Диссертация (1149136), страница 5
Текст из файла (страница 5)
А при комнатной и низкойтемпературе – различия практически не наблюдали (рисунки 1.13, 1.14)28Рис. 1.12. Диаграммы напряжениедеформация литого сплава TiNi при750°C [25].Рис. 1.13. Диаграммы напряжениедеформация литого сплава TiNi SMAпри комнатной температуре [25].Рис. 1.14. Диаграммы напряжениедеформация литого сплава TiNi SMAпри температуре -100°C [25].В работе 2017-го года [28] современники снова обращаются к исследованиюмеханических свойств и их связи с микроструктурой. Для работы былииспользованы образцы из сплава TiNi c характеристическими температурамиMк=50.9°C, Mн=38.7°C, Aн=74.4°C, Aк=82.3°C. Исследование было направлено наизучениевлиянияскоростидеформацииитемпературынаизменениемикроструктуры, на фазовые превращение.
Кроме того, в работе были полученыдиаграммы напряжение-деформация во время сжатия с различными скоростямипри комнатной температуре (рисунок 1.15 (а)) и при 373К (рисунок 1.15(б)).29а)б)Рис. 1.15. Диаграммы напряжение-деформация сплава TiNi в результатевысокоскоростного сжатия при различных температурах при комнатнойтемпературе (а), и при 373К (б) [28].Структурное же исследование показало наличие микротрещин в материале врезультате деформирования.Делая вывод из обзора, можно сказать, что исследования в основномзатрагивают влияние скорости деформирования на механические свойства, напсевдоупругость, на фазовые пределы текучести, температуры мартенситныхпревращений. Современные исследования изучают микроструктуру мартенсита иаустенита, но не исследуют функциональные свойства.
Ранее с моим участиембыло исследовано влияние высокоскоростного растяжения при различныхтемпературах на свойства эквиатомного сплава TiNi [42-44]. А.С. Моторин, подруководством профессора А.И.Разова в 2017 году защитил диссертацию на тему«Функционально-механические свойства никелида титана при высокоскоростномрастяжении» [30]. Пожалуй, это были первые полноценные систематическиеисследованиясплаваTiNiсточкизренияпроявленияфункционально-механических свойств после высокоскоростного деформирования. Среди прочихрезультатов в исследованиях на растяжение было показано, что функциональныесвойства не могут быть улучшены посредством высокоскоростного растяжения.301.2.
Высокоскоростное и квазистатическое сжатиеС целью выяснения возможности повышения однократной и обратимойпамяти формы за счет увеличения скорости предварительного деформирования вданной работе было проведено исследование влияние скорости деформирования врежиме сжатия на проявление функциональных свойств сплава TiNi.В качестве объектов для исследования функциональных свойств послесжатия служили образцы из сплава TiNi, близкого к эквиатомному. Использовалиобразцы высотой 4 мм и диаметром 8 мм.
Образцы отжигали при 500оС в течениечаса и охлаждали с печью. Характеристические температуры прямого и обратногомартенситныхпревращенийопределялиметодомдифференциальнойсканирующей калориметрии, результаты которой представлены на рисунке 1.16.Характеристические температуры сплава имеют следующие значения: Mf = 32oC,Ms = 74oC, As = 74oC, Af = 98oC.Рисунок 1.16. Температурная зависимость тепловыделения и теплопоглощенияисследуемого сплава TiNi.ВысокоскоростноеисследовательскомсжатиеинститутеобразцовмеханикибылопроведеноНижегородскоговНаучно-государственногоуниверситета им. Н.И. Лобачевского на установке, реализующей метод Кольскогодля разрезного стержня Гопкинсона со скоростями деформирования около 103с-1[45]. Организацию этих испытаний обеспечили А.М. Брагов, А.К. Ломунов, А.Ю.Константинов.Квазистатическоесжатиепроводилинауниверсальной31испытательной машине Instron 5985, укомплектованной термокамерой, соскоростью деформирования 10-3с-1.
И в том и в другом случае деформированиеосуществляли до полной деформации 18-20%.Деформирование сжатием с различными скоростями проводили притемпературах: 20оС, 50оС, 60оС, 77оС, 87оС, 100 оС, 110оС, 115оС, 120оС, 130оС,150оС, 180оС, 220оС, 260оС, 300оС – которые достигались нагревом от комнатнойтемпературы. Такой выбор температур позволил рассмотреть проявлениефункциональных свойства сплава после деформирования в мартенситном,аустенитном и смешанном состоянии. Кроме того, были выбраны температурыиспытаний: 60оС, 77оС, 87оС, 100оС, которые отличались способом их достижения.В первом варианте сплав нагревали до температуры испытания от комнатнойтемпературы.
Во втором варианте сплав нагревали от комнатной температуры до180оС, переводя его в аустенитное состояние, затем охлаждали до выбранныхтемператур. Это позволило сравнить отклик сплава на сжатие при одной и той жетемпературе, но с отличным друг от друга фазовым составом. Последеформирования образцы были дважды термоциклированы через интервалытемператур прямого и обратного мартенситного превращения со скоростьюпорядка 2 К/мин (рисунок 1.17.).а)б)Рис.1.17. Эффекты однократной и обратимой памяти формы притермоциклировании: а) квазистатическое сжатие, б) высокоскоростноесжатие.32По полученным зависимостям деформации от температуры измеряливеличину эффекта памяти формы εsm при первом нагреве, и величину обратимойпамяти формы εtwsm при втором нагреве.
Термоциклирование было проведено наоборудовании ресурсного центра «Термогравиметрические и калориметрическиеметоды исследования» Научного парка СПбГУ.1.2.1. Эффект памяти формыОсобенность методики Кольского для разрезного стержня Гопкинсона непозволяет достаточно точно контролировать полную деформацию, не смотря наодинаковые параметры нагружения: массу и длину ударника, давление в баллонегазовой пушки.
Поэтому в экспериментах использовали ограничитель деформации,который значительно снижал разброс полной деформации. Различие полнойдеформации приводит к различиям в остаточной и необратимой деформации (та,что остается после реализация эффекта памяти формы).Поэтому, при анализе зависимостей величины ЭПФ от температурыиспытания был использован коэффициент возврата деформации εsm/εres, где εsm –деформация восстановления формы, связанная с эффектом памяти, εres – остаточнаядеформация. Все полученные зависимости были сопоставлены с аналогичнымиданными, полученными при исследовании влияния скорости предварительногорастяжениянафункциональныесвойстваэквиатомногосплаваTiNi,отраженными в работе А.С.
Моторина [30]. Зависимость коэффициента возврата оттемпературы, при которой проводили предварительное деформирование (дляиспытаний на растяжение и сжатие), приведена на рисунке 1.18.Эксперименты показали, что величина эффекта памяти формы как вотносительных к остаточной деформации, так и в абсолютных величинах, послепредварительного растяжения больше, чем после предварительного сжатия. Еслине акцентировать внимание на количественных величинах, то эффект памятиформыкакпослевысокоскоростногодеформирования,такипослеквазистатического, с ростом температуры предварительного деформирования,33уменьшается с убыванием количества мартенсита, что очевидно.
Для растяжения идля сжатия ЭПФ, инициированный высокоскоростным деформированием, с ростомтемпературыиспытанияуменьшаетсябыстрее,чеминициированныйквазистатическим деформированием. При испытаниях на растяжение видно, чтовеличина ЭПФ после квазистатического деформирования всегда больше, чем послевысокоскоростного. Однако, при испытаниях на сжатие имеется два особыхинтервала температур. В первом интервале, до 60оС, величина ЭПФ послевысокоскоростногосжатиябольше,чемпослеквазистатического.Притемпературах 60-90оС они почти равны, а при дальнейшем увеличениитемпературы испытания величина ЭПФ после динамического сжатия резкоуменьшается и соотношение меняется на противоположное – ЭПФ послеквазистатическогодеформированиястановитсябольше,чемпослевысокоскоростного.
Можно сказать, что предварительное высокоскоростноедеформирование сжатием в интервале температур 20-60оС проявляет себявыгоднее с точки зрения реализации эффекта памяти формы, чего не наблюдаетсяв экспериментах на растяжение.а)б)Рис.1.18. Зависимость коэффициента возврата деформации от температурыпредварительного деформирования растяжением (а) [30], сжатием (б):Ο – квазистатическое деформирование; ⏺ – высокоскоростноедеформирование.34На рисунке 1.19 показана зависимость коэффициента возврата деформацииза счет ЭПФ от температуры предварительного сжатия с учетом способадостижения температуры испытания.
В первую очередь на этом рисункеподтверждается предыдущий вывод о том, что предварительное высокоскоростноесжатие при температурах до 90оС, при подходе к температуре испытания откомнатной, приводит к наиболее сильному проявлению ЭПФ. При температуре60оС при обоих способах достижения температуры испытания материал находитсяполностью в мартенситном состоянии и высокоскоростное сжатие приводит кболее сильному проявлению ЭПФ, чем квазистатическое.Рис. 1.19. Зависимость коэффициента возврата деформации от температурыпредварительного сжатия: Ο, Ο – квазистатическое деформирование; ⏺, ⏺ –высокоскоростное деформирование.Ο, ⏺ – нагрев от комнатной температуры; Ο, ⏺ – охлаждение от 180oC.В остальных случаях высокоскоростное деформирование при подходе ктемпературе испытания из высокотемпературного состояния приводит к самойнебольшой памяти формы, которая более чем в два раза меньше чем ЭПФ послединамическогосжатияприподходектемпературеиспытанияизнизкотемпературного состояния.
В целом подход к температуре испытания измартенситного состояния (от комнатной температуры), выгоднее, чем подход ктемпературе испытания из аустенитного состояния (от 180 оС) для любого режимасжатия.351.2.2. Эффект обратимой памяти формыПричиной появления обратимой памяти формы являются ориентирующиевнутренние напряжения, которые возникают в результате несовместностидеформации,связаннойснеобратимойпластическойдеформацией.Этивнутренние напряжения приводят к накоплению деформации при охлаждениичерез интервал температур прямого мартенситного превращения за счет эффектапластичности превращения.
При последующем нагреве через интервал температуробратного мартенситного превращения накопленная деформация возвращается засчет эффекта памяти формы. Таким образом, чем больше необратимаяпластическая деформация εp – тем больше должен быть эффект обратимой памятиформы. Если необратимой пластической деформации не наблюдается, то иобратимая память формы не реализуется [46, 47].В материалах с эффектом памяти формы можно наблюдать два типаобратимой памяти формы: мартенситного и аустенитного типа (рисунок 1.20) [4850].а)б)Рис. 1.20. Обратимая память формы в сплаве TiNi после сжатия.а) ОПФ мартенситного типа; б) ОПФ аустенитного типа.Обратимаяпамятьформымартенситноготипанаблюдаетсяпоследеформирования сплава, находящегося в мартенситном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
