Диссертация (1150863), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Кроме того, положениенейтральной линии изменяется при деформировании и термоциклировании.Подробный анализ изменения положения нейтральной линии будет представленниже.На Рисунке 51 представлены диаграммы деформирования внешних ивнутренних волокон слоёв биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” с различнымсоотношением толщины функционального слоя к общей толщине композита.Как уже упоминалось, положение нейтральной линии, соответствующейнулевой деформации в биметаллическом композите, не всегда совпадает с границейраздела двух металлов и, кроме того, изменяется при температурных идеформационных воздействиях. Определение положения нейтральной линии можетбыть осуществлено путем построения распределения деформаций по толщинебиметалла.
На Рисунках 52 и 53 представлены расчётные распределения напряженийи деформаций по толщине биметаллов “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” и “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” с различным соотношением k. В соответствии с положениями модели [76],предполагается, что деформации и напряжения изменяются линейно по толщинеслоёв. Кроме того, напряжения претерпевают разрыв на границе слоёв, а длядеформации выполняется условие неразрывности (27).109(а)(б)(в)(г)Рисунок 52. Изменение распределения напряжений (а, в) и деформаций (б, г) в ходе численногоэксперимента в биметаллическом композите “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” с соотношениямитолщин = 45% (а, б) и = 65% (в, г).Линии, обозначенные цифрами 1 – 5 на Рисунках 52 и 53 соответствуютследующим этапам температурно-деформационных воздействий на биметаллическиеобъекты:110(а)(б)(в)(г)Рисунок 53.
Изменение распределение напряжений (а, в) и деформаций (б, г) в ходе численногоэксперимента в биметаллическом композите “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” с соотношениями толщин =45% (а, б) и = 55% (в, г)1 – окончанию активного деформирования в изотермических условиях2 – окончанию разгрузки3 – окончанию нагревания после разгрузки4 – окончанию охлаждения биметалла через интервал прямого мартенситногопревращения5 – окончанию нагрева биметалла через интервал обратного мартенситногопревращения.111Линии раздела и границ материалов на рисунках обозначены пунктиром, аположение нейтрального слоя на разных этапах обозначено на Рисунке 52б,г иРисунке 53б,г горизонтальной линией соответствующего цвета.
Из рисунков видно,что положение нейтральной линии изменяется в процессе нагрузки, разгрузки итермоциклирования.Крометого,еёположениезависиткакотсоставабиметаллического композита, так и от соотношения толщин слоёв k. В этом можноубедиться, сравнив между собой Рисунки 52б,г и Рисунки 53б,г. Отметим также, чтонейтральная линия в процессе численного эксперимента может пересекать линиюраздела двух материалов и находиться как внутри функционального слоя, так и внутриупруго-пластического слоя.Очевидно, что максимальная обратимая деформация при термоциклированиибиметалла на этапах 4 и 5 будет наблюдаться тогда, когда весь объемфункционального слоя деформирован растяжением, а весь объем упругопластического слоя сжатием. Такая ситуация реализуется в случае, если нейтральнаялиния проходит в точности по границе раздела компонентов биметалла.
Анализполученных расчётных результатов показывает, что нейтральная линия находитсявблизи границы раздела на этапах 1 и 2 только при некотором соотношении толщинслоёв k. Для биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” это соотношение близко к 65%,а для биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” – к 55% (см. Рисунок 52г и Рисунок 53г).1123.2.4. Моделирование функциональных свойств биметаллов с памяти формыКак было показано в экспериментах, одним из важнейших факторов,определяющих величину обратимой деформации термобиметаллов с памятью формы,является степень предварительной деформации, а именно величина деформации ост ,которую приобретает биметалл после деформирования и разгрузки при температуре,соответствующей мартенситному состоянию функционального слоя.
В процессепоследующегонагреваниячерезтемпературныйинтервалмартенситногопревращения биметалл частично восстанавливал деформацию ПФза счетоднократного эффекта памяти формы, а при последующем термоциклированииобратимо деформировался на величину обр .
В процессе компьютерных расчётовисследовали влияние остаточной деформации ост на обратимую деформацию обр ,воспроизводя те же воздействия на биметаллический объект, которые производили вэкспериментах на реальных образцах. На Рисунке 55а изображена расчетнаядиаграмма изотермического деформирования биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” притемпературе 55оС, соответствующей мартенситному состоянию функциональногослоя Ti50Ni50. На Рисунке 55б показано каким образом объект деформируется припоследующем нагревании и термоциклировании.
При расчетах учитывали, что(а)(б)Рисунок 55. Экспериментальные зависимости механического поведения биметаллическихкомпозитов; а – изотермическое деформирование и разгрузка (1-й этап), б – неизотермическоеизменение деформации (2-й этап)113эффект памяти формы в биметаллах несовершенен, то есть деформация, задаваемая вмартенситном состоянии, не восстанавливается полностью при первом нагревании.Для этого вводили коэффициент возврата деформации Kr, равный отношениюПФ ⁄ост . Эксперименты показали, что величина эффекта памяти формы ПФуменьшается экспоненциально с ростом ост .
В соответствии с этим изменяликоэффициент возврата Kr при изменении ост .Для того, чтобы в рамках используемой модели определить оптимальноезначение величины k были построены расчетные зависимости величины обратимойдеформации обр от отношения толщин функционального слоя к общей толщинебиметаллических композитов. Эти зависимости изображены на Рисунке 54, где длясравнения представлены и экспериментальные данные. Из Рисунка 54 видно, чторасчетные зависимости, также как и экспериментальные, имеют максимум.
Длякомпозита “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” положение максимумов на расчетной иэкспериментальной зависимости совпадают и соответствуют величине k, равной 65%.Для композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” максимум на экспериментальной зависимости(а)(б)Рисунок 54. Сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей обратимой деформации ототношения толщины функционального слоя к общей толщине композита () для композитов“сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” (а) и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б).114соответствует величине k, равной 55%, однако расчетная зависимость оказываетсянесколько смещенной относительно экспериментальной. Это смещение не превышает8%, что дает возможность констатировать удовлетворительное согласие расчета иэксперимента.Из всего сказанного можно заключить, что используемая расчётная модель, вопервых, адекватно описывает влияние геометрического фактора k на обратимуюдеформацию и, во-вторых, показывает, что наибольшая обратимая деформациядостигается в том случае, когда нейтральный слой расположен в плоскости границыраздела двух материалов.(а)(б)Рисунок 56.
Зависимости величины обр от величины ост , полученные в результате эксперимента(черные точки) и расчета (красные точки) для композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,4Ni50,6” (а) и“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б)Расчётные зависимости величины обратимой деформации обр от остаточнойдеформации для биметаллических композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” и“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” представлены на Рисунке 56.
Здесь же для сравненияизображены зависимости, полученные экспериментальным путём. В целомкомпьютерный расчет удовлетворительно описывает экспериментальные данные.Исключением является область малых деформаций для биметалла “сталь Х18Н10Т –Ti49,3Ni50,7” и область больших деформаций для биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”. Это115обусловлено тем, что используемая модель не учитывает некоторые особенностифункционально-механического поведения сплавов с эффектом памяти формы. Вчастности, в основных положениях модели не принимается во внимание возможностьподавленияэффектапамятиформыврезультатеразвитияпластической(необратимой) деформации в области больших предварительных деформаций.
Крометого, модель не учитывала, что деформационное поведение никелида титана придеформировании сжатием и растяжением несколько отличаются друг от друга.В заключении можно отметить, что используемая для расчётов модельфункционально-механического поведения термобиметаллов с эффектом памятиформы в целом удовлетворительно описывает экспериментальные результаты иможет быть использована для прогнозирования свойств биметаллов различногосостава. Кроме того, модель позволяет оценивать оптимальные геометрическиепараметрыбиметаллическихпластинианализироватьихнапряженно-деформированное состояние при различных деформационных и температурныхвоздействиях.116ЗаключениеВ настоящей диссертационной работе выполнено исследование структуры ифункционально-механических свойств биметаллов с эффектом памяти формы,изготовленных методом сварки взрывом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
