Сплавы с эффектом памяти формы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сплавы с эффектом памяти формы

Рассматривается актуальная проблема исследования сплавов с эффектом памяти формы, относящихся к новым металлическим материалам с уникальными свойствами. Описаны теоретические основы механизма эффекта памяти формы, свойства сплавов Ti — Ni и сплавов на основе Си, обладающих эффектом памяти формы, и применение этих сплавов в технике и медицине.
...
Для научных работников и специалистов, работающих над созданием материалов нового поколения. Ил. 188. Табл. 21. Библиогр. список: 163 назв.
...
Во второй половине XX столетия было сделано много серьезных открытий в области физики металлов. Эффект памяти формы, безусловно, одно из наиболее ярких среди них. История создания материалов, способных "запоминать" свою форму, своеобразна и поучительна. В 1948 г. советские ученые академик Г.В. Курдюмов и докт. физ.-мат. наук Л.Г. Хандрос обнаружили интересное явление, которое позднее было официально названо эффектом Курдюмова. Суть его, согласно тексту открытия, зарегистрированного Госкомитетом СССР по делам изобретений и открытий, состояла в следующем: "Установлено неизвестное ранее явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых в интервале температур превращения при изменении температуры и (или) поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с одновременным обратимым изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела".
...
В 50-х годах стали появляться сообщения о сплавах, испытывающих обратимые макроскопические изменения формы. На основе сплава Au— Cd был даже сконструирован простой двигатель, преобразующий тепловую энергию в механическую, который демонстрировался в 1954 г. на Всемирной выставке в Брюсселе. В начале 60-х годов эффект памяти формы, основанный на термоупругом мартенситом превращении, был обнаружен в сплавах Т i—N i и Си—AI. Доступность этих материалов и сильно выраженный эффект памяти формы позволили перенести проблему в область практического материаловедения. Сейчас можно с уверенностью говорить о том, что разработка и практическое использование сплавов, обладающих свойством запоминания формы, является важной самостоятельной областью современной науки, способствующей ускорению научно-технического прогресса в таких отраслях народного хозяйства, как приборостроение, космическая технология, медицина и многие другие.
...
Предлагаемая вниманию советского читателя книга под редакцией проф. X. Фунакубо "Сплавы с эффектом памяти формы" написана коллективом очень авторитетных японских ученых, длительное время успешно работающих в этой области материаловедения. Книга состоит из трех глав, рассматривающих сплавы с эффектом памяти формы как бы в трех измерениях: физическом, металловедческом и прикладном.
...
В гл. 1 детально рассмотрены физические принципы явления, кристалл о геометрия, термодинамика и морфология термоупругого мартенситного превращения. Большое внимание уделено псевдоупругости и сверхэластичности сплавов, где реализуется термоупругое мартенситное превращение. В гл. 2 детально проанализированы физико-механические
...
Во второй половине XX столетия было сделано много серьезных открытий в области физики металлов. Эффект памяти формы, безусловно, одно из наиболее ярких среди них. История создания материалов, способных "запоминать" свою форму, своеобразна и поучительна. В 1948 г. советские ученые академик Г.В. Курдюмов и докт. физ.-мат. наук Л.Г. Хандрос обнаружили интересное явление, которое позднее было официально названо эффектом Курдюмова. Суть его, согласно тексту открытия, зарегистрированного Госкомитетом СССР по делам изобретений и открытий, состояла в следующем: "Установлено неизвестное ранее явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых в интервале температур превращения при изменении температуры и (или) поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с одновременным обратимым изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела".
...
В 50-х годах стали появляться сообщения о сплавах, испытывающих обратимые макроскопические изменения формы. На основе сплава Au— Cd был даже сконструирован простой двигатель, преобразующий тепловую энергию в механическую, который демонстрировался в 1954 г. на Всемирной выставке в Брюсселе. В начале 60-х годов эффект памяти формы, основанный на термоупругом мартенситом превращении, был обнаружен в сплавах Т i—N i и Си—AI. Доступность этих материалов и сильно выраженный эффект памяти формы позволили перенести проблему в область практического материаловедения. Сейчас можно с уверенностью говорить о том, что разработка и практическое использование сплавов, обладающих свойством запоминания формы, является важной самостоятельной областью современной науки, способствующей ускорению научно-технического прогресса в таких отраслях народного хозяйства, как приборостроение, космическая технология, медицина и многие другие.
...
Предлагаемая вниманию советского читателя книга под редакцией проф. X. Фунакубо "Сплавы с эффектом памяти формы" написана коллективом очень авторитетных японских ученых, длительное время успешно работающих в этой области материаловедения. Книга состоит из трех глав, рассматривающих сплавы с эффектом памяти формы как бы в трех измерениях: физическом, металловедческом и прикладном.
...
В гл. 1 детально рассмотрены физические принципы явления, кристалл о геометрия, термодинамика и морфология термоупругого мартенситного превращения. Большое внимание уделено псевдоупругости и сверхэластичности сплавов, где реализуется термоупругое мартенситное превращение. В гл. 2 детально проанализированы физико-механические
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
Одной из важных проблем развития технологии в Японии является разработка новых материалов. Решение этой проблемы имеет целью не только создание самого материала, оно связано с перспективами появления новых областей применения в результате реализации свойств этого материала. Поэтому решение указанной проблемы в общем является разработкой функциональных материалов.
...
Даже разрабатываемые для исследований специальные материалы не только находят применение на практике, но и имеют большое значение для создания механических систем с заданными свойствами. Вновь разрабатываемые механические системы должны в лучшей степени быть пригодными к использованию в условиях воздействия различных сред и режимов работы по сравнению с ранее применявшимися системами. Основные направления этих разработок связаны с необходимостью достижения высокой надежности, повышения комплексной функциональности, сравнительно высокой миниатюризации, автоматизации, системного подхода. Возможность создания сложных механических элементов, использующих особые свойства материалов, обеспечивает выполнение указанных задач.
...
Сплавы с эффектом памяти формы представляют типичный пример нового материала. Использование некоторых анизотропных свойств этих сплавов позволяет создать компактные и автоматизированные машины, имеющие недостижимые ранее характеристики.
...
Можно ожидать, что сплавы с эффектом памяти формы как наиболее перспективные материалы в будущем найдут широкое применение на практике. Однако, если не получить достаточных данных об основных материаловедческих свойствах этих сплавов, в частности о возможных условиях, областях и способах применения, то в результате можно утратить и надежность, и комплектность их использования. Следует признать, что эпоха легкого использования характеристик сплавов с эффектом памяти формы в новых технологических разработках уже прошла. В данной книге авторы на основе материаловедческих Представлений рассматривают механизмы превращения, обусловливающие специфические свойства сплавов, затем описывают механические, в частности, усталостные свойства. Кроме того, рассматриваются другие аспекты сплавов с эффектом памяти формы и их применение в настоящее время.
...
Профессора К. Симидзу и Ц. Тадаки из университета Осака, проф. Т. Хомма из университета Тохоку, преподаватель из университета Цуку-ба С. Миядзаки и проф. К. Ооцука из того же университета являются наиболее авторитетными специалистами в области материаловедения сплавов с эффектом памяти формы, доктор Ю. Судзуки из фирмы "Фурукава дэнки коге" — лучший специалист в области применения этих сплавов, проф. Ю. Сэкигути из университета "Секуге кунрэн" рассмотрел применение сплавов с эффектом памяти формы в медицине.
...
В настоящей книге с наибопьшей полнотой рассмотрены все вопросы, касающиеся сплавов с эффектом памяти формы. Можно надеяться, что книга окажется полезной дпя научных работников, инженеров-резреботчиков, а также студентов.
...
Одной из важных проблем развития технологии в Японии является разработка новых материалов. Решение этой проблемы имеет целью не только создание самого материала, оно связано с перспективами появления новых областей применения в результате реализации свойств этого материала. Поэтому решение указанной проблемы в общем является разработкой функциональных материалов.
...
Даже разрабатываемые для исследований специальные материалы не только находят применение на практике, но и имеют большое значение для создания механических систем с заданными свойствами. Вновь разрабатываемые механические системы должны в лучшей степени быть пригодными к использованию в условиях воздействия различных сред и режимов работы по сравнению с ранее применявшимися системами. Основные направления этих разработок связаны с необходимостью достижения высокой надежности, повышения комплексной функциональности, сравнительно высокой миниатюризации, автоматизации, системного подхода. Возможность создания сложных механических элементов, использующих особые свойства материалов, обеспечивает выполнение указанных задач.
...
Сплавы с эффектом памяти формы представляют типичный пример нового материала. Использование некоторых анизотропных свойств этих сплавов позволяет создать компактные и автоматизированные машины, имеющие недостижимые ранее характеристики.
...
Известно, что при закалке стали от высокой температуры (из аусте-нитной области) происходит повышение ее твердости. После полировки и травления в этой стали под микроскопом наблюдается специфическая структура, которую называют мартенситом по имени немецкого исследователя Мартенса, впервые наблюдавшего ее.
...
Эта структура состоит из линзообразных (или пластинчатых) областей, в которых произошла перестройка атомов в кристаллических зернах аустенита из г.ц.к. решетки в о.ц.к. (или в объемноцентрирован-ную тетрагональную) решетку. Эти продукты превращения называют мартенситом, а беэдиффузионное превращение — мартенситным превращением.
...
Помимо сталей, подобное бездиффузионное мартенситное превращение можно наблюдать и во многих других сплавах и соединениях. Поэтому в настоящее время термин мартенситное превращение широко используется для обозначения одного из типичных превращений, происходящих в твердом состоянии.
...
Наиболее точно и просто мартенситное превращение можно, по-видимому, определить как превращение решетки посредством деформации сдвига на основе кооперативного движения атомов. При образовании линзообразных или пластинчатых областей в исходной фазе атомы движутся не по отдельности, а как единый комплекс, деформация сдвига осуществляется как бы "ряд за рядом" [1], в результате чего происходит перестройка решетки исходной фазы в решетку мартенсита. При подобном кооперативном движении сохраняется однозначное соответствие между узлами решетки исходной фазы и решеткой мартенсита. Если исходная фаза имеет упорядоченную решетку, то и в мартенситной фазе вследствие соответствия решеток также образуется упорядоченная решетка.
...
вызвав таким образом мартен ситное превращение, то на поверхности возникает рельеф, обусловленный образованием мартенситной фезы М (рис. 1.1,а). Если на поверхности образца нацарапать линии, то при преврещении на границе между исходной и мартенситной фазами происходит преломление этих линий (рис. 1.1,6). И наклон поверхности.
...
характеризующий рельеф, и преломление линий имеют постоянные значения, соответствующие кристаллографической ориентировке исходной фазы. Это обусловлено тем, что изменение формы, сопровождающее преврещение, постоянно. Указанный факт объясняется классической теорией в связи с механизмом сдвиговой деформации. Изменение формы при мартен ситном превращении обусловливает, как показано ниже, механизм деформации, проявляющийся в эффекте памяти формы.
...
Учитывая только величину изменения формы, определяемую экспериментально, невозможно объяснить возникновение реальной решетки мартенситной фазы, хотя при этом и принимается во внимание деформация сдвига по плоскости габитуса решетки исходной фазы (рис. 1.2,а). Это противоречие устраняется, если учесть, что в дополнение к деформации сдвига, в результате которой решетка исходной фазы
...
Рис. 1.2. Деформация решетки и дополнительнея деформация скольжением или двойникованием (штриховой линией показано действительное изменение формы)
...
вызвав таким образом мартен ситное превращение, то на поверхности возникает рельеф, обусловленный образованием мартенситной фезы М (рис. 1.1,а). Если на поверхности образца нацарапать линии, то при преврещении на границе между исходной и мартенситной фазами происходит преломление этих линий (рис. 1.1,6). И наклон поверхности.
...
Эту дополнительную деформацию называют деформацией с инвариантной решеткой. С помощью электронного микроскопа можно обнаружить следы такой деформации — дислокации, дефекты упаковки и двойниковые дефекты. Важную роль в механизме эффекта памяти формы играют двойниковые дефекты, тесно связанные с псевдоупругостью двойнико-вания и псевдоупругостью изгиба.
...
Движущая сила. Для превращения исходной фазы в мартенситную необходимо, чтобы химическая свободная энергия мартенситной фазы была ниже, чем соответствующая энергия исходной фазы. Однако для протекания превращения необходима избыточная свободная энергия нехимической природы, например энергия деформации превращения, энергия поверхности раздела, поэтому, если разность химических свободных энергий двух фаз не превышает указанной свободной энергии нехимической природы, превращение не начинается (рис. 1.3). Следовательно, для превращения необходима движущая сила. Превращение
...
Рис. 1.3. Зависимость химической свободной энергии F исходной и мартенситной фаз от температуры и условия мартенситного превращения:
...
превращается в решетку мартенситной фазы (рис. 1.2,6), происходит скольжение (рис 1.2,в) или двойникование (рис. 1.2,г).
...
При анализе условий образования зародыша мартенсита необходимо также учитывать энергию, обусловленную пластической деформацией и упругими колебаниями атомов. Энергия пластической деформации связана с деформацией скольжением или двойникованием, обусловливающими деформацию с инвариантной решеткой в кристаллах мартенсита. Деформация скольжением происходит также в соседних с кристаллами мартенсита областях исходной фазы, поэтому можно полагать, что энергия, необходимая для этой пластической деформации, очень велика. Если предположить, что пластическая деформация происходит только в кристаллах мартенсита, то по аналогии с упругой энергией
...
В настоящее время проблема количественного определения константа В не решена. Можно считать, что энергия упругих колебаний довольно мала, поэтому основной вклад в нехимическую свободную энергию, возникающую при превращении, определяется уравнениями (1.1), (1.2) и (1.3). Следовательно, полное изменение энергии, обусловленное образованием зародыша кристалла мартенсита, определяется уравнением
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при Т>
...
Таким образом, независимо от того, происходит ли превращение по атермическому или изотермическому типу, отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью. Даже при понижении температуры или с течением времени скорость роста кристаллов мартенсита не увеличивается. Механизм превращения, характеризующийся такими особенностями, называют не . рмоупругим. При термоупругом превращении первоначально образовавшиеся отдельные кристаллы мартенсита растут при понижении температуры со скоростью, соответствующей скорости охлаждения. При этом скорость роста может оказаться столь малой, что превращение можно наблюдать даже невооруженным глазом. При нагреве происходит обратный процесс: уменьшение кристаллов. Указанное термоупругое мартенситное превращение играет основную роль в проявлении эффекта памяти формы.
...
На рис. 1.4 показано [3] изменение электросопротивления при прямом мартенситном превращении и обратном превращении в сплавах Fe - 30% (ат.) Ni и Au - 47,5% (ат.) Cd. Температурный гистерезис превращения в сплавах FeNi очень большой — ~400°С. В сплавах же Au—Cd температурный гистерезис превращения очень мал: ~15°С.
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при Т>
...
Таким образом, независимо от того, происходит ли превращение по атермическому или изотермическому типу, отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью. Даже при понижении температуры или с течением времени скорость роста кристаллов мартенсита не увеличивается. Механизм превращения, характеризующийся такими особенностями, называют не . рмоупругим. При термоупругом превращении первоначально образовавшиеся отдельные кристаллы мартенсита растут при понижении температуры со скоростью, соответствующей скорости охлаждения. При этом скорость роста может оказаться столь малой, что превращение можно наблюдать даже невооруженным глазом. При нагреве происходит обратный процесс: уменьшение кристаллов. Указанное термоупругое мартенситное превращение играет основную роль в проявлении эффекта памяти формы.
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
т.е. описывается только с помощью членов, обусловленных термическим и упругим факторами. Следовательно, кристаллы мартенсита растут при охлаждении ниже Ms, однако при достижении некоторой температуры их рост приостанавливается, при этом сумма уменьшающейся термической химической свободной энергии и увеличивающейся упругой нехимической свободной энергии достигает минимальной величины. По этой причине эффект, связанный с состоянием равновесия термического и упругого факторов, называют термоупругим эффектом. Если охлаждать или нагревать образец, находящийся в состоянии термического равновесия, или приложить внешние силы к такому образцу, то состояние термического равновесия нарушается, при этом кристаллы мартенсита.
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
т.е. описывается только с помощью членов, обусловленных термическим и упругим факторами. Следовательно, кристаллы мартенсита растут при охлаждении ниже Ms, однако при достижении некоторой температуры их рост приостанавливается, при этом сумма уменьшающейся термической химической свободной энергии и увеличивающейся упругой нехимической свободной энергии достигает минимальной величины. По этой причине эффект, связанный с состоянием равновесия термического и упругого факторов, называют термоупругим эффектом. Если охлаждать или нагревать образец, находящийся в состоянии термического равновесия, или приложить внешние силы к такому образцу, то состояние термического равновесия нарушается, при этом кристаллы мартенсита.
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
На рис. 1.5 приведены микрофотографии, полученные с помощью оптического микроскопа. Эти микрофотографии иллюстрируют постепенный рост кристаллов термоупругого мартенсита в сплавах Си— AI—Ni при охлаждении или постепенное их уменьшение при нагреве. При приложении внешних сил наблюдается аналогичная картина.
...
Как показано выше, для возникновения термоупругого мартенсит-ного превращения необходимо, чтобы поверхностная энергия и энергия пластической деформации были настолько малы, что ими можно было бы пренебречь. Это условие выполняется, если изменение структуры при превращении незначительно и, следовательно, объемные изменения невелики, а степень когерентности исходной и мартенситной фаз на поверхности раздела весьма велика. Указанное условие, как правило, выполняется, если в исходной и мартенситной фазах возникает упорядоченная структура.
...
В табл. 1.1 приведен состав сплавов, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение и наблюдается эффект памяти формы. Здесь же указаны температура Ms, температурный гистерезис превращения, изменение кристаллической структуры, наличие или отсутствие упорядоченной структуры, объемные изменения. За некоторым исключением, указанные выше условия выполняются почти для всех сплавов. Сплавы, составляющие исключение, имеют неупорядоченную структуру, однако соответствие решеток при превращении у них, как показано ниже, такое же, как и в упорядоченных структурах.
...
При нетермоупругом мартенситном превращении в сплавах Fe-Ni каждый кристалл мартенсита мгновенно растет до окончательного размера, а при последующем понижении температуры кристаллы больше не растут. При обратном превращении эти кристаллы не переходят в исходную фазу, геометрически сокращаясь, а, как и при прямом превращении, кристаллы исходной фазы зарождаются и растут в кристаллах мартенсита. Следовательно, движущая сила прямого превращения Авр^м почти равна движущей силе AGM^P обратного превращения. Го определяется как температура, при которой изменение свободных энергий становится равным нулю. Можно считать, что в рассматриваемом случае переохлаждение (Г0 — Ms)
...
Однако при термоупругом мартенситном превращении однажды образовавшиеся кристаллы мартенсита растут или уменьшаются при изменении температуры, поэтому их термодинамическое поведение довольно значительно отличеется от термодинамического поведения кри-
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
На рис. 1.5 приведены микрофотографии, полученные с помощью оптического микроскопа. Эти микрофотографии иллюстрируют постепенный рост кристаллов термоупругого мартенсита в сплавах Си— AI—Ni при охлаждении или постепенное их уменьшение при нагреве. При приложении внешних сил наблюдается аналогичная картина.
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
сталлов мартенсита при нетермоупрутом превращении. Кривая р — 7", показанная на рис. 1.4, иллюстрирует поведение сплавов, в которых происходит термоупругое превращение. На аналогичной кривой (рис. 1.6, б)
...
Экспериментально было установлено, что кристаллы мартенсита, образовавшиеся первоначально при Ms. в результате термоупругого превращения испытывают обратное превращение при Af.
...
Рис. 1.6. Два типа кривых электросопротивление — температура при термоупругом мартенситном превращении
...
Au-Cd и Cu—Al—Ni (см. рис. 1.4) является мартенситным превращением первого рода, а в сплавах Fe3Pt, In—Tl, Cu-Zn, Ag—Cd, Au—Zn, Ni—Al — мартенситным превращением второго рода.
...
Как указано в разд. 1.2, во многих сплавах, испытывающих термоупругое мартенситное превращение, образуется упорядоченная структура. Как правило, эти сплавы имеют о.ц.к. решетку. Сплавы, в которых термоупругое мартенситное превращение происходит без образования упорядоченной структуры (In—Tl, Fe—Pd, Мп-Cu), характеризуются тем, что исходная фаза этих сплавов имеет г.ц.к. решетку. Исходная фаза сплава с упорядоченной структурой Fe3Pt также имеет г.ц.к. решетку. Тем не менее за исключением указанных четырех сплавов все сплавы с эффектом памяти формы, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение, являются сплавами с упорядоченной структурой на основе о.ц.к. решетки. Эти сплавы называют сплавами с ]3
...
Au-Cd и Cu—Al—Ni (см. рис. 1.4) является мартенситным превращением первого рода, а в сплавах Fe₃Pt, In—Tl, Cu-Zn, Ag—Cd, Au—Zn, Ni—Al — мартенситным превращением второго рода.
...
ложение атомов выше или ниже указанной плоскости. Таким образом кубическая кристаллическая структура, показанная на рис. 1.7, а и 1.8, а, может рассматриваться как структура с взаимным наложением атомных плоскостей, показанных на рис. 1.7, в и 1.8, в.
...
Мартенситное превращение в сплавах с (З-фазой можно в сущности рассматривать как структурное превращение, обусловленное деформацией самой плоскости (110) и сдвигом в направлении [110] в плоскости (110) (в отдельных случаях происходит перетасовка1. Следовательно, кристаллическая структура образовавшегося мартенсита может быть представлена в виде структуры с упорядоченным в разной последовательности чередованием плоскостей с наиболее плотной упаковкой атомов, три типа которых {А, В, С)
...
Рис. 1.8. Кристаллическая структура типа Fe,AI с упорядоченной решеткой
...
Рис. 1.9. Три типа плоскостей наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующемся из исходной /3
...
Рис. 1.10. Шесть типов слоев наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующейся из исходной 0,-фазы типа Fe3A!
...
ность укладки слоев. В связи с этим можно отметить, что обозначения Жданова хорошо вырежают различие последовательности укладки.
...
Мартенсит со структурой ЗЯ или 9 Я, состоящий из трех плотноупа-кованных плоскостей А, В и С, образуется в j3
...
Рис. 1.9. Три типа плоскостей наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующемся из исходной
...
скости базиса смещено соответственно на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния в направлении [?10] исходной фазы, т.е. в направлении [100] мартенситной фазы. В результате этого расстояние между 9 слоями в структуре 9 Я или расстояние между 18 слоями в структуре 18 Я можно принять за длину элементарной ячейки по оси с, причем ось с расположена перпендикулярно базисной плоскости, поэтому длиннопериодическая слоистая структура в общем может рассматриваться как ромбическая решетка.
...
Рис. 1.11. Периодические слоистые структуры с разной укладкой слоев. Плоскости слоев, обозначенные штриховой линией, соответствуют упорядоченной по типу Fe3AI решетке исходной фазы
...
Следует отметить далее, что радиусы атомов двух элементов, образующих упорядоченную решетку, в общем различаются, поэтому плот-ноупакованные плоскости в длиннопериодических слоистых структурах незначительно смещены от положения строго плотноупакованных структур. Следовательно, расположение атомов в плотноупакованных плоскостях не точно соответствует шестиугольнику. В связи с этим первый и второй слой, как показано на рис. 1.12, накладываются в положениях, отличающихся от положений, смещенных на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния от плоскости базиса.
...
скости базиса смещено соответственно на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния в направлении [?10] исходной фазы, т.е. в направлении [100] мартенситной фазы. В результате этого расстояние между 9 слоями в структуре 9 Я или расстояние между 18 слоями в структуре 18 Я можно принять за длину элементарной ячейки по оси с, причем ось с расположена перпендикулярно базисной плоскости, поэтому длиннопериодическая слоистая структура в общем может рассматриваться как ромбическая решетка.
...
этого плоскость С в этой структуре не является строго перпендикулярной относительно плоскости базиса и решетка сплава становится моноклинной с небольшим наклоном осей. Таким образом, в сплавах с |3
...
В разд. 1.1 уже указано, что при мартенситном превращении возникают деформация формы (или поверхностный рельеф) постоянной величины и деформация сдвига вдоль плоскости габитуса (имеющая компоненту и в направлении, перпендикулярном плоскости габитуса, поэтому, строго говоря, эта деформация является псевдосдвиговой деформацией). Плоскость габитуса в течение всего процесса превращения не деформируется и не вращается, поэтому деформация формы является деформацией с инвариантной плоскостью.
...
Деформация с инвариантной плоскостью макроскопически является однородной деформацией, так как в исходной и мартенситной фазах плоскости и направления сохраняются. Поэтому указанную деформацию можно математически описать путем линейного преобразования координат. Таким образом, в матричной форме деформацию с инвариантной
...
этого плоскость С в этой структуре не является строго перпендикулярной относительно плоскости базиса и решетка сплава становится моноклинной с небольшим наклоном осей. Таким образом, в сплавах с
...

Новые процессы получения металла (металлургия железа)
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2
Сплавы с эффектом памяти формы
Справочник молодого термиста
Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. 3-е изд.: Справ. изд.
Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. Т. 4

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сплавы с эффектом памяти формы