CuAlMn shape memory alloys for damping applications

Shape memory alloys (SMAs) have been exploited in different application fields, as they can cover various roles according to their composition and how they are processed. One characteristic ability of SMAs is the marked dissipation of mechanical energy thanks to their so called pseudoelasticity (PE) property. For this reason, SMAs were included within the materials studied for damping applications. This work was carried out as part of a project with the Office of Naval Research (ONR) and Purdue University. The aim of the project is to employ a shape memory alloy in a composite to increase the damping performances with respect of composites made with conventional materials. Moreover, this work is the continuation of the initial phase of the project in which different ternary shape memory alloys families were compared. In the introductory part the main characteristics of SMAs, their damping behavior and how it is influenced according to different factors are described. In addition some details about the main Cu based shape memory alloys families were portrayed. Starting by the casting stage two alloys have been produced. Both have a composition of 74% Cu – 16% Al – 10% Mn at. that has been chosen after a study of the existing literature because of the suitable transformation temperatures and workability. Base materials with different purity have been adopted to evaluate its effect on the material properties. The alloys have been further processed according to various thermomechanical processes to identify the optimal production process. After the evaluation of the thermomechanical treatments influence on phase transformation and microstructure, damping properties and behaviour in tensile tests were evaluated for the specimens processed with the optimal route.

Le leghe a memoria di forma (SMA) vengono impiegate in differenti campi di applicazione, questo grazie alla loro capacità di rivestire diversi ruoli a seconda della loro composizione e di come sono state processate. Un’abilita caratteristica delle SMA è la marcata dissipazione dell’energia meccanica che avviene al loro interno grazie alla proprietà chiamata pseudoelasticità. Per questa ragione le leghe a memoria di forma sono incluse nei materiali studiati per lo smorzamento delle vibrazioni. Questo lavoro è stato svolto nell’ambito di un progetto con l’Office of Naval Research (ONR) e l’Università di Purdue. Lo scopo del progetto è utilizzare le leghe a memoria di forma per migliorare lo smorzamento dei materiali compositi rispetto a quelli costruiti convenzionalmente. Questo lavoro, per di più, è la continuazione della fase iniziale del progetto in cui sono state confrontate diverse famiglie di leghe a memoria di forma ternarie a base di rame. Nella parte introduttiva sono descritte le caratteristiche principali delle leghe a memoria di forma, le loro proprietà di smorzamento e come sono influenzate da diversi fattori. In aggiunta sono state delineate le principali caratteristiche delle leghe a memoria di forma a base di rame. Partendo dallo stadio di fusione sono state prodotte due leghe con composizione 74% Cu – 16% Al – 10% Mn at., identificata come ideale in termini di temperature di trasformazione e lavorabilità secondo uno studio della letteratura. Diversi materiali di base sono stati adottati nelle fusioni per valutarne l’impatto sulle proprietà dei materiali. Le leghe sono state processate ulteriormente con una serie di trattamenti termomeccanici per identificare il percorso produttivo ottimale. Successivamente alla valutazione dell’influenza dei trattamenti termomeccanici sulla microstruttura e le trasformazioni di fase della lega, sono state misurate le proprietà di smorzamento e di resistenza in prove di trazione del materiale a seguito dell’applicazione del processo ottimale.