Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

В ПРОВОЛОКЕ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Авторы:
Город:
Ухта
ВУЗ:
Дата:
10 июня 2017г.

В материалах с обратимыми мартенситными переходами, в которых деформирование происходит преимущественно за счет каналов мартенситной неупругости, некоторые аналоги упругих постоянных, например модуля Юнга, сложным образом зависят от температуры [2]. Отмечено, что при нагревании материала через интервал обратного мартенситного перехода указанные характеристики могут сильно изменяться, уменьшаясь в 3–5 раз и демонстрируя при этом локальный минимум примерно в середине интервала прямого мартенситного перехода.

Интерес к деформационным явлениям, которые наблюдаются при изучении влияния характера термоциклирования и знака нагружения на величину осевого (сдвигового) фазового модуля никелида титана в условиях растяжения (кручения) обусловлен, в частности, возможностью выполнения численного моделирования в данном направлении [1]. Сопоставление результатов эксперимента и расчета, позволит оценить те критерии, которые используются для сопоставления механических характеристик, а в некоторых ситуациях, возможно, поможет полностью заменить натурный эксперимент модельным.

Кристаллическая решетка никелида титана при высокой температуре представлена в виде объемно-центрированного куба (ОЦК). Такое состояние решетки называется аустенитом. При низкой температуре - в виде ромбовидной структуры с центрированными гранями (РГЦ) — мартенситная форма. Переход объемно-центрированного куба в гранецентрированный ромб называется прямым мартенситным превращением, а переход структуры РГЦ в структуру ОЦК — обратным мартенситным превращением. На превращениях этих двух различных кристаллических структур и основано явление эффекта запоминания формы. Его называют также термоупругим мартенситным превращением, или переходом мартенсит - аустенит и обратно [3].

Мартенситные превращения, как правило, сопровождаются и сдвигами, и изменениями объема. Если охлаждение производят под нагрузкой (напряжением), то имеет место избирательное зарождение кристаллов мартенсита, когда преимущество получают те из них, которые способствуют деформированию в направлении приложенного усилия. При этом тело приобретает макроскопическую деформацию, связанную с мартенситной неупругостью. Данный эффект называют пластичностью прямого превращения (ППП). Если металл приобретает неупругую деформацию за счет изотермического нагружения мартенсита или пластичности превращения, то он возвращает ее при нагреве в интервале температур от АН  до АК (эффект памяти формы) [4].

Опыт выполняли на проволочных образцах, изготовленных из сплава TH – 1 (никелид титана близкий к эквиатомному составу) с длиной рабочей части 1 м и диаметром 2 мм. Испытания осуществляли в режиме растяжения на специально сконструированной установке, схема которой представлена на рисунке 1.

Один конец проволоки жестко защемляли, а другой через трос соединяли с малым диском радиуса r силового устройства на (схеме обозначено цифрой 3). К образующей большого диска (радиус R) силового устройства подвешивали груз массой m. В проволоке сечением S создается осевое напряжение, которое можно вычислить по формуле:




Ошибка в измерении осевой деформации составляла ± 0,05 %. При определении осевой деформации учитывали также "инструментальную" деформационную погрешность, связанную с тепловым эффектом проволоки.

Нагревание осуществляли электрическим способом, присоединяя к концам проволоки (проводника) электрическое напряжение, которое изменялось через ЛАТР, что позволяет изменять скорость нагрева. Температуру в неизотермических опытах изменяли со скоростью 10 К/мин. Хромель копелевой термопарой (на схеме - 2) фиксировали температуру с погрешностью ±2 К.

Если сплав охлаждать из аустенитного состояния, то начиная с некоторой характеристической температуры, которую принято обозначать МН, появляются первые кристаллы мартенсита. По мере дальнейшего охлаждения их размеры и количество увеличиваются, пока кристаллы не заполнят при температуре МК весь объем. Нагрев вызывает, начиная с температуры АН, зарождение и рост кристаллов аустенита вплоть до температуры выше АК.

В эксперименте (рис.2) характеристические температуры переходов определяли в условиях растяжения при значении осевого напряжения s = 5 МПа по следующей схеме: образец нагревали до температуры, соответствующей аустенитному состоянию и нагружали напряжением s = 5 МПа.

 


Далее, под нагрузкой его охлаждали через интервал прямого мартенситного перехода, а затем разгружали и нагревали до первоначальной температуры. Для данной проволоки из сплава TH – 1 характеристические температуры - МН=330 К, МК=310 К, АН=340 К, АК = 360 К.

В настоящее время хорошо известно, что названные материалы не относятся к классу линейно- упругих материалов, т.к. им свойственна, как высокотемпературная, так и низкотемпературная псевдоупругость [2], и у них может отсутствовать линейный участок деформирования. Поэтому введен термин осевой фазовый модуль – E. Расчет осевого фазового модуля (секущего модуля Юнга) при изотермическом нагружении (разгрузке) проводится по формуле:




где Δσ – изменение величины напряжения, связанное с изменением нагрузки, Δε – соответствующий деформационный отклик. Методически это представлено на рисунке 3. Образец пошагово нагружали, например, до напряжения 100МПа, фиксируя деформационный отклик. Далее после разгрузки измеряли изменение максимальной и конечной деформации. Повторяли эксперимент при данной температуре с другими нагрузками, и так исследованы зависимости осевого фазового модуля от температуры для полного интервала мартенситного перехода. Экспериментальные зависимости осевого фазового модуля от температуры при Ds =100, 150, 200МПа приведены на рисунке 4.



Экспериментальные результаты позволяют сделать выводы, что при определении изотермических осевых деформаций в мартенситном, аустенитном и двухфазном состояниях необходимо учитывать сложный функционально-механический характер зависимости фазового модуля от температуры и характера нагружения материала.

Список литературы

 

1.        Андронов И. Н., Богданов Н. П., Тарсин А. В. Влияние характера термоциклирования и знака нагружения на величину фазовых модулей никелида титана. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов - 2009. № 4. С.42-44.

2.        Винтайкин Е. З. Константы упругости сплавов марганец-медь / Е. З. Винтайкин, В. А. Удовенко, Д. Ф. Литвин // Физика металлов и металловедение, 1980. – Т. 4. – № 49. – С. 883-885.

3.        Корнилов И. И., Белоусов O. K., Качур Е. В. Никелид титана и другие сплавы с эффектом «памяти». М.: Наука, 1977. 180 с.

4.        Лихачев В.А., Эффект памяти формы //Соросовский образовательный журнал -1997. №3. С. 107-114.