Сплавы с эффектом памяти формы
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 21 ... 63 ... 105 ... 147 ... 189 ... 218 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 скачать книгу Сплавы с эффектом памяти формы Без учета упорядочения можно отметить, что и сплавы на основе Си, и сплавы Ti — Ni имеют о.ц.к. решетку и характеризуются одинаковым термоупругим мартенситным превращением. Однако упругая анизотропия сплавов Ti — Ni чрезвычайно низка [А ... Сплавы Си — Al — Ni и Си — Zn — Al имеют размеры кристаллитов порядка миллиметра, фактор упругой анизотропии этих сплавов очень высок (13—15) — все это создает условия легкого возникновения концентрации напряжений на границах зерен. Несмотря на это, сплавы Си — Zn — Al характеризуются сравнительно высокой пластичностью, в них часто наблюдается транскристаллитное разрушение. Причина такого поведения заключается в различии кристаллических структур сплавов Си — Al — N> и Си — Zn — Al. Сплавы Си — Al — Ni, как указано в таблице, имеют кристаллическую структуру D03, в то время как сплавы Си — Zn — Al — структуру В2. Элементарная ячейка структуры D03 имеет постоянные решетки в два раза больше, чем элементарная ячейка структуры В2. Поэтому величина вектора Бюргерса сверхструктурной дислокации, движущейся в кристаллах типа D03 в два раза больше соответствующей величины в кристаллах В2. В связи с этим движение дислокаций в кристаллах со структурой типа D03 затруднено. Например, в сплавах Си — Al — Ni скольжение дислокаций происходит при напряжении растяжения 600 МПа, в то время как в сплавах Си — Zn — Al — 200 МПа. Таким образом, можно считать, что в сплавах Си — Zn — Al, в которых дислокации движутся легко, высокая пластичность обусловлена легкостью релаксации напряжений на границах зерен. ... Ориентационная зависимость деформации превращения во всех сплавах с эффектом памяти формы очень сильная. Когерентность деформации на границах зерен не сохраняется. Для предотвращения интеркристаллитного разрушения необходимо, чтобы при низких напряжениях действовал такой механизм деформации, при котором происходит релаксация напряжений. В сплавах Ti — Ni после обработки, ведущей к образованию твердого раствора, напряжение течения, обусловленного скольжением дислокаций, низкое--100 МПа. Можно считать в связи с этим, ... Если учесть, что причиной интеркристаллитного разрушения сплавов на основе Си является концентрация напряжений на границах зерен, то можно указать следующие два способа повышения пластичности сплавов при одновременном предотвращении интеркристаллитного разрушения: ... Без учета упорядочения можно отметить, что и сплавы на основе Си, и сплавы Ti — Ni имеют о.ц.к. решетку и характеризуются одинаковым термоупругим мартенситным превращением. Однако упругая анизотропия сплавов Ti — Ni чрезвычайно низка [А ... свойств сплавов на основе Си и сплавов Ti — Ni, а также механизмов их деформации (табл. 2.7). ... во-первых, создание в сплавах текстуры, во-вторых, измельчение зерен. Способ улучшения пластичности путем создания текстуры должен быть чрезвычайно эффективен, так как симметричные бикристаллы имеют высокое удлинение и у них не происходит интеркристаллитного разрушения. Однако о попытках использовать этот способ до настоящего времени не сообщалось. Тем не менее следует указать, что создание текстуры в листовой кремнистой стали, используемой для сердечников трансформаторов, позволяет промышленным способом получать высокие магнитные свойства. Следовательно, создание текстуры не является принципиально невозможным, и этот способ является чрезвычайно перспективным. Второй способ улучшения пластичности уже опробован, появились сообщения об улучшении временного сопротивления и усталостной прочности. Способ измельчения структуры и улучшение свойств в результате этого рассматриваются ниже. ... В общем известны различные методы измельчения структуры, однако в принципе стремятся увеличить скорость образования зародышей и подавить скорость роста зерен. С этой целью эффективно применяются следующие способы: 1) использование легирующих добавок, 2) быстрое затвердевание, 3) порошковая металлургия. ... При применении первого способа вводимые элементы должны иметь небольшую растворимость по отношению к основным элементам сплава или должны образовывать соединения с другими элементами в виде дисперсных частиц. Тогда они эффективно подавляют рост зерен. По второму способу сплав, находящийся в жидком состоянии, быстро охлаждается, например путем разбрызгивания на охлаждаемые водой вращающиеся валки. Сплав затвердевает мгновенно, зародыши кристаллов не растут, получается тонкая кристаллическая структура. При применении третьего способа предварительно получают мелкий порошок, который затем спекают при высокой температуре и высоком давлении. При этом дисперсный кристаллический порошок сохраняется в исходном состоянии. Этот способ так же эффективен, как и способ обеспечения высокой скорости образования зародышей. ... Прежде всего следует рассмотреть примеры успешного применения первого способа измельчения структуры. В сплавы Си — Zn — Al или ... во-первых, создание в сплавах текстуры, во-вторых, измельчение зерен. Способ улучшения пластичности путем создания текстуры должен быть чрезвычайно эффективен, так как симметричные бикристаллы имеют высокое удлинение и у них не происходит интеркристаллитного разрушения. Однако о попытках использовать этот способ до настоящего времени не сообщалось. Тем не менее следует указать, что создание текстуры в листовой кремнистой стали, используемой для сердечников трансформаторов, позволяет промышленным способом получать высокие магнитные свойства. Следовательно, создание текстуры не является принципиально невозможным, и этот способ является чрезвычайно перспективным. Второй способ улучшения пластичности уже опробован, появились сообщения об улучшении временного сопротивления и усталостной прочности. Способ измельчения структуры и улучшение свойств в результате этого рассматриваются ниже. ... В общем известны различные методы измельчения структуры, однако в принципе стремятся увеличить скорость образования зародышей и подавить скорость роста зерен. С этой целью эффективно применяются следующие способы: 1) использование легирующих добавок, 2) быстрое затвердевание, 3) порошковая металлургия. ... во-первых, создание в сплавах текстуры, во-вторых, измельчение зерен. Способ улучшения пластичности путем создания текстуры должен быть чрезвычайно эффективен, так как симметричные бикристаллы имеют высокое удлинение и у них не происходит интеркристаллитного разрушения. Однако о попытках использовать этот способ до настоящего времени не сообщалось. Тем не менее следует указать, что создание текстуры в листовой кремнистой стали, используемой для сердечников трансформаторов, позволяет промышленным способом получать высокие магнитные свойства. Следовательно, создание текстуры не является принципиально невозможным, и этот способ является чрезвычайно перспективным. Второй способ улучшения пластичности уже опробован, появились сообщения об улучшении временного сопротивления и усталостной прочности. Способ измельчения структуры и улучшение свойств в результате этого рассматриваются ниже. ... нием, термообработки [72]. В результате исследования механических свойств установлено, что при уменьшении размеров зерен от 160 до 60 мкм удлинение до разрушения увеличивается на 40 %, разрушающее напряжение — почти на 30 %, сопротивление усталости при одинаковой долговечности увеличивается в 10—100 раз. Если сопоставить материалы с добавкой церия и без таковой при одинаковых размерах зерен, то можно отметить, что механические своййства сплавов с добавкой Се хуже, чем свойства сплавов без нее. Поэтому отмеченное выше улучшение механических свойств обусловлено не самой добавкой, а является следствием измельчения структуры. ... Зерна сплавов Си — Al — Ni успешно измельчают путем введения Ti [73]. При добавке титана обнаруживается двойной эффект. Во-первых, в структуре слитков подавляется образование столбчатых кристаллов, а зона мелких равноосных кристаллов интенсивно развивается. Это приводит к предотвращению образования трещин при литье и прокатке. Во-вторых, при добавке титана не происходит огрубления структуры при нагреве после деформации. Таким образом, введение титана не только приводит к единовременному измельчению структуры, но и обеспечивает предотвращение роста зерен принагреве. В мелкозернистых образцах, изготовленных указанным способом, при испытаниях на сжатие возможна деформация на 20 % при Т > 300 °С, возможна также деформация растяжением этих образцов при Т > 350 °С, а при 650 °С наблюдается удлинение около 300 %, т.е. сплав проявляет сверхпластические свойства. Сплавы без добавки титана невозможно подвергнуть пластической деформации в холодном состоянии, но при введении титана возможны холодная прокатка или холодное волочение со степенью деформации около 10 %. ... Механические свойства, в частности эффект памяти формы, были исследованы после измельчения зерен сплавов Си — Zn — Al путем введения ванадия [74]. Установлено, что если сплав [% ... нием, термообработки [72]. В результате исследования механических свойств установлено, что при уменьшении размеров зерен от 160 до 60 мкм удлинение до разрушения увеличивается на 40 %, разрушающее напряжение — почти на 30 %, сопротивление усталости при одинаковой долговечности увеличивается в 10—100 раз. Если сопоставить материалы с добавкой церия и без таковой при одинаковых размерах зерен, то можно отметить, что механические своййства сплавов с добавкой Се хуже, чем свойства сплавов без нее. Поэтому отмеченное выше улучшение механических свойств обусловлено не самой добавкой, а является следствием измельчения структуры. ... Зерна сплавов Си — Al — Ni успешно измельчают путем введения Ti [73]. При добавке титана обнаруживается двойной эффект. Во-первых, в структуре слитков подавляется образование столбчатых кристаллов, а зона мелких равноосных кристаллов интенсивно развивается. Это приводит к предотвращению образования трещин при литье и прокатке. Во-вторых, при добавке титана не происходит огрубления структуры при нагреве после деформации. Таким образом, введение титана не только приводит к единовременному измельчению структуры, но и обеспечивает предотвращение роста зерен принагреве. В мелкозернистых образцах, изготовленных указанным способом, при испытаниях на сжатие возможна деформация на 20 % при Т > 300 °С, возможна также деформация растяжением этих образцов при Т > 350 °С, а при 650 °С наблюдается удлинение около 300 %, т.е. сплав проявляет сверхпластические свойства. Сплавы без добавки титана невозможно подвергнуть пластической деформации в холодном состоянии, но при введении титана возможны холодная прокатка или холодное волочение со степенью деформации около 10 %. ... Механические свойства, в частности эффект памяти формы, были исследованы после измельчения зерен сплавов Си — Zn — Al путем введения ванадия [74]. Установлено, что если сплав [% ... нием, термообработки [72]. В результате исследования механических свойств установлено, что при уменьшении размеров зерен от 160 до 60 мкм удлинение до разрушения увеличивается на 40 %, разрушающее напряжение — почти на 30 %, сопротивление усталости при одинаковой долговечности увеличивается в 10—100 раз. Если сопоставить материалы с добавкой церия и без таковой при одинаковых размерах зерен, то можно отметить, что механические своййства сплавов с добавкой Се хуже, чем свойства сплавов без нее. Поэтому отмеченное выше улучшение механических свойств обусловлено не самой добавкой, а является следствием измельчения структуры. ... Зерна сплавов Си — Al — Ni успешно измельчают путем введения Ti [73]. При добавке титана обнаруживается двойной эффект. Во-первых, в структуре слитков подавляется образование столбчатых кристаллов, а зона мелких равноосных кристаллов интенсивно развивается. Это приводит к предотвращению образования трещин при литье и прокатке. Во-вторых, при добавке титана не происходит огрубления структуры при нагреве после деформации. Таким образом, введение титана не только приводит к единовременному измельчению структуры, но и обеспечивает предотвращение роста зерен принагреве. В мелкозернистых образцах, изготовленных указанным способом, при испытаниях на сжатие возможна деформация на 20 % при Т > 300 °С, возможна также деформация растяжением этих образцов при Т > 350 °С, а при 650 °С наблюдается удлинение около 300 %, т.е. сплав проявляет сверхпластические свойства. Сплавы без добавки титана невозможно подвергнуть пластической деформации в холодном состоянии, но при введении титана возможны холодная прокатка или холодное волочение со степенью деформации около 10 %. ... Механические свойства, в частности эффект памяти формы, были исследованы после измельчения зерен сплавов Си — Zn — Al путем введения ванадия [74]. Установлено, что если сплав [% ... нием, термообработки [72]. В результате исследования механических свойств установлено, что при уменьшении размеров зерен от 160 до 60 мкм удлинение до разрушения увеличивается на 40 %, разрушающее напряжение — почти на 30 %, сопротивление усталости при одинаковой долговечности увеличивается в 10—100 раз. Если сопоставить материалы с добавкой церия и без таковой при одинаковых размерах зерен, то можно отметить, что механические своййства сплавов с добавкой Се хуже, чем свойства сплавов без нее. Поэтому отмеченное выше улучшение механических свойств обусловлено не самой добавкой, а является следствием измельчения структуры. ... Сообщается [75], что добавка В также оказывает эффективное воздействие на измельчение структуры сплавов Си — Zn — Al. В эталонных образцах без В (рис. 2.74) средний размер зерен после термообработки в однофазной Д ... Попытки измельчения стрктуры путем быстрого охлаждения из жидкого состояния осуществлялись [76] на сплавах Си — Al — Ni,Cu — Sn, Си — Zn — Al. В сплавах Си — Al — Ni в результате измельчения размеры зерен достигают нескольких микрометров, однако улучшения пластичности не обнаруживается. На сплавах Си — Sn также были получены образцы с размерами зерен порядка нескольких микрометров. В этих сплавах на массивных образцах, закаленных из области (3-фазы (вблизи 15 % (ат.) Sn), обнаружено усиление эффекта памяти формы. Однако при этом в заметной степени происходит старение сплавов при комнатной температуре, и эффект памяти формы постепенно исчезает. В образцах в виде ленты, полученных путем быстрого затвердевания, отмечается тенденция к достижению стабильного состояния в результате старения при комнатной Т. Подтверждено, что при этом достигаются стабильный эффект памяти формы и стабильная псевдоупругость, не реализуемые в массивных образцах. При изготовлении образцов сплава Си — Zn — Al выделяются пары Zn, которые осаждаются на поверхность валков. Скорость охлаждения при этом уменьшается, поэтому кристаллиты имеют размер 10 — 20 мкм. В этом сплаве цинк испаряется при выплавке, поэтому трудно получить образцы со стабильными свойствами. Преимуществом способа охлаждения из жидкого состояния является возмож- ... Сообщается [75], что добавка В также оказывает эффективное воздействие на измельчение структуры сплавов Си — Zn — Al. В эталонных образцах без В (рис. 2.74) средний размер зерен после термообработки в однофазной Д ... ность непосредственного изготовления изделий за короткое время, однако недостатком способа является ограничение формы полученных изделий только в виде ленты. ... Попытки измельчения структуры с помощью метода порошковой металлургии осуществлялись с применением порошка, изготовленного методом распыления. При этом успешно получены [77] сплавы Си — Zn — Al, имеющие размеры зерен ~30 мкм. На рис. 2.75 сравниваются усталостные свойства мелкозернистых образцов, изготовленных из порошков и изготовленных методом выплавки образцов с размерами зерен ... ~ 2000 мкм. По сравнению с пределом выносливости крупнозернистых образцов 240 МПа при 104 циклах нагружения или 100 МПа при 106 циклах нагружения у мелкозернистых образцов предел выносливости составляет соответственно 530 и 400 МПа, т.е. усталостные свойства мелкозернистых образцов значительно выше. ... Как описано выше, улучшение свойств сплавов на основе Си в результате измельчения структуры осуществляется довольно успешно несмотря на то, что эти исследования находятся на начальном этапе. Можно значительно улучшить обрабатываемость давлением сплавов на основе Си. Проблема будущих исследований состоит в получении в этих сплавах эффекта памяти формы и псевдоупругости, соответствующих по своему уровню сплавам Ti — Ni. ... Изменение характеристик эффекта памяти формы в процессе работы происходит не только под влиянием циклической деформации, но и из- ... ность непосредственного изготовления изделий за короткое время, однако недостатком способа является ограничение формы полученных изделий только в виде ленты. ... Попытки измельчения структуры с помощью метода порошковой металлургии осуществлялись с применением порошка, изготовленного методом распыления. При этом успешно получены [77] сплавы Си — Zn — Al, имеющие размеры зерен ~30 мкм. На рис. 2.75 сравниваются усталостные свойства мелкозернистых образцов, изготовленных из порошков и изготовленных методом выплавки образцов с размерами зерен ... ность непосредственного изготовления изделий за короткое время, однако недостатком способа является ограничение формы полученных изделий только в виде ленты. ... за старения при температурах эксплуатации. Исследование влияния старения является одной из наиболее важных проблем как для определения предельной рабочей Т, так и для обеспечения стабилизации свойств в процессе работы. Наоборот, используя влияние старения, обеспечивают возможность регулирования, например, Т превращения. ... Следует учитывать, что причины этого влияния, обусловленные Т старения, различны, так же как и характеристики эффекта памяти формы изменяются по-разному. Более того, причины и проявление влияния старения различаются в зависимости от того, осуществляется ли старение в состоянии исходной или мартенситной фазы. Тем не менее во всех случаях старение — это явление, связанное с диффузией, поэтому, например, с точки зрения разработки сплавов важно исследование влияния легирующих элементов в сплаве Си — Al — Ni, оказывающих воздействие на коэффициент диффузии Ni. Эта проблема рассматривается ниже. ... Старение в состоянии исходной фазы. Влияние старения в сплавах Си можно рассматривать в связи со следующими причинами. Во-первых, при изготовлении образцов из сплавов на основе Си с неупорядоченной структурой высокотемпературной /3 ... Прежде всего необходимо рассмотреть первую причину [79]. Упорядочение в процессе быстрого охлаждения осуществляется в две стадии. Сначала при высоких температурах происходит превращение неупорядоченной /3 ... расчетным методом, характеризующие соотношение между температурой и составом при превращениях порядок — беспорядок /З-* -+В2 и В2 -> ООъ в двухкомпонент-ных сплавах Си—Zn [78]. Последовательность превращений в трех-компонентных сплавах по существу такая же. Превращение порядок-беспорядок /3 ... за старения при температурах эксплуатации. Исследование влияния старения является одной из наиболее важных проблем как для определения предельной рабочей Т, так и для обеспечения стабилизации свойств в процессе работы. Наоборот, используя влияние старения, обеспечивают возможность регулирования, например, Т превращения. ... ти полностью завершается. Указанная Т превращения практически не зависит от состава и является почти постоянной. Температура превращения В2 -*■ do3 ... Рис. 2.78. Соотношение между изменением температуры превращения в результате старения при низкой температуре и продолжительностью старения при низкой температуре и продолжительностью старения образцов после мгновенного нагрева до 140 °С (/) и образцов, закаленных из области 0-фазы (2) ... ти полностью завершается. Указанная Т превращения практически не зависит от состава и является почти постоянной. Температура превращения В2 -*■ do3 ... ти полностью завершается. Указанная Т превращения практически не зависит от состава и является почти постоянной. Температура превращения В2 -*■ ... низких температурах повышаются. Однако изменение образцов (2) происходит на два порядка быстрее, чем образцов (7). В образцах (2) в результате быстрого охлаждения от высокой температуры происходит закалка большого количества избыточных вакансий, поэтому диффузионные явления развиваются быстрее, чем в образцах (7). Если учитывать это обстоятельство, то можно считать, что повышение точки М, вследствие низкотемпературного старения после быстрого охлаждения обусловлено диффузией. Учитывая, что этот процесс является обратимым и происходит сколько угодное число раз в результате мгновенного нагрева до температуры выше температуры превращения В2 -* -*■ D03, сделан вывод, что влияние низкотемпературного старения обусловлено незавершенностью превращения В2 -* ... низких температурах повышаются. Однако изменение образцов (2) происходит на два порядка быстрее, чем образцов (7). В образцах (2) в результате быстрого охлаждения от высокой температуры происходит закалка большого количества избыточных вакансий, поэтому диффузионные явления развиваются быстрее, чем в образцах (7). Если учитывать это обстоятельство, то можно считать, что повышение точки М, вследствие низкотемпературного старения после быстрого охлаждения обусловлено диффузией. Учитывая, что этот процесс является обратимым и происходит сколько угодное число раз в результате мгновенного нагрева до температуры выше температуры превращения В2 -* -*■ D03, сделан вывод, что влияние низкотемпературного старения обусловлено незавершенностью превращения В2 ... ратур упорядочения В2 D03 в трехкомпонентных сплавах Си — Zn — Al. Абсолютные величины, как и данные рис. 2.76, являются недостаточно точными, однако с достаточной достоверностью количественно выражают изменение температур. На рисунке штриховкой показана область составов, для которой М = 0±50 °С Даже для сплавов с одинаковой М$ температуры упорядочения В2 -> D03 изменяются в довольно широком интервале. Чем выше концентрация AI в заштрихованной области, тем выше становится Г превращения. Если упорядочение происходит при высоких температурах, то при этом легко развиваются диффузионные процессы и, следовательно, легко происходит перераспределение атомов и переход в структуру D03. С учетом этого ясны причины, обусловливающие тот факт, что сплавы Си — Zn — Al с высокой концентрацией AI после быстрого охлаждения имеют структуру D03, а сплавы с низкой концентрацией AI — структуру В2- ... На рис. 2.80 показана зависимость степени понижения М#от Г нагрева в результате мгновенного нагрева в область промежуточных температур для сплавов А ... Далее мы рассмотрим выделение 72"фазы, что, как указано выше, также оказывает влияние на изменение свойств сплавов на основе Си [80] при старении. На рис. 2.81 показано, каким образом изменяется твердость по Виккерсу (а) и степень восстановления формы (б) ... ратур упорядочения В2 D03 в трехкомпонентных сплавах Си — Zn — Al. Абсолютные величины, как и данные рис. 2.76, являются недостаточно точными, однако с достаточной достоверностью количественно выражают изменение температур. На рисунке штриховкой показана область составов, для которой М = 0±50 °С Даже для сплавов с одинаковой М$ температуры упорядочения В2 -> D03 изменяются в довольно широком интервале. Чем выше концентрация AI в заштрихованной области, тем выше становится Г превращения. Если упорядочение происходит при высоких температурах, то при этом легко развиваются диффузионные процессы и, следовательно, легко происходит перераспределение атомов и переход в структуру D03. С учетом этого ясны причины, обусловливающие тот факт, что сплавы Си — Zn — Al с высокой концентрацией AI после быстрого охлаждения имеют структуру D03, а сплавы с низкой концентрацией AI — структуру В2- ... ратур упорядочения В2 D03 в трехкомпонентных сплавах Си — Zn — Al. Абсолютные величины, как и данные рис. 2.76, являются недостаточно точными, однако с достаточной достоверностью количественно выражают изменение температур. На рисунке штриховкой показана область составов, для которой М = 0±50 °С Даже для сплавов с одинаковой М$ температуры упорядочения В2 -> D03 изменяются в довольно широком интервале. Чем выше концентрация AI в заштрихованной области, тем выше становится Г превращения. Если упорядочение происходит при высоких температурах, то при этом легко развиваются диффузионные процессы и, следовательно, легко происходит перераспределение атомов и переход в структуру D03. С учетом этого ясны причины, обусловливающие тот факт, что сплавы Си — Zn — Al с высокой концентрацией AI после быстрого охлаждения имеют структуру D03, а сплавы с низкой концентрацией AI — структуру В2- ... причины изменения этих двух свойств обусловлены одним и тем же явлением. Эвтектоидный распад в сплавах Си — Al — Ni начинается при ~ 560 °С, поэтому в исследованном интервале температур стабильным является состояние, получающееся в результате распада р^-фазы на а-фазу и 72-фазу в условиях термического равновесия. Выделение Уг~ ... Старение в состоянии мартенситной фазы. Примером использования эффекта памяти формы может быть применение комбинированных датчиков температуры и приводов. Можно рассмотреть большое число таких примеров, как автоматические устройства открытия окон горячих лабораторий, муфты вентиляторов, предотвращающих перегрев двигателей, различные термостаты, устройства установки огнезащитных стенок, автоматические устройства открытия дверец сушильных ящиков, приборы пожарной сигнализации, автоматические устройства регулирования отверстий струи выходящих газов. Во всех этих случаях используется 7" обратного превращения и способность сплава восстанавливать форму при превращении из мартенситной в исходную фазу. Поэтому до достижения 7", при которой действуют эти устройства, поддерживается состояние мартенситной фазы. При этом в мартенситной фазе происходит старение, в результате чего она стабилизируется, а Т начала обратного превращения повышается. Следовательно, Т срабатывания устройств изменяется в процессе работы, что с практической точки зрения очень важно-Ниже описываются исследования старения в состоянии мартенситной фазы. ... Прежде всего можно указать на эксперименты, проведенные [81] на сплавах [% (по массе)] Си — 16,7 Zn — 7,1 Al. Образцы этих сплавов после обработки для получения твердого раствора быстро охлаждались при 105 °С (7), 74 °С (2),43°С (3) ... В результате исследования с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии после обработки (7) при обратном превращении обнаруживается пик при 84 0С, соответствующий точке Л*. При последую- ... причины изменения этих двух свойств обусловлены одним и тем же явлением. Эвтектоидный распад в сплавах Си — Al — Ni начинается при ~ 560 °С, поэтому в исследованном интервале температур стабильным является состояние, получающееся в результате распада р^-фазы на а-фазу и 72-фазу в условиях термического равновесия. Выделение Уг~ ... Старение в состоянии мартенситной фазы. Примером использования эффекта памяти формы может быть применение комбинированных датчиков температуры и приводов. Можно рассмотреть большое число таких примеров, как автоматические устройства открытия окон горячих лабораторий, муфты вентиляторов, предотвращающих перегрев двигателей, различные термостаты, устройства установки огнезащитных стенок, автоматические устройства открытия дверец сушильных ящиков, приборы пожарной сигнализации, автоматические устройства регулирования отверстий струи выходящих газов. Во всех этих случаях используется 7" обратного превращения и способность сплава восстанавливать форму при превращении из мартенситной в исходную фазу. Поэтому до достижения 7", при которой действуют эти устройства, поддерживается состояние мартенситной фазы. При этом в мартенситной фазе происходит старение, в результате чего она стабилизируется, а Т начала обратного превращения повышается. Следовательно, Т срабатывания устройств изменяется в процессе работы, что с практической точки зрения очень важно-Ниже описываются исследования старения в состоянии мартенситной фазы. ... причины изменения этих двух свойств обусловлены одним и тем же явлением. Эвтектоидный распад в сплавах Си — Al — Ni начинается при ~ 560 °С, поэтому в исследованном интервале температур стабильным является состояние, получающееся в результате распада р^-фазы на а-фазу и 72-фазу в условиях термического равновесия. Выделение ... щих повторных измерениях никаких изменений не происходит, влияние старения не обнаруживается. Однако при повышении Т после полного превращения в мартенситную фазу у образцов, обработанных по режиму (2), кривая дифференциальной сканирующей калориметрии становится широкой, обнаруживаются два низких пика при 82 и 124°С. При двукратном термоциклировании обнаруживается один пик при 85 °С, который при последующем термоциклировании не изменяется. При этом площадь пика (величина, характеризующая степень превращения) составляет ~ 2/3 площади пика, соответствующего обработке (/). При термообработке (3) ... Объяснение результатов описанных выше экспериментов возможно на основании следующих двух явлений. Прежде всего следует указать, что коэффициент диффузии элементов в 0 ... Целесообразно рассмотреть результаты экспериментов на основании двух описанных выше явлений. После быстрого охлаждения до Т У- ... Это не обзначает, что перераспределение атомов подтверждается экспериментально, хотя и является в высшей степени возможным. Однако с учетом описанных ранее результатов экспериментов невозможно отрицать, что происходят изменения, сопровождающие диффузию в мартенситной фазе. ... щих повторных измерениях никаких изменений не происходит, влияние старения не обнаруживается. Однако при повышении Т после полного превращения в мартенситную фазу у образцов, обработанных по режиму (2), кривая дифференциальной сканирующей калориметрии становится широкой, обнаруживаются два низких пика при 82 и 124°С. При двукратном термоциклировании обнаруживается один пик при 85 °С, который при последующем термоциклировании не изменяется. При этом площадь пика (величина, характеризующая степень превращения) составляет ~ 2/3 площади пика, соответствующего обработке (/). При термообработке (3) ... щих повторных измерениях никаких изменений не происходит, влияние старения не обнаруживается. Однако при повышении Т после полного превращения в мартенситную фазу у образцов, обработанных по режиму (2), кривая дифференциальной сканирующей калориметрии становится широкой, обнаруживаются два низких пика при 82 и 124°С. При двукратном термоциклировании обнаруживается один пик при 85 °С, который при последующем термоциклировании не изменяется. При этом площадь пика (величина, характеризующая степень превращения) составляет ~ 2/3 площади пика, соответствующего обработке (/). При термообработке ... го превращения, наблюдается обычно обратное превращение. Можно считать, что эти условия наблюдаются при термообработке (/). ... При быстром охлаждении до Т < М$ последующее старение при этой температуре происходит в состоянии мартенситной фазы, содержащей большое количество избыточных вакансий, поэтому даже в мартенситной фазе диффузия происходит сравнительно быстро. В результате перераспределения атомов свободная энергия мартенситной фазы понижается, происходит ее стабилизация. Это можно считать причиной того, что в результате термообработки (4) ... При быстром охлаждении до температуры в интервале между М$ и Mf последующее старение при указанной 7" происходит в состоянии сосуществования исходной и мартенситной фаз, поэтому область мартенситной фазы стабилизируется вследствие старения. Температура обратного превращения повышается. В результате при исследовании методом дифференциальной сканирующей калориметрии обнаруживаются два пика. Первый пик наблюдается при такой же Т, как и в образцах, в которых не обнаруживается влияния старения. Второй пик наблюдается при температуре на 40 °С выше первого. После полного обратного превращения диффузия в исходной 0i ... Как указано выше, старение в состоянии мартенситной фазы происходит даже при комнатной Т. Стабилизируя мартенситную фазу, можно повысить Т обратного превращения более чем на 100 °С. Это требует особого внимания при практическом применении сплавов. ... Влияние третьего элемента. Как отмечено ранее, старение существенно изменяет характеристики эффекта памяти формы в сплавах на основе Си, однако влияние старения зависит от содержания Ni в сплавах Си — Al — Ni и от содержания AI в сплавах Си — Zn ... Целесообразно рассмотреть влияние Ni в сплавах Си — Al — Ni [42]. На рис. 2.82 показано изменение точки М$ при старении в течение 10 мин в интервале 300—600 К (27—327 °С) образцов с разным содержанием Ni после обработки на твердый раствор при 1193 К (920 °С) в течение 20 мин и закалки в воде. Изменение точки М описывается сложной закономерностью, зависящей от содержания Ni. При этом в результате старения происходит и изменение твердости (рис. 2.83), причиной которого является выделение 72-фазы. Можно считать, что Г начала повышения твердости соответствует Г начала выделения 72-фазы, одна- ... го превращения, наблюдается обычно обратное превращение. Можно считать, что эти условия наблюдаются при термообработке (/). ... При быстром охлаждении до Т < М$ последующее старение при этой температуре происходит в состоянии мартенситной фазы, содержащей большое количество избыточных вакансий, поэтому даже в мартенситной фазе диффузия происходит сравнительно быстро. В результате перераспределения атомов свободная энергия мартенситной фазы понижается, происходит ее стабилизация. Это можно считать причиной того, что в результате термообработки (4) ... го превращения, наблюдается обычно обратное превращение. Можно считать, что эти условия наблюдаются при термообработке (/). ... ко следует указать, что при повышении содержания Ni эта Г смещается в сторону более высоких значений. Это свидетельствует о том, что Ni подавляет диффузию Си и AI. Действительно, в двухкомпонентных сплавах Си — AI с высоким содержанием AI диффузия происходит быстро, даже при быстром охлаждении невозможно предотвратить выделение 72 ... В образцах с низким содержанием Ni температура начала повышения твердости и температура начала понижения М$ почти совпадают. Можно считать, что изменение М обусловлено выделением 7 ... для образования новой поверхности раздела вокруг выделений вследствие потери когерентности. В любом случае это затрудняет превращение, в результате чего Ms понижается. Причина повышения Ms после прохождения минимума обусловлена тем, что при повышении Т увеличивается количество выделений 7 ... ко следует указать, что при повышении содержания Ni эта Г смещается в сторону более высоких значений. Это свидетельствует о том, что Ni подавляет диффузию Си и AI. Действительно, в двухкомпонентных сплавах Си — AI с высоким содержанием AI диффузия происходит быстро, даже при быстром охлаждении невозможно предотвратить выделение ... При повышении содержания Ni свыше 3 % первоначального падения М$ не происходит. Сначала Ms повышается, при этом повышение Ms происходит при более низкой температуре, чем Г начала увеличения твердости. Поэтому в образцах с высоким содержанием Ni первоначальное изменение Ms обусловлено другим механизмом, не связанным с выделением 72 ... Выше описано влияние старения в образцах, находящихся в различном состоянии и при различных условиях старен ,я. Однако упорядочение В2 DOi и старение в состоянии мартенситной фазы происходят даже вблизи комнатной 7", поэтому необходимо разработать какие-то способы поддержания стабильных свойств сплавов. Кроме того, выделение 72 ... Следует отметить, что старение не всегда оказывает вредное влияние на свойства сплавов. В некоторых случаях возможно успешное использование этого явления. Например, Т превращения сплавов с эффектом памяти формы чувствительна к составу и скорости закалки, которую трудно регулировать. В связи с этим если после изготовлени образцов можно осуществить точное регулирование Т превращения путем старения сплава, то можно получить хорошие свойства сплава, соответствующие условиям его применения. Кроме того, в сплавах Ti — Ni, применяя старение, можно значительно повысить напряжение, при котором возникает остаточная деформация, обусловленная скольжением. Это позволяет эффективно улучшать такие свойства сплавов, как характеристики эффекта памяти формы и псевдоупругость [29, 83, 84]. ... Помимо описанных выше материаловедческих проблем сплавов, существует большое количество проблем, которые должны быть рассмотрены при применении сплавов с эффектом памяти формы. Ниже рассмотрены некоторые из этих общих проблем. Прежде всего, это проб- ... фазе. Во всем температурном интервале, в котором понижается и повышается ... лема экономичности сплавов. Ранее было указано, что стоимость сплавов Ti — Ni можно понизить, если Ti или Ni заменить такими элементами, как Си или ... Важной проблемой с точки зрения практического применения сплавов для деталей, имеющих различную форму, является обрабатываемость их давлением. Сплавы на основе Си являются почти такими же хрупкими, как интерметаллические соединения. Обработка этих сплавов давлением при комнатных температурах чрезвычайно трудна. Сплавы Ti — Ni, несмотря на то что они являются интерметаллическим соединением, имеют хорошую обрабатываемость давлением: возможна холодная деформация этих сплавов путем волочения или прокатки. Технология обработки этих сплавов относится к производственным секретам фирм-изготовителей, поэтому по этой проблеме каких-либо данных практически не опубликовано. Тем не менее имеются сообщения, свидетельствующие о сложном влиянии обработки давлением на свойства сплавов. Так, например, материалы, полученные холодной ковкой, при нагреве удлиняются, а материалы, полученные холодным волочением, сжимаются. По-видимому, это обусловлено мартенситным превращением, однако вследствие такого поведения после термообработки возникают размерные погрешности, поэтому этой проблеме необходимо уделять особое внимание при обработке точных деталей. Сплавы с эффектом памяти формы характеризуются чрезвычайно специфичным деформационным поведением, поэтому проблема их пластической деформации имеет большое практическое и научное значение. ... Сплавы Ti — Ni имеют высокую коррозионную стойкость и стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением. Механические свойства этих сплавов (прочность, пластичность) также очень высоки. Поэтому хотя их экономичность хуже, чем у других сплавов, но практически сплавы Ti — Ni незаменимы. По-видимому, и в будущем эти сплавы будут широко применяться. ... Следующей важной проблемой сплавов с эффектом памяти формы является описанное в предыдущем разделе изменение свойств материалов в результате старения при температурах ниже их рабочих температур. Вследствие этого в сплавах на основе Си в процессе эксплуатации происходит изменение Т превращения. Однако при использовании сплавов Ti — Ni в отличие от сплавов на основе Си нет необходимости осуществлять быстрое охлаждение после обработки, ведущей к образованию твердого раствора. Если предварительно осуществить старение этих сплавов при достаточно высокой Т по сравнению с рабочей температурой, то, учитывая, что в результате старения значительно повышается ... лема экономичности сплавов. Ранее было указано, что стоимость сплавов Ti — Ni можно понизить, если Ti или Ni заменить такими элементами, как Си или ... Важной проблемой с точки зрения практического применения сплавов для деталей, имеющих различную форму, является обрабатываемость их давлением. Сплавы на основе Си являются почти такими же хрупкими, как интерметаллические соединения. Обработка этих сплавов давлением при комнатных температурах чрезвычайно трудна. Сплавы Ti — Ni, несмотря на то что они являются интерметаллическим соединением, имеют хорошую обрабатываемость давлением: возможна холодная деформация этих сплавов путем волочения или прокатки. Технология обработки этих сплавов относится к производственным секретам фирм-изготовителей, поэтому по этой проблеме каких-либо данных практически не опубликовано. Тем не менее имеются сообщения, свидетельствующие о сложном влиянии обработки давлением на свойства сплавов. Так, например, материалы, полученные холодной ковкой, при нагреве удлиняются, а материалы, полученные холодным волочением, сжимаются. По-видимому, это обусловлено мартенситным превращением, однако вследствие такого поведения после термообработки возникают размерные погрешности, поэтому этой проблеме необходимо уделять особое внимание при обработке точных деталей. Сплавы с эффектом памяти формы характеризуются чрезвычайно специфичным деформационным поведением, поэтому проблема их пластической деформации имеет большое практическое и научное значение. ... Сплавы Ti — Ni имеют высокую коррозионную стойкость и стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением. Механические свойства этих сплавов (прочность, пластичность) также очень высоки. Поэтому хотя их экономичность хуже, чем у других сплавов, но практически сплавы Ti — Ni незаменимы. По-видимому, и в будущем эти сплавы будут широко применяться. ... Следующей важной проблемой сплавов с эффектом памяти формы является описанное в предыдущем разделе изменение свойств материалов в результате старения при температурах ниже их рабочих температур. Вследствие этого в сплавах на основе Си в процессе эксплуатации происходит изменение Т превращения. Однако при использовании сплавов Ti — Ni в отличие от сплавов на основе Си нет необходимости осуществлять быстрое охлаждение после обработки, ведущей к образованию твердого раствора. Если предварительно осуществить старение этих сплавов при достаточно высокой Т по сравнению с рабочей температурой, то, учитывая, что в результате старения значительно повышается ... лема экономичности сплавов. Ранее было указано, что стоимость сплавов Ti — Ni можно понизить, если Ti или Ni заменить такими элементами, как Си или ... лема экономичности сплавов. Ранее было указано, что стоимость сплавов Ti — Ni можно понизить, если Ti или Ni заменить такими элементами, как Си ... напряжение скольжения, этим самым можно устранить влияние старения в процессе эксплуатации. В связи с этим возможность применения сплавов с эффектом памяти формы при высоких температурах ограничена сплавами Ti — Ni. ... Существуют многочисленные материаловедческие проблемы, препятствующие широкому применению сплавов на основе Си, но не присущие сплавам Ti — Ni. Однако, несмотря на то что исследования и разработка сплавов на основе Си находятся на начальной стадии, получено большое количество интересных данных. Можно ожидать, что постепенное решение отмеченных материаловедческих проблем приведет к широкому применению сплавов Си в разных отраслях промышленности. ... Известно более десяти только основных сплавов, обладающих эффектом памяти формы (см. табл. 11), а если учитывать составы сплавов с легирующими элементами, то число сплавов с эффектом памяти ... напряжение скольжения, этим самым можно устранить влияние старения в процессе эксплуатации. В связи с этим возможность применения сплавов с эффектом памяти формы при высоких температурах ограничена сплавами Ti — Ni. ... формы составит > 100. Однако из этого общего числа только сплавы Ti — Ni и Си — Zn — Al и эти же сплавы с добавками легирующих элементов пригодны для практического использования. Другие сплавы непригодны [1] для промышленного производства из-за того, что в их состав входят дорогостоящие специальные компоненты, или из-за невозможности изготовления монокристаллов из этих сплавов. ... Поскольку состав практически применяемых сплавов различен, можно предположить, что и свойства сплавов довольно сильно различаются, так же как и способы и процессы их производства. В табл. 3.1 сравниваются свойства сплавов двух указанных групп. ... В общем можно отметить, что сплавы Ti — Ni имеют лучшие свойства, а сплавы Си — Zn — Al — экономические преимущества. Поэтому в таких областях техники, где требуется высокая надежность при большом числе циклов работы, например для исполнительных механизмов и переключателей, применяют [2] сплавы Ti — Ni. И наоборот, в таких областях, где указанные свойства не требуются, а число циклов ограничено, например одним циклом, как у температурных предохранителей или у устройств безопасности, действующих только в аварийных ситуациях (при пожаре), можно применять сплавы Си — Zn — Al, учитывая их более низкую стоимость. Конкретный выбор сплавов определяется с учетом различных обстоятельств — назначения, рабочей среды, возможности изготовления, стоимости. ... Явление, называемое эффектом памяти формы — это необратимое однонаправленное явление, хотя в определенных условиях оно проявляется как обратимое, двунаправленное явление. Таким образом, сплав, запомнивший определенную форму, деформируется при низкой температуре, затем, когда он нагревается до температуры выше температуры превращения, сплав восстанавливает исходную форму. Если теперь сплав вновь охладить до низкой температуры, то он не принимает формы, соответствующей форме сплава, деформированного при низкой температуре. Чтобы получить двунаправленность действия, т.е. обратимость изменения формы при повышении и понижении температуры сплава, запомнившего форму при низкой температуре, необходимы специальные меры. ... Для обеспечения характеристик двунаправленного действия применяется специальная обработка сплавов с использованием свойств самого сплава или, используя однонаправленный сплав, обеспечивают двунаправленность действия устройств путем сочетания разных деталей, таких как пружина и груз. ... Двунаправленный эффект памяти формы подробно описан в гл. 2. В данном случае необходимо только отметить, что это такое явление, при котором образцы неоднократно приобретают заданную форму при высокой (выше некоторой определенной температуры) и низкой температурах. Двунаправленный эффект памяти формы с первого взгляда легко ... формы составит > 100. Однако из этого общего числа только сплавы Ti — Ni и Си — Zn — Al и эти же сплавы с добавками легирующих элементов пригодны для практического использования. Другие сплавы непригодны [1] для промышленного производства из-за того, что в их состав входят дорогостоящие специальные компоненты, или из-за невозможности изготовления монокристаллов из этих сплавов. ... Поскольку состав практически применяемых сплавов различен, можно предположить, что и свойства сплавов довольно сильно различаются, так же как и способы и процессы их производства. В табл. 3.1 сравниваются свойства сплавов двух указанных групп. ... В общем можно отметить, что сплавы Ti — Ni имеют лучшие свойства, а сплавы Си — Zn — Al — экономические преимущества. Поэтому в таких областях техники, где требуется высокая надежность при большом числе циклов работы, например для исполнительных механизмов и переключателей, применяют [2] сплавы Ti — Ni. И наоборот, в таких областях, где указанные свойства не требуются, а число циклов ограничено, например одним циклом, как у температурных предохранителей или у устройств безопасности, действующих только в аварийных ситуациях (при пожаре), можно применять сплавы Си — Zn — Al, учитывая их более низкую стоимость. Конкретный выбор сплавов определяется с учетом различных обстоятельств — назначения, рабочей среды, возможности изготовления, стоимости. ... Явление, называемое эффектом памяти формы — это необратимое однонаправленное явление, хотя в определенных условиях оно проявляется как обратимое, двунаправленное явление. Таким образом, сплав, запомнивший определенную форму, деформируется при низкой температуре, затем, когда он нагревается до температуры выше температуры превращения, сплав восстанавливает исходную форму. Если теперь сплав вновь охладить до низкой температуры, то он не принимает формы, соответствующей форме сплава, деформированного при низкой температуре. Чтобы получить двунаправленность действия, т.е. обратимость изменения формы при повышении и понижении температуры сплава, запомнившего форму при низкой температуре, необходимы специальные меры. ... Для обеспечения характеристик двунаправленного действия применяется специальная обработка сплавов с использованием свойств самого сплава или, используя однонаправленный сплав, обеспечивают двунаправленность действия устройств путем сочетания разных деталей, таких как пружина и груз. ... формы составит > 100. Однако из этого общего числа только сплавы Ti — Ni и Си — Zn — Al и эти же сплавы с добавками легирующих элементов пригодны для практического использования. Другие сплавы непригодны [1] для промышленного производства из-за того, что в их состав входят дорогостоящие специальные компоненты, или из-за невозможности изготовления монокристаллов из этих сплавов. ... обеспечить, однако из-за необходимости использовать такие процессы обработки, как пластическая деформация с высокой степенью обжатия и нагрев в стесненном состоянии, трудно точно выдерживать форму как при высокой, так и при низкой температурах. Большой проблемой с практической точки зрения является определение конечной величины смещения. Кроме того, трудности вызывает также регулирование температурного гистерезиса и возбуждаемого усилия. Тем не менее ясно, что двунаправленный эффект памяти формы обеспечивает уменьшение размеров элементов и простоту конструкции, поэтому исследования и разработка двунаправленного эффекта памяти формы, первоначально проведенные на медных сплавах, с 1980 г. успешно развиваются и на сплавах Ti — Ni. ... Смещающие двунаправленные элементы. Среди способов получения двунаправленного действия путем комбинации различных деталей с однонаправленным эффектом памяти формы следует отметить способ смещения, основанный на применении дифференциальных элементов двух типов с использованием более двух деталей с эффектом памяти формы. В любом случае используются свойства сплавов в состоянии восстановления высокотемпературной формы. При этом исходная высокотемпературная фаза характеризуется высокой прочностью (высокой твердостью и высоким напряжением течения), а низкотемпературная мартенситная фаза — низкой прочностью (низкой твердостью, низким напряжением течения). ... При применении метода смещения осуществляют деформацию сплава с помощью соответствующей внешней силы (силы смещения) при низкой температуре. На рис. 3.1 показана упрощенная схема установки, в ... обеспечить, однако из-за необходимости использовать такие процессы обработки, как пластическая деформация с высокой степенью обжатия и нагрев в стесненном состоянии, трудно точно выдерживать форму как при высокой, так и при низкой температурах. Большой проблемой с практической точки зрения является определение конечной величины смещения. Кроме того, трудности вызывает также регулирование температурного гистерезиса и возбуждаемого усилия. Тем не менее ясно, что двунаправленный эффект памяти формы обеспечивает уменьшение размеров элементов и простоту конструкции, поэтому исследования и разработка двунаправленного эффекта памяти формы, первоначально проведенные на медных сплавах, с 1980 г. успешно развиваются и на сплавах Ti — Ni. ... Смещающие двунаправленные элементы. Среди способов получения двунаправленного действия путем комбинации различных деталей с однонаправленным эффектом памяти формы следует отметить способ смещения, основанный на применении дифференциальных элементов двух типов с использованием более двух деталей с эффектом памяти формы. В любом случае используются свойства сплавов в состоянии восстановления высокотемпературной формы. При этом исходная высокотемпературная фаза характеризуется высокой прочностью (высокой твердостью и высоким напряжением течения), а низкотемпературная мартенситная фаза — низкой прочностью (низкой твердостью, низким напряжением течения). ... При применении метода смещения осуществляют деформацию сплава с помощью соответствующей внешней силы (силы смещения) при низкой температуре. На рис. 3.1 показана упрощенная схема установки, в ... обеспечить, однако из-за необходимости использовать такие процессы обработки, как пластическая деформация с высокой степенью обжатия и нагрев в стесненном состоянии, трудно точно выдерживать форму как при высокой, так и при низкой температурах. Большой проблемой с практической точки зрения является определение конечной величины смещения. Кроме того, трудности вызывает также регулирование температурного гистерезиса и возбуждаемого усилия. Тем не менее ясно, что двунаправленный эффект памяти формы обеспечивает уменьшение размеров элементов и простоту конструкции, поэтому исследования и разработка двунаправленного эффекта памяти формы, первоначально проведенные на медных сплавах, с 1980 г. успешно развиваются и на сплавах Ti — Ni. ... которой груз подвешен на проволоке d = 1 мм из сплава Ti — Ni с эффектом памяти формы (/). В этом случае груз, подвешенный на проволоке, действует как сила смещения. Масса груза создает силу деформации при низкой температуре Fм и промежуточную составляющую F R силы FА, ... Если образец находится в указанном состоянии, то при повышении температуры происходит восстановление формы. Сила восстановления формы FА ... которой груз подвешен на проволоке d = 1 мм из сплава Ti — Ni с эффектом памяти формы (/). В этом случае груз, подвешенный на проволоке, действует как сила смещения. Масса груза создает силу деформации при низкой температуре Fм и промежуточную составляющую F R силы FА, ... Если образец находится в указанном состоянии, то при повышении температуры происходит восстановление формы. Сила восстановления формы FА ... которой груз подвешен на проволоке d = 1 мм из сплава Ti — Ni с эффектом памяти формы (/). В этом случае груз, подвешенный на проволоке, действует как сила смещения. Масса груза создает силу деформации при низкой температуре Fм и промежуточную составляющую F R силы ... новления величины силы смещения F в произвольно задают возбуждаемое усилие [FА ... Метод смещения с применением груза для создания силы смещения (см. рис. 3.1) ограничен установленным положением элемента. Он чувствителен к воздействию вибраций, поэтому на практике для создания силы смещения часто применяется пружина. На рис. 3.3 показан элемент, состоящий из спирали, изготовленной из сплава с эффектом памяти формы (7) и прошедшей соответствующую обработку, и винтовой пружины сжатия (2), изготовленной из обычного пружинного материала, причем спираль и пружина оказывают давление друг на друга. Спираль под действием силы смещения (усилия пружины) сдвигается при низкой Т влево, но при повышении температуры в результате восстановления формы происходит сжатие пружины и смещение вправо. При понижении температуры двунаправленный элемент вновь смещается в левую сторону. ... Метод создания силы смещения с помощью пружины конструктивно прост, имеет преимущества с экономической точки зрения и поэтому широко применяется на практике. Однако он имеет недостаток, заключающийся в том, что рабочий ход элемента невелик. Это обусловлено тем, что в процессе восстановления формы спирали из сплава с памятью формы постепенно уменьшается сила, восстанавливающая форму, а соответствующая сила смещения в результате сдавливания пружины увеличивается. В связи с этим сила, получающаяся без внешних воздействий на элемент, т.е. разность двух указанных сил, резко уменьшается в процессе восстановления формы элемента. ... На рис. 3.4 схематично показано соотношение между нагрузкой и смещением (прогибом). Направления действия спирали из сплава с эффектом памяти формы и пружины смещения (?) взаимно противоположны, поэтому если в одну сторону указано удлинение, то в другую — сжатие. В связи с этим наклон линий, характеризующих соотношение между нагрузкой и смещением для пружины (соответствующий постоянной пружины) и спирали из сплава с памятью формы (отличающийся довольно сильной кривизной), взаимно противоположен. ... Точка нулевой нагрузки пружины смещения определяется соотношением положений пружины и спирали из сплава с памятью формы. В случае, соответствующем рис. 3.4, указанная спираль и пружина смещения установлены с суммарным сжатием 50 мм. Точка нулевой нагрузки пру-жины смещения удалена на 50 мм от исходной точки, т.е. от точки нулевой нагрузки спирали из сплава с эффектом памяти формы. При комнатной Т (< Af) ... новления величины силы смещения F в произвольно задают возбуждаемое усилие ... если внешнее усилие на один и тот же элемент при высокой и низкой температурах составляет 0,5 Н, то, как следует из рис. 3.4, прогиб спирали при высокой Т составляет 19 мм (точка А1 ), а при низкой Т — 29 мм (точка в'), рабочий ход уменьшается до 10 мм. При большом внешнем усилии,, составляющем, например, 2,0 Н, рабочий ход уменьшается почти до нуля. ... Рабочий ход является важной характеристикой элемента, поэтому целесообразно рассмотреть разные способы увеличения рабочего хода с использованием пружины. В числе первых следует указать метод моментов. Момент определяется произведением силы на радиус-вектор, поэтому если элемент сконструировать так, чтобы сила и радиус-вектор изменялись взаимно противоположно по отношению к рабочему ходу, то момент векторного произведения почти не оказывает влияния на рабочий ход или даже возникает обратная зависимость. ... На рис. 3.5 показана схема кривошипа (7), один конец которого закреплен и имеет возможность только поворачиваться в опоре. Другой конец находится под действием элемента памяти формы (в данном случае проволоки из сплава Ti — Ni) (2) и пружины смещения (3), ... если внешнее усилие на один и тот же элемент при высокой и низкой температурах составляет 0,5 Н, то, как следует из рис. 3.4, прогиб спирали при высокой Т составляет 19 мм (точка А1 ), а при низкой Т — 29 мм (точка в'), рабочий ход уменьшается до 10 мм. При большом внешнем усилии,, составляющем, например, 2,0 Н, рабочий ход уменьшается почти до нуля. ... Рабочий ход является важной характеристикой элемента, поэтому целесообразно рассмотреть разные способы увеличения рабочего хода с использованием пружины. В числе первых следует указать метод моментов. Момент определяется произведением силы на радиус-вектор, поэтому если элемент сконструировать так, чтобы сила и радиус-вектор изменялись взаимно противоположно по отношению к рабочему ходу, то момент векторного произведения почти не оказывает влияния на рабочий ход или даже возникает обратная зависимость. ... На рис. 3.5 показана схема кривошипа (7), один конец которого закреплен и имеет возможность только поворачиваться в опоре. Другой конец находится под действием элемента памяти формы (в данном случае проволоки из сплава Ti — Ni) (2) и пружины смещения (3), ... если внешнее усилие на один и тот же элемент при высокой и низкой температурах составляет 0,5 Н, то, как следует из рис. 3.4, прогиб спирали при высокой Т составляет 19 мм (точка А1 ), а при низкой Т — 29 мм (точка в'), рабочий ход уменьшается до 10 мм. При большом внешнем усилии,, составляющем, например, 2,0 Н, рабочий ход уменьшается почти до нуля. ... силы смещения, а в данном случае — с помощью силы восстановления формы при высокой температуре. Различие между этими двумя способами заключается только в способе возбуждения силы. Конструкция элемента отличается тем, что пружину смещения (как, например, на рис. 3.3) заменяют еще одной спиралью из сплава с эффектом памяти формы, две спирали действуют в противоположных направлениях. Если нагревать однонаправленную спираль из такого сплава, то в результате восстановления формы происходит удлинение. На противоположной стороне нагреваемая спираль сжимается, в результате чего возникает сила. Если нагревать спираль на противоположной стороне, то совершенно аналогично элемент смещается в обратном направлении. Наиболее существенными преимуществами дифференциального двунаправленного элемента являются большая возбуждаемая сила и высокая эффективность преобразования энергии. Например, при применении сплава с характеристиками, показанными на рис. 3.2, с помощью метода смещений генерируются только силы (F ... Для сплавов с эффектом памяти формы рабочая Г= (2ОН00) °С. Успешно разрабатываются способы использования низкокачественной энергии (например, энергии горячих источников или энергии горячей отходящей воды) в тепловых двигателях, преобразующих указанную энергию в механическую. Почти во всех тепловых двигателях используются дифференциальные элементы, обеспечивающие высокую эффективность преобразования энергии. ... На рис. 3.3 показан элемент, в конструкции которого используется сжимаемая спираль. Однако в реальных элементах широко применяются растягиваемые спирали с крюком. Это обусловлено тем, что спирали из сплава с эффектом памяти формы часто действуют от нагрева прямым пропусканием тока, поэтому растягиваемые спирали имеют преимущества, так как позволяют сравнительно просто решить проблемы торца и продольного изгиба. ... силы смещения, а в данном случае — с помощью силы восстановления формы при высокой температуре. Различие между этими двумя способами заключается только в способе возбуждения силы. Конструкция элемента отличается тем, что пружину смещения (как, например, на рис. 3.3) заменяют еще одной спиралью из сплава с эффектом памяти формы, две спирали действуют в противоположных направлениях. Если нагревать однонаправленную спираль из такого сплава, то в результате восстановления формы происходит удлинение. На противоположной стороне нагреваемая спираль сжимается, в результате чего возникает сила. Если нагревать спираль на противоположной стороне, то совершенно аналогично элемент смещается в обратном направлении. Наиболее существенными преимуществами дифференциального двунаправленного элемента являются большая возбуждаемая сила и высокая эффективность преобразования энергии. Например, при применении сплава с характеристиками, показанными на рис. 3.2, с помощью метода смещений генерируются только силы ... пластины из сплава с эффектом памяти формы таких же размеров легко получить прогиб 20 мм, амплитуда колебаний в вертикальном направлении D может составлять > 50 мм. ... Однако в отличие от биметаллического элемента, у которого отклонение изменяется прямопропорционально температуре, у сплава с эффектом памяти формы прогиб изменяется резко при характеристической температуре. Кроме того, у сплава с эффектом памяти формы имеется температурный гистерезис, характеризуемый разностью прогибов при нагреве и при охлаждении, на что следует обращать особое внимание при практическом применении. ... Рис. 3.6. Сравнение характеристик биметаллических элементов и элементов с эффектом памяти формы: 7 — сплав с эффектом памяти формы; 2 ... Второе различие заключается в типе деформации или в степени свободы элемента. Биметаллические элементы — это комбинированные металлические материалы, состоящие из двух или более различных металлов, поэтому их действие ограничено направлением, перпендикулярным плоскости их соединения. В отличие от этого сплава с эффектом памяти формы — это однородные материалы. Они являются ориентационно независимыми, поэтому могут действовать в любом направлении. Следовательно, можно изготовить элементы пространственного действия путем комбинированного использования спиралей с увеличенным рабочим ходом в сочетании со сложной схемой нагружения, включающей деформацию скручивания и изгиба. ... Сплавы с эффектом памяти формы характеризуются большой деформацией, отличаясь от биметаллов, как указано в предыдущем разделе, на порядок величины деформации. Однако этого недостаточно для использования их в качестве исполнительных элементов. В связи с этим для увеличения рабочего хода промышленные элементы часто изготавливаются с использованием спиралей из сплавов с эффектом памяти формы. ... Например, если возврат деформации составляет 1 %, то рабочий ход прямолинейного элемента длиной 30 мм составляет только 0,3 мм, а рабочий ход элемента такой же длины в виде спирали [ф ... пластины из сплава с эффектом памяти формы таких же размеров легко получить прогиб 20 мм, амплитуда колебаний в вертикальном направлении D может составлять > 50 мм. ... спирали 8 мм, число витков 60), то рабочий ход становится бо'лее 200 мм. При изготовлении спиральных элементов из сплавов с эффектом памяти формы можно получить такой же рабочий ход, как и у электромагнитных соленоидов, гидравлических и пневматических цилиндров. ... Кривые напряжение — деформация сплавов с эффектом памяти формы являются нелинейными, модуль сдвига и постоянная упругости не являются константами, поэтому общая методика проектирования спиральных пружин в этом случае неприменима. Кроме того, кривая напряжение — деформация изменяется в зависимости от термической или деформационной предыстории, нет достаточно полных данных относительно свойств при кручении, поэтому точное проектирование спиральных пружин с заданными свойствами затруднено. ... Однако кривую напряжение — деформация, полученную на спиральных образцах, в сравнении с диаграммой растяжения сплавов с эффектом памяти формы можно считать почти прямолинейной (см. рис. 3.4). Следовательно, если определить некоторую погрешность, то расчет спирали из такого сплава можно осуществить с помощью известных методов расчета спиральных пружин. ... В данном разделе рассматриваются методы расчета спиральных пружин, причем сначала рассматривается метод расчета с применением кажущейся постоянной пружины, затем описывается графический метод определения кривой нагрузка — прогиб спиралей из сплава с эффектом памяти формы с последовательным отсчетом величин на отдельных стадиях кривой напряжение — деформация, не зависящей от постоянных пружин. ... Методика расчета спиральных пружин. При расчетах пружин применяются следующие обозначения: Р — осевая нагрузка, 5 ... Чтобы проиллюстрировать действие пружины, на рис. 3.7 показана схема нагружения пружины сжатия с углом а ... спирали 8 мм, число витков 30) составляет 50 мм. Если для изготовления элемента использовать тонкую проволоку ... Реальный угол намотки спирали из сплава с эффектом памяти формы составляет > 10°, поэтому нельзя игнорировать момент изгиба и усилие сжатия. Однако приближенно можно считать угол а малым и рассматривать только момент скручивания PR cos a ... Рис. 3.8. Диаграмма развертки спиральной пружины ... Рис. 3.10. Коэффициент корректировки напряжений спиральных пружин, рассчитанный по уравнениям Генера (Я, Ревера (2), Валя {3) ... На рис. 3.11 приведен пример расчета зависимости кажущегося модуля сдвига G от 7" по уравнению (3.3) по данным кривой нагрузка — прогиб спирали из сплава Ti—Ni. Модуль сдвига 6 является почти постоянным при Т. ... Рис. 3.10. Коэффициент корректировки напряжений спиральных пружин, рассчитанный по уравнениям Генера (Я, Ревера (2), Валя ... Определенная таким образом величина г существенно отличается от напряжения сдвига, однако распределение деформаций соответствует состоянию, характеризующему действие спирали, поэтому указанная величина может быть использована при расчете спирали. ... деляются на различных стадиях и, заменив величину ... с помощью (3.9) и (3.10), на масштаб по осям абсцисс и ординат кривой ... Рис. 3.14. Кривые напряжение - деформация сплава Ti - 49,8 % (ат.) Ni, термооб-работанного при 400 °С; Mf ... Рис. 3.14. Кривые напряжение - деформация сплава Ti - 49,8 % (ат.) Ni, термооб-работанного при 400 °С; Mf ... Рис. 3.14. Кривые напряжение - деформация сплава Ti - 49,8 % (ат.) Ni, термооб-работанного при 400 °С; Mf ... Рис. 3.14. Кривые напряжение - деформация сплава Ti - 49,8 % (ат.) Ni, термооб-работанного при 400 °С; ... Рис. 3.15. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного при 500 °С; М ... 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного соответственно при 400 и 500 °С в течение 1 ч. Во всех случаях наблюдается хорошая способность восстановления формы. При более тщательном исследовании кривых можно отметить, что у сплава, термообработанного при 400 °С, сила восстановления при высокой температуре велика, а у сплава, термообработанного при 500 °С, напряжение течения при низкой температуре, близкой к Ms, ... Рис. 3.15. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного при 500 °С; М ... 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного соответственно при 400 и 500 °С в течение 1 ч. Во всех случаях наблюдается хорошая способность восстановления формы. При более тщательном исследовании кривых можно отметить, что у сплава, термообработанного при 400 °С, сила восстановления при высокой температуре велика, а у сплава, термообработанного при 500 °С, напряжение течения при низкой температуре, близкой к Ms, ... Рис. 3.15. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного при 500 °С; М ... Рис. 3.15. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 49,8 % (ат.) Ni, термообработанного при 500 °С; ... при высокой температурах, например в элементах смещения или в дифференциальных элементах, то сплав термообрабатывается при сравнительно высокой температуре, близкой к 500 °С. ... Следует отметить, что при обработке при промежуточных температурах по мере повышения температуры обработки увеличивается возврат ... Рис. 3.16. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 50,6 % (ат.) Ni, состаренного при 400 °С после обработки на твердый раствор; Mf ... при высокой температурах, например в элементах смещения или в дифференциальных элементах, то сплав термообрабатывается при сравнительно высокой температуре, близкой к 500 °С. ... Следует отметить, что при обработке при промежуточных температурах по мере повышения температуры обработки увеличивается возврат ... Рис. 3.16. Кривые напряжение — деформация сплава Ti — 50,6 % (ат.) Ni, состаренного при 400 °С после обработки на твердый раствор; Mf ... при высокой температурах, например в элементах смещения или в дифференциальных элементах, то сплав термообрабатывается при сравнительно высокой температуре, близкой к 500 °С. ... деформации. Однако наблюдается закономерность: чем ниже температура обработки, тем больше циклическая долговечность сплава. ... Второй способ — низкотемпературная обработка — заключается в том, что после выдержки при высокой Т сплав быстро охлаждается, за1 тем заготовкам из сплава с нормализованной структурой придается заданная форма и осуществляется обработка для создания памяти формы путем нагрева при 200—300 °С [41. Обработка с целью формоизменения сплава осуществляется в полностью отожженном (смягченном) состоянии, поэтому этот способ имеет преимущества при изготовлении изделий сложной формы или с сильной кривизной. Характеристики восстановления формы изделий после низкотемпературной обработки довольно низкие по сравнению со свойствами изделий после обработки при промежуточных температурах. ... Третий вид обработки — старение — осуществляется после обработки для получения твердого раствора при 800 — 1000 °С. Закаленный сплав подвергается старению при ~ 400 °С в течение нескольких часов. Этот способ эффективен только для сплавов с высоким содержанием Ni [> 50,5 % (ат.)]. На рис. 3.16 показаны кривые напряжение — деформация сплава Ti — 50,6 % (ат.) Ni после обработки для получения твердого раствора при 1000 °С, закалки в ледяной воде и старения при 400 °С в течение 1 ч. При применении этого способа получают такие же благоприятные характеристики восстановления формы, как и в случае обработки при промежуточных температурах. ... Обработка сплавов Си — Zn — Al. При обработке для создания памяти формы сплавов на основе Си, а именно сплавов Си — Zn — Al, сплаву придают заданную форму, подвергают нагреву и выдержке в области температур, при которых стабильна |3 ... Рис. 3.17. Диаграмма изотермических превращений сплава Си — Zn — Al; обработка на твердый раствор при 800 °С 10 мин (690 °С — ^-превращение): 7 — мартенсит; 2 ... деформации. Однако наблюдается закономерность: чем ниже температура обработки, тем больше циклическая долговечность сплава. ... Наиболее важным фактором при обработке является скорость охлаждения после термообработки. При малой скорости охлаждения происходит массивное или бейнитное превращение, в сплавах некоторых составов выделяется а ... Чтобы повысить эффективность охлаждения после термообработки по сравнению с закалкой в воде, часто в качестве закаливающей среды используется КОН. При этом в соответствии с указанными выше условиями рассчитывается форма и размеры изделий с учетом прокаливае-мости сплава. ... Если М$ высока по сравнению с Т водной среды, используемой для закалки, то образуется стабилизированный мартенсит, который не переходит в исходную фазу даже при нагреве выше Af. ... Сплавы с эффектом памяти формы, деформированные при низкой Т, восстанавливают форму при нагреве. Однако это вовсе не означает, что деформированные сплавы полностью восстанавливают форму произвольным образом, при повышении 7". При некоторых способах деформации сохраняется остаточная деформация. ... при этом ухудшаются. Поэтому обработка сплавов осуществляется » 10 мин. ... ками определенного типа, однако по внешнему виду она не отличается от обычной пластической деформации. Если снять нагрузку на горизонтальном участке 2, то восстанавливается только упругая часть деформации 3, а кажущаяся пластическая деформация 3 сохраняется. Эта кажущаяся деформация 3 полностью восстанавливается при нагреве сплава. Если в этот момент увеличить деформацию, то напряжение, отклоняясь от горизонтального участка 2, постепенно увеличивается, начинается деформационное твердение. Если снять нагрузку в состоянии 4, когда сплав до некоторой степени деформационно упрочнен, то сохраняется деформация 5. Однако в этом случае даже при нагреве выше Г превращения 6 не восстанавливается до нуля. Таким образом, в этом случае проявляется только неполный эффект памяти формы. Если еще больше увеличивать деформацию, то увеличение напряжений постепенно замедляется и в конце концов происходит разрушение. В состоянии 7 с достаточной степенью деформационного упрочнения эффект памяти формы практически не обнаруживается. ... Следовательно, чтобы получить хорошие характеристики эффекта памяти формы, необходимо, чтобы деформация не превышала определенную величину. Оптимальная величина деформации зависит от многих условий, таких как режим термообработки, число циклов работы, нагрузка, форма и размеры конструкционного элемента, но в общем при малом числе циклов работы оптимальная деформация для сплава Ti — Ni составляет ~ 6 %, для сплава Си — Zn — Al — ~ 2 %, При большом числе циклов работы эти величины уменьшаются соответственно до < 2 и 0,5 %. ... Избыточная деформация и по аналогичным причинам избыточный нагрев, то есть нагрев до слишком высокой по сравнению с Af температуры (для сплавов Ti - Ni > 60 °С, для сплавов Си - Zn - Al > 30 °С), в стесненном состоянии ... ками определенного типа, однако по внешнему виду она не отличается от обычной пластической деформации. Если снять нагрузку на горизонтальном участке 2, то восстанавливается только упругая часть деформации 3, а кажущаяся пластическая деформация 3 сохраняется. Эта кажущаяся деформация 3 полностью восстанавливается при нагреве сплава. Если в этот момент увеличить деформацию, то напряжение, отклоняясь от горизонтального участка 2, постепенно увеличивается, начинается деформационное твердение. Если снять нагрузку в состоянии 4, когда сплав до некоторой степени деформационно упрочнен, то сохраняется деформация 5. Однако в этом случае даже при нагреве выше Г превращения 6 не восстанавливается до нуля. Таким образом, в этом случае проявляется только неполный эффект памяти формы. Если еще больше увеличивать деформацию, то увеличение напряжений постепенно замедляется и в конце концов происходит разрушение. В состоянии 7 с достаточной степенью деформационного упрочнения эффект памяти формы практически не обнаруживается. ... Следовательно, чтобы получить хорошие характеристики эффекта памяти формы, необходимо, чтобы деформация не превышала определенную величину. Оптимальная величина деформации зависит от многих условий, таких как режим термообработки, число циклов работы, нагрузка, форма и размеры конструкционного элемента, но в общем при малом числе циклов работы оптимальная деформация для сплава Ti — Ni составляет ~ 6 %, для сплава Си — Zn — Al — ~ 2 %, При большом числе циклов работы эти величины уменьшаются соответственно до < 2 и 0,5 %. ... Избыточная деформация и по аналогичным причинам избыточный нагрев, то есть нагрев до слишком высокой по сравнению с Af температуры (для сплавов Ti - Ni > 60 °С, для сплавов Си - Zn - Al > 30 °С), в стесненном состоянии ... ками определенного типа, однако по внешнему виду она не отличается от обычной пластической деформации. Если снять нагрузку на горизонтальном участке 2, то восстанавливается только упругая часть деформации 3, а кажущаяся пластическая деформация 3 сохраняется. Эта кажущаяся деформация 3 полностью восстанавливается при нагреве сплава. Если в этот момент увеличить деформацию, то напряжение, отклоняясь от горизонтального участка 2, постепенно увеличивается, начинается деформационное твердение. Если снять нагрузку в состоянии 4, когда сплав до некоторой степени деформационно упрочнен, то сохраняется деформация 5. Однако в этом случае даже при нагреве выше Г превращения 6 не восстанавливается до нуля. Таким образом, в этом случае проявляется только неполный эффект памяти формы. Если еще больше увеличивать деформацию, то увеличение напряжений постепенно замедляется и в конце концов происходит разрушение. В состоянии 7 с достаточной степенью деформационного упрочнения эффект памяти формы практически не обнаруживается. ... высокий ток, то напряжение восстановления формы, обусловленное превращением, превышает напряжение течения самой проволоки, возникают такие же условия, как и при чрезмерной деформации. Характеристики эффекта памяти формы сплава ухудшаются. ... Перегрев нежелателен и по другим причинам. Если сплав выдерживать при высокой Г в течение длительного времени, то при этой нерегулируемой Г сплав не полностью запоминает форму, т.е. не происходит точного восстановления формы, возникает "неточность памяти". Если сплавы Ti — Ni выдерживать в течение длительного времени при 7" > 250 °С, а сплавы Си —■ Zn — Al при Г > 90 °С, то независимо от прочности сплавов обнаруживается отрицательное влияние такой выдержки. ... При применении сплавов с эффектом памяти формы существует еще одна неожиданная проблема. Следует иметь в виду, что при удлинении и сжатии сплавов с эффектом памяти формы на 2—6 %, у обычных материалов удлинение и сжатие составляет всего лишь 0,5 %. В связи с этим хотя сплавы с эффектом памяти формы и соединяют с другими металлами способом сварки или пайки, но при многократном действии легко происходит разрушение по поверхности соединения. Сплавы Ti — Ni и Си — Zn — Al можно паять с помощью серебряного припоя, однако даже при небольшой деформации паяное соединение разрушается при воздействии нескольких сот циклов нагружения. ... Следовательно, соединение сплавов с другими материалами целесообразно обеспечивать механическим способом. И в этом случае нежелательно, как показано на рис. 3.20, соединение с другим материалом по всей ... Рис. 3.20. Соединение сплава' с эффектом памяти формы и обычного материала: а — неправильно; б ... поверхности. При соединении деталей необходимо обеспечить некоторую степень свободы движения таким образом, как это показано на рис. 3.20, б. Спираль из сплава с эффектом памяти формы соединяется так, что и при растяжении, и при сжатии обеспечивается хорошая работоспособность. ... По тем же причинам нежелательно покрытие защитными составами или окраска сплавов с памятью формы. Тем не менее эти операции все-таки осуществляются для сплава Си — Zn — Al с целью предотвратить коррозионное растрескивание под напряжением. ... Разработка и использование сплавов с эффектом памяти формы осуществляются довольно быстрыми темпами. В 1960 г. в США выдан патент [7] на температурный переключатель из сплава Cd — Ag — Au. В ... высокий ток, то напряжение восстановления формы, обусловленное превращением, превышает напряжение течения самой проволоки, возникают такие же условия, как и при чрезмерной деформации. Характеристики эффекта памяти формы сплава ухудшаются. ... 1965 г. после того, как были опубликованы данные о выдающихся характеристиках эффекта памяти формы в сплаве Ti — Ni, разработка устройств с использованием сплавов с памятью формы интенсифицировалась. Было получено большое число патентов на разработки в различных областях. Пример использования сплава с эффектом памяти формы приведен на рис. 3.21 [В]. На этом рисунке показана антенна искусственного спутника, изготовленная с использованием сплава с эффектом ... памяти формы. Антенна состоит из листа и стержня из сплава Ti — Ni, которые свернуты в виде спирали и помещены в углубление в искусственном спутнике. После запуска спутника и выведения его на орбиту антенна нагревается с помощью специального нагревателя или тепла солнечного излучения. В результате антенна выходит в космическое пространство. Такой метод развертки антенны NASA (США) позже исследовало в качестве способа сборки параболоидной антенны на поверхности Луны, однако практического применения метод не нашел. ... В 60-х годах возможности использования сплавов с эффектом памяти формы, указанные в патентах и описанные в журналах, имели гипотетический характер. Практическое применение этих сплавов в различных устройствах началось в 70-х годах. ... Соединение труб. Сплавы с эффектом памяти формы прежде всего использовались в качеств однонаправленных элементов памяти, первоначально их применили для соединительных муфт для труб [9]. Для муфт использовался сплав Ti — Ni — Fe, Г превращения которого значительно ниже комнатной (~— 150°С). Внутренний диаметр муфты изготавливался примерно на 4 % меньше, чем наружный диаметр соединяемых труб. При соединении муфта прежде всего погружалась в жидкий воздух и выдерживалась при низкой Г. В таком состоянии в муфту вво- ... 1965 г. после того, как были опубликованы данные о выдающихся характеристиках эффекта памяти формы в сплаве Ti — Ni, разработка устройств с использованием сплавов с памятью формы интенсифицировалась. Было получено большое число патентов на разработки в различных областях. Пример использования сплава с эффектом памяти формы приведен на рис. 3.21 [В]. На этом рисунке показана антенна искусственного спутника, изготовленная с использованием сплава с эффектом ... дился дорн с определенной конусностью и расширялся внутренний диаметр на 7—В %. В качестве смазочного материала при расширении труб целесообразно использовать полиэтиленовую пленку. В расширенную таким образом муфту, Г которой поддерживается низкой, вводятся с двух сторон соединяемые трубы, удаляется устройство для поддержания низкой Т, после чего Г муфты повышается до комнатной. Внутренний диаметр муфты восстанавливается до того диаметра, который муфта имела перед расширением; происходит прочное соединение труб (рис. 3.22). ... Свыше 100 тыс. таких муфт используется для соединения трубопроводов гидросистем реактивного истребителя F-14, каких-либо аварий, связанных с утечкой масла, не отмечено. Преимуществом муфт, изготовленных из сплавов с памятью формы, помимо их высокой надежности, является отсутствие высокотемпературного нагрева, как при сварке. Поэтому свойства материалов вблизи соединения не ухудшаются. Кроме того, при необходимости легко осуществляется разборка соединения при низкой Т. Муфты такого типа применяются для трубопроводов атомных подводных лодок, надводных кораблей, для ремонта трубопроводов для перекачки нефти со дна моря, причем для этих целей используются муфты большого диаметра порядка 150 мм. В настоящее время в этих случаях применяется также сплав Си — Zn — Al. ... Стопоры. Для неподвижного соединения деталей обычно применяются заклепки и болты. Однако если невозможно осуществлять какие-либо действия на противоположной стороне скрепляемых деталей (например, в герметичной пустотелой конструкции), выполнение операций крепления вызывает трудности. Стопоры из сплава с эффектом памяти формы позволяют в этих случаях осуществить крепление, используя пространственное восстановление формы [10]. ... Стопоры изготавливаются из сплава с эффектом памяти формы, у которого Af < Т комнатной, причем в исходном состоянии стопор имеет раскрытый торец (рис. 3.23, а). Перед осуществлением операции крепления стопор погружается в сухой лед или жидкий воздух и в достаточной степени охлаждается, после чего выпрямляются торцы (рис. 3.23, б). ... дился дорн с определенной конусностью и расширялся внутренний диаметр на 7—В %. В качестве смазочного материала при расширении труб целесообразно использовать полиэтиленовую пленку. В расширенную таким образом муфту, Г которой поддерживается низкой, вводятся с двух сторон соединяемые трубы, удаляется устройство для поддержания низкой Т, после чего Г муфты повышается до комнатной. Внутренний диаметр муфты восстанавливается до того диаметра, который муфта имела перед расширением; происходит прочное соединение труб (рис. 3.22). ... при повышении температуры до комнатной происходит восстановление формы, торцы штифта расходятся (рис. 3.23, г) и операция крепления завершается. ... Соединители. На рис. 3.24 показан электрический соединитель [9], который является разновидностью муфты. Однако в отличие от описанной выше муфты для соединения труб для соединителей используются сплавы с памятью формы двунаправленного действия. Втулка, которая является гнездом соединения, изготавливается из бериллиевой бронзы, имеющей хорошую упругость, в свободном состоянии прорезается торцовая щель (рис. 3.25). На втулку надевается кольцо из сплава Ti — Ni, у которого Af <« —20 °С. При комнатной Т торцовая часть сжимается, при низкой Т торцовая часть и кольцо расширяются. Таким образом, втулка действует как пружина смещения. ... Соединение целесообразно осуществить, охладив соединитель целиком и введя штекер в тот момент, когда втулка открыта. При повышении Г до комнатной кольцо восстанавливает форму, втулка и ште- ... Рис. 3.25. Метод сборки соединителя из сплава с эффектом памяти формы: 7 — изготовление щели; 2 ... Рис: 3.23. Принцип действия стопора с эффектом памяти формы ... Самой характерной особенностью исполнительных элементов с памятью формы является их миниатюрность. Это обусловлено простотой механизма их действия, а также тем, что элемент состоит из одного сплава. Практически изготовлен [13] микроманипулятор с длиной рабочей части 6 мм (рис. 3.29 и 3.30). В этом микроманипуляторе проволока из сплава Ti — Ni ф 0,2 мм, запоминающая форму дуги окружности, ... имеет оболочку из силиконовой резины, которая действует как пружина смещения. Однако источником энергии привода элемента является тепловой источник. Особое внимание следует обратить на то, что при увеличении размеров элемента скорость действия элемента замедляется. ... Другой характерной особенностью исполнительных элементов из сплава с эффектом памяти формы является то, что на их действие влияет не среда или атмосфера, а только температура. Следовательно, возможна установка этих элементов в таких средах, как вакуум или вода, при этом нет необходимости в герметизированном подвижном узле, как при установке двигателей или гидропневматических цилиндров. В связи с ... Рис. 3.30. Конструкция и принцип действия микроманипулятора из сплава с эффектом памяти формы: / — силиконовая резина; // — проволока ... Рис. 3.31. Устройство для перемещения образцов в электронном микроскопе, (спирали из сплавов с эффектом памяти формы / и II) ... Самой характерной особенностью исполнительных элементов с памятью формы является их миниатюрность. Это обусловлено простотой механизма их действия, а также тем, что элемент состоит из одного сплава. Практически изготовлен [13] микроманипулятор с длиной рабочей части 6 мм (рис. 3.29 и 3.30). В этом микроманипуляторе проволока из сплава Ti — Ni ф 0,2 мм, запоминающая форму дуги окружности, ... имеет оболочку из силиконовой резины, которая действует как пружина смещения. Однако источником энергии привода элемента является тепловой источник. Особое внимание следует обратить на то, что при увеличении размеров элемента скорость действия элемента замедляется. ... Другой характерной особенностью исполнительных элементов из сплава с эффектом памяти формы является то, что на их действие влияет не среда или атмосфера, а только температура. Следовательно, возможна установка этих элементов в таких средах, как вакуум или вода, при этом нет необходимости в герметизированном подвижном узле, как при установке двигателей или гидропневматических цилиндров. В связи с ... Рис. 3.30. Конструкция и принцип действия микроманипулятора из сплава с эффектом памяти формы: / — силиконовая резина; // — проволока ... Рис. 3.31. Устройство для перемещения образцов в электронном микроскопе, (спирали из сплавов с эффектом памяти формы / и II) ... Самой характерной особенностью исполнительных элементов с памятью формы является их миниатюрность. Это обусловлено простотой механизма их действия, а также тем, что элемент состоит из одного сплава. Практически изготовлен [13] микроманипулятор с длиной рабочей части 6 мм (рис. 3.29 и 3.30). В этом микроманипуляторе проволока из сплава Ti — Ni ф 0,2 мм, запоминающая форму дуги окружности, ... |
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