Автореферат (1150862), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Методика исследования механических и функциональных свойствбиметаллических пластин с эффектом памяти формы, позволяющая врежиме трех-точечного изгиба измерять силу и прогиб в условияхнепрерывного изменения температуры в широком интервале.2. Особенности обратимого формоизменения биметаллических композитов спамятью формы при термоциклировании, заключающиеся в зависимостиобратимойдеформацииотпоследовательностимартенситныхпревращений, реализующихся в слое из сплава с эффектом памяти формы,а также от величины предварительной деформации.3. Экспериментально установленная зависимость величины обратимойдеформации биметалла от отношения толщины функционального слоя кобщей толщине биметаллической пластичны, имеющая максимум приопределенном отношении толщин. Положение максимума определяетсясоставом биметалла.4.
Результатыкомпьютерногомоделированиянапряженнодеформированного состояния биметаллов с памятью формы и их5функционального поведения при изменении температуры, выполненные сиспользованием модели, учитывающей упруго-пластические свойстваматериалов композита и функциональные свойства сплава с эффектомпамяти формыАпробация диссертацииРезультаты работы были представлены автором на всероссийских имеждународных конференциях: International Conference on MartensiticTransformations ICOMAT-2014 (Бильбао, июль 2014), Международнаяконференция “Сплавы с эффектом памяти формы: свойства, технологии,перспективы” (Витебск, май 2014), Euro Intelligent Materials (Киль, сентябрь2013), 52-й международная научная конференции «Актуальные проблемыпрочности» (Уфа, июнь 2013 ), VII Международная конференция“Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений”(MPFP-2013) (Тамбов, июнь 2013), European Symposium on MartensiticTransformations ESOMAT-2012 (Санкт-Петербург, сентябрь 2012), "ХХПетербургские чтения по проблемам прочности" (Санкт-Петербург, апрель 2012),51-й международная научная конференция “Актуальные проблемы прочности”(Харьков, май 2011), Бернштейновские чтения по термообработке металлическихматериалов (Москва, октябрь 2011), 50-й международный симпозиум«Актуальные проблемы прочности» (Витебск, сентябрь-октябрь 2010), VМеждународная конференция с элементами научной школы для молодежи“Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений”(MPFP-2010) (Тамбов, июнь 2010), The 8th European Symposium on MartensiticTransformations (ESOMAT) (Prague, 2009)Достижения соискателя:1.
Победитель конкурса грантов студентов вузов, расположенных натерритории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых иакадемических институтов, расположенных на территории СанктПетербурга в 20122. Руководитель проекта “Новые термочувствительные биметаллическиеэлементы из сплава TiNi с эффектом памяти формы” в рамках ФЦП“Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” на2012-20133.
Стипендиат правительства РФ в 2013-2014 г.ПубликацииПо материалам работы имеется 15 публикаций из них 4 в изданиях изперечня ВАК.Личный вклад автораАвтор выполнил анализ имеющихся данных по теме исследования,выполнил основную часть экспериментов, осуществил обработку и анализполученных данных, участвовал в разработке методики расчета механическогоповедения и функциональных свойств биметаллических композитов с эффектомпамяти формы и выполнил компьютерное моделирование, участвовал в6обсуждении полученных данных и подготовке публикаций. Беляеву С.П.
иРесниной Н.Н.принадлежит постановка задачи исследования. Рубаником В.В.были предоставлены биметаллические пластины, полученные сваркой взрывом.Рубанику В.В. мл., Рубаник О.Е. принадлежат экспериментальные исследованияраспределения химических элементов в поперечном сечении биметаллическогокомпозита.Работа выполнена при поддержке лаборатории механики перспективныхмассивных наноматериалов для инновационных инженерных приложений(Mechanics of Advanced Bulk Nanomaterials for Innovative Engineering Applications)(дог.
№ 14.В25.31.0017 от 28.06.2013) СПбГУСтруктура и объем работы:Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов и спискаиспользованной литературы, состоящего из 85 наименований. Работа изложенана 122 страницах, иллюстрирована 56 рисунками и содержит 1 таблицу.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯВо введении раскрыта актуальность работы, кратко изложено еесодержание; сформулированы цель и задачи, отмечена научная значимость ипредставлены основные положения, выносимые на защиту.В главе 1 представлен обзор литературы, в котором изложены принципыустройства и функционирования термоприводов на основе сплавов с эффектомпамяти формы. Описаны особенности термоупругих мартенситных превращенийи эффекты памяти формы, которые определяют принцип работы термоприводовс эффектом памяти формы.
Сформулированы преимущества приводов на основеэффекта памяти формы перед обычными биметаллами. Рассмотрены некоторыепримеры применения термоприводов с памятью формы. Сделан вывод онеобходимости создания биметаллических композитов для уменьшениягабаритных размеров приводов и рассмотрены основные методы соединениясплавов с эффектом памяти формы с другими металлическими материалами.Сделан вывод о целесообразности использования метода сварки взрывом длясоединения сплавов с эффектом памяти формы, так как этот метод исключаетлокальное плавления свариваемых материалов.
Проведен анализработпосвященных сварке взрывом сплавов с эффектом памяти формы с различнымиматериалами и установлено, что функционально-механические свойстватермобиметаллов с эффектом памяти формы ранее не были изучены.Рассмотрены модели, описывающее деформационное поведение слоистыхкомпозитов, работающих в режиме изгиба.В главе 2 на основе аналитического обзора, выполненного в главе 1,сформулирована цель и задачи исследования. Описаны использованныематериалы и методики исследования. В качестве объектов исследования выбраныбиметаллические композиты, полученные сваркой взрывом,“сталь Х18Н10Т –Ti49,3Ni50,7”, в котором роль упругого-пластического слоя выполнял слойнержавеющей стали Х18Н10Т, и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” в котором роль упругогопластического слоя выполнял слой никелида титана Ti49,3Ni50,7, проявляющий7свойство псевдоупругости.
Структуру сварного соединения исследовалиметодами оптической и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) наприборах ЛОМО и Zeiss Merlin. Исследование распределения химическогосостава по толщине слоев проводили с использованием аппарата INCAENERGY350x-act/Synergy package Premium. Мартенситные превращения, реализующиесяв слоях TiNi, исследовали методом дифференциальной сканирующейкалориметрии (ДСК) в аппарате Mettler Toledo 822e при охлаждении и нагреваниив интервале температур от 140 оС до -100 оС, и скорости изменения температуры10оС/мин. Исследование распределения значения микротвердости в направленииперпендикулярном сварному шву проводили с использованием аппарата BuehlerMicromet 5103 под нагрузкой 100 г.(а)(б)Рис.
1. (а) - диаграмма деформирования биметаллического композита, (б) – изменениедеформации в процессе изменения температуры.Для исследования функционально-механических свойств биметаллическихкомпозитов была разработана специальная методика, основанная на методикетрехточечного изгиба. Образцы шириной 5 мм и длинной 40 мм с различнойтолщиной деформировали изгибом при постоянной температуре до различныхзначений предварительной деформации (εпред) и разгружали, фиксируя показаниязначений остаточной деформации (εост) (Рис. 1а).
Далее образцы нагревали дляинициирования эффекта памяти формы в функциональном слое композитов итермоциклировали 5 раз в интервале температур мартенситных превращений(Рис. 1б). Из экспериментально полученных зависимостей в координатах ε – Tопределяли величины эффекта памяти формы при первом нагреве (εПФ) иобратимой деформации при термоциклировании (εобр). Для пересчета машинныхпоказателей силы и перемещения использовались следующие формулы длянапряжения = 3 ⁄2ℎ2 и деформации = ℎ⁄2, = ⁄2 + 2 ⁄8, где ширина базы изгиба, – радиус кривизны изгиба, ℎ - толщина образца, –ширина образца.
Температуру образцов измеряли с помощью хромель-копелевойтермопары.В главе 3, состоящей из двух разделов, изложены результатыэкспериментальных и теоретических исследований. В Разделе 3.1 представленырезультаты экспериментальных исследований свойств биметаллическихкомпозитов. Данные оптической микроскопии и СЭМ показали, что в композите“сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”граница между слоями является волнистой безкаких-либо видимых макроскопических дефектов.
В композите “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” граница между слоями также волнистая. Обнаружено измельчение8зеренной структурой в зоне соединения, что может быть связано с большимипластическими деформациями в процессе сварки взрывом. Исследованиераспределения химического состава в поперечном сечении биметалла “стальХ18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” показало, что ширина зоны перемешивания составляет 6мкм.
В композите “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” зона перемешивания не выявлена в связис близким химическим составом слоев композита.Методом ДСК исследованы мартенситныепревращения, реализующиеся при охлаждении и(а)нагреве биметаллических композитов послесварки взрывом. Установлено, что в обоихкомпозитах сварка взрывом приводит кизменениюпараметровмартенситныхпревращений–наблюдаетсясмещениетемператур тепловых пиков, соответствующихфазовым переходам, увеличение температурныхинтерваловпревращенийиуменьшениеэнтальпии превращений.
Такие измененияхарактерны для сплава TiNi, подвергнутогобольшой пластической деформации. Для того,чтобы восстановить функциональные свойстваслоя TiNi необходимо подвергнуть биметаллы(б)термообработке. В работе исследовано влияниетермообработки при температуре 600оС в течение1 часа и при температуре 450оС в течение 2 часовРис.
2. Калориметрические кривые,намартенситныепревращениявполученные при охлаждении инагреваниибиметаллическихбиметаллических композитах. Установлено, чтокомпозитов “сталь Х18Н10Т –после отжига при температуре 600оС в слое TiNiTi49,3Ni50,7” (а) и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”(б) после сварки взрывом.биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”наблюдается B2 ↔B19’ превращение (Рис.3, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
