1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Но достаточно согнутую пластинку немного подогреть — она тут же выпрямится, как хорошан пружина. Прп нагревании пластина из питинола возвращается к своей первоначаль.ной форме, которая была ей придана прв изготовлении, точнее — при закалке 1отжиге). Широкую известность получил опыт с несматывающейся проволокой: топкую длинную проволоку нз нвтинола нельзя свить в моток, она тут я~е разматывается. Когда изделие из нитинола возвращается к первоначальной форме, при этом развивается достаточно большое усилие: до 55 т на каждьш квадратный дюйм сечения детали.
Можно сказать и так: эффект памяти формы заключается в способности особых сплавов накапливать под воздействием внешнего механического напряжения довольно значительную деформацию, обратимую при нагреве. В зависимости от типа сплава деформация может достигать 10 — 15 % и выше. Парадокс зак:почается в том, что при восстановлении первоначальной формы молсет совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Однако парадокс этот кажущийся.
Противоречия закону сохранения энергии здесь нет. Для восстановления первоначальной формы деталь необходимо подогреть, т. е. затратить некоторое количество тепловой энергии. И оно всегда будет больше произведенной работы. Если создать л Энергетические превращения в океане. Владивосток: ТОИ ДВНЦ АН СССР, 1981, с. 3. |опловук| ыапшну, где в качестве рабочего тела будет применяться сплав, обладающий эффектом запоминания формы, то 11ПД такой машины, как и всякой другой, будет меньше единицы. По этому поводу физик Э.
Раушер заметил, что в законах термодинамики нет никаких ошибок, просто они не объясняют того, что происходит в нктп ноле. Физика эффекта запоминания формы основана на фазовых превращениях в особых сплавах. Мы говорили о нптиполе. Но есть п другие подобные сплавы, правда, нити-, нол — лучший пз них. Он представляет собой соединение никеля с титаном, известное также под названием монопикелида титана. Его х|ы|ическая формула Т1%. В этом соединении наиболее ярко проявляется способность запоминания формы, что непосредственно связано с особенностямк изменения строения кристаллической решетки этого сплава при фазовых переходах. Кристаллическая решетка ннтинола |жжет находиться в одной пз двух форы: либо в виде объемно-центрирован- ного куба (ОЦК), такое состояние решетки называется аустенитной формой; либо в виде ромбовидной структуры с центрировапныпп граня|ш (РГЦ) -- ыартеяситяая форыа.
Переход объемно-цептрпрованного куба в гранецонтрпрованный ромб называется прямым ыартенситныы превращением, а переход структуры РГЦ в структуру ОЦК— обратным мартенситиыы превращением. На превращениях этих двух' различных кристаллических структур и основано явление эффокта запоминания формы. 1'.го называют также термоупругиы ыартенситным превращением, или переходоы мартенсит — аустенпт и обратно. Схема фазовых превращений в ниткноле при изменениях температуры представлена на рпс.
ЗО. График показывает количество мартенспта в нитиноле в зависимости от температуры. Проследим по атому графику за поведением пластинки нз нпткнола. Пусть нптиноловая пластинка первоначально находится при температуре, обозначенной точкой Мю которая соответствует температуре начала прямого мартенситного превращения. Прп дальнейшем охлаждении пластинки количество ыартенспта будет возрастить до точки М„, т. е. температуры конца прямого мартенситного превращения.
Зто самая холодная точка, здесь нитиноловая птастлнка легко сгибается в дугу. Дальше следует процесс нагрева, приводящий к обратному мартенситному превращению, т. е. к образованию ъьь Ряс. 30, Фи зевая диаграмма еплава вмтввол. Пувкгвром обозяачева фазовая диаграмма для сплава, ве обладающего э(и)матом эапомявавпя формы аустенита. Начало этого процесса отмечено на диаграмме точкой А,. По достижении пластинкой температуры, соответствующей этой точке, количество мартенсита в пей начинает резко падать. Процесс уменьшения количества мартенсита идет с повышением температуры по наклонной прямой А, — А",. На этом участке фазовой диаграммы происходит распрямление пластинки. Скорость выпрямления зависит от быстроты нагрева.
Точка А, соответствует температуре конца обратного ыартенситного превращения. Температура начала обратного мартенситного превращения (точка А,) нитке температуры начала прямого мартенситпого превращения (точка М,) при охлаждении. Это важное обстоятельство связано с наличием деформации, т. е, изгибом пластинки. Накопленная в пластинке из нитинола энергия деформации за счет изгиба действует в том же направлении, что и нагрев.
Поэтому обратное превращение начинается при более низкой температуре. Этому содействует упругая энергия в изогнутой пластинке, не проявлявшаяся до достижения пластинкой температуры, соответствующей точке А,. 13 этом заключается существенная термодинамическая особенность сплавов с ЭЗФ. Отметим еще одно за|нное отличие этих сплавов.
Температурные интервалы Т=А,— М„или А, — ЛХ„, в:которых происходит перестройка решетки у сплавов с ЗЗФ, значительно меньше, нежели у обычных сплавов, не обладающих памятью. Это обстоятельство имеет решающее значе- 1Э и, В, Ввршиисилз 1зу ниб в рассматргшаемом' нами случае. 11ообходнмость лишь в относительно малых изменениях температуры для обеспечения перестройки кристаллической решетки открывает широкие перспективы практического использования эффекта запоминания формы. Явленуге ЭЗФ в паше время нвходпт различные применения, в том числе для создания нового типа топловых двигателей, способных работать от тепловых источников ннзкопотенциального типа.
Если диапазон температуры фазовых превращений будет находиться в пределах температурного градиента, иыеуощегося в Мировом океане, то нитинол можно использовать в качестве твердого рабочего тела теплоной машины. Вместо аммиака или фреона — нитинол. Схема энергетической установки в этом случае полностшо меняется. Применение ниткпола открывает новый путь преобразования тепловой энергии океана.
Все известные ранее установки для преобразования тепловой энергии океана в механнческузо работу, а затем — в электрическую энергию основаны на применении турбин, приводимых в действие парами тех или иных жидкостей с низкой температурой кипения. Чтобы подобные системы были рентабельными, они должны иметь достаточно болыпую мощность. Капитальные затраты на их строительство весьма значительны, кроме того, онп не свободны от недостатков, например — потери энергии в сетях распределения и обслуживания (до 10 %) и, как следствие, удорожание отпускной цены на электроэнергию (до 50 %).
Такого рода соображения приводит изобретатель ннтинолового теплового двигателя Р. Венке в пользу маломощных преобразователей а (дело в том, что в свое время он не видел конкретных путей создания мощных мегаваттных преобразователей, основанных на ЭЗФ). Построенный Вэнксом маломощный тепловой двигатель на нитиполе непрерывно устойчиво работал, сделав болев 1,7 10' оборотов, и развивал мощность не менее 0,2 Вт, приводя во вращение генератор электрической энергии— от него горела электрическая лампочка. Кннематпческая схема двигателя Вэнкса представлена на рис. 31. Иод действием энергии нитиноловых проволок в горизонтальной плоскости вращается колесо 9, являющееся маховиком и одновременно птнн вон привода электри- а Балис Р.
Тепловые двигатели нв ннтннола. — В кнл Эффект памяти формы в сплавах. Мл Металлургия, 1979. 'У /-/ // Рнс. 31. Ннтннодовый двигатель Бвнкса г — пело,жижвый вал, г — вращащшяогя ооя, Х вЂ” неподвижный крвеожип, 4 — иитяноловая провочочвая петля, х — движущей стержень, е — начало рабочего хода, у — горячая сторона, в — холодная сторона, в — движущыся колесо, )о — конец рабочего хода, 11 — стопор движущего стержня, уд — направление силы от действия проволочкой петли ив иитииола, 18 — коижжеита силы, вывывжощая вращение, уа — ступица движущегося колеса 10е ческого генератора (последний на рисунке не показан).
Колесо-маховик диаметром 350 мм имеет 20 стержнейсшщ 9, на которых подвешены петли из ннтнноловой проволоки дкаметром 1,2 мм, длиной по 152 мм. Число нитиноловых петель равно числу стержнеп-спиц, т. е. их также 20 штук, па рисунке опи все обозначены цпфрой 4. Нктиноловые проволочные пег;ш висят между ободом колеса 9 п втулками 71 на стержнях б. Втулки способны перемещаться вдоль стержней под действием усилий, развиваемых нптиноловымп петля»ш. Прп вращении колеса вокруг неподвижного коленчатого вала 9 происходит увеличение нли уменьшение расстояния между втулкамн и ободом колеса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
