Identification of thermal and mechanical parameters for Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si (wt. %) ferrous based shape memory alloy

Abstract

The materials comprising of more than one phases have very special applications where other materials cannot work. Well-known shape memory alloys (SMAs) might be replaced by ferrous based shape memory alloys (Fe-SMAs) since the research has unfolded their outstanding features like low cost, high cold workability, and good weldability. The Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si (wt. %) Fe-SMA has been used in this thesis and found to be effective because Fe-SMAs have great potential to be the counterpart of Nitinol. Numerous researches have been performed on Fe-SMAs during last decade. Several studies have been made on the mechanical properties of Fe-SMAs. There are several researches available showing different mechanical applications which exist currently. Interest in Fe-SMAs is still acute, due to continuing research on their applications in different fields. They can efficiently be used for several other applications too because their applications and features are not fully discovered, therefore, further research must be done to unfold its advantages and usage. For the future applications, not only mechanical behavior of Fe-SMAs but also the comprehensive view of thermomechanical behavior is important because the phase transformation (austenite ↔ martensite) is also attributed to changes in temperature. It is also required for future thermomechanical modeling of Fe-SMAs. To the author’s knowledge, such a thermomechanical behavior of the valuable Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si SMA has not been investigated so far to explore its thermomechanical applications, therefore, it has been done in this thesis through experimentation. Besides, a number of significant mechanical investigations are also performed which have not been explored so far.

Materialien, die aus mehr als einer Phase bestehen, haben spezielle Anwendungsfelder, in denen andere Materialien versagen. Heutzutage können altbekannte Formgedächtnislegierungen (FGL, englisch SMAs) durch eisenbasierte Formgedächtnislegierungen (Fe-SMAs) ersetzt werden, da die Forschung deren herausragende Eigenschaften wie niedrige Kosten, hohe Kaltumformbarkeit und gute Schweißbarkeit aufgezeigt hat. Die Fe-SMA mit der Bezeichnung Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si (Gew. %) wurde für diese Thesis ausgewählt, da die eisenbasierten Formgedächtnislegierungen großes Potenzial haben, das Gegenstück zu Nitinol zu bilden. Auch wenn bzgl. der mechanischen Eigenschaften und möglichen Anwendungsgebiete der Fe-SMAs im vergangenen Jahrzehnt bereits ein hohes Maß an Forschung betrieben wurde, ist das wissenschaftliche Interesse weiterhin aktuell, da stets die Anwendbarkeit in verschiedenen Bereichen untersucht wird. Es muss weiter geforscht werden, da die möglichen Anwendungen und Eigenschaften noch nicht vollständig aufgedeckt wurden. Für die Zukunft geht das Interesse über das mechanische Verhalten der Fe-SMAs hinaus und bezieht das thermomechanische Verhalten ein. Dieses ist wichtig. da die Phasentransformation (Austenit ↔ Martensit) schließlich mit Temperaturänderung in Verbindung gebracht wird. Ebenfalls hat es Relevanz für die thermomechanische Modellierung der Fe-SMAs. Nach dem besten Wissen des Authors wurde das thermomechanische Verhalten von Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si noch nicht weit genug für die thermomechanischen Anwendungen untersucht, weshalb dies in der vorliegenden Arbeit unter der Nutzung von Experimenten umgesetzt wird. Darüber hinaus werden signifikante mechanische Untersuchungen durchgeführt, die bisher in dieser Form nicht getätigt wurden.