Диссертация (1150440), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Таким образом, была выделена обратимая память формыаустенитного типа.113Рисунок 5.4. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры принагревании до 130С, охлаждении до 68С и последующем нагреве до 130С иохлаждении.Для выделения ОПФ мартенситного типа образец нагревали до 95С,которая примерно соответствовала минимуму на кривой, представляющейреверсивную обратимую память формы при нагревании (Рисунок 5.2.), иохлаждали до комнатной температуры (Рисунок 5.5).

Как видно из Рисунка 5.5,при нагревании происходит сжатие образца, а при охлаждении – удлинение.Учитывая то, что предварительное деформирование осуществляли растяжением,такое поведение сплава однозначно говорит о том, что это ОПФ мартенситноготипа [99, 100].Рисунок 5.5. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры принагревании до 95С и охлаждении до комнатной температуры.114Таким образом, сформированную нагружением в аустенитном состоянииреверсивную обратимую память формы можно отнести к классическому случаю –сочетанию двух типов обратимой памяти формы.

При изменении температуры от65°С до 110°С в интервале температур мартенситного превращения можновыделить обратимую память формы аустенитного типа, а в интервале температурот 50°С до 95°С – обратимую память формы мартенситного типа, которые могутбыть реализованы неоднократно.Тот факт, что реверсивная обратимая память формы не сводится кпростому суммированию ОПФ мартенситного и аустенитного типов [80], имеетдополнительное подтверждение в виде несимметричности реверсивных участковобратимой памяти формы (Рисунки 5.2-5.4), особенно ОПФ аустенитного типа(Рисунок 5.4).

Очевидно, что реализация ОПФ мартенситного типа в процессенагревания начинается раньше, чем деформационный процесс, связанный с ОПФаустенитного типа. При охлаждении деформационные процессы развиваются вобратном порядке – первой начинается ОПФ аустенитного типа. Также получилоподтверждение то, что при нагревании первой возвращается деформация, котораябылазаданавпоследнююпредварительногонагруженияочередь[95].Действительно,деформированиепритакихвпроцессетемпературахначинается в аустенитном состоянии, затем инициируется и развивается прямоемартенситное превращение и только после этого происходит деформированиеобразовавшейся мартенситной фазы.В следующих опытах была показана возможность регулированиясоотношения участков сжатия и удлинения в реверсивной обратимой памятиформы.

Такая регулировка имеет большое практическое значение, так как онапозволяет варьировать направление и величину рабочего хода исполнительныхэлементов устройств, используя при этом монотонное изменение температуры –только нагревание или только охлаждение.Для исследования этой возможности регулировать деформационноеповедение сплава прямое мартенситное превращение осуществляли не полностью– образец нагревали до 130С, переводя сплав в аустенитное состояние, и115охлаждалидоразличныхтемпературвинтервалетемпературпрямогомартенситного превращения. Затем образец снова нагревали до 130С (Рисунок5.6 и Рисунок 5.7). Как видно, чем полнее осуществлялось прямое мартенситноепревращение, тем более явным становился реверс при нагревании.Рисунок 5.6.

Зависимость деформации сплава TiNi от температуры принагревании до 130С, охлаждении до 58С и последующем нагреве до 130С.Рисунок 5.7. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры принагревании до 130С, охлаждении до 62С и последующим нагревом.116Выше было рассмотрено механическое поведение сплава TiNi в случае,когда возникает реверсивная обратимая память формы после высокоскоростногонагружения. Напомним, что на основании данных, изложенных в главе 4«Функциональныесвойстваникелидаквазистатическомнагружении»,титанаповедениепривысокоскоростномобратимойпамятииформыпринципиально не отличается от того, каким способом – высокоскоростным иликвазистатическим, проводили предварительное нагружение до рассматриваемых вработе остаточных деформаций [101].В связи с тем, что обратимая память формы, в основном, может бытьиспользована в исполнительных элементах, предназначенных для многоцикловойработы, значительный интерес представляет деформационная стабильность этогоэффекта при термоциклировании через интервал температур мартенситногопревращения.

Для исследования такой стабильности образец термоциклировали вдиапазоне температур от комнатной температуры до температуры 140С,охватывающем полный интервал температур мартенситного превращения. Длядальнейшего анализа введем обозначения для различных ветвей реверсивнойобратимой памяти формы: 1 и 2 – для эффекта обратимой памяти формымартенситного типа и 3 и 4 – для эффекта обратимой памяти формыаустенитного типа (Рисунок 5.8). Соответственно, деформации с нечетнымииндексами относятся к этапу нагревания, а с четными индексами – к этапуохлаждения.

Конечно, эти значения не представляют нам полные эффектыобратимой памяти формы мартенситного и аустенитного типов, так как онинакладываются друг на друга в некотором интервале температур (в районе 95Сна этапе нагревания и в районе 68С на этапе охлаждения) и частичнокомпенсируют друг друга. Поэтому мы можем видеть только те частидеформации, где один эффект превалирует над другим, и обозначаем только течасти эффектов обратимой памяти формы, где это превалирование при изменениитемпературы происходит [102].117Рисунок 5.8.

Обозначение различных составляющих реверсивнойобратимой памяти формы: обратимой памяти формы мартенситного(1, 2) и аустенитного (3, 4) типов.На Рисунке 5.9 представлены зависимости всех деформационныхсоставляющих реверсивной обратимой памяти формы от числа термоциклов.Опыты показали, что реверсивная обратимая память формы изменяется притермоциклировании: обратимая память мартенситного типа ε2 и обратимая памятьаустенитного типа ε4 при охлаждении с увеличением числа циклов постепенноуменьшаются. Можно предположить, что с увеличением числа термоцикловобратимая память формы аустенитного типа на стадии охлаждения смещается всторону более низких температур, конкурирует с обратимой памятью формымартенситного типа, что приводит к их взаимной компенсации. Обратимая памятьформы мартенситного типа (ε1) и обратимая память формы аустенитного типа (ε3)на этапе нагревания, имеют достаточно устойчивый характер, несмотря на то, чтос числом термоциклов происходит снижение амплитуд и той и другой(Рисунок 5.9).118Рисунок 5.9.

Зависимость обратимой памяти формы мартенситного (1, 2)и аустенитного (3, 4) типов при нагревании (1, 3) и охлаждении (2, 4) отчисла термоциклов через полный интервал температур мартенситногопревращения.Следует обратить внимание на то, что в первых термоциклах значениядвух типов обратимой памяти формы, составляющих реверсирующую частькривой, при нагревании меньше, чем при охлаждении. А к 20-му циклу всевыглядит наоборот – обе реверсирующие части на этапе нагревания больше, чемсоответствующие ветви кривой при охлаждении.

Более того, реверс приохлаждении, практически, исчезает за счет уменьшения обратимой памяти формыаустенитного типа, а на этапе нагревания реверс остается.Чтокасаетсяструктурныхособенностейреализацииреверсивнойобратимой памяти формы, то так как оба типа обратимой памяти формы связаны смартенситными превращениями, следует напомнить, что в нашем случае мыимеем трехстадийное мартенситное превращение, реализующееся при переходахB2B19 и B2RB19, первое из которых происходят в свободных от частицвнутренних областях зерен, а второе – в районах около границ зерен с119выделившимися частицами Ni4Ti3 [56, 57].

Рентгенографический анализ,проведенный А.Н.Даниловым, и учет структурно-механических особенностейуказанных превращений с изменением температуры нагружения позволилавторам [103] достаточно обоснованно предположить, что обратимая памятьформы мартенситного типа может быть связана с превращением B2B19, аобратимая память формы аустенитного типа – с превращением B2RB19.ОПФ мартенситного типа инициируется во внутренних областях зерен,свободных от частиц Ni4Ti3, а ОПФ аустенитного типа – в областях, близких кграницам зерен и обогащенных частицами Ni4Ti3. В связи с этим можнопредположить, что именно этим и объясняется такое циклическое поведениереверсивной обратимой памяти формы. Действительно, любая обратимая памятьформы инициируется внутренними напряжениями, которые, релаксируя приохлаждении через интервал температур прямого мартенситного превращения,приводят к накоплению деформации за счет эффекта пластичности превращения.Именно эта деформация возвращается при нагревании через интервал температуробратногомартенситноговосстановлениевнутреннихпревращения,напряженийобеспечивая,итакимобразом,деформационныеэффекты,классифицируемые как обратимая память формы.

Циклическое поведениереверсивной памяти формы указывает на то, что внутренние напряжения поразному релаксируют внутри зерен и в районе их границ. Кроме того, повидимому, на этапе охлаждения обратимая память формы мартенситного иаустенитного типа смещаются по температуре друг навстречу другу из-забольшей чувствительности прямого мартенситного превращения к действиюнапряжений, чем обратное мартенситное превращение.В заключение данной главы можно отметить, что в результатепроведенныхисследованийбылнайденпростойспособформированияреверсивной обратимой памяти формы, заключающийся в деформированииникелида титана в аустенитном состоянии в некотором температурном интервале.Показано, что реверсивная обратимая память формы в никелиде титанапредставляет собой сочетание обратимой памяти формы аустенитного и120мартенситного типов.

Установлено, что с числом циклов реверсивная обратимаяпамять формы уменьшается на протяжении первых 10-20 термоциклов.Обратимаяпамятьформыаустенитноготипаменееустойчивапритермоциклировании, чем обратимая память формы мартенситного типа, чтоприводит к исчезновению деформационного реверса при охлаждении.С практической точки зрения реверсивный характер деформированияпозволяет осуществить одно и то же деформационное поведение материала,например, сжатие, за счет независимой реализации мартенситного и аустенитноготипов памяти формы в отличных друг от друга температурных интервалах и приразныхпоследовательностяхнагреванияиохлаждения.Воднократносрабатывающих или малоцикловых устройствах эффект реверсивной обратимойпамяти формы можно использовать как на этапе нагревания, так и на этапеохлаждения. В устройствах многоциклового действия эффект реверсивнойобратимой памяти формы можно использовать только во время полуцикланагревания.121ЗаключениеВыполненоисследованиемеханическихифункциональныхсвойствэквиатомного сплава TiNi при высокоскоростном и квазистатическом растяжениивтемпературномпревращения,интервале,установленыохватывающемзависимостиинтервалсвойств сплавамартенситногооттемпературыдеформирования.

Характеристики

Список файлов диссертации