشكلية يوجد طوران، وهما طور الأوستينيت عالي الحرارة وطور المارتنسيت منخفض الحرارة 1 تتحول السبائك بين هذين الطورين تحت ظروف درجات حرارة مختلفة. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى مستوى معين، يتحول الطور من الأوستينيت عالي التماثل إلى المارتنسيت منخفض التماثل، مما يؤدي إلى تغير شكل السبيكة؛ وعندما ترتفع درجة الحرارة إلى درجة معينة، يتحول المارتنسيت مرة أخرى إلى الأوستينيت، فتستعيد السبيكة شكلها الأصلي.
قوة دافعة لتحول الطور فرق بين طاقتي الحرية هو القوة الدافعة لتحول المارتنسيت 1 درجة الحرارة التي تتساوى عندها طاقتا الحرية تسمى درجة حرارة التوازن، ولا يحدث تحول المارتنسيت إلا عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة حرارة التوازن وعلى العكس، يحدث التحول العكسي فقط عندما تكون درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة التوازن عندها يحدث التحول العكسي 1。
تحول المارتنسيت المحفز بالإجهاد 1
تحول الطور تحت تأثير الإجهاد عند تطبيق إجهاد على سبائك الذاكرة الشكلية، يتم تحفيز تحول المارتنسيت، مما يؤدي إلى تغير شكل السبيكة. حتى في حالة ثبات درجة الحرارة، يمكن لتغير الإجهاد أن يسبب تحولًا في البنية الداخلية للسبيكة، مما يؤدي إلى تغير شكلها الظاهر. وعندما يُزال الإجهاد، تستعيد السبيكة شكلها الأصلي من خلال التحول العكسي.
علاقة درجة حرارة التحول بالإجهاد في سبائك الذاكرة الشكلية، درجة حرارة تحول المارتنسيت الناتجة عن الإجهاد ترتبط خطيًا مع مقدار الإجهاد، مما يعني أن حجم الإجهاد يؤثر مباشرة على نطاق درجة حرارة حدوث تحول المارتنسيت، وبالتالي يؤثر على سلوك تغير شكل السبيكة.
تغير بنية البلورة
من منظور دقيق، خلال تحول المارتنسيت، تتغير بنية البلورة في السبيكة. على سبيل المثال، في سبيكة النيكل-تيتانيوم الشائعة، تكون في طور الأوستينيت عند درجة حرارة الغرفة، وتتميز ببنية مكعبة مركزية الجسم، حيث تكون ذراتها مرتبة بشكل منتظم ومتماثل. عند انخفاض درجة الحرارة وحدوث تحول المارتنسيت، تتشكل بنية أحادية الميل، وتتغير طريقة ترتيب الذرات، مما يؤدي إلى تغير الشكل الكلي للسبيكة. وعندما ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى، تعود الذرات إلى ترتيبها الأصلي، فتستعيد السبيكة شكلها السابق.
تصنيف تأثير الذاكرة 11
تأثير الذاكرة أحادي الاتجاه عندما تتشوه سبائك الذاكرة الشكلية عند درجة حرارة منخفضة، يمكنها استعادة شكلها قبل التشوه عند التسخين، ويُسمى هذا التأثير الذي يظهر فقط أثناء التسخين بتأثير الذاكرة أحادي الاتجاه.
تأثير الذاكرة ثنائي الاتجاه بعض السبائك تستعيد شكل الطور عالي الحرارة عند التسخين، وتستعيد شكل الطور منخفض الحرارة عند التبريد، ويُسمى هذا تأثير الذاكرة ثنائي الاتجاه.
تأثير الذاكرة الكامل عند التسخين تستعيد شكل الطور عالي الحرارة، وعند التبريد تتحول إلى شكل الطور منخفض الحرارة الذي له نفس الشكل ولكن باتجاه معاكس، ويُسمى هذا تأثير الذاكرة الكامل.
