Охарактеризуйте сплавы с эффектом «памяти формы».

   Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму или в результате нагрева (эффект «памяти формы»), или непосредственно после снятия нагрузки (сверхупругость). Так, если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямить при низкой температуре, то при повторном нагреве проволока самопроизвольно закручивается в спираль.

Эффект памяти формы состоит в том, что образец, имеющий определенную форму в аустенитном состоянии при повышенной температуре, деформируют при более низкой температуре мартенситного превращения. После перегрева, сопровождающегося протеканием обратного превращения, исходная характерная форма

Восстанавливается. В этих условиях при деформации образуются когерентные с исходной структурой двойниковые мартенситные кристаллы, а при отогреве в обратном превращении эти мартенситные кристаллы исчезают и плавно переходят в решетку исходной фазы. Обратимое движение когерентных межфазных границ при обратном превращении приводит к восстановлению первоначальной формы.

Эффект «памяти формы» наиболее хорошо проявляется, когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов. Схема влияния температуры на фазовый состав сплавов с обратимыми мартенситными превращениями приведена на рис.2.

                           

При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться с некоторой температуры М_н . При дальнейшем охлаждении количество мартенситной фазы увеличивается, и полное превращение аустенита в мартенсит заканчивается при температуре М_к. Ниже этой температуры термодинамически устойчивой остается только мартенситная фаза.

При нагреве прекращение мартенсита в аустенит начинается с некоторой температуре А_н и полностью заканчивается при температуре А_к. При полном термоциклировании получается гистерезисная петля. Ширина гистерезисной петли по температурной шкале А_к - М_н или А_н - М_к. может быть различной для разных материалов: широкой или узкой (рис.2а и б).

В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами «памяти формы»: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Fe-Ni, Cu-Al-Ni и др..

Характеристические температуры превращений ряда двойных сплавов Ni-Ti с эффектом памяти формы разного состава приведены в таблице 3. Из таблицы следует, что, варьируя соотношение титана и никеля, можно

существенно менять температуры фазовых переходов и влиять на ширину гистерезиса фазовой диаграммы. Легирование никелида титана железом, марганцем, хромом, ванадием, кобальтом приводит к снижению М_н и М_к, вплоть до -196°С, а введение циркония, тантала и ниобия – к их повышению (до+100°С). Медь и кремний в довольно широком интервале слабо влияют на температуры превращений.

 

            

  В промышленности наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект «памяти формы» в соединении NiTi может повторяться в течение многих тысяч циклов.

 Никелид титана в жидком состоянии легко поглощает газы и взаимодействует со многими веществами. Поэтому его выплавка производится в вакууме или атмосфере инертного газа.

Сплавы на основе никелид титана подвергают обработке давлением в интервале температур 700-900°С. Нагрев до более высоких температур опасен из-за сильного окисления и образованию хрупкого газонасыщенного поверхностного слоя.

Особенно важную роль играет технологическая операция термофиксации. Заготовку деформируют при комнатной температуре. Для сохранения формы и размеров производят жесткое фиксирование по всем степеням свободы (заневоливание) с последующим нагревом до температуры 650-700°С, т.е. до аустенитного состояния. В результате такой операции достигается стабильное состояние структуры и формы, которые обект «запоминает».

Сплавы на основе никелида титана свариваются теми же способами, как и другие титановые сплавы: аргонодуговым, электронно-лучевым и др.

Эти сплавы плохо поддаются механической обработке, особенно сплавы, в которых интервал прямого мартенситного превращения находится вблизи комнатной температуры. В процессе резания происходят структурные превращения в поверхностном слое, приводящие к появлению эффекта памяти и резкому изменению механических свойств. Для механической обработке следует применять твердосплавные резцы и специальные охлаждающие среды.

Нитинол обладает высокой прочностью, пластичностью, коррозионной и кавитационной стойкостью и демпфирующей способностью (хорошо поглощает шум и вибрацию). Его применяют как магнитный высокодемпфирующий материал во многих ответственных конструкциях. Имеются данные, что из нитинола изготовляют антенны спутников Земли. Антенна скручивается в маленький бунт, а после запуска в космос восстанавливает свою первоначальную форму при нагреве до температуры выше 100 °С. Нитинол широко используют в автоматических прерывателях тока, запоминающих устройствах, для изготовления деталей машин и вычислительной техники, в температурно-чувствительных датчиках

 

Вопросы к лекция 10. Никель и никелевые сплавы.

1. Назовите физические свойства никеля.

2. Назовите химические свойства никеля.

3. Назовите механические и технологические свойства никеля.

4. Назовите области применения никеля.   

5. Какие свойства никеля способствуют широкому применению его сплавов?

6. Охарактеризуйте сплавы с заданными значениями коэффициента теплового расширения.

7. Охарактеризуйте сплавы с высоким электросопротивлением.

11. Охарактеризуйте магнитные сплавы.

12. Охарактеризуйте магнитотвердые сплавы.

13. Охарактеризуйте магнитомягкие материалы.

14. Что представляют собой никелевые жаропрочные сплавы? Как их классифицируют?

15. Охарактеризуйте нимоники?

16. Какова цель легирования нимоников бором и цирконием?

17. Какие видам термообработки подвергают нимоники?

18. Приведите примеры сплавов - нимоников? Охарактеризуйте их?

19. Охарактеризуйте литые никелевые сплавы?

20. Охарактеризуйте сплавы с эффектом «памяти формы». 

22. В чем состоит эффект памяти?

 

 

ры росы к лекция 10. Никель и никелевые сплавы.