строение (557054), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Тогда резуль- тирующая движущая сила превращения ЬР становится равной нулю, и превращение прекращается. Устанавливается равновесие между фазами, которое и является термоупругим. Основной и характерной особенностью сплавов с эффектом памяти формы является способность термоупругого мартенсита к к взаимной трансформации трех физических величин: механического напряжения, деформации и температуры. Зто позволяет путем воздействия на сплав одним параметром добиваться изменения других в заранее заданных пределах.
При этом результат воздействия зависит не только от характера действующих величин, но и от последовательности их воздействия. Результатом этого является заманчиво широкий спектр силовых, деформационных и температурных эффектов в сплавах. Сплавы с эффектом памяти формы оценивают по следующим основным параметрам памяти: величине обратимой деформации, степени восстановления исходной формы, напряжению, возникшем при нагреве и напряжению, прилагаемому для придания предварительной деформации.
В различных условиях в одном сплаве могут действовать разные механизмы восстановления формы. Среди них наибольший интерес представляют те, которые связаны с обратным мартенситным превращением после деформации. Таким образом, структурно- обратимый мартенситный переход, который обеспечивает проявление эффекта памяти формы, подразумевает в идеальном случае обратимость всех составляющих мартенситной деформации. Гистерезисные кривые сплава ТН вЂ” 1, приведенные на рис.
169, свидетельствуют о восстановлении формы на 97... 99,1% в процессе нагрева и охлаждения после предварительной деформации растяжением при комнатной температуре равной 3 ... 4,0 е е. Усилия, развиваемые сплавом прн возврате формы (сжатии), составляют 100 МПа. Напряжение термомеханического возврата, развиваемое материалом памяти не удается подавить даже механическими напряжениями, близкими к пределу прочности. Реализация конкретных технологических задач требует использования сплавов с определенным температурным проявлением эффекта памяти (ЭПФ), шириной температурного интервала восстановления формы, величиной гистерезиса между прямым и обратным изменением формы.
Возможность управления перечисленными параметрами в достаточно широких пределах является практически наиболее важной характеристикой сплава, определяющей масштабы его технического применения. Как было указано выше, представителем металлических материалов с памятью формы являются сплавы системы 5!! — Т1 и, главным образом, сплав эквиатомного состава, так называемый никелид титана, содержащий 55 % %. В настоящее время наша промышленность производит полуфабрикаты из сплавов на основе ннкелида титана нескольких марок, обладающих эффектом памяти формы с различными температурами ее проявления.
Ниже приведены температурные интервалы возврата формы для некоторых сплавов: Сплав ... ТН-! ТНМ-3 ТН-1К ВСП-! Температурный интервал вовврата формы, 'С ..... +40 ... +1!0 +60... +100 — 100... — 70 +40... +80 Реальные сплавы всегда содержат участки, имеющие отклонение от стехиометрического состава, что приводит к расширению температурного интервала восстановления формы.
Следует отметить, что прямое и обратное превращение мартенсита протекает при сравнительно низких температурах, что исключает релаксационные процессы. Изучение технологических свойств сплавов типа ТН позволило выбрать оптимальные режимы деформирования полуфабрикатов. В промышленных условиях из сплавов изготавливают круглые заготовки и прямоугольные полосы, из которых в дальнейшем получают лист. Свойства прутков, проволоки и листа приведены в табл. 43.
Для практического использования сплавов с памятью формы необходимо знать интервалы прямого и обратного мартенситного превращений Ми Мк и Ан Ак. Зти температуры определяют назначение материала и температурный интервал эксплуатации изделий. Температурная область мартенситных превращений в сплавах типа ТН изменяется в широких интервалах от + 80 'С (Т1 + + 48 е е (ат) %) до — 180 'С (Т1 + 52 е (ат) Х1). Температура возврата формы, с Развиваемые иапраже. нми, Мпа ов. мпа ое,з' мпа Полуфабрикат б,зс ф,зб Сплав Прутки )2) 16 мм Проволоке)2( 3 мм ПРУтки ю( 40 мм тРуа. )2) 40 850 950 700 750 180 180 350 200 15 30 20 20 15 30 20 20 ТН-1 70... 80 70 .. 80 100 120 315 345 ТН-1К г Рис.
)У!. Схема аппарата с самосбрасывающими злемеитами; l — антея яа; у — механизм стабнлнзапий; Л вЂ” излучатель ввергни; и — солнечная батарея 7 в б л и и в 43. Свойстве полуфабрикатов ий сплава з)4-! и 7Н-)К после оптимвльпмх режимов термической обработки П р и ме ч а и в е. Напряжение среза проволоии диаметром 9 мм > 990 Мне Сте. пень восстаиовлеяня формы всех полуфабрннатов м 99 я при предварительной деформацпв б 9б.
Легирующие элементы расширяют диапазон изменения температурного интервала мартенситных превращений (ТИМП) в титан- никелевых сплавах от — 196 'С до + 100 'С. Термическая обработка — второй способ регулирования ТИМИ, так как на диаграмме титан — никель есть область гомогенности, которая расширяется в сторону никеля с ростом температуры. Значительная пластическая деформация мартенсита до 60 % (сплав Т1 + 49,8 % (ат) %) смещает интервал превращения вплоть до температур жидкого азота. Термоциклирование смещает интервал Мв — М, в область более низких температур для сплавов эквиатомного состава.
На сплавы, обогащенные титаном или никелем более 61 % (ат) И1, термоцнклирование не влияет. Усилия, развиваемые сплавами ТН при восстановлении формы, находятся в пределах от 400 до 900 МПа. Величина усилий возврата не связана с объемом памяти и коррелирует только с прочностными свойствами высокотемпературной фазы. Они значительно превышают предел текучести низкотемпературной фазы.
В сплавах на основе никелида титана полностью восстанавливается (100 % возврат формы) деформация, составляющая 6 %. Максимально допустимая деформация не должна превышать 7... 8 %. Применение подобных сплавов разнообразно. С их помощью эффективно решается в космической технике традиционная проблема экономии места (свернутые и уложенные компактно антенны, механизм стабилизации, солнечные батареи, развертывающиеся под воздействием солнечного тепла после запуска корабля на орбиту).
Способность сплавов ТН совершать работу при нагреве открывает возможность создания двигателей прямого преобразования тепла в механическую работу. Модели таких двигателей уже построены. Интересно использование сплавов ТН в качестве термокомпенсаторов стрел пронеся на линиях электропередачи. В космической 338 Рнс.
!70. Саморазворачивающийся злемент парнаса солнечной батареи, состоящий нз привода (!) м профилей (у). изготавлеяиаго нз материала с памятью формы и авиационной технике в трубопроводах применяются соединительные втулки из сплавов ТН. Они позволили заменить пайку и сварку. Использование сплавов ТН в качестве терморегуляторов исполнительных механизмов широко известно. Интересно применение сплавов ТН в медицине в качестве расширителя и стабилизатора формы сосудов: вводимая прямая тонкая проволока, которая под воздействием тепла тела вспоминает форму спирали и расширяет сосуд, делая его вновь работоспособным.
На рис. 170 показано использование материала с памятью формы в саморазворачивающейся солнечной батарее, а на рнс. 171 приведена схема космического аппарата с саморазворачивающимися элементами. На поверхности и в нишах аппарата расположены антенна, механизм стабилизации, излучатель энергии и солнечная батарея, изготовленные из никелида титана. Все эти самораспределяющиеся, самовыдвигающиеся элементы срабатывают под действием солнечной теплоты после сброса крышки. Схемы механизмов с термочувствительным приводом показаны на рнс.
172. Этн же сплавы применяются для изготовления соединительных муфт и уплотнителей трубопроводов. Деформацию детали для увеличения внутреннего диаметра муфты проводят в жидком азоте. После установления муфты на стык труб она нагревается до комнатной температуры и, восстанавливая свою первоначальную форму, обеспечивает плотное и прочное соединение труб. Даже эти некоторые примеры применения сплавов с ЭПФ свидетельствуют о перспективности их использования в технике. )ре к! с. Мна м!1т н, мпа Сплав мцу, нп 450 ... 470 450 ...
470 450 ... 460 504 520 510 Д16 Д16ч Д16оч В95 В95ч В95оч а .0,5 <0,3 а 0,15 <0,5 ~0,3 а 0,15 ~0,5 а .0,2 КО,! ° -0,5 ~0,3 <О,! 18 19 19 10,5 11,5 11,8 38 48 51 35 40 44 70... 150 90... 200 90... 200 95 100 9 7. Сверхчистые материалы Рмс. !72. Схемы механнвмов (1 — ЧП с термочувствнтельным приводом: а — в положе»на до срабатыванн»; б — в положе»ни после срабатываннв; !— термочувствнтельныа алемент Истинные свойства материалов проявляются тогда, когда они получены в особо чистом виде. У каждого металла имеются свои наиболее вредные примеси: кислород в молибдене, азот в хроме, углерод в вольфраме, водород в титане, железо в алюминии, свинец и висмут в никеле, сера и фосфор в железе, никель в магнии и т.
д, Очистка от вредных примесей существенно улучшает характеристики металла. Так, молибден с содержанием кислорода 0,02 % охрупчивается при температуре 300 'С, а с содержанием кислорода 0,0001 % переходит в хрупкое состояние при сверхнизкой температуре — 196 'С. Вредные примеси присутствуют не только в металлах, но и в сплавах. Одним из направлений повышения надежности и конструкционной прочности сплавов, успешно развивающимся в последнее время, является получение чистых сплавов (ч.) и сплавов Т а б л и и а 44. Влиииие степени чистоты сплавов Д16 и В95 иа уровень свойств особой чистоты (о. ч.). Это можно проиллюстрировать на примере самых распространенных в самолетостроении конструкционных сплавов Д16 и В96 (табл. 44). Получение металлов высокой чистоты вызвало появление новых методов плавки и приготовления сплавов. К ним можно отнести зонную и гарнисажную плавки, использование вакуумных, высокочастотных, дуговых и электронно-лучевых печей.
Внедряется обработка металловдавлением в вакуууме или в инертной атмосфере. Большие перспективы по получению чистых и особо чистых материалов открываются с использованием космического пространства для осуществления бестигельной и бесконтейнерной плавки в глубоком вакууме с одновременной очисткой от газовых включений. й 8. Монокристаллические материалы Металлы в монокристаллическом состоянии отличаются высокой степенью чистоты и минимальными структурными несовершенствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
