Investigation of thermal transformation properties under different annealing conditions of Ni-Ti shape memory alloy

In this paper, the influence of different annealing conditions on the phase transformation properties of a nearly equiatomic nickel and titanium (Ni-Ti) alloy was studied by using differential scanning calorimetry (DSC). Tiny samples, taken from the as-received material with the unknown history of thermo-mechanical processing, were subjected to the heat treatment at the temperatures varying from 400 to 600°C with a 50°C increment for 5, 20, 30, and 60 min. Based on the DSC testing, the phase transformation behaviour and temperatures were assessed. The results from this and previous studies indicate that thermal characteristics of the studied Ni-Ti alloy are sensitive to the annealing conducted under different parameters. When the heat treatment temperature increased, the phase transformation behaviour tended to convert from a two-stage sequence, i.e. through the intermediate R-phase to a one-stage reaction, as it was observed at 600°C. However, a certain exception appeared for the sample annealed for 5 min where the two-stage transformation on cooling was still preserved. Considering the effect of annealing time, there was no obvious change in the DSC profiles for annealing at 400 and 450°C. Higher annealing temperatures, in turn, resulted in variations of the peak shapes. Different annealing times were also shown to affect the transition temperatures where the most distinct alterations occurred for the Ms and Mf temperatures in comparison with the other ones. This type of studies, it is believed, may be useful especially from a practical point of view, i.e. in varying and controlling the properties of shape memory alloys (SMAs).

Za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) zbadano wpływ różnych parametrów wyżarzania na charakterystyki cieplne w zakresie występowania przemiany fazowej w stopie niklowo-tytanowym (Ni-Ti) o składzie chemicznym bliskim równoatomowemu. Próbki do badań pobrano z materiału o nieznanej historii uprzednich obróbek cieplno-mechanicznych, a następnie wyżarzano w temperaturach 400-600°C co 50°C przy czasach 5, 20, 30 i 60 min. Wykazano, że charakterystyki cieplne przemian badanego stopu są czułe na wyżarzanie prowadzone przy różnych parametrach. Wzrost temperatury wyżarzania spowodował zmianę sekwencji przemian od dwustopniowej (tj. poprzez fazę pośrednią R) do jednostopniowej, obserwowaną przy 600°C. Pomimo najwyższej temperatury obróbki wyjątek jedynie stanowił najkrótszy jej czas, gdzie wciąż rejestrowano sekwencję dwustopniową przemiany podczas chłodzenia stopu. Najniższe temperatury wyżarzania (400 i 450°C) nie spowodowały istotnych zmian w profilach DSC w przeciwieństwie do wyższych temperatur, gdzie obserwowano zmiany ich kształtów. Ustalono, że różne czasy wyżarzania mają wpływ na temperatury krytyczne przemian, spośród których Ms i Mf wykazały największe zmiany. Uważa się, że tego typu badania mogą być użyteczne z praktycznego punktu widzenia, zwłaszcza do zmian i kontroli charakterystyk cieplnych stopów z pamięcią kształtu (SMAs).