Диссертация (1149136), страница 2
Текст из файла (страница 2)
К исследованию механических свойствтакже можно отнести работы, посвященные сверхупругости никелида титана [23,24]. Исследования механических свойств в результате испытаний на сжатиедовольно подробно изучены [18-24]. Изучение механических и функциональныхсвойств после динамического растяжения при различных температурах были вдостаточно полной мере проведены в работах [30, 31], частично при моем участии.В этих работах, среди прочего, было показано, что высокоскоростное растяжениесо скоростями порядка 103с-1 не улучшает функциональные свойства никелидатитана.Функциональныежесвойстваникелидатитанаврезультатевысокоскоростного сжатия не имели полноценных исследований.
Пожалуй,можно сослаться на работы [16-17], в которых исследования проводили только прикомнатной температуре (в мартенситном состоянии). Однако, уже там былиобнаружены предпосылки к тому, что кратковременное высокоскоростное сжатиеможет привести к улучшению функциональных свойств в отличие отквазистатического деформирования. В более современных исследованияхситуация в целом не изменилась [25-29]. В статьях преимущественно болееподробно изучают механическое поведение и влияние динамического воздействияна структуру. В итоге можно заключить, что нет ни одной работы, которая бысистематически и основательно подходила к вопросу влияния скоростидеформирования при испытаниях на сжатие при различных температурах напроявление функциональных свойств сплавов.О влиянии времени длительного хранения на функциональные свойствасплавов с памятью формы, в частности, сплава TiNi, можно сказать, что такиеданные в мировой литературе практически отсутствуют.
Можно сослаться наработы, результаты которых опубликованы в материалах конференций [32, 33], на8работу А.А. Батурина с соавторами [34], правда в ней исследовали вылеживаниенаводороженного сплава в течение полугода, и на статью С.Д. Прокошкина сколлегами [35], где, среди прочего, была затронута обратимая память формы. Ново всех работах были описаны результаты исследований функциональных свойствна небольших промежутках времени. Работ, охватывающих длительныйпромежуток времени, длиной в десятилетия, в литературе нет.
Посколькуэкспериментальных данных о влиянии длительного хранения на функциональныесвойства нет, то и расчета функциональных свойств рабочих элементов с учетомдлительных сроков хранения в литературе не представлено.Разработка нового устройства требует большой научно-исследовательской иопытно-конструкторской работы. Если мы говорим о функциональностиустройства на основе сплава с ЭПФ, то важной составляющей является методикасоздания рабочего элемента для его правильного функционирования в составеустройства. Описание такой полной последовательной методики, например,создания термочувствительного рабочего элемента, срабатывающего в заданномдиапазоне температур и с заданными деформационно-силовыми параметрамирабочего хода, в научно-технической литературе отсутствуют.Цель работыЦелью работы являлось исследование влияния временны́х и температурныхфакторов на функциональность различных рабочих элементов из сплавов сэффектом памяти формы – выяснение возможности повышения однократной иобратимой памяти формы за счет увеличения скорости предварительногодеформирования, изучение зависимости их функциональных свойств от временифункционирования или хранения в деформированном мартенситном состоянии,компьютерное моделирование влияния времени хранения сплавов с ЭПФ наоднократнуюипоследовательнойобратимуюметодикипамятьформы,обеспечениясозданиекомплекснойфункциональности9термочувствительного рабочего элемента силового привода в заданном диапазонетемператур.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.
Исследоватьособенностипроявленияэффектовпамятиформывэквиатомном сплаве TiNi после высокоскоростного и квазистатическогосжатия при различных температурах, захватывающих диапазон обратимогомартенситного превращения.2. Исследовать изменение реактивных напряжений в сплавах TiNiFe и CuZnAlот времени их функционирования в термомеханических соединениях.3. Изучить влияние длительной выдержки в деформированном мартенситномсостоянии на эффекты памяти формы в сплавах на основе TiNi.4. Выполнить компьютерное моделирование изменения функциональныхсвойств сплавов с эффектом памяти формы за время длительного хранения вдеформированном мартенситном состоянии.5. Разработатькомплекснуютермочувствительногопоследовательнуюрабочегоэлементаметодикуссозданияпамятьюформы,обеспечивающую его функциональность в заданном диапазоне температур.Научная новизнаИсследование показало, что обратимые (фазовые) и необратимые(дислокационные)каналыдеформированияэквиатомногосплаваTiNiчувствительны ко времени сжатия и температуре нагружения.
Обнаружено, чтовысокоскоростное сжатие может приводить к улучшению функциональныхсвойств: эффектов однократной и обратимой памяти формы. Так величина эффектапамяти формы в результате высокоскоростного сжатия в интервале температур 2060оС больше, чем после квазистатического сжатия, а в интервале температур 6090оСонипрактическиравны.Аналогично,обратимаяпамятьформымартенситного типа после высокоскоростного сжатия в интервале температур 20-1060оС больше, чем после квазистатического сжатия.
При этом, величины эффектоводнократнойиобратимойпамятиформымартенситноготипапослевысокоскоростного сжатия с ростом температуры деформирования уменьшаютсябыстрее. Обратимая память формы аустенитного типа после высокоскоростногосжатия всегда больше, чем после квазистатического сжатия. Также в работеприведено сравнение испытаний на растяжение и сжатие, где показано, чтообратимая память формы аустенитного типа в испытаниях на сжатие проявляетсяпри более низких температурах испытания, чем после растяжения.Исследование изменения функциональных свойств сплавов с памятьюформы за период хранения более 20 лет само по себе является уникальнымэкспериментом. В работе впервые были изучены величины реактивныхнапряжений, эффекта памяти формы и эффекта обратимой памяти формы,сформированные в образцах более 20 лет.
Показано, что реактивные напряжения вмуфтах из сплава TiNiFe за 30 лет релаксируют не более чем на 8%. В сплавеCuZnAl закономерности релаксации реактивных напряжений не отличаются от тех,которые наблюдаются в других металлических материалах и могут быть описаныизвестными способами. Экспериментально установлено, что ЭПФ величиной 5% вэквиатомном сплаве TiNi не изменяется за 25 лет его хранения в деформированноммартенситном состоянии.
Обнаружено, что ОПФ после длительного храненияувеличивается. Аналогов таким данным в мировой научной литературе нет.Для описания влияния длительной выдержки в деформированноммартенситном состоянии на поведение однократной и обратимой памяти формы иполучения инструмента для дальнейшего прогнозирования их изменения вовремени была применена модифицированная версия микроструктурной модели,развиваемая А.Е.
Волковым, М.Е. Евард и Ф.С.Беляевым. Результаты расчетов,проведенныевпервые,показалихорошеесовпадениетеоретическихиэкспериментальных данных. Впервые было получено соответствие теории иэкспериментовнадлительноехранениедеформированном мартенситном состоянии.сплавовспамятьюформыв11Вработевпервыепредставленакомплекснаяметодикасозданиятермочувствительного рабочего элемента с памятью формы, обеспечивающая егофункциональность в заданном диапазоне температур.Теоретическая и практическая значимостьПолученные экспериментальные данные о функциональных свойствахсплава TiNi при высокоскоростном и квазистатическом сжатии позволятинженерамвыбиратьболееподходящийрежимпредварительногодеформирования при изготовлении устройств на основе сплавов с ЭПФ, аисследователям-теоретикам – развивать имеющиеся теории, описывающиефункционально-механическое поведение сплавов с ЭПФ.Значимость результатов исследования влияния хранения на проявлениефункциональных свойств трудно переоценить.
На практике для устройств, воснове которых лежит использование никелида титана и эффектов однократной,обратимой памяти формы или эффекта генерации реактивных напряжений, можетбыть гарантирована работоспособность в течение более 20 лет. Инженеры могутиспользовать этот факт при разработке новых устройств. Особенно это актуальнодля космической техники, где стандартная гарантия составляет порядка 20 лет.Модифицированнаямикроструктурнаямодельпозволиттеоретическипрогнозировать влияние хранения рабочих элементов с памятью формы на ихфункциональность.Комплексная методика создания термочувствительного рабочего элементас памятью формы, обеспечивающая его функциональность в заданном диапазонетемператур, апробированная в работе на проволочном приводе космическогоназначения, может быть использована и для других рабочих элементов с памятьюформы, действующих не только на растяжение, но и при других видахдеформирования.12Методология и методы исследованияВысокоскоростное сжатие было осуществлено на установке, реализующейметод Кольского для разрезного стержня Гопкинсона, со скоростью 103с-1.Квазистатическое сжатие проводили на испытательной машине Instron 5985 соскоростью 10-3с-1.
В испытаниях на сжатие использовали цилиндрические образцыдиаметром и высотой 8 и 4 мм, соответственно, из сплава TiNi эквиатомногосостава. Образцы отжигали при 500°C в течение 1ч и охлаждали с печью.Характеристическиетемпературыпрямогоиобратногомартенситныхпревращений: Ms = 74°C, Mf = 32°C, As = 74°C, Af = 98°C – определяли покалориметрическим кривым, полученным в дифференциальном сканирующемкалориметре Mettler Toledo 822e.
Деформирование и в том и в другом случаеосуществляли до полной деформации 18-20%. После деформирования образцы сцелью исследования однократной и обратимой памяти формы термоциклировалисо скоростью 2 К/мин в термомеханическом анализаторе Netzsch TMA 402 F1Hyperion.Для исследования влияния длительного хранения нанапряженияиспользовалиразличныемакеты-образцыреактивныетермомеханическихсоединений, которые были собраны в 1987 году и хранились при комнатнойтемпературе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
