Явление обратимой памяти формы

Явление обратимой памяти формы в разных статьях называется по разному (двойной эффект памяти формы, двухпутевой эффект памяти формы, two way shape memory effect).

Пусть СПФ претерпевает охлаждение и нагрев через интервал температур фазового перехода. Для того, чтобы при охлаждении в СПФ накапливалась деформация надо, чтобы в процессе охлаждения обязательно действовали механические напряжения. Для снятия деформаций при обратном превращении механические напряжения не обязательны. Это не удобно с точки зрения практических приложений. Нельзя ли с помощью специальной термомеханической обработки сделать так, чтобы и при охлаждении и прямом превращении деформации накапливались в отсутствии напряжений?

Оказывается это можно cделать различными способами, которые перечислены ниже.

1.Пластическое деформирование СПФ в аустенитном состоянии.

2.Пластическое деформирование в мартенситном состоянии.

3.Охлаждение образца и соответствующее прямое превращение под действием достаточно высокого постоянного напряжения.

4.Термоциклирование под действием достаточно высокого постоянного напряжения в свободном состоянии,

5.Термоциклирование в заневоленном состоянии (например: охладили образец под действием напряжения , он удлинился. После этого в удлиненном состоянии его закрепили, чтобы он при нагреве не мог укорачиваться. В током состоянии производится термоциклирование.

Обратимая память формы, созданная первым способом ( пластическим деформированием в аустенитном состоянии) называется обратимой памятью формы аустенитного типа. После пластического деформирования в аустенитном состоянии и разгрузки, последующее охлаждении образца в отсутствии напряжений приводит к росту деформации в ту же сторону, в которую действовало напряжение при пластическом деформировании в аустенитном состоянии.

Пусть обратимая память формы создана вторым способом (т.е. пластическим деформированием в мартенситном состояний). Из литературных данных не ясно, можно ли при этом ограничиться деформированием в пределах участка мартенситной неупругости (т.е. деформации, связанной только со структурным переходом хаотический мартенсит – ориентированный мартенсит) или обязательно необходимо деформировать СПФ за пределами этого участка т.е. в области пластической деформации? Известно, что после деформирования в мартенситном состоянии, разгрузки, нагреве и последующем охлаждении в отсутствии напряжений материал деформируется в направлении, противоположном направлению деформирования в мартенситном состоянии. Такая обратимая память формы называется обратимой памятью формы мартенситного типа.

При третьем способе задания обратимой памяти формы (прямое превращение под действием высокого напряжения), разгрузки и нагреве до аустенитного состояния и охлаждения без напряжений деформация обратимой памяти формы направлена в ту же сторону, что и первоначальное нагружение. То же самое можно сказать и про четвертый способ задания обратимой памяти формы.

Деформация, накапливаемая в процессе охлаждения без напряжений образца, обладающего свойством обратимой памяти формы значительно меньше, чем деформация прямого превращения при наличие напряжений. Деформация обратимой памяти формы, как правило, не превосходит величины 1%, тогда как деформация прямого превращения под действием напряжений может доходить до 8%. Кроме того, эффект обратимой памяти формы может подавляться противодействующим напряжением. Например, если при охлаждении без напряжений в стержне происходят деформации удлиннения, то приложение небольших сжимающих напряжений, существенно уменьшают эти деформации и даже могут их полностью ликвидировать. На рис. 1.26.а приведены графики зависимостей деформации

 

Рис. 1.26.а

Изменение деформации при охлаждении и нагреве в отсутствии напряжений вследствие явления обратимой памяти формы.

 

от температуры при охлаждении и нагреве в отсутствии напряжений образцов из никелида титана с добавками 10% меди, взятые из работы

Airoldi G., Ranucci T., Riva G., Sciacca A. The two way memory effect by the pre-strain training mechod in a 50Ti40Ni10Cu (%at) alloy. Scripta materialia 1996/ V. 34. No 2. P. 287-292.

При охлаждении в отсутствии напряжений деформации растут вследствие явления обратимой памяти формы, созданной с помощью предварительной деформации образца на 13% при температурах 200 К (a) – мартенситное состояние, 325 К (b)- промежуточное состояние, фаза B19 по утверждению авторов статьи и 350 К (c) – аустенитное состояние. В этом рисунке удивляют два факта. Во-первых чрезвычайно высока деформация обратимой памяти формы (достигает величины около 4%, тогда как обычно она не превосходит 1%. Во-вторых следуя этим данным, при предварительном неупругом деформировании мартенсита (создание так называемой «мартенситной» обратимой памяти последующее охлаждение в отсутствии напряжений приводит к росту деформации в сторону предварительного деформирования, а не в противоположную сторону, как это утверждается в известных работах об обратимой памяти формы мартенситного типа.

Рис.1.26б

Изменение деформаций (1) сплав тренируется 100 раз под действием постояной напряжении (2) деформация в отсутствии напряжений (обратимая память формы), (3) пластическая деформация после 100 раза (4) упругая деформация. Диаграмма взята из работы H.Flores Zuniga, D.Rios-Jara, S.Belkahla, V.Nika and G.Guenin( The Training And Re-Training Procedures For The Two Way Memory Effect And Its Degradation In A Cu-Al-Be Alloy, Scripta Materialia, Vol. 34, No.12, pp.1899-1904, 1996).

Явление обратимой памяти формы и явление ориентированного превращения во многом сходны между собой. В обоих случаях происходит накопление деформаций при охлаждении и прямом превращении в отсутствии напряжений. Оба явления можно создать путем прямого превращения под действием напряжений. При создании эффекта обратимой памяти формы прямое превращение происходит, как правило до конца (до ), а для создания явления ориентированного превращения прямое превращение под действием напряжений происходит не до конца, после чего напряжение снимается и дальнейшее прямое превращение происходит в отсутствии напряжений.

Тем не менее, между двумя этими явлениями существует различие. Дело в том, что эти явления имеют разные причины. Причиной явление ориентированного превращения является дальнейший рост мартенситных пластин, имеющих одинаковую ориентацию и зародившихся тогда, когда напряжение еще действовало. Причиной явления обратимой памяти формы являются ориентированные микронапряжения. Дело в том, что в любом поликристаллическом материале имеются микронапряжения, однако они хаотически распределены по объему материала и по направлением и уравновешивают друг друга. Это – хаотические микронапряжения. Их средние значения равны нулю. Однако после определенных механических процедур, например – перечисленных в пунктах 1-5 пастоящего параграфа, в материале возникают ориентированные микронапряжения, имеющие преимущественное направление. Например, если СПФ пластически деформируется в аустенитном состоянии путем растяжения, то после снятия нагрузки в нем возникают ориентированные микронапряжения растяжения, имеющие то же направление, что и внешние напряжения, которые вызывали пластические деформации аустенита. Именно эти микронапряжения, имеющие преимущественную ориентацию, и заставляют СПФ накапливать деформации при охлаждении в отсутствии внешних макроскопических напряжений.

Как отличить, что происходит в данном образце – ориентированное превращение или обратимая память формы, если в нем растут деформации в отсутствии напряжений? Для этого необходимо нагреть образец и перевести его в аустенитное состояние. Если после этого в отсутствии напряжений при охлаждении и прямом превращении по прежнему будут накапливаться деформации это – обратимая память формы. Если же после нагрева и при последующем охлаждении без напряжений деформации накапливаться не будут, то это было ориентированное превращение. Дело в том, что причина ориентированного превращения – одинаково ориентированные мартенситные пластины при нагреве и переходе в аустенитное состояние исчезнут. Следовательно явление ориентированного превращения не будет. Ориентированные микронапряжения при нагреве до невысоких температур порядка не исчезают, поэтому обратимая память формы остается после нагрева.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: