Evoluzione dei difetti in leghe NiTi soggette a carichi ciclici: analisi termiche e meccaniche

Two full-field techniques were applied in the present research activity. The Infrared thermography (IR) was used in order to evaluate the global temperature evolution which was found to be similar to the evolution temperature of common engineering metals, characterized by three phases. The crack-tip temperature was monitored and was directly correlated to the transition phase mechanisms and the thermal hysteresis showed an increment during the crack propagation due to a higher level of local stress. The Digital Image Correlation (DIC) analysis allowed assessing the displacement and strain field of the singularity zone. Furthermore, the experimental data fitting allowed evaluating the mode I Stress Intensity Factor (SIF) and the related mechanical hysteresis.

Le caratteristiche funzionali delle leghe a memoria di forma a base di nichel e titanio (NiTi) sono legate ad una trasformazione di fase reversibile allo stato solido, tra la fase genitrice austenitica e la fase prodotto martensitica. Tale trasformazione può essere attivata mediante variazioni di temperatura e/o mediante l’applicazione di carichi meccanici. Le sollecitazioni termo-meccaniche risultano, pertanto, particolarmente critiche poiché definiscono le condizioni di stabilità delle due fasi cristallografiche, caratterizzate da proprietà meccaniche e fisiche differenti. La conoscenza dei meccanismi di trasformazione risulta quindi cruciale, non solo per la previsione delle proprietà funzionali delle leghe NiTi, ma anche per la definizione di criteri di danneggiamento strutturale, sia sotto l’azione di carichi statici che dinamici. Inoltre, l’attivazione locale della trasformazione di fase, in presenza di zone di concentrazione delle tensioni, modifica in maniera sostanziale i meccanismi di formazione e propagazione dei difetti. In tale contesto, nel presente lavoro sono state eseguite analisi termiche e meccaniche del comportamento a fatica di leghe NiTi in presenza di difetti acuti, mediante tecniche termografiche (IR, Infrared thermografy) e di correlazione digitale di immagini (DIC, Digital Image Correlation). Le indagini IR hanno permesso di determinare il comportamento termico del materiale sia a livello globale che locale. Le variazioni cicliche di temperatura nella zona di singolarità sono state correlate alle trasformazioni di fase reversibili indotte meccanicamente. L´isteresi termica ha evidenziato un incremento durante la fase di propagazione del difetto, dovuto ad un maggiore livello di tensione locale. L’analisi DIC ha permesso di valutare il campo di spostamenti e deformazioni nella zona di singolarità. Inoltre, il fitting dei dati sperimentali ha permesso di valutare il fattore di intensità degli sforzi ed il relativo comportamento isteretico.