В чем состоит эффект памяти?

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 температуМ_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 превращение 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.

  23. Приведите пример сплава с эффектом памяти. Охарактеризуйте его.

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.