Автореферат (1149858)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСИБИРЕВ Алексей ВладимировичНЕОБРАТИМАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПРИМНОГОКРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТА ПАМЯТИФОРМЫ В СПЛАВЕ TiNi01.02.04–Механика деформируемого твердого телаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукСанкт-Петербург 2014Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник кафедрытеории упругости СПбГУБеляев Сергей ПавловичОфициальные оппоненты:доктор техничеких наук,профессорМельников Борис Евгеньевич(Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет,заведующий кафедрой "Сопротивлениематериалов")кандидат физико-математических наукНиколаев Владимир Иванович(Физико-технический институт им.А.Ф. Иоффе Российской академии наук,старший научный сотрудниклаборатории Физики профилированныхкристаллов)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт машиноведения им.
А.А. БлагонравоваРоссийской академии наук (ИМАШ РАН)Защита состоится 25 декабря 2014 года в 14 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.30 при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф,Университетский пр., 28, математико-механический факультет, ауд. 405.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.
М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, СанктПетербург, Университетская наб., 7/9 и на сайте http://spbu.ru/science/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/235Автореферат разослан “____” ___________ 2014 г.Ученый секретарь диссертационного советадоктор физ.-мат. наукКустова Е.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыCплавы с памятью формы обладают уникальной способностьювосстанавливать значительную неупругую деформацию.
Благодаря этому онинашли широкое применение в космонавтике, медицине и промышленности. Поусловию срабатывания сплавов с памятью формы все применения можноусловно разделить на две группы, к первой группе относятся устройства, вкоторых необходимо однократное срабатывание - это в первую очередьтермомеханические муфты и различные медицинские стенты, протезы изажимы, а также устройства расчековки и развёртывания, используемые вкосмической отрасли.
Ко второй группе относятся устройства многократногодействия: термоприводы, двигатели и другие устройства. Для таких устройствважным параметром является способность сплава сохранять свойства примногократно повторяющихся теплосменах. Самыми распространёнными средисплавов с памятью формы являются сплавы на основе TiNi (никелид титана).Они обладают уникальным набором свойств - высокими значениямивосстанавливаемой деформации и развиваемых усилий, высокой прочностью ипластичностью, высокой коррозийной стойкостью, благодаря чему широкоприменяются во многих отраслях промышленности и медицине. Для многихприменений часто необходимо, чтобы температуры мартенситныхпревращений сплава были выше комнатных. Такие характеристическиетемпературы мартенситных переходов наблюдаются в сплаве TiNi состава,близкого к эквиатомному.
Вместе с тем, эквиатомный сплав TiNi не проявляетхорошей термостабильности функциональных свойств. Большое количествоэкспериментальных данных показывает, что при многократных теплосменах всплавах на основе TiNi наблюдается изменение параметров эффектов памятиформы, температур их проявления, может изменяется стадийностьпревращений [1], а также наблюдается накопление необратимой деформации[2]. Эти изменения нежелательны, так как приводят к изменениюгеометрических и силовых характеристик рабочего тела устройства и,следовательно, снижают его эксплуатационный ресурс.
Поэтому актуальнойявляется задача разработки методов повышения стабильности свойств сплавовTiNi, близких к эквиатомному составу. Для успешной разработки этих методовнеобходимо иметь представления о механизмах накопления необратимойдеформации при термоциклировании. Исследованию этого вопроса посвященонекоторое количество работ отечественных и зарубежных авторов. Однако,результаты этих работ часто находятся в противоречии друг с другом.
Так в [2]полагают, что необратимая деформация накапливается при охлаждении вовремя прямого мартенситного превращения, с другой стороны в [3] показано,что необратимая деформация накапливается во время нагревания на стадииобратного мартенситного превращения. Такое противоречие может бытьобусловлено, как различием объектов исследования (химического составасплавов и их термообработки), так и различием методов исследованиястабильности функциональных свойств сплавов с памятью формы.
Кроме того,3другим важным фактором является величина действующего напряжения вовремя термоциклирования. Известно, что стабильность функциональныхсвойств зависит от того, как величина напряжения, действующего притермоциклировании, соотносится с пределом переориентации мартенситнойфазы [2].
Так, если действующее напряжение меньше предела переориентации,то величина эффектов пластичности превращения и памяти формы возрастаетпри увеличении числа термоциклов [2]. Если же действующее напряжениепревышает предел переориентации, то величина эффекта пластичностипревращения уменьшается при увеличении числа термоциклов, а величинанакопленной деформации возрастает [2]. Можно предположить, что различия вфункциональном поведение при термоциклировании под различной нагрузкойобусловлены различиями в механизмах накопления необратимой деформации.Однакомеханизмынакоплениянеобратимойдеформациипритермоциклировании сплава TiNi недостаточно изучены. Существующиеподходы к описанию данного процесса часто находятся в конфликте друг сдругом, что не позволяет предложить адекватную модель механизманакопления необратимой деформации.
Это, в свою очередь, препятствуетописанию и прогнозированию изменения функциональных свойств сплавов спамятью формы при термоциклировании, что существенно сужает спектр задач,которые могут быть решены с помощью этих сплавов.В связи с вышесказанным, целью настоящей работы являлосьисследование особенностей накопления необратимой деформации истабильности функциональных свойств при термоциклировании эквиатомногосплава TiNi через температурный интервал мартенситных превращений,определение физических процессов, ответственных за механическое поведениематериала при теплосменах, и развитие численных методов описания ипрогнозирования такого поведения.
Для достижения поставленной целинеобходимо было решить следующие задачи:1. Разработать методику исследования влияния доли температурногоинтервала прямого или обратного переходов на накопление необратимойдеформацииистабильностьфункциональныхсвойствпритермоциклировании сплавов с памятью формы.2. Исследовать изменение параметров мартенситных превращений иизменения удельного электросопротивления при термоциклировании черезтемпературный интервал мартенситных превращений сплава Ti50Ni50 безнагрузки.3.
Исследоватьособенностинакоплениянеобратимойдеформации,стабильностифункциональныхсвойств,измененияудельногоэлектросопротивления при термоциклировании сплава Ti 50Ni50 черезразличную долю температурного интервала прямого или обратногомартенситного превращения под напряжением.4. Произвести расчёты для апробации модели, описывающей изменениефункциональных свойств и накопления необратимой деформации притермоциклировании сплава TiNi. При необходимости модифицировать4модель с целью достижения максимального приближения расчётныхрезультатов к экспериментальным.Научная новизнаВ диссертации получены новые знания о механизмах накоплениянеобратимой деформации при термоциклировании Ti50Ni50 через неполныйтемпературный интервал прямого или обратного мартенситных превращений.Показано, что необратимая деформация в основном накапливается назавершающей стадии прямого мартенситного превращения.
Эта деформацияобусловлена появлением при охлаждении благоприятно ориентированныхкристаллов мартенсита, сдвиг которых сонаправлен с вектором действующейнагрузки. Установлено, что при термоциклировании под напряжением,превышающем критическое напряжение переориентации мартенсита,дополнительное накопление необратимой деформации происходит из-засиловой переориентации неблагоприятно ориентированных вариантовмартенсита. Обнаружено, что при нагревании сплава Ti 50Ni50 во времяобратного мартенситного превращения происходит его разупрочнение.Показано, что модифицированная модель на основе структурно-аналитическойтеории прочности удовлетворительно описывает процессы накоплениянеобратимой деформации и изменения функциональных свойств притермоциклировании сплава Ti50Ni50 через различную долю температурногоинтервала прямого мартенситного превращения. Установлено, чтомодифицированная модель учитывает особенности накопления необратимойдеформации на различных стадиях прямого мартенситного превращения.Практическая значимостьПрактическая значимость результатов исследования заключается в том,что на основе полученных знаний могут быть даны практические рекомендацииинженерам, разрабатывающим устройства многократного действия на основесплавов с памятью формы, по выбору силовых и температурных режимовработы устройства, обеспечивающих стабильность функциональных свойствсплава TiNi, а, следовательно, и рабочих характеристик устройства.Степень достоверности результатов обоснована применением современныхметодикиоборудования,воспроизводимостьюэкспериментальныхрезультатов, использованием современных методов теоретического расчёта,соответствием полученных результатов и результатов других отечественных изарубежных исследователей.
Результаты и выводы по работе находятся всогласии с современными представлениями о природе процессов неупругойдеформации материалов с мартенситными переходами.Основные положения, выносимые на защиту1. Методика исследования изменения функциональных свойств сплавов спамятью формы при термоциклировании через различную долютемпературного интервала прямого мартенситного превращения.2. Накоплениенеобратимойдеформациипритермоциклированииэквиатомного никелида титана происходит в процессе прямогомартенситного превращения вследствие пластической аккомодации5локальных напряжений при росте "благоприятно ориентированных"кристаллов мартенсита, сопровождающемся сдвигом, сонаправленным свнешней нагрузкой.
Увеличение доли ориентированных вариантовмартенсита приводит к возрастанию необратимой деформации.3. В процессе термоциклирования эквиатомного никелида титана на этапенагревания через температурный интервал обратного превращенияпроисходит разупрочнение материала, величина которого пропорциональнадоле материала претерпевшего переход мартенсит → аустенит.4. Модифицированное уравнение изменения силы микропластического теченияв модели на основе структурно-аналитической теории прочности ЛихачёваМалинина, которая позволяет удовлетворительно описать накоплениенеобратимой деформации и изменение функциональных свойств притермоциклировании сплава TiNi.Апробация диссертацииРезультаты работы были представлены на всероссийских имеждународныхконференциях:50-ыймеждународныйсимпозиум«Актуальные проблемы прочности» (Витебск, 27 сентября - 1 октября 2010),Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлическихматериалов (Москва, 26-28 октября 2011), VI-ая Евразийская научнопрактическая конференция “Прочность неоднородных структур” (Москва, 1719 апреля 2012), XX-ые Петербургские чтения по проблемам прочности (СанктПетербург, 10-12 апреля 2012), European Symposium on MartensiticTransformation ESOMAT-2012 (Санкт-Петербург, 9-16 сентября, 2012),International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST2013).
Прага, май 21-24, 2013, 54-ая международная конференция «Актуальныепроблемы прочности», Россия, Екатеринбург, 11-15 ноября 2013,международная конференция «Сплавы с эффектом памяти формы: свойства,технологии, перспективы», Витебск, Беларусь, 26-30 мая, 2014, InternationalConference on Martensitic Transformations (ICOMAT-2014), Бильбао, Испания,июль 6-11, 2014.Достижения соискателя:1. Победитель конкурса грантов студентов вузов, расположенных натерритории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых иакадемических институтов, расположенных на территории СанктПетербурга в 2011 и в 2013 годах.2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
