Сплавы с памятью формы (СПФ) открыты

СПФ 1950-1960г в США Ливерморская лаборатория.

Свойство

Если СПФ продеформировать нагрузками за предел упругости при некоторой не высокой температуре и снять нагрузки, материал остаётся продеформированный. Если теперь нагреть этот материал, то деформация исчезает. Материал вспомнит свою первоначальную форму – свойство памяти формы.

Причины уникальных механических свойств СПФ

Причина такого поведения СПФ связана с его микроструктурой, с происходящими в СПФ (твёрдотельными) фазовыми переходами. При этом меняется кристаллическая структура твёрдого тела.

Фазовые состояния сплава с памятью формы

Сплав с памятью формы в простейшем случае может находиться в двух фазовых состояниях

1. Фазовое состояние-Аустенит

Высокая температура, высокая прочность, высокая жёсткость, объемно центрированная кубическая решетка (ОЦК).

 

 

Рис. 1.1

2. Фазовое состояние- Мартенсит

Низкая температура, низкая прочность, низкая жёсткость, моноклинная структура с искажениями. Ячейка моноклинной структуры с искажениями представляет собой непрямоугольный параллелепипед. Условно аустенитную кристаллическую ячейку можно изображать на плоскости в форме квадрата, а мартенситную – в форме параллелограмма (см. рис. 1.2).

 

Фазовые превращения в СПФ

Рис. 1.2

Рис.1.2.а

На рисунке изображены (а) аустенит при высокой температуре и (б)мартенсит после прямого превращения без напряжений, взяты из работы Yinong Liu and D.Favier ( Stabilisation of martensite due to shear deformation via variant reorientation in polycrystalline TiNi, Acta mater.48(2000) 3489-3499).

Фазовые превращения в СПФ делятся на прямые и обратные (рис. 1.2).

1. Прямое превращение – переход из аустенитной фазы в мартенситную. Происходит при охлаждении от температуры до температуры . Прямое превращение может происходить также при постоянной температуре в случае роста механических напряжений (см. раздел «Сверхупругость).

2. Обратное превращение – переход от мартенсита до аустенита. Происходит при нагреве от до . Обратное превращение может также происходить при постоянной температуре вследствие уменьшения напряжений (см. раздел «Сверхупругость»).

 

Диаграмма фазового перехода

Параметр фазового состояния – объемная доля мартенсита , в аустенитном состоянии q = 0, в мартенситном состоянии q = 1. При прямом превращении растет от нуля до единицы при понижении температуры от до (рис. 1.3). При обратном превращении величина убывает от единицы до нуля при возрастании температуры от до рис. 1.3.

Рис. 1.3

Рис.1.3.а

На рисунке изображены прямое и обратное превращение под действием постоянного напряжения ( -деформация после прямого превращения, - деформация после обратного превращения и - остаточная деформация), взятый из работы Y. Suzuki, Ya Xu, S. Morito, K. Otsuka, K. Mitose (Effects of boron addition on microstructure and mechanical properties of Ti–Td–Ni high-temperature shape memory alloys, Materials Letters 36_1998. 85–94).

Влияние на диаграмму фазового перехода действующих механических напряжений.

Фазовые превращения в СПФ называются термоупругими фазовыми превращениями (термоупругими мартенситными превращениями), поскольку на протекание этих превращений существенное влияние оказывают действующие механические напряжения.

При приложении к СПФ механических напряжений диаграмма перехода меняется, она смещается в сторону более высоких температур (см. рис. 1.4).

Рис. 1.4

В большинстве случаев . Величина может быть больше чем , а может быть меньше чем . То же самое можно сказать и о величинах и . Часто для величины используют линейное выражение через действующие напряжения вида

(1.1)

где для . Если , , º C то по формуле (1.1) получается º C

Рис.1.4.а

На рисунке показывается зависимость температур перехода от напряжений для проволоки с диаметром 0.5mm из СПФ(Ti50Ni50) после отжига при температуре за 1.8ks, взятый из работы X.D.Wu, G.J.Sun, J.S.Wu (The nonlinear relationship between transformation strain and applied stress for nitinol, Materials Letters 57(2003) 1334-1338).

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: