Диссертация (1149136), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Константинов и А.К. Ломуноворганизовали проведение испытаний на высокоскоростное деформированиеобразцов по методу Кольского для разрезного стержня Гопкинсона. А.Х. Галиева,В.И. Григорьева в 1 помогали в обработке экспериментальных данных. В работе 6М.Е. Евард помогала при расчете изменения реактивных напряжений в муфтах19TiNiCu во времени. В работе 9 А.Е. Волков и М.Е.
Евард содействовали примоделировании изменения эффектов однократной и обратимой памяти формы стечением времени в рамках микроструктурной модели. Научный руководительА.И.Разов определил задачи исследования, участвовал в обсуждении полученныхданных и подготовке публикаций.20Глава 1. Функциональные свойства сплава TiNi привысокоскоростном и квазистатическом сжатииРазработка новых устройств на основе сплавов с памятью формы либо ихмодификация напрямую связана с улучшением функциональности рабочихэлементов. Улучшение функциональности можно обеспечить повышениемфункциональных свойств самих рабочих элементов из сплавов с эффектом памятиформы, входящих в состав устройства.
Повышение функциональных свойствприводит, например, к уменьшению размеров рабочих элементов, к снижениюмассы устройства, к увеличению его производительности и пр.Улучшения функциональных свойств сплавов с эффектом памяти формыможно добиваться различными способами. Давно известно, что как механические,так и функциональные свойства материалов зависят от режима деформирования: вразные годы проводились исследования влияния различных скоростей и схемдеформирования на свойства материалов с эффектом памяти формы. Подавляющеечислоработ посвященоизучению механическихсвойств, исследованиюпсевдоупругости, что тоже можно отнести скорее к механическим свойствам, хотяона и связана с обратимыми мартенситными превращениями.1.1.Аналитический обзорОдна из первых работ, посвященных изучению влияния скорости сжатия насвойства сплава TiNi, датируется 1988-м годом [18].
В ней были показанызависимости механических свойств от скорости и температуры сжатия.Исследователи использовали сплав TiNi c характеристическими температурами:Мк=199К, Мн=244К, Aн=300К, Aк=319К. На рисунке 1.1 приведены диаграммыдеформирования материала при различных температурах при квазистатическом (соскоростью 0,0001с-1) и высокоскоростном (со скоростями 200-700с-1) сжатии. Надиаграммах хорошо видно, что механическое поведение сильно зависит оттемпературы, при которой проводили сжатие. Также в работе было показано, чтонапряжение, соответствующее 2% деформации на диаграмме деформирования, в21случае высокоскоростного сжатия выше при любой температуре испытания, чем вслучае квазистатического сжатия.Рис.
1.1. Диаграммы деформированиясплава TiNi в квазистатических (St) ивысокоскоростных (Dy) испытанияхпри различных температурах [18].Результаты исследования механических свойств также были приведены вработе [19]. Образцы из никелида титана были деформированы сжатием вмартенситном состоянии с различными скоростями: 3000, 0,0004, 0,015 с-1.Рис. 1.2.
Диаграммыдеформирования сплаваTiNi в режиме сжатия сразличными скоростямидеформирования [19].22Сравнение диаграмм деформирования показало, что с ростом скоростидеформирования растут напряжения, связанные с дислокационной пластичностью.Качественное отличие в диаграммах деформирования не наблюдали.В работе [36] были показаны зависимости фазового и дислокационногопределов текучести от скорости сжатия в сплаве TiNi, деформированного прикомнатной температуре в мартенситном состоянии. Из рисунка 1.3 видно, чтопределы текучести растут с увеличением скорости сжатия.
На графике показаны:фазовый предел текучести σph1, определенный по методу касательных, фазовыйпредел текучести σph2, определенный при 0.2% деформации и дислокационныйпредел текучести σd.а)б)Рис. 1.3. Схема диаграммы деформирования (а) изависимости пределов текучести сплава TiNi от скорости сжатия (б)σph1 (○), σph2 (▲), σd (Δ) [36].В работе [37] исследователи обратились к рассмотрению механическогоповедениясплаваTiNiсвысокимсодержаниемникеля(56,5масс.%).Высокоскоростное деформирование было реализовано со скоростью 1200с -1,квазистатическое – со скоростью 0,001с-1. В этой работе, во-первых, былорассмотрено и сжатие, и растяжение, а, во-вторых, испытания проводились приразличных температурах: при комнатной, при пониженных (до -196оС) и приповышенныхтемпературах(впредставлены на рисунках 1.4, 1.5.интервале 100-400оС).
Результатыработы23Рис. 1.4. Диаграммы деформирования сплава TiNi при повышенныхтемпературах и при комнатной температуре (RT).Высокоскоростное деформирование: сжатие (а), растяжение (b),Квазистатическое деформирование: сжатие (с), растяжение (d) [37].Рис. 1.5. Диаграммы деформирования сплава TiNi при пониженныхтемпературах и при комнатной температуре (RT).Высокоскоростное деформирование: сжатие (а), растяжение (b),Квазистатическое деформирование: сжатие (с), растяжение (d) [37].24Результаты исследования показали, что на механическое поведение сплаваTiNi существенно влияет и температура и способ деформирования.
Фазовыйпредел текучести при испытаниях на сжатие больше, чем при испытаниях нарастяжение, особенно это выражено в испытаниях с высокой скоростьюдеформирования.Для полноты картины стоит отметить работу, посвященную исследованиюпсевдоупругости. В работе [38] авторы использовали низкотемпературный сплавTiNi с температурой окончания обратного мартенситного превращения Ак=263К.Материал был деформирован в режиме сжатия с различными скоростями от 0.001до 4200с-1 и при различных температурах от комнатной до 923К. Авторы показали,что с ростом скорости сжатия растут и напряжения, которые инициируют прямоемартенситное превращение (рисунок 1.6.).Рис.
1.6. Диаграммы напряжениедеформация сплава TiNi приразличных скоростяхдеформирования при комнатнойтемпературе [38].Аналогичная ситуация наблюдается с увеличением температуры испытания(рисунки 1.7, 1.8)Рис. 1.7. Диаграммынапряжение-деформация сплаваTiNi при различныхтемпературах деформированиясо скоростью10-3с-1 [38].25Рис. 1.8. Диаграммынапряжение-деформация сплаваTiNi при различныхтемпературах деформированиясо скоростью1400с-1 [38].Если говорить об исследованиях, направленных именно на функциональныесвойства, то в первую очередь нельзя не отметить работы В.А. Лихачева 1988-го[39] и 1990-го [40] годов.В 1988 году В.А.
Лихачев и С.Р. Шиманский опубликовали результатыисследования [39], где впервые была изучена величина обратимой памяти формыпосле деформирования с различными скоростями. Для исследования использовалитонкие пластины из эквиатомного никелида титана. Пластины подвергаликвазистатическому и высокоскоростному нагружению по схеме трехточечногоизгиба при комнатной температуре. Среди прочего исследование показало, чтоэффект обратимой памяти формы после высокоскоростного деформированияпроявляется сильнее, чем после квазистатического (рисунок 1.9).Рис.
1.9. Эффект обратимой памятиформы в сплаве TiNi послевысокоскоростного (1) иквазистатического (2)деформирования [39].Уже эта работа [39], опубликованная в 1988 году, имеет предпосылки,говорящие о том, что увеличение скорости деформирования может привести к26улучшению функциональных свойств, в частности эффекта обратимой памятиформы.В работе 1990-го года [40] было изучено влияние квазистатического ивысокоскоростного деформирования на эффект памяти формы в никелиде титана.В исследовании использовали образцы в виде дисков из никелида титана.Температуры начала и окончания прямого и обратного мартенситных превращенийсоставляли: Мк=281К, Мн=289К, Aн=316К, Aк=327К. Диск из никелида титанавыступал в качестве мишени. В одном случае шарик квазистатически вдавливалсяв поверхность диска.
В другом случае шарик подвешивали на нить, касаясь дискамишени сзади, а по диску ударяли бойком с высокой скоростью в результате чегошарик за счет своей инеции оставлял в нем отпечаток. После деформирования«мишень» нагревали до 400К и измеряли, как изменилась глубина отпечатка.Работа показала, что после обоих типов нагружения при нагреве был инициированэффект памяти формы. Однако высокоскоростное деформирование приводит кменее выраженному эффекту памяти формы, по сравнению с квазистатическим.
Нотемпературы начала и окончания обратного мартенситного превращения при этомне изменились (рисунок 1.10).Рис. 1.10. Зависимость глубиныотпечатка от температуры принагревании сплава TiNi послеквазистатического (●) ивысокоскоростного воздействияшарика (○) [40].В работах [16,17,41] авторы исследовали влияние скорости деформированияв режиме сжатия и величины остаточной деформации на эффекты однократной иобратимой памяти формы. Образцы из эквиатомного никелида титана былиподвергнуты сжатию при комнатной температуре в мартенситном состоянии сразличными скоростями: квазистатическое сжатие со скоростью 0,001с-1 и27высокоскоростное сжатие со скоростями от 300 до 1500с-1. Работа показала, что сростом скорости деформирования в режиме сжатия можно получить улучшениеэффектов однократной и обратимой памяти формы, все зависит от величиностаточной и необратимой деформации (рисунок 1.11.).а)б)Рис.
1.11. Зависимости эффекта памяти формы от остаточной деформации(а) и обратимой памяти формы от пластической деформации (б) послеквазистатического (1) и высокоскоростного (2) нагружения [41].Если говорить о современных исследованиях, то в них, как правило, болееподробно изучаются механические свойства различных сплавов и в работахстараются показать влияние скоростей деформирования на структуру сплавов.В работе 2013-го года [25] авторы использовали литые образцы из сплаваTiNi c характеристическими температурами Mк=19.2°C, Mн=34.2°C, Aн=45.8°C,Aк=65.7°C. Образцы были продеформированы сжатием с различными скоростями(0,1;0,01;0,001с-1)приразличныхтемпературах.Былаисследованамикроструктура и механическое поведение материала. Было показано, что привысокой температуре механическое поведение образцов чувствительно кизменению скорости сжатия (рисунок 1.12).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
