Автореферат (1149134), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Такие дефекты и называют«ориентированными». Предполагается, что каждому n-му варианту мартенситаможно сопоставить плотность ориентированных дефектов (bn), образовавшихсяпри росте n-го варианта мартенсита. Кроме того, при деформации образуютсяеще и рассеянные дефекты (fn), которые не создают ориентированныхдальнодействующих полей напряжений, но связаны с изотропным упрочнением15материала. Для учета фактора времени в эволюционные уравнения плотностейдефектов были введены дополнительные слагаемые, которые установилискорость изменения плотностей дефектов в зависимости от энергии активациипроцесса, температуры и времени выдержки при этой температуре:| | ̇ = ̇ − ∗ ̇ ( ̇ ) + () | | ( );̇ = |̇ | − ()( − ),где ̇ – мера микропластической деформации, возникающей с ростом n-говарианта мартенсита, H – функция Хевисайда, ∗ - постоянная материала,которая определяет максимальную плотность ориентированных дефектов.
Введенных слагаемых: – обобщенная термодинамическая сила, связанная сростом ориентированных дефектов (определяется из потенциала Гиббса какчастная производная по плотности ориентированных дефектов), - константаматериала, 0 – начальная плотность рассеянных дефектов; функции (), ()определяют скорость изменения ориентированных и рассеянных дефектов взависимости от температуры и принимаются в виде: () = − () = − ,где , – масштабирующие коэффициенты, , – энергия активации отжига, – постоянная Больцмана.
Вклад этих слагаемых варьируется посредствомизменения входящих в них параметров: масштабирующих коэффициентов иэнергии активации процесса для обоих типов дефектов, которые былиопределены в рамках этой работы.В Разделе 3.2 приведены материальные константы (основная частьматериальных констант определена ранее, при моделировании других процессовв сплаве TiNi [7-10]), использованные в модели и результаты моделированияоднократной и обратимой памяти формы без выдержки и с длительнойвыдержкой материала в деформированном мартенситном состоянии в течение6∙108 секунд (что составляет порядка 19-ти лет) после различных вариантовпредварительного деформирования.
В разделе показаны результатымоделирования: ЭПФ, инициированного эффектом пластичности превращения(аналогично эксперименту в разделе 2.3.) с выдержкой после ЭПП и без (модельне показала различий в величине ЭПФ с выдержкой и без выдержки, как и вэксперименте);ЭПФ,инициированногопредварительнымактивнымдеформированием в мартенситном состоянии с выдержкой последеформирования и без (модель показала увеличение эффекта памяти формы,инициированного предварительным активным деформированием последлительной выдержки); ОПФ, реализованной после эффекта пластичностипревращения с выдержкой и без (рисунок 8); ОПФ, реализованной послеактивного деформирования в мартенситном состоянии (аналогично16эксперименту в разделе 2.4.2.) с выдержкой после деформирования и без(рисунок 9).В Разделе 3.3а)б)приведенообсуждениерезультатов.Варьируявведенные коэффициентыизадавправильныепараметрыупрочнения,мыполучилиперераспределениеплотностей дефектов вовремени, которое, по всей Рис.8.
ОПФ в модельном материале, реализованная послеэффекта пластичности превращения.видимости,а) Полная последовательность испытания.сопровождаетсярелаксацией внутреннихб) зависимость величины ОПФ от номера цикла.напряжений,таким◊ – до выдержки, ⬛ – после выдержки.образом, что однократнаяа)б)памятьформы,инициированнаяпредварительнымэффектом пластичностипревращения,придлительной выдержке неизменяется, а обратимаяпамятьформыРис.9. Зависимость ОПФ от номера цикла послеувеличивается.Можнопредварительного активного деформирования всделатьвывод,чтомартенситном состоянии.микроструктурная модельа) теоретическая модель; б) экспериментявляетсяадекватным◊ – до выдержки, ⬛ – после выдержки.инструментомдляописания влияния долговременного хранения сплавов с памятью формы напоследующее проявление ЭПФ и ОПФ. Результаты моделирования каккачественно, так и количественно хорошо соотносятся с имеющимисяэкспериментальными данными.
Особенно это касается увеличения эффектаобратимой памяти формы после длительной выдержки после накопленияпредварительной деформации в результате реализации эффекта пластичностипревращения (рисунок 8), поскольку причиной возникновения обратимойпамяти формы являются внутренние напряжения как результат несовместнойдеформации при мартенситном превращении, значит способ накопленияпредварительной деформации не имеет значения.
Что касается увеличенияэффекта памяти формы, инициированного предварительным активным17деформированием в мартенситном состоянии, после длительной выдержки –гипотеза требует экспериментального подтверждения.В Главе 4 описана методика создания термочувствительного рабочегоэлемента с памятью формы, обеспечивающая его функциональность в заданномдиапазоне температур.
Глава предваряется литературным обзором возможныхприменений сплавов с памятью в Разделе 4.1. На основании обзора сделан выводо широте использования и отсутствии полного описания процесса подготовкиматериала для использования в термочувствительных устройствах,обеспечивающего его срабатывание в заданном интервале температур.В Разделе 4.2 приведена методика создания привода и примериспользования методики при изготовлении реального проволочного привода длятермочувствительного устройства.Опыт разработки различных рабочих элементов с памятью формыпоказывает, что методика создания термочувствительного привода должнасостоять из следующих последовательных действий.1. Расчет деформационно-силовых параметров рабочего элемента с памятьюформы на основании исходных данных.2. Расчет температурных параметров, предъявляемых к материалу рабочегоэлемента, обеспечивающих его функциональность в заданном диапазонетемператур.3.
Выбор материала с эффектом памяти формы и определение егофункционально-механических свойств.4. Выбор оптимального режима термомеханической обработки рабочегоэлемента с памятью формы для обеспечения его функциональности взаданном диапазоне температур.5. Термомеханическая обработка рабочего элемента и верификация егофункциональности в заданном интервале температур.6. Проверка функционирования рабочего элемента в самом устройстве илиего макете.7. Изготовление рабочего элемента и его паспортизация.Далее в этом же разделе продемонстрирована правильность этой методикина примере расчета и изготовления термочувствительного проволочногопривода для реального устройства, предназначенного для использования всистеме вентиляции.Задачасостоялавсозданиипроволочногоприводадлятермочувствительного устройства с температурным интервалом срабатывания100-110оС и в изготовлении партии приводов.
Срабатывание устройстваобеспечивается перемещением штока усилием не более 100 Н на 9 мм(рисунок 10). В процессе поэтапного решения поставленной задачи былирассчитаны минимальные геометрические параметры привода (длина идиаметр), теоретически удовлетворяющие решению задачи. С учетомдеформационно-силовых параметров допустимый диаметр – не менее 1,1 мм, а18минимальная начальная длина, при которой возможно решение задачи, еслидопустить восстановление деформации в результате ЭПФ в 5% – 190 мм.Расчет температурных параметров показал, что еслидлясрабатыванияустройстванеобходимопреодолеть усилие порядка 100 Н, а для диаметрапредполагаемого привода положить величину в 1,1мм, то за счет сдвига характеристическихтемператур мартенситного превращения поднапряжением температуры превращений сместятсяна величину порядка 13оС.
Далее был подобранматериал с характеристическими температурами,учитывающими эффект сдвига температур при Рис.10. Схема устройства.наличии внешнего усилия. Исследованы различныеварианты термообработки материала и их влияние на проявлениефункциональных свойств. Рассмотрены различные варианты накопленияпредварительной деформации, и величины прикладываемых нагрузок.Исследована циклическая устойчивость эффекта памяти формы и эффектапластичности превращения.
По совокупности полученных данных был сделанвывод, что при изготовлении термочувствительного привода оптимальноиспользовать проволоку из сплава TiNi типа ТН-1 с характеристическимитемпературами обратного мартенситного превращения As ≈ 84°C, Аf ≈ 103°C,диаметром 1,1 мм. Наибольшее значение эффекта памяти формы по отношениюк размерам продеформированного образца было получено в материале,претерпевшем отжиг при температуре 500оС в течение одного часа и охлаждениес печью. Показано, что для накопления предварительной деформациипредпочтительнее использовать эффект пластичности превращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
