МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт промышленных технологий и инжиниринга
Кафедра «Материаловедение и технология
конструкционных материалов»
СПЛАВЫ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ. ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛУЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И УПРОЧНЕНИЯ.
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине
«Методология выбора материалов и технологических процессов»
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
ВЫПОЛНИЛ:
студент гр. МТМ(ТЭК)бп-17-1
Новопашин Е.И.
ПРОВЕРИЛ:
к.т.н., доцент кафедры МТКМ
Плеханов В.И.
Тюмень, 2021
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
3
1
Общая характеристика материала ………………………………... 4
1.1
Область применения ……………………………………………….
4
1.2
Химический состав…………………………………………………
10
1.3
Механические свойства …………………………………………… 11
1.4
Специальные свойства……………………………………………..
2
Технология получения материала ………………………………… 15
3
Технология обработки материала ………………………………… 17
3.1
Термическая обработка ………………….…………………………... 17
12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………….. 20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……….…........ 22
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
СОДЕРЖАНИЕ
Лист
Листов
2
22
МТМ(ТЭК)бп17-1
3
ВВЕДЕНИЕ
Эффект памяти формы (ЭПФ) заключается в способности некоторых
сплавов после предварительной деформации возвращаться к первоначальной
форме при нагреве.
В
основе
ЭПФ
лежит
явление
термоупругого
мартенситного
превращения (ТУМП), открытое в 1949 г. российским физиком Г.В.
Курдюмовым в сплавах Cu–Al–Ni и Cu–Sn. ЭПФ экспериментально
обнаружен американскими учеными Л. Чангом и Т. Ридом в 1951 г. в сплаве
Au–Cd. На рубеже 1950-х – 1960-х гг. ХХ века этот эффект был обнаружен в
практически важных сплавах Ti–Ni и Cu–Al. С тех пор его наблюдали на
сплавах многих систем: Cu–Zn, Cu–Zn–Al, Cu–Zn–Si, Cu–Zn–Sn, Cu–Al, Cu–
Al–Ni, Cu–Mn–Al, Mn–Cu, Fe–Mn–Si, In–Tl, Ni–Al, Fe–Pt и др.
ЭПФ можно определить как способность металла изменять и
восстанавливать свою исходную форму по структурным механизмам,
отличным от механизма классической упругой деформации, описываемого
законом Гука. Другими словами, этот эффект представляет собой одно из
проявлений полной или частичной обратимости неупругой деформации.
Теория мартенситных превращений основывается на фундаментальных
представлениях о закономерном характере перестройки кристаллической
решетки и когерентности сосуществующих фаз: высокотемпературной –
аустенита (А) и низкотемпературной – мартенсита (М).
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
Лит.
ВВЕДЕНИЕ
Лист
Листов
3
22
МТМ(ТЭК)бп17-1
4
1 Общая характеристика материала
1.1 Область применения
Впервые сплав с памятью формы был применен в самолете F-14 в 1971
году, это был Ni-Ti-Fe. Использование Ni-Ti-Nb сплава стало большим
достижением, но также и Fe-Mn-Si сплавы получили много внимания,
несмотря на их более низкое восстанавливаемое напряжение.
Имеются потенциальные возможности применения нитинола при
производстве
товаров
широкого
потребления.
Например,
интересное
изобретение: устройство - держатель пепельницы, который опускает
горящую сигарету в пепельницу, предотвращая ее попадание, предположим,
на скатерть стола.
Надежность устройств с памятью формы зависит от их срока службы.
Важные внешние параметры управления рабочими циклами системы,
являются - время, температура. Важные внутренние параметры, которые
определяют физические и механические свойства: система сплава, состав
сплава, тип преобразования и дефекты решетки. Эти параметры управляют
термомеханической историей сплава. Как следствие, максимальный эффект
памяти будет ограничен в зависимости от требуемого количества циклов.
Полезные космические грузы типа солнечных батарей или антенн
спутников сейчас используют в основном пиротехнические способы
раскрытия, которые создают множество проблем. Использование материалов
с памятью формы позволит устранить все эти проблемы, также предоставит
возможность неоднократно проверить работоспособность системы еще на
земле.
Недавнее исследование относительно Ni-Ti сплавов показало, что
суперэластичное поведение приводит к повышению износостойкости.
Псевдоэластичное поведение уменьшает область упругого контакта во время
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
МАТЕРИАЛА
Лит.
Лист
Листов
4
221
Организация
5
скольжения.
Уменьшение
области
упругого
контакта
между
двумя
скользящими частями увеличивает износостойкость материала. Специальный
тип износа - кавитационная эрозия, которая создает специфические
проблемы в гидравлических машинах, винтах судов, водяных турбинах.
Сравнительные изучения различных материалов показали, что Ni-Ti
сплавы имеют более высокое сопротивление кавитационной эрозии, чем
обычные сплавы. В мартенситном состояние у Ni-Ti сплава очень хорошая
стойкость к кавитационной эрозии. Но изготовление рабочих частей
подвергающихся коррозии полностью из Ni-Ti сплава слишком дорогое
удовольствие, поэтому оптимальный путь - использование Ni-Ti сплава
соединенного со сталью.
В медицине используется новый класс композиционных материалов
”биокерамика-никелид титана”. В таких композитах одна составляющая
(никелид титана) обладает сверхэластичностью и памятью формы, а другая -сохраняет свойства биокерамики.
В качестве керамической составляющей может выступать фарфор,
который широко используется в ортопедической стоматологии и является
хрупким материалом. Высокая хрупкость фарфора обусловлена тем, что на
границах различных фаз и зерен возникают контактные напряжения,
значительно превосходящие уровень средних приложенных напряжений.
Релаксация контактных напряжений в керамическом материале возможна,
если в зоне этих напряжений происходит диссипация энергии за счет
фазового превращения в никелиде титана.
Изменение температуры или приложение нагрузки вызывает в
никелиде титана мартенситное превращение, что приводит к эффективной
релаксации напряжений в матрице при нагружении композиционного
материала, позволяя твердой составляющей нести приложенную нагрузку.
Известно, что упругое восстановление объема пористых прессовок из
порошка сверхупругого никелида титана связано с разрывом межчастичных
контактов и определяется прочностью брикета, которая зависит от
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
5
6
пористости и величины сил контактного сцепления. Ослабление этих сил
путем добавления к порошку никелида титана других компонентов,
например мелкодисперсных вольфрама или карбида кремния, значительно
повышает упругий эффект, так как прочные одноименные контакты титанникель заменяются разноименными.
Поскольку величина упругого эффекта снижается при уменьшении
содержания никелида титана в прессовке, концентрационная зависимость
упругого восстановления объема обычно является экстремальной. В
композиционном материале ”фарфор-никелид титана” компоненты слабо
взаимодействуют и после спекания контакты между керамической и
металлической составляющей ослаблены. При нагружении они разрываются
в первую очередь и упругое восстановление объема растет. В результате
деформация является обратимой и композит проявляет свойства, подобные
сверхэластичности.
Биосовместимость композиционного материала ”стоматологический
фарфор-никелид титана” изучалась гистологическим методом, оценивая
реакцию тканей у крыс на имплантацию под кожу передней брюшной стенки
образцов из композиционного материала и из фарфора. Характер тканевых
реакций, их распространенность и особенности клеточных изменений в
обоих случаях оказались однозначными. Таким образом, композиционные
материалы ”биокерамика-никелид титана” являются биосовместимыми. На
рисунке 1 показано восстановление проходимости кровеносного сосуда с
помощью спирального эндопротеза с памятью формы.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
6
7
Рисунок 1 - Спиральный эндопротез
Эндопротез в компактном виде вводится через пункционное отверстие
в сосуд и по его руслу доставляется в место сужения сосуда. Здесь протез
отсоединяется от доставляющего устройства, разворачивается под действием
тепла тела до требуемого диаметра и армирует стенки сосуда, восстанавливая
кровоток по артерии. Аналогичным образом проводят расширение и
восстанавливают
проходимость
полых
органов:
желчных
протоков,
пищевода, цервикального канала матки и др.
На рисунке 2 изображена ловушка «Трал» для извлечения камней из
полых
органов.
Это
единственная
ловушка
из
существующих,
обеспечивающая легкое освобождение камня простым выпрямлением
спиральной бранши, затем коническая ловушка восстанавливается за счет
свойства сверхупругости.
Рисунок 2 - Схема действия сверхупругого экстрактора «Трал»
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
7
8
Так же созданы фиксаторы с памятью формы и саморегулирующиеся
компрессии для остеосинтеза и укрепления связочно-хрящевых структур,
применяемые в ортопедии, травматологии, кардиологии и нейрохирургии,как
представлено на рисунке 3.
Рисунок 3 - Набор фиксаторов для позвоночника
Освоение ближнего и дальнего космоса связано с созданием
орбитальных станций и крупным космическим строительством. Необходимо
сооружение таких громоздких объектов, как солнечные батареи и
космические антенны. На рисунке 4 приведена схема космического аппарата
с антеннами саморазворачивающейся конструкции.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
8
9
Рисунок 4 – Схема космического аппарата с
самотрансформирующимися элементами:
1 – антенна; 2 – механический стабилизатор; 3 – излучатель энергии;
4 – солнечная батарея
Антенны состоят 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 чего она выходит в космическое пространство.
Для
размещения
различных
технических
объектов,
жилых
и
производственных модулей необходимо строительство в условиях открытого
космического пространства больших платформ. Доставка в открытый космос
громоздких
агрегатов
последующими
технически
монтажными
возможна
работами.
только
Используемые
по
в
частям
с
массовом
производстве способы соединения деталей, такие как сварка, пайка,
склеивание, клепка и другие, непригодны в космических условиях. Особые
требования предъявляются к обеспечению исключительно высокой техники
безопасности.
С учетом этих особенностей в нашей стране была создана уникальная
технология соединения элементов в открытом космосе с использованием
муфты из сплава ТН-1. Эта технология была успешно использована при
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
9
10
сборке конструкции фермы из алюминиевых сплавов общей длиной 14,5 м и
поперечным сечением в виде квадрата со стороной 0,5 м. Ферма состояла из
отдельных трубчатых деталей диаметром 28 мм, которые соединялись между
собой с помощью муфты из металла с памятью формы, как показано на
рисунке 5.
Рисунок 5 - Соединение трубчатых деталей (1) с помощью муфты (2) из
металла с памятью формы: а - до сборки; б - после нагрева
Муфту с помощью дорна деформировали при низкой температуре
таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был больше наружного
диаметра соединяемых элементов. После нагрева выше температуры
обратного
мартенситного
восстанавливался
расширением.
до
При
превращения
того
этом
диаметра,
внутренний
который
генерировались
диаметр
муфта
значительные
имела
муфты
перед
обжимающие
реактивные усилия, соединяемые элементы пластически деформировались,
что обеспечивало их прочное соединение. Сборка фермы и установка ее на
астрофизическом модуле «Квант» орбитального комплекса «Мир» была
произведена в 1991 г. всего за четыре выхода в открытый космос и заняла в
общей сложности около суток.
1.2 Химический состав
Из большого числа сплавов с ЭПФ наиболее перспективными для
практического применения являются сплавы на основе TiNi эквиатомного
состава (примерно 50:50 % ), называемые никелидом титана или нитинолом,
а также сплавы, дополнительно легированные медью (Ti–Ni–Сu), железом
(Ti–Ni–Fe) и др. Более дешевые сплавы на основе меди: (Сu–Аl–Ni), (Cu–Al–
Zn) и (Сu–Аl–Мn) используют реже.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
10
11
1. Сплавы на основе TiNi
Таблица 1 – Марки и химический состав сплавов на основе никелида титана
Марка
Сплава
ТН1
ТН1К
ТНМ3
Ni
53,5–
56,5
50,5–
53,5
48,0–
52,5
Основные элементы, %
Ti
Fe
Сu
Остальное
0,3
–
Примеси, не более, %
Si
С
N
О
Н
Со Другие
0,15 0,10 0,05 0,2 0,013 –
0,30
Остальное
0,15 0,10 0,05 0,2 0,030 0,2
–
2,0–
4,5
0,3
Остальное
3,0–
6,0
0,15 0,10 0,05 0,2 0,015
0,30
–
0,30
2. Сплавы на основе меди
Сu – 13,5 % Al – 4 % Ni – 0,03 % В (модифицированный)
Сu – 18,8 % Zn –6,7 % Аl
Сu – 12,5 % Аl–4,5 % Мn – 0,05 % В(модифицированный)
1.3 Механические свойства
1. Сплавы на основе TiNi
Таблица 2 – Механические свойства сплавов на основе никелида титана
Марка
сплава
σв
σ0,2
δ
МПа
Ψ
%
ТН1
KCU,
МДж/м2
600–
150– 15– 15– 0,3–0,4
900
200
20
20
ТН1К
500–
100– 15– 15– 0,3–0,5
900
250
20
20
ТНМ3
600–
150– 15– 15– 0,4–0,6
700
250
20
20
* Приведенные данные являются усредненными.
НВ
150–200
Температура Реактивные
восстановле напряжения,
ния
σr*, МПа
формы,
°С
(–10)–90
150–200
200–250
(–160)–80
200–250
150–250
80
200
2. Сплавы на основе меди
Таблица 3 - Состав, характеристики ЭПФ сплавов на медной основе
σâ ,
МПа
σrmax ,
Мпа
εmaxφ ,
%
Сu – 13,5 % Al – 4 % Ni – 0,03 % В (модифицированный)
400–500
230
5,0
Сu – 18,8 % Zn –6,7 % Аl
400–700
300–350
5,5–6,2
Сu – 12,5 % Аl–4,5 % Мn – 0,05 % В(модифицированный)
600–800
400–450
4,0–5,0
Сплав*
* Химический состав может варьироваться по требованию заказчика для обеспечения
необходимых прочностных и специальных свойств.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
11
12
1.4 Специальные свойства
Технологические свойства
1.Сплавы на основе TiNi
Сплавы удовлетворительно обрабатываются давлением как в горячем,
так и в холодном состояниях. Горячую обработку давлением необходимо
проводить при температурах 700–950 °С с пониженными скоростями
деформирования, не допуская перегрева металла. Например, оптимальным
режимом деформирования методом прессования является температура 900–
950 °С с коэффициентом вытяжки не более 8 и со скоростью
деформирования не выше 50 мм/с.
Холодную
температурах
обработку
выше
давлением
интервала
необходимо
мартенситных
проводить
превращений
при
с
промежуточными отжигами при 500 °С через каждые 20–25 % обжатия.
Волочение проволоки ведут с применением смазки (аквадаг) и
проведением промежуточных отжигов после деформации на каждые 10–25
%. После отжига необходимо применять фильеры, имеющие диаметр
отверстия на 8–12 % больший, чем в последнем (до отжига) проходе. Это
связано с увеличением диаметра проволоки в процессе отжига и
последующего охлаждения вследствие фазовой дилатации.
Особенно
важную
роль
играет
технологическая
операция
термофиксации. Сложность этой операции обусловлена проявлением
эффекта памяти после придания заготовке из никелида титана требуемой
формы. Заготовку деформируют при комнатной температуре.
Для сохранения формы и размеров производят жесткое фиксирование
по всем степеням свободы (заневоливание) с последующим нагревом в
вакууме до 650–700 °С. В результате такой операции достигается стабильное
состояние структуры и формы, которые объект «запоминает».
Сплавы на основе никелида титана плохо обрабатываются резанием,
особенно сплавы типа ТН1, в которых интервал прямого мартенситного
превращения (Мн–Мк) находится вблизи комнатной температуры. В процессе
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
12
13
резания происходят структурные превращения в поверхностном слое,
приводящие
к
появлению
эффекта
памяти
и
резкому
изменению
механических свойств. Для механической обработки следует применять
твердосплавные резцы группы ВК с оптимальной геометрией (таблица 4) и
специальные смазывающе-охлаждающие жидкости (эмульсия из 5–8 %
эмульсола РЗ-СОЖ). Режимы резания приведены в таблице 5.
Таблица 4 – Геометрические параметры резцов и сверл
Значение параметра
Параметр
Резец
0–6°
Передний угол γ
8–2°
Задний угол α
Угол в плане φ
45°
Вспомогательный угол в плане φ1
15°
Угол наклона режущей кромки λ
0°
Угол фаски γf
5°
Размер фаски f, мм
0,3–0,5
Радиус при вершине R, мм
0,5
Сверло
Угол при вершине 2φ
125–130°
Передний угол γ
0°
Задний угол α
12–14°
Угол фаски γf
10–15°
Примечания. Передняя и задняя поверхности режущего инструмента должны быть
тщательно доведены. Шероховатость поверхности — не менее Rz = 32 мкм. Заточка
сверл вручную не допускается.
Таблица 5– Рекомендуемые режимы резания при обработке никелида титана
Вид обработки
Скорость резания v,
Подача S,
Глубина резания t, мм
м/мин
мм/об
Черновое точение
от 20 до 25
от 0,05 до 0,15
до 2
Чистовое точение
от 30 до 40
от 0,05 до 0,07
от 0,5 до 1,5
Сверление
от 3 до 9
от 0,03 до 0,08
–
Примечание. При растачивании в зависимости от диаметра вводится поправочный
коэффициент К = 0,5–0,7.
Для повышения триботехнических характеристик проводится химикотермическая обработка, состоящая из оксидирования и азотирования
трущихся поверхностей. Сплавы никелида титана свариваются теми же
способами,
что
и
другие
титановые
сплавы:
аргонодуговым,
электроннолучевым и др.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
133
14
2. Сплавы на основе меди
Сплавы удовлетворительно обрабатываются давлением в горячем
состоянии, что позволяет получать разнообразные полуфабрикаты (листы,
прутки, трубы, проволоку). Деформирование проводят при температурах
800–900 °С.
Холодная деформация применяется ограниченно, при этом степень
деформации за один проход не должна превышать 10 %, после чего
необходимо проводить отжиг.
Важно отметить, что из медных сплавов с ЭПФ можно получать тонкие
быстрозакаленные ленты методом спинингования, которые также обладают
ЭПФ.
Обрабатываемость сплавов резанием хорошая (как у бронз). Операция
термофиксации проводится аналогично сплавам на основе TiNi.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.01.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
144
15
2 Технология получения материала
Сплавы
с
памятью
формы
получаются
путем
сплавления
индивидуальных компонентов. Расплав быстро охлаждают и проводят
высокотемпературную обработку.
Предложен целый класс композиционных материалов «биокерамика никелид титана» для медицины. В таких материалах одна составляющая
(никелид титана) обладает памятью формы и сверхэластичностью, а другая сохраняет свойства биокерамики. В качестве керамической составляющей
наиболее часто используется фарфор, который широко используется в
ортопедической стоматологии и является хрупким материалом. Для
изготовления таких образцов используют порошки никелида титана и
фарфоровой массы, которые после смешивания и просушивания спекают в
вакууме.
Мартенситное превращение в сплавах на основе NiTi является
атермическим
процессом,
скорость
которого
целиком
определяется
скоростью изменения температуры вблизи термодинамического равновесия
фаз.
Поэтому
все
специфические
механические
эффекты
в
NiTi,
сопровождающие мартенситное превращение, такие как память формы,
пластичность превращения, могут быть реализованы за очень малые времена
при соответствующих режимах нагрева и охлаждения.
В быстродействующих устройствах для ускорения обменом теплом с
теплоагентом (жидким или газообразным) используют тонкомерную ленту,
проволоку и трубы с микронными линейными размерами в сечении. В этом
случае большое значение приобретает состояние свободной поверхности
сплава. Поскольку даже небольшие вариации состава приводят к изменению
температурной кинетики и полноты превращения, то сегрегация элементов и
окисление поверхности существенно изменяют и специальные свойства
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.02.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
ТЕХНОЛОГИЯ
ПОЛУЧЕНИЯ
МАТЕРИАЛА
Лит.
Лист
Листов
155
2
МТМ(ТЭК)бп17-1
16
материала.
Особую
вследствие
важность
необходимости
указанное
обстоятельство
предварительной
приобретает
термической
или
термомеханической обработки материала.
Исследования показали склонность никелида титана на свободной
поверхности при термических воздействиях. В атмосфере, содержащей
кислород, сплав окисляется с образованием оксидного слоя, содержащего в
основном оксид TiO2. Можно полагать, что поскольку титан химически
весьма активен то в бескислородной среде атомы титана будут образовывать
соединения с любым неинертным газом, например в атмосфере азота нитриды. Избежать образования оксидов по границам зерен и на поверхности
можно лишь при термообработках образцов в вакууме либо в инертной
среде.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.02.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
16
17
3 Технология обработки материала
3.1 Термическая обработка
1. Сплавы на основе TiNi.
Сплавы на основе никелида титана подвергаются следующим видам
термообработки.
Гомогенизирующий
отжиг
проводится
для
более
полного
выравнивания химического состава слитков при температурах 950–1000 °С в
среде инертной атмосферы с выдержкой, зависящей от сечения слитка (1,5–2
мин на 1 мм толщины).
Закалка проводится (при необходимости) с целью предотвращения
выделения вторичных фаз и получения гомогенной структуры путем нагрева
до температур 900–1000 °С и охлаждения в воде.
Отжиг
проводится
для
устранения
внутренних
напряжений
(закалочных или механических), а также для уменьшения разориентации
зерен
на
начальных
стадиях
рекристаллизации
(это
увеличивает
деформационные возможности при ЭПФ) при температурах 500–600 °С.
Старение
проводят
при
температурах
400–500
°С
с
целью
регулирования состава и дисперсности выделяющихся вторичных фаз,
которые могут существенно влиять на характер мартенситных превращений
и термомеханическое поведение сплавов (например, псевдоупругость).
Рекомендуется для сплавов с повышенным содержанием никеля.
Весьма эффективно применение ВТМО и НТМО, позволяющих
сформировать благоприятные (с точки зрения ЭПФ) текстуры.
На практике выбор термообработок и их режимов проводится
конкретно для данных изделий с учетом обеспечения требуемого комплекса
механических характеристик и свойств, связанных с ЭПФ.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.03.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛА
Лит.
Лист
Листов
177
3
МТМ(ТЭК)бп17-1
18
2. Сплавы на основе меди
Температурные интервалы проявления ЭПФ в рассматриваемых
сплавах могут регулироваться в широких пределах (от –150 до 100 °С) путем
изменения химического состава и режимами термообработки.
Таблица 6 – Состав, режимы термической обработки сплавов на медной
основе
Сплав*
Сu – 13,5 % Al – 4 % Ni – 0,03 % В
(модифицированный)
Сu – 18,8 % Zn –6,7 % Аl
Сu – 12,5 % Аl–4,5 % Мn – 0,05 %
В(модифицированный)
Термическая обработка
Гомогенизирующий отжиг при Т = 800–900 °С, τ =
0,5 ч + закалка в воде
Закалка: Т3 = 800–850 °С, τ = 10 мин, охлаждение в
воде или 10 % р-р КОН (температура среды Т >
Ак) + старение при 130 °С в течение 5–10 ч
Нормализация: Т = 800–900 °С, τ = 0,5–1,0 ч,
охлаждение на воздухе.
Закалка: Т3 = 800–850 °С, τ = 10–20 мин,
охлаждение в воде
* Химический состав может варьироваться по требованию заказчика для обеспечения
необходимых прочностных и специальных свойств.
Основным недостатком сплавов Сu–Al–Ni и Сu–Аl–Мn является их
высокая хрупкость. Сплав на основе TiNi может быть деформирован до
разрушения
приблизительно
на
50
%.
Разрушение
происходит
с
образованием шейки и ямочным рельефом излома, т. е. наблюдается типично
вязкое разрушение. Поликристаллические образцы из сплавов на основе
меди являются чрезвычайно хрупкими, после деформации на 2–3 %
происходит интеркристаллитное разрушение.
Частично эта проблема решена за счет измельчения зерна сплава путем
модифицирования. В модифицированных сплавах наблюдается увеличение
пластичности (на 30 %) и прочности (на 40 %), а характер разрушения
становится, в основном, транскристаллитным. При этом характеристики
ЭПФ несколько возрастают. Тем не менее, холодная обработка давлением
сплавов с ЭПФ на основе меди чрезвычайно затруднена.
Кроме того, для сплавов на основе меди характерна нестабильность
температур превращения и свойств ЭПФ в результате старения при
температурах близких к эксплуатационным. Для стабилизации свойств
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.03.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
18
19
эффективно применение предварительного старения (при температурах
несколько выше эксплуатационных) и термомеханического тренинга через
интервал
мартенситных
превращений.
Сплавы
на
основе
меди
характеризуются более низким сопротивлением усталости.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.03.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
19
20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эффекти памяти формы (ЭПФ) – это однократное восстановление
формы при нагреве после деформации. В широком смысле свойство памяти
формы
–
способность
металла
деформироваться
и
восстанавливать
(полностью или частично) свою исходную форму по структурным
механизмам, отличным от механизмов нормальной упругой деформации.
Такими механизмами является термоупругое мартенситное превращение, а
также обратимые структурные превращения в термоупругом мартенсите.
Феномен ЭПФ заключается в следующем. Материал в виде ленты,
проволоки пластически деформируют при температуре Tд выше температуры
прямого
мартенситного
превращения
Мн
с
целью
придания
ему
определенной формы, затем охлаждают до температур, обеспечивающих
протекание
(полное
или
частичное)
мартенситного
превращения
и
деформируют в этой температурной области до получения плоскостной
формы.
При
нагреве
выше
температуры
обратного
мартенситного
превращения Ан образец вновь восстанавливает форму, которая ему была
придана при температуре Тд > Мн.
Однократно реализуемый эффект памяти формы может быть положен в
основу
проектирования
позволяет
создавать
точности.
Однако
разнообразных
устройств
термочувствительные
надо
иметь
в
виду,
перемещения.
элементы
что
особо
тепловое
Это
высокой
расширение
осуществляется только в виде удлинений и сокращений размеров тела, в то
время как в случае эффекта памяти формы восстанавливаются деформации
кручения, изгибные и любые другие.
Удивительные сплавы с памятью формы постепенно занимают все
большее место в нашей жизни. Уже достаточно трудно представить
современную стоматологию без композитных материалов на основе NiTi
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Лит.
Лист
Листов
20
2
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
МТМ(ТЭК)бп17-1
21
(те же скобы, которые вставляют детям для выпрямления зубов, спиральные
эндопротезы для восстановления проходимости кровеносных сосудов,
фиксаторы на позвоночник). Доставленные на орбиту в «свернутом» виде
солнечные батареи разворачиваются сами на несколько десятков квадратных
метров и т.д. Диапазон применения этих материалов увеличивается день ото
дня и сулит еще много интересного. Можно с уверенностью сказать, что это
материал будущего.
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
Лист
21
22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Корнилов И.И., Белоусов О.К., Качур Е.В. Никелид титана и другие
сплавы с эффектом “памяти”. М.: Наука, 1977. 179 с.
2. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы.
Ленинград: ЛГУ, 1987. 216 с.
3. Пушин В.Г., Прокошкин С.Д., Валиев Р.З. и др. Сплавы никелида
титана с памятью формы. Ч. I. Структура, фазовые превращения и свойства.
Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 440 с.
4. https://infopedia.su/17x6244.html
5. https://extxe.com/14942/materialy-s-jeffektom-pamjati-formy/
6. https://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00173586_0.html
КР.22.03.01.03-3030/1к.053.2021.14.00.ПЗ
Изм. Лист
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
№ докум.
Новопашин
Е.И.
Плеханов В.И.
Подпись Дата
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
Лит.
Лист
Листов
22
22
МТМ(ТЭК)бп17-1