[Ebooks PDF] download Shape memory alloy actuators design fabrication and experimental evaluation 1s

Page 1


https://ebookgate.com/product/shape-memory-alloy-

More products digital (pdf, epub, mobi) instant download maybe you interests ...

Sensors and Actuators in Mechatronics Design and Applications 1st Edition Andrzej M. Pawlak

https://ebookgate.com/product/sensors-and-actuators-inmechatronics-design-and-applications-1st-edition-andrzej-mpawlak/

Design and Analysis of Experiments Advanced Experimental Design 1st Edition Klaus Hinkelmann

https://ebookgate.com/product/design-and-analysis-of-experimentsadvanced-experimental-design-1st-edition-klaus-hinkelmann/

Photonic Crystals Advances in Design Fabrication and Characterization 1st Edition Kurt Busch

https://ebookgate.com/product/photonic-crystals-advances-indesign-fabrication-and-characterization-1st-edition-kurt-busch/

Time Maps Collective Memory and the Social Shape of the Past 1st Edition Eviatar Zerubavel

https://ebookgate.com/product/time-maps-collective-memory-andthe-social-shape-of-the-past-1st-edition-eviatar-zerubavel/

Experimental Design and Analysis for Psychology 1st Edition Herve Abdi

https://ebookgate.com/product/experimental-design-and-analysisfor-psychology-1st-edition-herve-abdi/

Experimental Design and Process Optimization 1st Edition Maria Isabel Rodrigues

https://ebookgate.com/product/experimental-design-and-processoptimization-1st-edition-maria-isabel-rodrigues/

Modern Experimental Design 1st Edition Thomas P. Ryan

https://ebookgate.com/product/modern-experimental-design-1stedition-thomas-p-ryan/

Quality By Experimental Design 3rd Edition Barker

https://ebookgate.com/product/quality-by-experimental-design-3rdedition-barker/

Handbook of Mechanical Alloy Design Mechanical Engineering Marcell Dekker 1st Edition George E. Totten

https://ebookgate.com/product/handbook-of-mechanical-alloydesign-mechanical-engineering-marcell-dekker-1st-edition-georgee-totten/

ShapeMemoryAlloy Actuators

ShapeMemoryAlloy Actuators

Design,Fabrication,and ExperimentalEvaluation

DepartmentofMechanical,Industrial,and ManufacturingEngineering UniversityofToledo,Toledo,OH,USA

Thiseditionfirstpublished2016 ©2016JohnWiley&Sons,Ltd.

RegisteredOffice

JohnWiley&Sons,Ltd,TheAtrium,SouthernGate,Chichester,WestSussex,PO198SQ, UnitedKingdom

Fordetailsofourglobaleditorialoffices,forcustomerservicesandforinformationabouthow toapplyforpermissiontoreusethecopyrightmaterialinthisbookpleaseseeourwebsite atwww.wiley.com.

Therightoftheauthortobeidentifiedastheauthorofthisworkhasbeenassertedinaccordance withtheCopyright,DesignsandPatentsAct1988.

Allrightsreserved.Nopartofthispublicationmaybereproduced,storedinaretrievalsystem,or transmitted,inanyformorbyanymeans,electronic,mechanical,photocopying,recordingor otherwise,exceptaspermittedbytheUKCopyright,DesignsandPatentsAct1988,withoutthe priorpermissionofthepublisher.

Wileyalsopublishesitsbooksinavarietyofelectronicformats.Somecontentthatappearsinprint maynotbeavailableinelectronicbooks.

Designationsusedbycompaniestodistinguishtheirproductsareoftenclaimedastrademarks. Allbrandnamesandproductnamesusedinthisbookaretradenames,servicemarks,trademarks orregisteredtrademarksoftheirrespectiveowners.Thepublisherisnotassociatedwithany productorvendormentionedinthisbook.

LimitofLiability/DisclaimerofWarranty:Whilethepublisherandauthorhaveusedtheirbest effortsinpreparingthisbook,theymakenorepresentationsorwarrantieswithrespecttothe accuracyorcompletenessofthecontentsofthisbookandspecificallydisclaimanyimplied warrantiesofmerchantabilityorfitnessforaparticularpurpose.Itissoldontheunderstanding thatthepublisherisnotengagedinrenderingprofessionalservicesandneitherthepublishernor theauthorshallbeliablefordamagesarisingherefrom.Ifprofessionaladviceorotherexpert assistanceisrequired,theservicesofacompetentprofessionalshouldbesought

LibraryofCongressCataloging-in-PublicationData

Elahinia,MohammadH.

Shapememoryalloyactuators:design,fabrication,andexperimentalevaluation/Mohammad Elahinia,DepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofToledo,Toledo,OH,USA. pagescm

Includesbibliographicalreferencesandindex. ISBN978-1-118-35944-0(cloth)

1.Actuators–Materials.2.Shapememoryalloys.I.Title. TJ223.A25E432015 621–dc23

2015013573

AcataloguerecordforthisbookisavailablefromtheBritishLibrary.

Setin10/12.5ptPalatinobySPiGlobal,Pondicherry,India

12016

ListofContributorsvii

Prefacexi Acknowledgmentsxiii

1Introduction1 ChristophHaberland,MahmoudKadkhodaeiand MohammadH.Elahinia

2MathematicalModelingandSimulation45 RezaMirzaeifarandMohammadH.Elahinia

3SMAActuationMechanisms85 MasoodTaheriAndani,FrancescoBucchiand MohammadH.Elahinia

4ControlofSMAActuators125 HashemAshrafiuonandMohammadH.Elahinia

5FatigueofShapeMemoryAlloys155 MohammadJ.Mahtabi,NimaShamsaeiand MohammadH.Elahinia

6FabricatingNiTiSMAComponents191 ChristophHaberlandandMohammadH.Elahinia

7ExperimentalCharacterizationofShapeMemoryAlloys239 AliS.Turabi,SoheilSaedi,SayedMohammadSaghaian, HalukE.KaracaandMohammadH.Elahinia

ListofContributors

HashemAshrafiuon, Ph.D.

Professor,DepartmentofMechanicalEngineering Director,CenterforNonlinearDynamicsandControl VillanovaUniversity Villanova,PA,USA

FrancescoBucchi,Ph.D.

ResearchFellow DepartmentofCivilandIndustrialEngineering UniversitàdiPisa Pisa,Italy

MohammadH.Elahinia, Ph.D.

Professor,Mechanical,IndustrialandManufacturing EngineeringDepartment Director,DynamicandSmartSystemsLaboratory TheUniversityofToledo Toledo,OH,USA

ChristophHaberland,Dr.-Ing.

SiemensAG PowerandGasDivision Berlin,Germany

MahmoudKadkhodaei,Ph.D.

AssociateProfessor DepartmentofMechanicalEngineering IsfahanUniversityofTechnology Isfahan,Iran

HalukE.Karaca,Ph.D. AssociateProfessor

DepartmentofMechanicalEngineering UniversityofKentucky Lexington,KY,USA

MohammadJ.Mahtabi GraduateResearchAssistant MechanicalEngineeringDepartment

MississippiStateUniversity MississippiState,MS,USA

RezaMirzaeifar,Ph.D. AssistantProfessor

MechanicalEngineeringDepartment

VirginiaPolytechnicInstituteandStateUniversity Blacksburg,VA,USA

SoheilSaedi GraduateResearchAssistant MechanicalEngineeringDepartment UniversityofKentucky Lexington,KY,USA

SayedMohammadSaghaian GraduateResearchAssistant MechanicalEngineeringDepartment UniversityofKentucky Lexington,KY,USA

NimaShamsaei,Ph.D. AssistantProfessor MechanicalEngineeringDepartment

MississippiStateUniversity MississippiState,MS,USA

MasoodTaheriAndani GraduateResearchAssistant

DepartmentofMechanicalEngineering

VirginiaPolytechnicInstituteandStateUniversity Blacksburg,VA,USA

UniversityofKentucky

Lexington,KY,USA

Preface

Shapememoryalloys(SMAs)havewidespreadusesinbiomedical,aerospace,disastermitigation,andautomotiveapplications.Shapememory effectandsuperelasticityasthedistinctthermomechanicalbehaviorsofthese materialshavebeenharnessedprimarilyinnickel–titanium(NiTi),themost commonlyusedSMA.Thealloy’sabilitytorecoverlargedeformationin acontrollablemannerhasledtothedevelopmentofminimallyinvasive proceduresfortreatingvariouscardiovascularconditions.Thishasresulted inachievingbetteroutcomesforpatientswhilealsoreducingthecostofthese procedures.LighterandsimplerautomotiveactuatorsmadefromNiTi offerbetterfueleconomyandcomfort.PlanesequippedwithlightandcompactSMAactuatorshaveachievedenhancedaerodynamicsperformancein flighttests.

ThepurposeofthisbookistoprovideatextforteachingboththefundamentalandpracticalaspectsofdesigningSMAactuators.Eachchapter focusesononeoftheaspectsoftheseactuators,includingmodeling,device development,control,fatigue,fabrication,andexperimentalevaluation. Complementaryinformation,includingexperimentaldataandaseriesof computercodesformodelingthebehaviorofSMAs,isavailablefordownload athttp://smartsys.eng.utoleod.edu.

Chapter1 providesanintroductorymaterialssciencebackgroundforSMAs whileprovidingseveralexamplesoftheirapplicationsinvariousdisciplines. ThischapteralsointroducesarotarySMAactuatorthatisusedintherestof thebook.Amodelforthissystemisintroducedtodiscussthephasetransformationkineticsofthesealloys.

Chapter2 providesanalternativeframeworkfordevelopingclosed-form semianalyticalmodelsforSMAactuatorsbyreducingtheirthree-dimensional constitutiveequations.Thereareafewissuessuchasconvergencedifficulties andparametricsensitivitywhenphenomenologicalconstitutivemodelsare

numericallyimplemented.Thisapproach,whichisapplicabletovarious lengthscales,addressessomeoftheseproblems.

Chapter3 coversseveralactuationmechanismsandmethodologiesinthe contextof10uniqueautomotiveandbiomedicalapplications.Inthese devices,bothshapememoryandsuperelasticmaterialsareusedintheform ofwires,springs,andthree-dimensionalshapes.Foreachdevice,thebehavior ofthematerialisexplainedtodevelopthedesignprocedure.

Chapter4 dealswithcontrolasanintegralpartofmostSMAsystems.In additiontodesigningcontrolalgorithmsfortheseactuators,thefundamental issuesthatshouldbeconsideredinthecontrollerdesignarehighlighted.

TheuniquemechanicalbehavioroftheSMAsisthereasonfortheirdifferent fatigueresponse,asexplainedinChapter5.Inadditiontostructuralfatigue, thesealloysareaffectedbyfunctionalfatigue,thedegradationoftheirshape memory,andsuperelasticresponse.

Chapter6,inadditiontoprovidingacomprehensivereviewofthewellestablishedfabricationmethodsforNiTi,highlightsseveralalternativemethods suchasadditivemanufacturingforproducingfunctionalSMAcomponents. Theseapproacheshavethepotentialofsimplifyingtheproductionofshape memoryandsuperelasticdevicesandofferthepossibilityofapplyingthem indifferentareassuchaspatient-specificmedicalsolutionsandtreatments.

Chapter7 teachesthemainexperimentalmethodsforcharacterizingthe behaviorofSMAswhileexplainingtheeffectofvarioustreatmentstepson themicrostructureofthematerial,whichinturnproducestheirdistinctthermomechanicalbehaviors.

Ihopethatthisbookandtheaccompanyingmaterialswillhelpstudents learnaboutSMAsandfacilitatetheapplicationofthesematerialstoward innovativesolutions.

Acknowledgments

IwouldliketostartbyexpressingmygratitudetomyparentsAbolfathand Zahra.TheyarethemostgenerousindividualsthatIknow.WhenIwasgrowingup whilewewerenotwealthy Ididnotknowofanyotherkidwho hadasmanybooksasIhad.Throughoutmylife,theirbeliefinmehasnever faltered,andIamdeeplyandendlesslygratefulfortheirlove.Myuncle GholamhosseinhasbeenmyrolemodelforaslongasIcanremember. Iamgratefultohimforbeingtheforcethatpushedmeintherightdirection atcriticalmomentsinmylife.IcannotforgetDrFarshidAsl,whohasbeena greatmentor,motivator,andfriendforthepast25years.

Thisprojecthasbeenmorethan15yearsinthemaking.Itallstartedwhen DrHashemAshrafiuon,mygraduateadvisoratVillanovaUniversity,introducedmetocontrolofshapememoryalloy(SMA)actuators.Iamfortunateto havehimasthecoauthorofChapter4 whichdiscussescontrolofactuators basedonthesealloys.MymentorandPhDadvisoratVirginiaTech,DrMehdi Ahmadian,hashadthegreatesteffectonmyprofessionallife.Hehastaught metheimportanceofseeingeverysituationpositively.Hewastheonewho supportedmewhileIstudiedtheeffectofdynamicsonthebehaviorofSMA actuators.Throughoutmyacademicandresearchcareer,Ihavebeenblessed toworkwithmanytalentedstudentsandcollaborators.EhsanTarkesh Esfahanicametoourlabwithawealthofknowledgeinrobotics.Hisresearch initiatedourlab’sworkintheareaofassistiveandrehabilitationdevices basedontheuseofSMAs.MajidTabesh,AhmadrezaEshghinejad,Walter Anderson,andMasoodTaheriAndaniweretheforcebehindourworkin theareaofmodelingandSMAapplicationinmedicaldevices.Someofthese fourstudents’ workisthebasisforChapter3ondesignofSMAactuators. FrancescoBucchiwasavisitingPhDstudentinourlabandcontributedsignificantlytothesamechapter.DrChristophHaberlandisanexcellent mechanicalengineerwithaprofoundunderstandingofmaterialsscience

xiv Acknowledgments

andengineering.Hecametoourlabasapostdoctoralfellowandledour effortsinadditivemanufacturingofthesealloys.Heisacoauthorof Chapter1,theintroductorychapter,aswellasChapter6onmanufacturing. OurgrouphaslongbenefitedfromthehelpandsupportofDrMahmoud KadkhodaeiandDrRezaMirzaeifarwhoarethetwoleadingexpertson understandingandmodelingthebehaviorofSMAs.Theyarethecoauthors ofChapters1and2.Chapter5,onfatigue,wouldnothavebeenpossiblewithoutDrNimaShamsaei,whohasacademicandindustrialexperienceinthe areaoffatigueandfracture.DrHalukKaraca’sexperienceandexpertisein experimentalevaluationofSMAshastremendouslybenefitedourgroup. HehasbeentheleadcoauthorofChapter7whichdealswiththeexperimental evaluationofthesealloys.

Iamthankfultotheundergraduate,graduate,andvisitingresearchassistantsinourgroup.WhileIcannotnamethemall,Iamespeciallyimpressedby andthankfultoTedOtienowhohelpedwiththisbookwhilehandlingthefull loadofbeingasuccessfulhonorsstudent.

Lastbutnotleast,IamforeverindebtedtomywifeFatemehandourdaughtersHedyehandHodafortheirloveandsupport.They’vetoleratedmy lengthyramblingsaboutSMAsovermanyfamilydinners;withoutthem,this andmanyotherprojectswouldnothavebeenpossible.Hedyeh’sartistic talentandattentiontodetailarewellcapturedinthecoverofthisbook.

1 Introduction

ChristophHaberland,MahmoudKadkhodaei andMohammadH.Elahinia

Thischapterisonintroductorymaterialsonshapememoryalloys(SMA) behavior.Shapememoryeffect,andsuperelasticitywillbecovered.Inthis context,thebenefitsofSMAsinactuationwillbehighlighted.Phasetransformationastheunderlyingphenomenonfortheuniquepropertiesofthese alloyswillbepresentedanddiscussed.Differentactuationmechanismsand designswillbepresentedandcompared.Exampleofaerospace,automotive, industrial,andbiomedicalapplicationsofSMAactuationwillbeusedtodiscussthebenefitsandlimitationsofactuationsusingthesealloys.Particular attentionwillbeonrotarySMAactuators.Thistypeofactuatorswillbeused asacontinuousexamplethroughoutthebook.

1.1Shapememoryalloys

SMAsaredistinguishedfromconventionalmetallicmaterialsbytheirability torestoretheirshapeafterlargedeformations,whichcansignificantlyexceed theactualelasticdeformabilityofthematerial.Thisisreferredtoas

ShapeMemoryAlloyActuators:Design,Fabrication,andExperimentalEvaluation,FirstEdition.MohammadH.Elahinia. ©2016JohnWiley&Sons,Ltd.Published2016byJohnWiley&Sons,Ltd.

2 ShapeMemoryAlloyActuators

Shapememoryeffect(SME)characteristicandwasfirstobservedin1932ina gold–cadmium1 alloyfollowingathermallyinducedchangeinthecrystal structure[1,2].Nearly20yearslater,ChangandRead[3]identifiedthefundamentalmechanismsinthecrystallatticeandattributedthisphenomenon toathermoelasticbehaviorofthemartensiticphase.Inthefollowingyears, theSMEwasobservedinotheralloys,morethan25binary,ternary,orquaternaryalloysandalloysystemsarenowknowntoshowshapememory properties[4].Incontrasttonickel–titanium(NiTi),majorityofthesesystems howeverhaveonlybeenconsideredinprincipleandassuchhavenotyet achievedanypracticaltechnologicalimportance[5].InNiTi,theSME wasobservedforthefirsttimebyBuehleretal.attheUSNavalOrdnance Laboratory(NOL,WhiteOak,Maryland)inthe1960s[6,7].Becauseofthe placeofdiscovery,besidesNiTiorTiNi,thetermnitinolisalsocommonly usedforthisalloy.TheapplicationofSMAsspansawiderangeoflength scales,andthesealloysarenowusedinmultiscaledevicesrangingfrom nanoactuatorsusedinnanoelectromechanicalsystemstoverylargedevices usedincivilengineeringapplications.SMAdevicesrangefromsimple partslikecellphoneantennasoreyeglassframestocomplicateddevices inmechanical[8–10],biomechanical[11–13],aerospace[14],andcivilengineering[15].

Today,morethan90%ofallcommercialshapememoryapplications arebasedonbinaryNiTiorternaryNiTi-CuandNiTi-Nballoys[5].Thisis despitetherelativelyhighworldmarketpricesforhigh-puritynickeland especiallyforhigh-puritytitanium.Itshouldbenotedthatthepriceof Fe-orCu-basedSMAsislower.Additionally,asexplainedinChapter6, themanufacturingprocessesofNiTiarecomplexandchallenging,whichadds totheproductioncosts.ThemainreasonforthedominanceofNiTi-based SMAsisduetotheirexcellentstructuralandfunctionalproperties.The SMEinNiTiallowsforrelativelylargereversibledeformationsofupto8%, characterizedbygoodfunctionalstability[5,16–18].Inaddition,NiTihas goodwearandcorrosionresistanceandbiocompatibleproperties,making itanattractivecandidateforvariousmedicalapplicationssuchassurgical tools,stents,ororthodonticwires[19–22].Furthermore,thelowstiffnessof NiTiattractsinterestforuseinboneimplantapplicationsandinregenerative medicine[23].Foractuationandmotioncontrolapplications,thisalloy canbeeasilyheatedbypassinganelectricalcurrentwhileofferingseveral advantagesforsystemminiaturizationsuchashighpower-to-massratio,

1 ThemechanismofSMEinAuCdisrelatedtoagingandisconsideredtobedifferentfromthatof NiTi,whichisduetodetwinning.

maintainability,reliability,andcleanandsilentactuation.DuetoitsoutstandingpredominantroleamongstotherSMAs,inthisbookwemainlyfocus onNiTi.

Thefundamentalreasonfortheuniquebehaviorofthesealloysisduetothe martensiticphasetransformation.Originally,thistermreferredtothecrystallographicphasetransformation,whichresultsinrapidcoolingtoaspecific crystallographicphaseintheFe–Cstructure.Thisisalsothebasicmechanism inthehardeningofsteels.Withincreasingscientificunderstandingofthe underlyingmechanisms,thetermmartensiticphasetransformationhasbeen extendedtoavarietyofotheralloys(e.g.,Fe–NiorCu–Zn)andevenother materialsystems(e.g.,somespecificpolymersorceramics).Ingeneral,the martensiticphasetransformationisaspecifictypeofacrystallographicphase transformationinthesolidstate.Whencoolingthematerialfromthehightemperaturephase(β -phase,austenite),thematerialtransformsintoalowtemperaturephase(α-phase,martensite).Thistransformationisdiffusionless andthereforecanoccuratverylowtemperatures.Sincenodiffusionprocesses takeplace,thelocalconcentrationofthechemicalcompositionisnotaffected; onlythecrystalstructurechanges.Usuallythischangeincrystalstructureis drivenbyashearprocess,whichcanbedescribedbyacoordinated,cooperativemovementofatomsinthecrystallattice.Thisresultsintheformationof plate,lenticular,oracicularmartensitecrystals.

Inpolycrystallinematerials,themartensitictransformationistypicallya heterogeneousnucleationprocessthatstartsatfavorednucleationsitessuch asphaseorgrainboundaries,precipitates,orcrystaldefects.Itshouldbe emphasizedthatalloysthatdemonstratemartensitictransformationsdo notnecessarilyhavetheshapememoryproperties.Thisisduetothefactthat themartensitictransformationinduceshighmechanicalstresses.Thecompensationofthesestressesisusuallyassociatedwithirreversibleprocesses,such asdislocationslip.Inalloysystems,whichhaveshapememoryproperties,the martensitictransformationistoalargeextentreversible.Inthesealloys,the transformationstressesarecompensatedbytwinningprocessesandselfaccommodationoffavoredmartensitevariants.Duetothefactthatnoadditionallatticedefectsarecreatedinthesereversibleprocesses,thistypeof martensitictransformationisalsocalledthermoelasticmartensiticphase transformation[24,25].

Generally,theSMEcanoccurinthreerelatedphenomena.Twooftheseare thethermallyinducedone-wayandtwo-wayshapememory(pseudoplastic) effects.Thethirdeffectisthepseudoelasticity,whichisalsoknownas superelasticityandmechanicalmemory.Severalfactorsdefinewhichof theseeffectstakesplace.Themostimportantfactoristhealloycomposition.

Othersincludethethermomechanicaltreatment,themicrostructureofthe material,andtheambienttemperature[26,27].Generally,thebinaryalloy nickel–titaniumisknowntoshowallthreeeffectsdependingonthesefactors.

Shapememoryeffect,showninFigure1.1b,astheabilityofthesealloysto recoveracertainamountofunrecoveredstrainuponheating,takesplacewhen thematerialisloadedsuchthatthestructurereachesthedetwinnedmartensite phaseandthenunloadedwhilethetemperatureisbelowtheaustenitestart temperature(As).Heatingthematerialatthisstagetoaustenitewillleadto strainrecovery,andthematerialwillregainitsoriginalshape.Thecombined stress–strain-temperaturediagramasshowninFigure1.1bcanbetterexplain thisphenomenon.DuringSME,astheresultofcooling,thetwinnedvariants directlytransformfromtheausteniticphase(seeFigure1.1a,transformation β α+/α ).Inloadingthematerialtransformstodetwinnedmartensiteresultinginlargedeformationbeforereachingtheyieldstressandthereforewithout dislocation,beyondwhichdislocationplasticitystarts(transformation α+/α α+).Duringtheheatingtransformationtoausteniteandmacroscopicinitial shaperecoverytakesplace(transformation α + β).Tocompletethecycleby cooling,theaustenitetransformsintoselfaccommodatingtwinnedmartensite,withoutanapparentshapechange(transformation β α+/α ).

StartingfrompointA,asshowninFigure1.1b,thematerialisinitially intheaustenitephase.Coolingthealloytoatemperaturebelowitsmartensite

finishtemperature(Mf)willresultinthetwinnedmartensitecrystal, pointB.Thisforwardtransformationstartswhenthetemperaturereaches martensitestart(Ms).Loadingthealloyataconstanttemperaturefrompoint Bresultsinelasticdeformationofthemartensitephase.Atthecriticalstress levels σ cr s and σ cr f ,thetransformationtothedetwinnedmartensitephasestarts andfinishes.Thispartoftheloadingcycleinducesalargestrainwithminimal increaseinthestresstopointC.Asloadingcontinues,thedetwinnedmartensiteiselasticallydeformedbeyondpointC.Furtherloadingwillinduceplastic deformationatthedetwinnedmartensitephase.

Unloadingbyremovingtheappliedstressataconstanttemperaturefrom pointCresultsinalinearstrainrecoverytopointD.Duringthisstep,thematerialremainsinthedetwinnedmartensitephase.AtpointD,theremaining strainiscalledtheresidualstrain ϵSME.Thisstraincanberecoveredbyincreasingthetemperature.Byheatingthealloyabovetheaustenitestarttemperature (As)atpointE,thetransformationfromthedetwinnedmartensitetothe austenitephasestarts.AtpointFwhenthealloypassestheaustenitefinish temperature(Af),thematerialisfullyausteniteandrecoveryoftheresidual straincompletes.

Incontrasttothethermallyactivatedeffects,insuperelasticity,notemperaturechangeisrequired.Instead,anexternalmechanicalloadisusedto inducephasetransformation.Inthisphenomenon,thedetwinnedandfavorablyorientedmartensitevariantsdirectlytransformfromtheausteniticphase (seeFigure1.2,transformation β α+).Tocompletethecycle,thematerialis unloadedbeforereachingtheyieldstressofthedetwinnedmartensitebeyond whichdislocationplasticitystarts.Duringtheunloading,themartensitetransformsbackintoaustenite.Thisresultsinmacroscopicallyrecoveringtheinitial shape.Duetothisbehavior,thisphenomenonissometimescalled “rubberlike materialbehavior,” butmorecommonarethetermssuperelasticityandpseudoelasticity.Itisworthnotingthatfromthematerialssciencepointofview, thisbehavioractuallyisnotelastic.

Despitethefactthatnothermalactivationisrequiredtoobservepseudoelasticity,itcanonlybeactivatedinthetemperaturerange A f < T < M d where Af referstotheaustenitefinishtemperature(wherethetransformationintoausteniteiscompleted)and M d referstothemartensitedead temperature(ormartensitedestruct temperature)abovewhichnostressinducedmartensitecanbeformedbecausethehigh-temperaturephase (austenite)isstable.AsFigure1.2 bshows,duringloadingandunloading, thematerialshowsahysteresisbecauseofdifferentstresslevelsforthe actualtransformation.I tisalsoworthpointingoutthatthishysteresis correspondswelltothemechanicalbehaviorofhumantissuesundera mechanicalload.

Figure1.2 Schematicofpseudoelasticity:effectofloadoncrystalline structure(a);stress–strain–temperatureplot(b)

Thesuperelasticbehaviortakesplaceattemperaturesabovetheaustenite finishtemperature(Af)wherethematerialisfullyaustenitic.Asshownin Figure1.2b,loadingthematerialfrompointAinitiallyinduceselasticdeformationoftheaustenitephase.Furtherloadingleadstostress-inducedformationofthedetwinnedmartensitecrystalandthemacroscopicallyelastic-like deformationofthisstructuretopointB.Thetransformationstraingenerated duringthisforwardtransformationfromaustenitetomartensiteis fullyrecoveredinthereversetransformation.Thistakesplaceduringthe unloadingfrompointB,whichinvolvesaninitialelasticrecoveryofmartensitefollowedbythetransformationtoaustenite(recoveringseeminglyplastic ϵPE)andfinallytheelasticrecoveryofaustenitetopointA.Atthispoint,the strainiscompletelyrecovered.

1.2MetallurgyofNiTi

Forthenickel–titaniumalloy,thehigh-temperaturephaseaustenitehasa body-centeredcubicstructure(B2).Thisstructuretransformsduringcooling intothemonocliniclatticestructureofthemartensite(B19 ),wherebyeach latticeatomretainsitsnearestneighboratoms.InbinaryNiTialloys,thethermallyinducedSMEandthepseudoelasticityonlyoccurinanarrowrangeof

thechemicalcomposition.Onlyaroundthestoichiometriccomposition,the intermetallicphaseNiTi(B2)canexistintheabsenceofotherphasesunder equilibriumconditions(seegrayareaofthebinaryphasediagramshown inFigure1.3).Inaddition,fromthephasediagraminFigure1.3,itisevident thattheintermetallicphaseNiTihasalimitedsolubilityfortitaniumofless than51at.%.Thissolubilitylimitisalmostindependentofthetemperature [29].IntheseTi-richcompositionsandinalmostequiatomicbalances,theNiTi phaseisstableevenatlowtemperatures.Themaximumnickelcontentofthe NiTiphasecannotexceed57at.%.Below1118 C,thesolubilitylimitofnickel inthephaseNiTidecreaseswithdecreasingtemperature.Atlowertemperatures,thisoverstoichiometricbalanceoftheB2phasedoesnotexistinabsence oftheotherphases.However,byrapidquenchingfromthisoverstoichiometricbalance,theNi-richcompositionoftheB2phasecanbe “frozen,” andthematerialapproachesametastablestatewithoutsecondaryphases. However,ifthismetastablestateissubjectedtoheattreatment,itwill approachastateofthermodynamicequilibriumbycomplexdiffusionand precipitationprocesses[30].Dependingonthetemperatureandtheaging time,atwo-phasestateofthephaseNiTiandNi-richprecipitationswillbe formed.ThisresultsinadepletionofnickelintheB2phaseduetoprecipitationofNi-richphases.

Figure1.4ashowsasectionofthebinaryphasediagram;inFigure1.4b,the precipitationkineticsforNi-richNiTi(Ni52Ti48)areshown.Inthebeginning,

Figure1.3 Phasediagramofthesystemnickel–titanium.Thesingle-phase NiTi(B2)isshaded;importanttemperaturesarehighlighted.Reproduced withpermissionfromRef.[28],ASMInternational

Nickel content CNi / at.-%Time t / h

Figure1.4 Sectionofthephasediagramofthesystemnickel–titanium(a). IsothermaltransformationdiagramofaNi52Ti48 alloy(b).Reproducedwith permissionfromRefs.[30–32],Elsevier

atlowtemperaturesandshortaging,metastableprecipitatesoftypeNi4Ti3 form.Withlongerdurationsandhighertemperatures,metastableNi3Ti2 precipitatesareformed.PrecipitationofstableNi3Tionlyoccursatverylong agingtreatments.TheNi4Ti3 phasehasasignificantinfluenceonthemartensitic phasetransformation.Withtheformationoftheseprecipitates,stressfieldsarise inthecrystalstructure,whichcanleadtoamultistagephasetransformation. Inthiscase,duringcoolingfromtheB2(austenite)phase,thetrigonalR-phase isformedasapremartensiticstatesothatthetransformationsequencebecomes B2 R B19 [33,34].Ni4Ti3 precipitatesalsoactasnucleationsitesforthe martensite,andtherefore,itsexistencereducesthecriticalstresstostartthe transformation.Moreover,thepresenceoftheNi4Ti3 particleshindersthedislocationmovement,andtheirprecipitationhardeningeffectleadstoanincrease inyieldstress.Asaresult,theirreversibleprocesses,whichareusuallyassociatedwithdeformation,arereduced.Additionally,theseeffectscontributeto anincreaseinthecyclicstabilityofthepseudoelasticeffect.Thisinturnleads toasignificantreductioninfunctionalfatigue[35–37].

Inthismetastablestate,thephasetransformationtemperaturesofNi-rich NiTistronglydependonthenickel–titaniumratiooftheB2matrix[33,38, 39].ThisrelationshipisshowninFigure1.5forboth Ms,themartensitestart temperature,and T0,temperatureofthethermodynamicequilibriumof theB2phaseandtheB19 phase.BinaryNiTiSMAswithasubstoichiometric nickelcontent,whereNiTiandTi-richphases(Ti2Ni,i.e.,Ti4Ni2OX )arein

Figure1.5 Influenceofnominalnickelconcentrationonmartensitestart andthermodynamicequilibriumtemperature.Reproducedwithpermission fromRef.[40],Elsevier

thethermodynamicequilibrium,shownosignificanteffect(seerange1in Figure1.5).Ontheotherhand,fornickelcontentshigherthan49.7at.%,both temperaturescontinuouslydecreasewithincreasingnickelcontent(seerange 2inFigure1.5).Thisdependencecanbeusedtoadjustthephasetransformationtemperaturesbythenickel–titaniumratio.Alloyscanthusbeproduced, whichshoweitherathermalorpseudoelasticmemoryeffectintheambient temperature.ItshouldhoweverbenotedthatduringagingofNi-richNiTi, thepreviouslydescribedprecipitationprocessesagainaffectthenickel–titaniumbalanceoftheB2matrix.DuringtheformationofNi-richphases, theB2phaseisdepletedofnickel,whichresultsinanincreaseofthetransformationtemperatures[33,39].

Theeffectofimpurityrelatedphasesshouldalsobeconsidered.During high-temperatureprocessing,thepickupofimpurities,forexample,carbon and/oroxygen,canresultintheformationofTi-richphasessincethe B2phasehasalowsolubilityforbothelements[41].Carbonformscarbides oftypeTiC[31,42–44],whileoxygenisdissolvedintheTi2Niphaseand formsastablephaseoftypeTi4Ni2OX [41,45,46].Inadditiontothedegradationoffunctionalandstructuralpropertiesduetotheimpuritypickup,the formationoftheseTi-richphasesalsoresultsinashiftofthenickel–titanium balanceinfavorofthenickelcontent.IncontrasttoprecipitationofNi-rich phases,thiscausesadecreaseintransformationtemperatures.Theseeffects

mustthereforebegivenhighattentioninmanufacturingandprocessingof NiTialloys.

1.3ThermomechanicalBehaviors

ThecrystallinestructureofSMAsundergoesasolid–solidphasetransformationwhencooledfromitsstiff,high-temperatureaustenite(A) phasetoitssofter,low-temperaturemartensite(M)structure.Thestress–temperature –transformation(phase)plotisaschematicrepresentationof thetransformationregionsforSMAs.Usually,astress–temperature–transformationplotshowsthetemperaturealongtheabscissaandstress alongtheordinate.Awidelyacceptedstress–temperature–transformation plotofSMAmaterialsisshowninFigure1.6 [47].Asdescribedearlier, SMAsastheresultofthetransformationbetweentwophasescanexhibit SMEandpseudoelasticity.Thelinesintheplotshowthephaseboundaries thatseparatethetwosolidphasesofanalloy.Thestress–temperature–crystallinestructurepatternduringshapememoryeffectisdepictedonthe

Figure1.6 Stress–temperature–transformation(phase)plotofashape memorymaterialdepictsthestableareaforeachcrystallinestructure. Crystaltransformationtakesplaceastheresultofvariationinstressand temperature(sreferstotransformationstartandftotransformationfinish, respectively)

transformationdiagram(Figure1.7),tocomplementthethermomechanical andcrystallinstructurechangesshowninFigure1.1formoreclarity.SuperelasticityastheabilityofSMAstorecoveralargeamountofstrainthrough mechanicalloading/unloadingisshowninFigure1.2.Thestress–temperature–crystallinestructurecycleofthesuperelasticbehaviorisshownonthe transformationplotinFigure1.8.

AsshowninFigures1.6,1.7,and1.8,thefourtransformationtemperatures thatdefinethebehaviorofSMAsarestressdependent.Thetwoparameters

quantifytheeffectofstressonausteniteandmartensitetransformationtemperatures,respectively.

Thesetemperaturesarealsoaffectedbythethermomechanicalhistoryof thealloys.InsinglecrystalsandpolycrystalsofCuAlZnMn,forexample, thereversemartensitictransformationisinfluencedbythehistoryofthe forwardtransformation[48].Thetransformationpathfromaustenitetomartensite,thedeformationinmartensite,andtheannealingofmartensiteunder stressaffectthetransformationtemperatures.Theincompleteandcomplete

Figure1.7 Shapememoryeffectandtheassociatedcrystallinechanges presentedinastress–temperature–crystallinestructuretransformationdiagram

Detwinned martensite
Twinned martensite

12 ShapeMemoryAlloyActuators

Figure1.8 Superelasticityandtheassociatedcrystallinechangespresented inastress–temperature–crystallinestructuretransformationdiagram

transformationcycling,thatis,thermalcyclingbetweentheforwardandthe reversetransformationfinishtemperatures,inNiTileadstovariationsof thetransformationtemperatures.Referredtoasthe “thermalarrestmemory effect,” thealloyremembersthearrestedtemperatureinincompleteheating–coolingcyclesbychangingitstransformationtemperatureintheconsequent heating–coolingcycles[49–51].Whenareversetransformationisstopped (arrested)between As and Af followedbycoolingbelow Mf orinotherwords acompletemartensitictransformationafteraninterruptedheatingcycle,a memoryofthearrestisinducedinthealloy[52–55].Inaconsequentheating, thismemoryofthearrestedtemperatureaffectsthethermomechanicalbehaviorofthealloyatanintermediatepointwherethetransformationshows anapparentcompletion.Ifafterarrestingbetween As and Af duringreverse transformationthetemperatureisreducedbelow As butabove Ms,thesubsequentreversetransformationinthenextheatingcycledoesnotstartat As. Instead,thetransformationstartsatthearrestedtemperatureasshownin Figure1.9[56].Similarly,foranyinterruptionduringtheforwardtransformation,changeinthemartensitestarttemperatureisobservedifthespecimenis subjectedtoheatingtoatemperaturebelow Af followedbyacoolingbelow Ms.Moreover,ifthelatterheatingcyclecontinuestoatemperatureabove As, thereversetransformationdoesnotstartat As butatagreatertemperature.

Austenite

First cycle (incomplete)

Second cycle (complete)

withpermissionfromRef.[56],Elsevier

1.4Actuation

Recoveringlargestrainsasaresultofheatingistheactuationprincipleof SMAs.Thesealloyshaveaveryhighenergydensity;therefore,actuatorsthat implementthesealloysarecompactandlightweightalternativestoother typesofactuatorssuchasDCmotorsandsolenoids.Inotherwords,SMA actuationisaneffectivewaytoreduceweightandtominimizethecomplexity ofsystems.Thebenefitsofthesealloysoverothersmartmaterialssuchaspiezoelectricmaterials,electrostrictivematerials,andmagnetostrictivematerials includethehighforce-to-weightratioandlargedisplacementcapability.The disadvantagesareslowactuationcycleduetolongercoolingtime,lowenergy efficiencyduetoconversionofheattomechanicalenergy,andchallenging motioncontrolduetohysteresis,nonlinearities,parameteruncertainties, anddifficultiesinmeasuringstatevariablessuchastemperature.

LargemechanicalstressisproducedwhenSMAelementsareheated beyondtheaustenitestarttemperature.NiTiactuators,forexample,canapply upto600MPastress.Asaresult,a0.1mmdiameterNiTiwirecanapply aforceof18.8N,whichisenoughtolift100000timesitsownweight.SMA actuatorsthereforeofferthepotentialofsignificantlyreducingtheweight ofactivestructures.

Temperature (°C)
New transformation start temperature
Figure1.9 Shiftsin As ofNiTiafteranincompletecoolingcycle.Reproduced

Anessentialstepincreatingtheshapememoryactuationisshapesetting. Afterthematerialisproducedandisexposedtocoldworkandannealing, thedesiredmemorizedshapeoftheactuatorisinstilledduringshapesetting. Forthisstep,thecold-workedmaterialisconstrainedinamandrelandheattreatedwithaspecificdurationandapredeterminedtemperature,whichis followedbyarapidcooling.Thedurationisintheorderofabout10minand thetemperatureisaround500 C.Thisprocessisessentialforbothshape memoryactuatorsaswellassuperelasticdevices.Inadditiontocreating thedesiredshape,thisfinalheattreatmentdefinesmechanicalproperties ofthepart.Ahighertemperatureresultsinalowertensilestrength.The shapesettingforactuatorscanalsobeperformedcontinuouslyasapart ofthefabricationprocessforwiresandtubes,whichusuallyresultinstraight memorizedforms.Inmostcases,however,therequiredheattreatmentforan actuatorwithamorecomplexmemorizedformisaseparateprocedure.Heat treatmentsandshapesettingaredescribedindetailinchapter6.

One-waySMEreferstotheabilityofanSMAthatisdeformedatalowtemperaturetorecoverthedeformationwhenheatedtoahighertemperature.To createarepeatableactuation,anexternalbiasforceisused.Thisforcealways opposestheSMAactuatorandduringcoolingresetstheactuatorforthenext cycle.Inthelesscommontwo-waySMAactuators,theSMAelementscan exhibitrepeatableshapechangeswithoutabiasmechanicalload.Instead, theSMAalternatesbetweenmemorizedshapeswhensubjectedtoacyclic thermalload.Inthiscase,theSMAmemorizesamartensiteshapethatisdifferentfromtheausteniteshape.Thisbehavioriscalledthetwo-waySME.In thismode,whentheSMAiscooledfromaustenitetomartensite,insteadof adaptingtoaself-accommodatedstructure,somevariantsofthemartensite arefavored,andthemartensiteadoptsashapedifferentfromthatofthe self-accommodatedstructure.Thismemoryisusuallytheresultoftraining intheformofcyclicthermomechanicalloadingsoragingforprecipitation understressand/orunderconstraint.Inadditiontotraditionalheattreatment methods,laserscanninghasbeenusedforcreatingthetwo-waymemory effect[57].Itisimportanttonotethattwo-waySMEprovideverylimited strainsandtherefore,itcannotbeusedinmostapplications.

MultipleSMEisawell-knownphenomenoninshapememorypolymers (SMPs)inwhichadeformedSMPcanrecoverfromatemporaryshapeback totheoriginalshapethroughanumberofintermediateshapesinastep-bystepmanner.WhilethisbehaviorisordinarilynotobservedinSMAs,itispossibletoinducemultipleSMEinthesealloys[58].Tothisend,alaserbeamis usedtolocallyheat-treatNiTi.Thistreatmentcausesprecipitationandlocal evaporationofnickel,whichresultsindifferentlocal Af,whichishigherthan thatofthebasematerial.Byadjustingthedurationandnumberofpulsesof

Another random document with no related content on Scribd:

— Teidän ylhäisyytenne ei tarvitse tuhlata enempää sanoja sen seikan tähden. Jos lähden, niin lähden omalla kustannuksellani.

— Mutta siellä pitää esiintyä muhkeasti eikä säästäen…

— Minä en aio säästää enkä sääliä! Hetmanin kasvot kirkastuivat, sillä hänellä oli todellakin puute rahoista, vaikka hän hiljakkoin oli ryöstänyt Vilnon ja oli luonteeltaan ahnas.

— Kas niin! — huudahti hän. — Ganchoff olisi heti alkanut tiukata minulta rahoja, mutta sinä olet toista maata. Kuulehan siis, mistä on kysymys… Ensiksi tulee sinun lähteä Podlasieen. Matka sinne on vaarallinen, sillä siellä on kapinallisia, jotka ovat nousseet minua vastaan. Mitenkä vältät heidät, se on sinun asiasi. Jakob Kmicic mahdollisesti säästäisi sinua, mutta pidä varasi, ettet joudu Horotkiewiczin ja etenkään Wolodyjowskin ja hänen laudalaisen lippukuntansa käsiin.

— Olen jo ollut heidän käsissään ilman että minulle mitään tapahtui.

— Hyvä on. Käyt Zabludowissa tapaamassa Harasimowicziä ja annat hänelle käskyn, että hän kokoaa rahaa niin paljon kuin mahdollista ja mistä ikänä irti saa ja lähettää ne minulle, mutta ei tänne, vaan Tilsitiin, minne olen jo lähettänyt arvoesineeni. Pantatkoon mitä voi ja ottakoon juutalaisilta lainaksi niin paljon kuin vain saa. Samalla tehköön konfederaateille niin paljon vahinkoa kuin suinkin. Mutta se ei ole enää sinun tehtäväsi, sillä lähetän hänelle omakätisen käskykirjeen. Anna kirje hänelle ja jatka heti matkaa Tykociniin ruhtinas Boguslawin luo.

[Puolassa sanottiin konfederaateiksi niitä henkilöitä, jotka 1600luvulla ja myöhemmin yhtyivät aateliston keskuudessa muodostettuihin liittoihin erilaisten valtiollisten tarkoitusten saavuttamiseksi. Tällaiset liitot, konfederatsionit joilla on ollut suuri merkitys Puolan historiassa, käsittivät tavallisesti jonkin maakunnan, joskus koko valtakunnan. Liitot aiheutuivat siitä, että n.s. liberum veto ja maalaisedustajia sitovat ohjesäännöt ehkäisivät laillisten valtiopäivien toimintaa. Kofnederatsionissa sitävastoin tehtiin päätökset nopeasti kun asiat ratkaistiin yksinkertaisella äänten enemmistöllä. Suom. huom.]

Hetmani vaikeni ja hengähti, sillä hän oli väsynyt paljosta puhumisesta. Kmicic katsoi häneen uteliaana, sillä hänen mielensä paloi halusta saada kuulla jatkoa ja lähteä seikkailurikkaalle matkalle, joka tulisi olemaan balsamia hänen sydämensä haavoille.

Hetken kuluttua hetmani jatkoi:

— En voi käsittää, miksi ruhtinas Boguslaw yhä viipyy Podlasiessa?

Kautta Jumalani, hän saattaa sekä minut että itsensä turmioon.

Kuule tarkasti, mitä sinulle nyt sanon, sillä vaikka lähetänkin mukanasi kirjeen hänelle, tulee sinun osata suullisesti selittää kaikki, mitä hän kysyy ja mitä kirjeeseen ei voi kirjoittaa. Tiedä siis, että eiliset uutiset, vaikka olivatkin hyviä, eivät kuitenkaan olleet niin hyviä kuin kerroin, eivätkä edes niin hyviä kuin itse ensin luulin. Ruotsalaiset ovat tosin voiton puolella: he ovat miehittäneet SuurPuolan, Masovian ja Varsovan, Sieradzin vojevodakunta on antautunut heidän valtaansa, ja he ovat karkoittaneet Jan Kasimirin Krakovaan, jonka he varmasti myöskin piirittävät. Czarniecki tulee sitä puolustamaan, tuo vastaleivottu senaattori, mutta totta puhuen oiva soturi. Kuka voi nähdä, mitä tulee tapahtumaan? Ruotsalaiset

osaavat hyvin valloittaa linnoituksia, eikä Krakovan varustamiseen ole aikaa, mutta Czarniecki saattaa kuitenkin pitää puoliaan pari kolme kuukautta. Toisinaan tapahtuu sellaisia ihmeitä kuin esimerkkisi Zbarazin luona… Mutta jos Czarniecki tulee pitämään puoliaan, saattaa piru pilata asiamme. Sinun pitää perehtyä politiikan salaisuuksiin. Muista, että Wienissä ei tulla suopeasti seuraamaan Ruotsin vallan laajenemista ja että sieltä voidaan lähettää apua… Tataarilaiset myös, paina se tarkoin mieleesi, ovat taipuvaisia auttamaan Jan Kasimiria. Tänään saattaa hänen asiansa näyttää toivottomalta, mutta huominen päivä voi tuoda onnen tullessaan…

Ruhtinaan täytyi taas huoahtaa. Andrzej Kmicic tunsi omituisen tunteen liikkuvan rinnassaan, eikä hän ollut selvillä, mitä se oikeastaan oli. Hän, Radziwillin ja ruotsalaisten puoluelainen, tunsi ikäänkuin iloa ajatellessaan, että onni saattaisi kääntää selkänsä ruotsalaisille.

— Suchaniec kertoi minulle, — jatkoi ruhtinas, — miten taistelu Widowan ja Zarnowin luona tapahtui. Ensimmäisessä ottelussa meidän joukkomme… tarkoitin: puolalaiset joukot… tuhosivat ruotsalaisten rintaman kokonaan. Ne eivät olleet yleistä kutsuntaa… ja ruotsalaisten mieliala oli painunut kovasti.

— Mutta sitten he suoriutuivat kuitenkin voittajina?

— Niin suoriutuivat, sillä Jan Kasimirin lippukunnat alkoivat kapinoida, ja aateliset ilmoittivat, että rivissä he kyllä voivat seisoa, mutta taistelemaan he eivät ryhdy. Joka tapauksessa kävi ilmi, että avoimessa taistelussa ruotsalaiset eivät ole sen kummempia kuin puolalaiset joukot. He saattavat kyllä voittaa vielä kerran, toisenkin, mutta sitten voi heidän joukkojensa henki muuttua. Jos Jan Kasimir saa rahoja, niin hän maksaa sotureilleen palkat, ja kapina on

lopussa. Potockilla ei ole suurtakaan joukkoa, mutta hänen väkensä on urhoollista, kurissa pysyvää… Tataarit voivat liittyä häneen, ja päällepäätteeksi vaaliruhtinas heittää meidät oman onnemme nojaan.

— Kuinka niin?

— Sekä minä että Boguslaw luulimme, että hän heti tekisi liiton ruotsalaisten ja meidän kanssamme, mutta hän on kovin varovainen mies ja ajattelee vain omaa parastaan. Nähtävästi hän odottaa miten tulee käymään, ja odotellessaan solmii liittoja preussilaisten, Jan Kasimirille uskollisten kaupunkien kanssa. Sillävälin ovat ruotsalaiset saaneet kokonaisen sarjan liittoja vastaansa, ja jos he sattuvat kompastumaan Vähässä-Puolassa, niin nousevat Suur-Puola ja Masovia heti, preussilaiset liittyvät heihin, ja saattaa tapahtua…

Samassa ruhtinas säpsähti ikäänkuin omaa ajatustaan pelästyen.

— Mitä saattaa tapahtua? — kysyi Kmicic.

— Ettei yksikään ruotsalainen pääse valtakunnasta! vastasi ruhtinas synkästi.

Kmicic rypisti kulmakarvojaan ja vaikeni.

— Silloin, — virkkoi hetmani matalalla äänellä, — meidän onnemme painuu yhtä alas kuin se on ollut korkealla…

Andrzej-herra nousi äkisti tuoliltaan silmät säihkyen, posket punaisina ja huusi:

— Mitä tämä merkitsee, teidän ylhäisyytenne?… Miksi te äskettäin sanoitte, että valtakunta on joutunut perikatoon ja että ainoastaan te

yhdessä ruotsalaisten kanssa voitte pelastaa sen?… Mihin minun on uskominen? Siihenkö, mitä äskettäin sanoitte, vai siihen, mitä nyt sanotte? Jos asian laita on niinkuin teidän ylhäisyytenne nyt sanoo, niin miksi pitää ruotsalaisten puolta sen sijaan että antaa heille selkään?… Minua ihan ilahduttaa, kun ajattelen, että niille kerran saisi antaa selkään!

Radziwill katsoi ankarasti nuoreen mieheen.

— Sinä olet röyhkeä! — sanoi hän.

Mutta Kmicic oli jo innostunut omista ajatuksistaan.

— Myöhemmin voimme puhua siitä, millainen olen. Mutta vastatkaa nyt, teidän ylhäisyytenne, siihen, mitä kysyin.

— Hyvä on, minä vastaan… — sanoi Radziwill painostaen eri sanoja. — Jos asiat alkavat kääntyä sille tolalle, josta puhuin, niin siinä tapauksessa alamme tapella ruotsalaisia vastaan.

Andrzej Kmicic iski kädellä otsaansa ja huudahti:

— Minä hölmö!

— Siitä en ala kiistellä, — virkkoi ruhtinas, — mutta lisään, että sinä saatat unohtaa itsesi. Muista, että matkasi tarkoituksena tulee olemaan tapausten seuraaminen. Katson isänmaan parasta, en mitään muuta. Mitä äsken sanoin, on vain otaksuma, joka luultavasti ei koskaan tule toteutumaan. Mutta meidän tulee olla varovaisia. Ken tahtoo välttää hukkumista, sen täytyy osata uida, ja ken kulkee tiettömässä metsässä, sen täytyy usein pysähtyä tarkkaamaan, minne päin on mentävä… Ymmärrätkö?

— Selvä kuin päivä.

— Peräytyminen on meille mahdollista ja välttämätöntä, jos isänmaan etu sitä vaatii, mutta me emme voi tehdä niin, jos ruhtinas Boguslaw yhä viipyy Podlasiessa. Hän on mahtanut kadottaa järkensä! Jos hän jää sinne, niin täytyy hänen ilmoittaa olevansa jommankumman ystävä, joko ruotsalaisten tai Jan Kasimirin, ja se olisi kaikkein pahinta.

— Hölmö olen, teidän ylhäisyytenne, nyt en minä taaskaan ymmärrä mitään!

— Podlasie on lähellä Masoviaa, ja joko ruotsalaiset sen valtaavat tai preussilaiset kaupungit lähettävät joukkoja ruotsalaisia vastaan. Silloin täytyy valita.

— Miks'ei ruhtinas Boguslaw voisi valita sitten?

— Siksi, että niin kauan kuin hän ei valitse, niin kauan ruotsalaiset pitävät meitä hyvänä; sama on vaaliruhtinaan laita. Jos meidän tulee muuttaa menettelytapaamme ja ryhtyä ruotsalaisia vastaan, silloin hän tulee toimimaan välittäjänä minun ja Jan Kasimirin välillä ja helpottamaan minun siirtymistäni, mitä minä en muuten voisi tehdäkään, kun olen ilmoittanut olevani ruotsalaisten puolella. Koska hänen Podlasiessa pitäisi pian tehdä valintansa, olisi parasta, että hän kiireimmän kautta lähtisi Preussiin, Tilsitiin, ja odottaisi siellä, mitä tulee tapahtumaan. Vaaliruhtinas asustaa kreivikunnassaan, ja silloin tulee Boguslawilla olemaan ylin valta Preussissa, sopiva tilaisuus koota joukkoja ja asettua huomattavan armeijan etupäähän… Silloin kummatkin menettelevät niin kuin me määräämme voittaakseen meidät puolelleen, ja meidän sukumme arvo ylenee yhä, mikä on pääasia.

— Mutta teidän ylhäisyytenne sanoi äsken, että isänmaan paras on pääasia?

— Älähän nyt takerru jokaiseen sanaani, sillä sanoinhan heti alussa, että se on yhdentekevä, vaan kuuntele, mitä sinulle sanon. Tiedän varsin hyvin, että vaikka ruhtinas Boguslaw allekirjoitti sopimuksen ruotsalaisten kanssa täällä Kiejdanyssa, häntä ei kuitenkaan pidetä heidän puoluelaisenaan. Levitä matkalla huhua, että minä olen pakottanut hänet allekirjoittamaan sen. Kyllä se uskotaan todeksi, että sukulaiset kuuluvat eri puolueihin. Siten hän voi päästä neuvotteluihin konfederaattien kanssa, pyytää niitten johtajat luokseen, vangita ne ja viedä Preussiin. Tällainen petos on nyt mitä suurimmaksi hyödyksi isänmaalle, muuten ihmiset sen kokonaan tuhoavat.

— Siinäkö kaikki, mitä minun tulee tehdä? — kysyi Kmicic ikäänkuin hän olisi vapautunut innostuksestaan.

— Se on vain osa, eikä läheskään tärkein. Ruhtinas Boguslawin luota ajat viemään minun kirjettäni itse Kaarle Kustaalle. Aina tuosta kahakasta saakka Klawanyn luona minä en tule toimeen kreivi Magnuksen kanssa. Hän katsoo minuun yhä ikäänkuin alta kulmain eikä lakkaa ajattelemasta, että jos ruotsalaisille onni kääntää selkänsä, jos tataarit lähtevät toista vihollista vastaan, niin minäkin kääntäisin aseeni ruotsalaisia vastaan.

— Siitä päättäen, mitä teidän ylhäisyytenne on puhunut, on Magnuksella täysi syy sitä epäillä.

— Olkoon tai ei, mutta minä en siitä pidä, enkä tahdo, että hän katsoo kortteihini nähdäkseen, mitä valtteja minulla on kädessäni. Sitäpaitsi hän henkilökohtaisesti ei suhtaudu suopeasti minuun.

Varmaan hän kirjoittaa sieltä kuninkaalle, että olen joko heikko tai epäluotettava. Se on korjattava. Sinä jätät minun kirjeeni kuninkaalle, ja jos hän kyselee sinulta Klawanyn kahakasta, niin kerro niinkuin asia on. Voit mainita niistä miehistä, että minä olin tuominnut heidät kuolemaan, mutta että sinä olit saanut minut muuttamaan päätökseni. Mitään pahaa sinulle ei tule tapahtumaan suoruutesi tähden. Magnus-kreiviä sinun ei pidä moittia suoraan, sillä hän on kuninkaan sukulainen. Mutta jos kuningas noin sivumennen utelee, mitä ihmiset täällä oikein ajattelevat, niin kerro hänelle, että Magnus ei kylliksi kunnioita hetmania ja että ruhtinas — nimittäin minä — suree sitä. Jos hän vielä sattuisi kysymään, ovatko kaikki vakituiset joukot hylänneet minut, niin sano, että se ei ole totta, ja mainitse oma lippukuntasi esimerkkinä. Huomauta, että olet eversti, niinkuin oletkin… Selitä myöskin, että herra Gosiewskin puoluelaiset ovat yllyttäneet joukkoja kapinaan ja että hän ja minä olemme verivihollisia. Sano, että jos Magnus olisi lähettänyt minulle vain jonkinverran tykkejä ja ratsuväkeä, niin minä olisin jo aikoja sitten kukistanut kaikki konfederaatit… ja että se on yleinen mielipide. Muuten, pidä silmällä, mitä kuninkaan ympärillä tapahtuu ja kerro näkemästäsi ja kuulemastasi, ei minulle, vaan ruhtinas Boguslawille Preussissa, jos suinkin saat tilaisuuden tehdä sen. Mahdollisesti saat hänen väkensä mukana lähetetyksi hänelle uutisia. Puhutko saksaa?

— Eräs kuurinmaalainen toverini, jonka laudalaiset surmasivat, opetti sitä minulle aikanaan. Häneltä opin sitä auttavasti.

— Se on hyvä.

— Entä missä, teidän ylhäisyytenne, minä voin saada tavata Ruotsin kuninkaan?

— Missä hänet vain löydät. Nyt sodan aikana hän on milloin siellä, milloin täällä. Jos tapaat hänet Krakovan luona, niin sitä parempi, sillä saat viedä kirjeitä vielä muillekin, jotka sielläpäin asuvat.

— Ajanko siis vielä muittenkin luo?

— Kyllä. Sinun täytyy etsiä kruununmarsalkka Lubomirski, joka minun välttämättä on saatava kannattamaan asiaani. Hän on mahtava mies, jolla on Vähässä-Puolassa suuri vaikutusvalta. Jos hän asettuu ruotsalaisten puolelle, niin silloin ei Jan Kasimirilla ole koko Puolassa enää mitään tekemistä. Älä salaa Ruotsin kuninkaalta, että olen lähettänyt sinut voittamaan kruununmarsalkan ruotsalaisten puolelle… Mutta älä sitä kehuskele, vaan sano se ikäänkuin sivumennen. Jumala suokoon, että herra Lubomirski asettuisi meidän puolellemme. Hän tulee olemaan kahden vaiheella, sen tiedän, mutta toivon, että minun kirjeeni tekee vaikutuksensa. Hänellä on omat syynsä olla minun kanssani hyvissä kirjoissa. Kerron sinulle kaikki, jotta tietäisit, miten siellä menettelet. Marsalkka on jo pitkän aikaa tunnustellut, tulenko antamaan ainoan tyttäreni vaimoksi hänen pojalleen Herakleelle. Ota siis selko, kuka hänen hovimiehistään on hänen parhaassa suosiossaan, ja anna sitten tuon hovimiehen ymmärtää, että jos Lubomirski yhtyy minuun, niin palkitsen häntä antamalla tyttäreni hänen pojalleen. Minun tyttäreni samoinkuin hänen poikansa ovat vielä lapsia, mutta joka tapauksessa voitaisiin heidän välillään tehdä jo sopimus, joka tulisi olemaan herra marsalkalle paljon edullisempi kuin minulle, sillä toista sellaista perijätärtä et löydä koko valtakunnasta, ja jos vielä yhdistät yhdeksi kaikki meidän alueemme, niin et löydä sellaista edes koko maailmasta… Maukas palanen! Ja silloin voisi herra marsalkka saada pojalleen tyttäreni mukana myötäjäisiksi suuriruhtinaan kruunun.. Koetahan saada hänessä heräämään tällaisia toiveita, niin kyllä se

mies on kohta omamme, sillä hän ajattelee paljon enemmän omaa taloaan kuin valtakuntaa…

— Mitä minun tulee hänelle sanoa sitten?

— Sitä, mitä minä en voi kirjoittaa… Mutta siitä on annettava hienosti ymmärtää. Jumala varjelkoon sinua puhumasta, että olet minulta henkilökohtaisesti kuullut halustani nousta valtaistuimelle. Se on vielä liian varhaista… Muista siis antaa marsalkan suosikin ymmärtää, että jos Lubomirski yhtyy ruotsalaisiin, niin hän voi pyytää tytärtäni palkinnoksi, ja että jos Radziwill nousisikin valtaistuimelle, niin joutuisihan kruunu pian perinnöksi Herakleelle. Jollei hän käy kaksin käsin kiinni sellaiseen, niin ei hänellä ole mitään korkeampia pyrkimyksiä. Ken ei pyri korkealle, se ei uskalla katsoa aurinkoon. Minut on Jumala luonut suuria asioita suorittamaan, ja sentähden minä uskallankin ojentaa käteni kaikkea sitä kohti, mikä on ihmisen vallassa, ja nousta aina Jumalan itsensä inhimilliselle mahtavuudelle asettamaan rajaan saakka!

Ja ruhtinas ojensi todellakin kätensä ikäänkuin tavoitellakseen näkymätöntä kruunua. Hänen silmänsä loistivat. Mutta hänen innostuksensa oli liian voimakas: hengitys salpautui hänen linnassaan. Hetken kuluttua hän kuitenkin rauhoittui ja jatkoi katkonaisin lausein:

— Niin… kun ajatus lentää… ikäänkuin aurinkoa kohti… sanoo sairaus mementonsa [memento (mori) ‒ muista (kuolemaasi)]… Tapahtukoon mitä hyvänsä… mutta soisin kuitenkin kernaammin, että kuolema tapaisi minut valtaistuimella eikä kuninkaan eteisessä…

— Ehkä saan kutsua lääkärin? — kysyi Kmicic. Radziwill viittasi kieltävästi kädellään.

Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.
[Ebooks PDF] download Shape memory alloy actuators design fabrication and experimental evaluation 1s by antonioharold958 - Issuu