Диаграмма нагруженная

21

Сущность эффекта памяти формы

заключается в том, что изделие из такого материала пластически деформируют при температуре выше температуры прямого мартенситного превращения (tд > Мн) с целью придания ему определенной формы, затем охлаждают до температур, обеспечивающих

протекание мартенситного превращения ( Мк) и

деформируют в этой температурной области для получения удобной плоскостной формы. При дальнейшем нагреве выше температуры начала обратного мартенситного превращения (Ан) изделие вновь восстанавливает формы, которая была ему первоначально придана при температуре tд выше Мн. Схематически этот эффект изображен на рис.

Таким образом, температурный интервал восстановления формы определяется положением точек Ан и Ак, но может отличаться от него на десятки градусов, так как зависит от величины и вида деформации.

22

ЭПФ реализуется в сплавах, которым свойственны следующие особенности:

–при прямом мартенситном превращении фиксируется термоупругий мартенсит;

–температурный гистерезис мартенситного превращения невелик;

–механизмом пластической деформации может являться двойникование;

–объемный эффект превращения, связанный с разностью удельных объемов мартенсита и матричной фазы невелик;

–прямое и обратное мартенситное превращение протекает при температурах, исключающих релаксационные процессы.

Механизм памяти сплавов связан с особенностями термоупругого превращения мартенсита. В случае термоупругого мартенсита при обратном превращении межфазные границы проходят пути, обратные тем, которые проходили бы при прямом превращении. Фактически термоупругость означает сохранение когерентности на межфазных границах. Межфазная когерентность исключает возникновение необратимых дефектов типа дислокаций при мартенситном переходе. Следовательно, внутренние аккомодационные напряжения не должны превышать предела текучести. Это и имеет место при термоупругом мартенситном превращении. Таким образом, структурно-обратимый мартенситный переход, лежащий в основе проявления эффекта памяти формы, подразумевает обратимость всех составляющих мартенситной деформации. Пример прямого и обратного мартенситного превращения показан на следующем рис.

23

Рост и исчезновение кристаллов мартенсита при охлаждении и нагреве (сплав Cu – Al – Mn)

24

В настоящее время наша промышленность производит полуфабрикаты из сплавов на основе никелида титана нескольких марок, обладающих эффектом памяти формы с различными температурами ее проявления.

Температурные интервалы возврата формы для некоторых сплавов:

Для практического использования сплавов с памятью формы необходимо знать интервалы прямого и обратного мартенситного превращений Мн – Мк и Ан – Ак. Эти температуры определяют назначение материала и температурный интервал эксплуатации изделий. Температурная область мартенситных превращений в сплавах типа ТН изменяется в широких интервалах от + 80 °С (Ti + 48 ат. % Ni) до –180 °С (Ti + 52 ат. % Ni). Легирующие элементы могут расширить диапазон изменения температурного интервала мартенситных превращений.

Усилия, развиваемые сплавами ТН при восстановлении формы, находятся в пределах от 400 до 900 МПа и превышают предел текучести низкотемпературной фазы.

В сплавах на основе никелида титана полностью восстанавливается (100 % возврат) деформация, составляющая 6 %. Максимально допустимая деформация не должна превышать 7…8 %.

25

Саморазворачивающийся элемент каркаса солнечной батареи, состоящий из привода (1) и профилей (2), изготовленного из материала с памятью формы

Схема аппарата с самосбрасывающими элементами: 1

– антенна; 2 – механизм стабилизации; 3 – излучатель энергии; 4 – солнечная батарея

26