Диссертация (1150863), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Максимальное значениевеличины эффекта памяти формы составило 2,5 %. Величина коэффициента возвратауменьшается с увеличением остаточной деформации вне зависимости от режимапредварительной термообработки.(а)(б)Рисунок 45. Зависимость величины эффекта памяти формы и коэффициента возврата отостаточной деформации в биметаллических композитах “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” (а) и“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б)Рисунок 45б показывает влияние остаточной деформации на величинудеформации памяти формы и величину коэффициента возврата при первом нагреве вбиметаллическом композите “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”, подвергнутого различнымтермообработкам.
Видно, что величина эффекта памяти формы в композитемонотонно увеличивается при увеличении величины остаточной деформации, однакостоит отметить что в композите, отожженном при температуре 450оС, скорость ростаэтой зависимости намного выше. Так, максимальная величина, восстановленной припервом нагреве деформации в композите после отжига при температуре 600 оС непревышает 2 %, в то время как эта же величина в композите после отжига при 450оС92достигает 4 %.
Из Рисунка 45б видно, что биметалл подвергнутый термообработкепри температуре 450оС демонстрирует более высокую способность к восстановлениюдеформации, нежели биметалл, подвергнутый термообработке при температуре600оС.(а)(б)(в)(г)Рисунок 46. Зависимость величины обратимой деформации, наблюдаемой в первом и пятомтермоциклах от остаточной деформации биметаллических композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”после отжига при 600оС (а) и 450оС (б) и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” после отжига при 600оС (в) и 450оС(г).Для дальнейшего исследования деформационного поведения биметаллическихкомпозитов, образцы подвергали многократным теплосменам. В конце каждого93термоцикла снимались показания величин обратимой деформации εобр при нагреве.Влияние величины εост на величину εобр в биметаллических композитах, а так жевлияние количества теплосмен на величину εобр представлено на Рисунке 45.
Видно,что для биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” подвергнутого термообработке притемпературе 600оС справедливо то, что если остаточная деформация не превосходит2 %, обратимая деформация в образце не наблюдается (Рисунок 49а). По всейвидимости, изменения деформации настолько незначительны, что возникающихнапряженийоказываетсянедостаточнодляинициированиясколь-нибудьзначительного по величине эффекта пластичности превращения в первом термоцикле.В образцах с остаточной деформацией более 2 % в первом термоцикле наблюдаетсяизменение деформации. Дальнейшее термоциклирование по-разному влияет навеличину обратимой деформации в зависимости от уровня предварительнойдеформации.
При остаточных деформациях менее 7 % наблюдается эффекттренировки [83], и величина обратимой деформации увеличивается от цикла к циклу.В то же время, в образцах с остаточной деформацией, превышающей 7 %, имеет местоуменьшение величины обратимой деформации по мере увеличения количестватермоциклов. Очевидно, что увеличение степени предварительного деформированияприводит к увеличению напряжений, возникающих в биметалле при теплосменах. Изранних работ [85] следует, что термоциклирование под небольшими напряжениямиможет приводить к увеличению функциональных свойств сплава TiN от цикла к циклуза счет эффекта тренировки. Однако, увеличение напряжений может приводить кдеградации эффектов памяти формы. Таким образом, можно заключить, что привеличинах остаточной деформации превышающих 7% напряжения в биметалле стольвысоки, что термоциклирование приводит к уменьшению величины обратимойдеформации.Совершенно противоположную зависимость величины обратимой деформацииот величины остаточной деформации можно наблюдать в биметалле “сталь Х18Н10Т– Ti49,3Ni50,7”, подвергнутом термообработке при температуре 450оС (Рисунок 46б).94Видно,чтонакоплениеобратимойдеформациинаблюдаетсядажепринезначительных значениях остаточной деформации.
Так же, можно отметить, что помере увеличения εост величина εобр увеличивается до значения порядка 1% и далееслабо изменяется. Термоциклирование приводит к уменьшению величины обратимойдеформации, независимо от величины остаточной деформации в образце послеразгрузки.Влияние величины εост на величину εобр в биметаллическом композите“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” для различных режимов термообработок, а так же влияниеколичества теплосмен на величину εобр, представлено на Рисунке 46в,г. Видно, чторежим предварительной термообработки оказывает существенно влияние на видзависимостей.
Так после отжига при температуре 600оС в течение одного часа,сначала наблюдается рост величины обратимой деформации по мере увеличениявеличины εост до 4,5 %, а при дальнейшем ее увеличении величина εобр резко падает иснижается до значения 0,3 %. В то же время, отжиг при температуре 450оС в течениедвух часов приводит к линейному увеличению величины обратимой деформации приувеличении величины остаточной деформации и достигает максимального значения0,83 %. Так же стоит отметить, что отжиг при температуре 600оС приводит к тому, чтовеличина обратимой деформации слабо меняется при термоциклировании, а отжигпритемпературе450оСприводиткреализацииэффектатренировкивбиметаллических композитах, о чем свидетельствует увеличение величиныобратимой деформации при увеличении числа термоциклов.Результатыисследованияфункциональныхсвойствбиметаллическихкомпозитов показывают, что режим предварительной термообработки, рáвно как истепень предварительной деформации, могут быть использованыв качествефакторов воздействия на биметаллические композиты с целью достижения желаемогоими желаемого набора функционально-механических свойств.953.2.
Расчетные результаты3.2.1. Модель функционально-механического поведения биметаллическихкомпозитов с эффектом памяти формыЭффективное использование термобиметаллов с памятью формы невозможнобез разработки методов расчёта их функционально-механического поведения.Расчетные методы должны основываться на современных знаниях о структуресплавов с памятью формы, о закономерностях изменения их механических свойствпри изменении температуры, о проявлениях обратимости больших неупругихдеформаций. Одновременно с этим необходимо учитывать особенности строениякомпозитного материала, взаимодействие между слоями биметаллической пластины,напряженно-деформированное состояние слоев при различных температурносиловых воздействиях.
Ввиду сказанного, построение модели функциональномеханического поведения термобиметаллов с памятью формы представляетсядостаточно сложной задачей.В работе [76] предложена механическая модель для описания свойствтермобиметаллов с памятью формы, в которой сделан ряд упрощающих допущений.В то же время, предлагаемый подход позволяет определить основные параметрымодели из простых экспериментов и произвести оценку деформаций и напряжений вбиметаллической пластине с учетом фазовых переходов в одном из слоёв. По этойпричине в настоящей работе модель [76] взята за основу для выполнениякомпьютерных расчётов и описания функционально-механического поведениябиметаллов использованных при выполнении экспериментальных исследований.96Рисунок 47.
Схематическое изображение участка биметаллической пластины (а) с указаниемраспределения напряжений в нем (б).На Рисунке 47 изображен участок биметаллического композита состоящего изсплава с памятью формы (СПФ) и упруго-пластического материала. Толщина слояСПФ обозначена h1, а толщина упруго-пластического слоя – h2. В [76] предполагали,что напряжения в каждом из слоев распределены по линейному закону: в слое из СПФ1 = 1 +21ℎ1( − )ℎ12(17)2 = 2 +22ℎ2( − )ℎ22(18)а, в упруго-пластическом слоегде i — среднее значение напряжения в i-м слое, а si —максимальное отклонение отсреднего значения (здесь и далее значение i = 1 соответствует слою из СПФ,i = 2 — упрого-пластическому слою).Таким образом напряжения в крайнем внешнем(out) и внутреннем (in) волокнах СПФ равны соответственно 1 = 1 + 1 и 1 =1 − 1 , а в упругом слое 2 = 2 + 2 и 2 = 2 − 2 .
Поле напряжений можетбыть неразрывным на границе.Величины продольных сил на единицу ширины были найдены путеминтегрирования напряжения по толщине слоев:97ℎ11 = ∫ (1 +021ℎ1( − )) = 1 ℎ1 ,ℎ1202 = ∫ (2 +−ℎ222ℎ2( − )) = 2 ℎ2 .ℎ22(19)(20)Статическое условие равенства нулю продольной силы N (на единицу ширины) имеетвид1 ℎ1 + 2 ℎ2 = 0(21)ℎ1 1 + ℎ2 2 = 0(22)или в приращений 1 и 2 :Величина изгибающего момента на единицу ширины в слоях:ℎ121ℎ1ℎ121 = ∫ (1 +( − )) = (31 + 1 )ℎ126(23)0022ℎ2ℎ222 = ∫ (2 +( − )) = (−32 + 2 ) .ℎ226(24)−ℎ2Таким образом, как показано в [76], приращение суммарного момента, равного =1 + 2 , представляется в виде:3ℎ12 1 + ℎ12 1 − 3ℎ22 2 + ℎ22 2 = 6.(25)Полагали, что для любого поперечного сечения биметаллического композитасправедлива гипотеза плоских сечений (Рисунок 48).
Обозначая через уголотносительного разворота сечений и через R радиус кривизны линии стыка можнозаписать соотношения для длин дуг наружного C1 , внутреннего C2 слоев и стыкаэлементов C0 :1 = ( + ℎ1 ) = 0 (1 + 1 )0 = = 0 (1 + 1 ) = 0 (1 + 2 )2 = ( − ℎ2 ) = 0 (1 + 2 )(26)98где и — деформации в наружном и внутреннем волокне i – го слоясоответственно.
Это позволяет записать следующее соотношение для приращениядеформаций в крайних волокнах функционального и упруго-пластическогоэлементов:ℎ2 (1 − 1 ) + ℎ1 (2 − 2 ) = 0(27)При моделировании исключалась возможность разрыва или проскальзыванияслоев относительно друг друга, что позволило записать условие неразрывностидеформаций на границе соединения двух материалов:1 = 2(28)Рисунок 48. Схематичное изображение деформированного элемента биметаллического композитаЗависимости − для различных слоев биметалла в работе [76] были полученыпутемаппроксимацииупруго-пластическихдиаграммизотермическогодеформирования материалов кусочно-линейными функциями так, что приращениедеформации в слое из СПФ и в соседнем слое равны соответственно:1 =1111∗ + ( − ) H(|1∗ | − 1 )H(|1∗ |)1∗11 1(29)2 =1112∗ + ( − ) H(|2∗ | − 2 )H(|2∗ |)2∗ ,22 2(30)99где Ei и Hi — модуль Юнга и коэффициент упрочнения, — напряжение течения i –го слоя, ∗ — действующее в i – м слое напряжение (например, в наружном слое СПФ1∗ = 1 = 1 + 1 ), H — функция Хевисайда: H(x) = 1 при x > 0, и H(x) = 0 при x ≤0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
