Pseudoelasticidad

En la ciencia de los materiales , la pseudoelasticidad , a veces llamada superelasticidad , es una respuesta elástica (reversible) a una tensión aplicada , causada por una transformación de fase entre las fases austenítica y martensítica de un cristal . Se manifiesta en aleaciones con memoria de forma .

La pseudoelasticidad se debe al movimiento reversible de los límites de dominio durante la transformación de fase, en lugar de simplemente al estiramiento de enlaces o la introducción de defectos en la red cristalina (por lo tanto, no es una verdadera superelasticidad sino más bien pseudoelasticidad). Incluso si los límites de dominio se fijan, pueden revertirse mediante el calentamiento. Por lo tanto, un material pseudoelástico puede volver a su forma anterior (de ahí la memoria de forma ) después de la eliminación de incluso tensiones aplicadas relativamente altas. Un caso especial de pseudoelasticidad se llama la correspondencia de Bain. Esto implica la transformación de fase austenita/martensita entre una red cristalina centrada en las caras (FCC) y una estructura cristalina tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). ^[1]

Las aleaciones superelásticas pertenecen a la familia más amplia de aleaciones con memoria de forma . Cuando se someten a cargas mecánicas, una aleación superelástica se deforma de forma reversible ante tensiones muy elevadas (hasta un 10 %) mediante la creación de una fase inducida por la tensión. Cuando se elimina la carga, la nueva fase se vuelve inestable y el material recupera su forma original. A diferencia de las aleaciones con memoria de forma, no se necesita ningún cambio de temperatura para que la aleación recupere su forma inicial.

Los dispositivos superelásticos aprovechan su gran deformación reversible e incluyen antenas , marcos de gafas y stents biomédicos .

El níquel titanio (Nitinol) es un ejemplo de una aleación que presenta superelasticidad.

Recientemente, ha habido interés en descubrir materiales que exhiban superelasticidad en nanoescala para aplicaciones MEMS (sistemas microelectromecánicos). Ya se ha informado sobre la capacidad de controlar la transformación de fase martensítica . ^[2] Pero se ha observado que el comportamiento de la superelasticidad tiene efectos de tamaño en nanoescala.

Cualitativamente hablando, la superelasticidad es la deformación reversible por transformación de fase. Por lo tanto, compite con la deformación plástica irreversible por movimiento de dislocación. A escala nanométrica, la densidad de dislocación y los posibles sitios de origen de Frank-Read se reducen en gran medida, por lo que la tensión de fluencia aumenta con un tamaño reducido. Por lo tanto, para los materiales que exhiben un comportamiento de superelasticidad a escala nanométrica, se ha descubierto que pueden operar en ciclos de largo plazo con poca evolución perjudicial. ^[3] Por otro lado, la tensión crítica para que se produzca la transformación de fase martensítica también aumenta debido a la reducción de los posibles sitios para que comience la nucleación . La nucleación suele comenzar cerca de la dislocación o en defectos superficiales. Pero para los materiales a escala nanométrica, la densidad de dislocación se reduce en gran medida y la superficie suele ser atómicamente lisa. Por lo tanto, la transformación de fase de los materiales a escala nanométrica que exhiben superelasticidad suele ser homogénea, lo que da como resultado una tensión crítica mucho mayor. ^[4] En concreto, en el caso de la zirconia, que tiene tres fases, se ha descubierto que la competencia entre la transformación de fase y la deformación plástica depende de la orientación, ^{[5] lo que indica que la} energía de activación de la dislocación y la nucleación depende de la orientación . Por lo tanto, en el caso de los materiales a escala nanométrica adecuados para la superelasticidad, se debe investigar la orientación optimizada de los cristales y la rugosidad de la superficie para lograr un efecto de superelasticidad más mejorado.

• Aleación con memoria de forma
• Elasticidad (física)

• Liang C., Rogers CA (1990). "Relaciones constitutivas termomecánicas unidimensionales para materiales con memoria de forma". Revista de sistemas y estructuras de materiales inteligentes . 1 (2): 207–234. doi :10.1177/1045389x9000100205. S2CID  135569418.
• Miyazaki S, Otsuka K, Suzuki Y (1981). "Pseudoelasticidad de transformación y comportamiento de deformación en una aleación Ti-50,6at%Ni". Scripta Metallurgica . 15 (3): 287–292. doi :10.1016/0036-9748(81)90346-x.
• Huo, Y.; Müller, I. (1993). "Termodinámica de no equilibrio de pseudoelasticidad". Mecánica del medio continuo y termodinámica . 5 (3). Springer Science and Business Media LLC: 163–204. Bibcode :1993CMT.....5..163H. doi :10.1007/bf01126524. ISSN  0935-1175. S2CID  123040312.
• Tanaka K., Kobayashi S., Sato Y. (1986). "Termomecánica de la pseudoelasticidad de transformación y efecto de memoria de forma en aleaciones". Revista Internacional de Plasticidad . 2 (1): 59–72. doi :10.1016/0749-6419(86)90016-1.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
• Kamita, Toru; Matsuzaki, Yuji (1998-08-01). "Teoría pseudoelástica unidimensional de aleaciones con memoria de forma". Materiales y estructuras inteligentes . 7 (4). IOP Publishing: 489–495. Bibcode :1998SMaS....7..489K. doi :10.1088/0964-1726/7/4/008. ISSN  0964-1726. S2CID  250834042.
• Yamada, Y. (1992-09-01). "Teoría de la pseudoelasticidad y el efecto de memoria de forma". Physical Review B . 46 (10). American Physical Society (APS): 5906–5911. Bibcode :1992PhRvB..46.5906Y. doi :10.1103/physrevb.46.5906. ISSN  0163-1829. PMID  10002272.

• Paquete de enseñanza y aprendizaje DoITPoMS: "Aleaciones con memoria de forma y superelasticidad"