Диссертация (1150863), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Таким образом, целью данной работы являлось комплексное изучениефункционально-механических свойств биметаллических композитов на основесплавов с эффектом памяти формы, полученных методом сварки взрывом.Естественно предположить, что на функциональные свойства данных объектовбудет оказывать влияние множество факторов. Так, совершенно очевидно, чтофункциональные свойства сплава с памятью формы будут оказывать огромноевлияние на свойства композита в целом.

Так же следует отметить, что составматериала упругого контрслоя так же окажет существенное влияние на поведениебиметалла. Известно, что функционально-механические свойства сплавов с эффектомпамяти формы в значительной степени зависят от величины предварительнойпластической деформации оказанной на них. Данный эффект следует также ожидатьи от биметаллических термоприводов, в состав которых входят сплавы с эффектомпамяти формы. Можно предположить, что соотношение толщин функционального иупругого слоя будут оказывать влияние на способность композита демонстрироватьобратимое формоизменение при теплосменах.

Кроме того, следует отметитьактуальность изучения влияния количества самих теплосмен на величину обратимойдеформации.В связи со сказанным, целью работы явилось систематическое изучениефункционально-механических свойств биметаллических композитов с памятьюформы, определение оптимальных термических и деформационных воздействий набиметаллы для достижения максимальной обратимой деформации и развитие методов8описания и прогнозирования термомеханического поведения термобиметаллов спамятью формы.Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:1.

Исследовать строение сварного соединения, структуру слоев и кинетикумартенситных превращений биметаллических композитов на основе сплаваTiNi с эффектом памяти формы, полученных методом сварки взрывом.2. Изучить влияние режимов предварительной термообработки на структуру слоевикинетику мартенситныхпревращенийполученныхбиметаллическихкомпозитов.3. Разработать методику испытания в режиме изгиба плоских образцовпозволяющую производить деформирование при постоянной температуре споследующим термоциклированием в интервале температур мартенситныхпревращений сплавов с эффектом памяти формы, входящих в составбиметаллических композитов.4. Изучить влияние различных факторов, таких как функциональные свойстваслоя TiNi, состав материала упругого слоя, соотношение толщин слоев,величинапредварительнойдеформации,режимпредварительнойтермообработки и количества теплосмен на функциональные свойствабиметаллических композитов.5.

Выполнитьчисленноемоделированиемеханическогоповедениябиметаллических композитов на основе сплавов с эффектом памяти формы сиспользованиемсуществующихтеоретическихмоделей,описывающихтермомеханическое поведение сплавов с эффектом памяти формы. Произвестисравнение полученных экспериментальных и расчетных данных.В первой главе содержится аналитический обзор научной литературы,посвященной теме исследования.

Изложены принципы работы термомеханическихприводов с памятью формы, приведены сведения об известных технологияхсоединения разнородных металлов и сплавов, в частности, анализируются результаты9работ с биметаллами, полученнымиспособытеоретическогоописаниясваркой взрывом, рассмотрены имеющиесянапряженно-деформированногосостоянияслоистых композитов.Во второй главе изложены цель работы и представлены методы исследования.Вработеиспользованыметодысветовойиэлектронноймикроскопии,дифференциальной сканирующей калориметрии, измерения микротвердости истандартные и оригинальные методы механических испытаний в условияхнепрерывногоизменениятемпературы.Расчетныерезультатыполученысиспользованием компьютерного моделирования напряженно-деформированногосостояния биметаллических объектов.Третьяглавапосвященаанализурезультатовэкспериментальныхитеоретических исследований функционально-механических свойств биметаллов спамятью формы.

Исследованы биметаллические композиты “сталь Х18Н10Т –Ti49,3Ni50,7” и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”, полученные методом сварки взрывом.Установлено, что в результате сварки взрывом температурные интервалымартенситныхпревращенийвникелидетитанасущественнорасширяютсяотносительно исходного материала. Это происходит в результате большихпластических деформаций, которым подвергается сплав при высокоскоростномсоударении. Последующая термообработка при различных температурах не толькоприводит к восстановлению температурной кинетики фазовых переходов, но ииспользуется для достижения различной последовательности превращений вфункциональных слоях композита с содержанием никеля 50,7 ат.

%. Для выполнениямеханических испытаний спроектирована и изготовлена специальная термокамера,предназначенная для изучения изгибающей силы и прогиба в режиме трехточечногоизгиба с непрерывным изменением температуры в интервале +200 оС ÷ -50оС. Спомощью разработанной методики установлены оптимальные соотношения толщинслоёв для биметаллических пластин “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” и “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” при которых достигается наибольшее значение величины обратимой10деформации при термоциклировании. Для биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”оптимальное отношение толщины слоя TiNi к общей толщине биметалла составляет60-65 %, а для биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” оптимальное отношение толщиныфункционального слоя Ti50Ni50 к общей толщине образца составляет 55-60 %.Исследовано влияние величины предварительной деформации на способностьтермобиметалловдемонстрироватьобратимуюдеформациювпроцессемногократных теплосмен.

Показано, что величина самопроизвольной обратимойдеформации зависит от режима термообработки и достигает 1 % на температурноминтервале 150оС. При повторении термоциклов обратимая деформация изменяетсянезначительно.Для компьютерного моделирования функционально-механического поведениябиметаллических композитов с памятью формы использовалась модель, в которойучитываются упруго-пластические свойства материалов и функциональные свойствасплава с эффектом памяти формы, связанные с фазовыми переходами мартенситноготипа. Выполнены компьютерные расчеты обратимой деформации биметаллов взависимости от размеров слоёв композита и предварительной деформации,установлено удовлетворительное соответствие расчётных и экспериментальныхданных. Показано, что максимальная обратимая деформация биметалла притермоциклировании может быть достигнута тогда, когда нейтральная плоскостьсовпадает с плоскостью соединения двух слоёв металлов.Полученные в диссертации результаты являются новыми и имеют важноенаучное значение для механики композиционных материалов с эффектом памятиформы:1.

Экспериментально установлено, что наибольшее значение величины обратимойдеформации в биметаллических композитах “сталь Х18Н10Т – Ti49,4Ni50,6” и“Ti49,3Ni50,7–Ti50Ni50”наблюдаетсявтомслучаекогдатолщинафункционального слоя (Ti49,4Ni50,6 – в случае композита “сталь Х18Н10Т –11Ti49,4Ni50,6” и Ti50Ni50 – в случае композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”) составляетпорядка 60% от общей толщины биметалла.2. Установлено, что величина обратимой деформации изменяется при изменениивеличины остаточной деформации после разгрузки биметалла и можетдостигать значения 1%.3. Показано, что характер влияния величины остаточной деформации нафункционально-механические свойства биметаллов зависит от состава слоевкомпозита и режима предварительной термообработки.4.

Установлено, что термоциклирование может приводить как к увеличениювеличины обратимой деформации в биметалле при увеличении номератермоцикла за счет эффекта тренировки, так и к её уменьшению.5. Предложена теоретическая модель, основанная на теории термомеханическогоповедения сплавов с эффектом памяти формы, позволяющая описатьмеханическое поведение термобиметаллов с эффектом памяти формы приизотермическом деформировании и при последующих теплосменах.6.

Выполненокомпьютерноемоделированиемеханическогоповедениябиметаллических композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,4Ni50,6” и “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” результаты которого находятся в удовлетворительном соответствии сэкспериментальными данными.Практическая значимость результатов работы заключается в том, что они могутбытьиспользованыприпроектированиииразработкебиметаллическихтермомеханических приводов, термосенсоров, термореле и переключателей вразличных областях техники.Достоверность результатов работы обеспечена использованием современныхметодоврешенияпоставленныхзадач,воспроизводимостьюрезультатовэкспериментов, согласием экспериментальных и расчетных данных и соответствиемобнаруженных закономерностей и их интерпритации известным представлениям о12механизмах реализации термоупругих мартенситных превращений и эффектовпамяти формы.Результаты работы прошли апробацию на международных конференциях:Intrenational Conference on Martensitic Transformations ICOMAT-2014 (Бильбао, июль2014), Международная конференция “Сплавы с эффектом памяти формы: свойства,технологии, перспективы” (Витебск, май 2014), Euro Intelligent Materials (Киль,сентябрь 2013), 52-й международная научная конференции «Актуальные проблемыпрочности» (Уфа, июнь 2013 ), VII Международная конференция “Микромеханизмыпластичности, разрушения и сопутствующих явлений” (MPFP-2013) (Тамбов, июнь2013), European Symposium on Martensitic Transformations ESOMAT-2012 (СанктПетербург, сентябрь 2012), "ХХ Петербургские чтения по проблемам прочности"(Санкт-Петербург, апрель 2012), 51-й международная научная конференция“Актуальные проблемы прочности” (Харьков, май 2011), Бернштейновские чтения потермообработкеметаллическихматериалов(Москва,октябрь2011),50-ймеждународный симпозиум «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, сентябрьоктябрь 2010), V Международная конференция с элементами научной школы длямолодежи “Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений”(MPFP-2010) (Тамбов, июнь 2010),The 8th European Symposium on MartensiticTransformations (ESOMAT) (Prague, 2009).Основные положения, выносимые на защиту:1.

Характеристики

Список файлов диссертации