ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сплавы с эффектом памяти формы на основе Си из "Сплавы с эффектом памяти формы " Изготовление монокристаллов из сплавов на основе Си не вызывает трудностей. Применяя для систематических исследований монокристал-лические образцы, в этих сплавах изучены [26—28] эффект памяти формы и механизм псевдоупругости. Однако в настоящее время в связи с переходом от лабораторных исследований к практическому применению возникли новые материаловедческие проблемы [29], которые необходимо исследовать для практического внедрения сплавов. Они связаны со стабильностью эффекта памяти формы при термическом циклировании и циклической деформации, с усталостной и длительной прочностью, пластичностью, способами измельчения зерен, влиянием старения и многими другими факторами [29—32]. [c.99] В настоящем разделе прежде всего рассматриваются типы сплавов с эффектом памяти формы на основе Си в связи с диаграммами состояния, исследуются их температуры превращения, описываются требования к выбору сплавов. Затем последовательно рассматривается современное состояние исследований материаловедческих проблем, которые, как указано выше, должны быть решены перед практическим применением сплавов на основе Си, и обсуждаются направления разработки материалов. [c.99] Среди большого числа сплавов с эффектом памяти формы наибольшую группу составляют сплавы на основе Си. В табл. 2.2 указаны типы сплавов на основе Си, имеющие полный эффект памяти формы, и приведены их физические свойства. [c.99] Для практического применения можно указать трехкомпонентные сплавы на основе Си — А1 и Си — 2п. Сплавы с добавкой четвертого легирующего компонента разрабатываются для получения мелкозернистых образцов. Их основные свойства не отличаются от свойств трехкомпонентных сплавов. Наиболее подробно исследованы сплавы Си — А1 — N1 и Си — 2п — А1. Их используют для разработки промышленных сплавов, поэтому ниже рассмотрены соответствующие диаграммы состояния, кристаллическая структура и методы определения температуры превращения. [c.99] Диаграммы состояния. Интервал составов сплавов Си — А1 — N1, которые могут практически применяться в качестве сплавов с эффектом памяти формы, определяется областью, в которой при высокой Т существует /3-фаза, т.е. ограничен составом [ % (по массе) ] близким к Си — 14 А1 — 4 N1. Это соответствует соединению СизА1 в двухкомпонентной системе. Первоначальные исследования мартенситного превращения осуществлялись именно в ней. Диаграмма состояния сплавов Си — А1 — N1 и мартенситное превращение в этих сплавах по существу не отличаются от двухкомпонентной системы Си — А1, поэтому ниже рассматривается двухкомпонентная система Си — А1. [c.100] В сплавах Си — 2п — А1, как и в сплавах Си — А1 — N1, распад высокотемпературной фазы не происходит. При быстром охлаждении высокотемпературной /3-фазы с неупорядоченной структурой при промежуточной Т происходит превращение порядок — беспорядок, при этом возникает /З -фаза с упорядоченной структурой. Эта фаза является исходной фазой в сплавах Си — 2п — А1, она имеет упорядоченную структуру типа В2 (или СэС ). Однако в некоторых случаях в зависимости от состава в области сравнительно высоких температур наблюдается превращение В2 ООз, при комнатной Т существует структура ООз. [c.103] Регулирование Т превращения. Температура превращения сплавов с эффектом памяти формы в общем зависит от состава и скорости закалки. Даже в слитках с одинаковым расчетным составом указанная температура различна из-за отклонений состава в к дом слитке. При незначительном изменении состава температура превращения может меняться весьма существенно. Это дает возможность получить образцы с любой заданной температурой превращения, если правильно регулировать процесс изготрвления образцов. [c.103] На рис. 2.48.приведен [36, 37] пример, иллюстрирующий зависимость Т превращения от состава сплава Си — 2п — А1. Слева на диаграмме Си — 2п — А1 указана область составов рассматриваемых трехкомпонентных сплавов. Зачерненная область соответствует интервалу составов, для которых измеряли температуры превращения, указанные справа. [c.103] Никель оказывает не такое сильное действие, как алюминий, однако изменение концентрации N1 также приводит к изменению температуры превращения. В табл. 2.3 приведено [42] изменение Т превращения в сплавах с постоянным содержанием А1 в зависимости от содержания N1. [c.105] Из таблицы видно, что при увеличении содержания N1 температуры превращения смещаются в сторону более низких температур. Это объясняется не непосредственным влиянием изменения содержания N1 на изменение Т превращения, а тем, что в результате увеличения содержания N1 при постоянном содержании А1 уменьшается содержание Си в сплавах, вследствие чего отношение содержания А1 к содержанию Си увеличивается. Кроме того, N1 подавляет диффузию Си и А1. При низком содержании N1 не удается предотвратить выделение 72-фазы даже путем повышения скорости охлаждения. Поэтому N1 оказывает влияние посредством понижения концентрации А1 в матрице. [c.105] В табл. 2.4 приведен пример [43], иллюстрирующий влияние скорости охлаждения. [c.105] При практическом применении сплавов повышение используемой Т превращения ограничено. Это обусловлено тем, что при повышении Т зксплуатации в результате старения изменяется Т превращения или утрачивается зффект памяти формы. Влияние старения подробно рассматривается 6 разд. 2.2. Следует указать, что верхний предел Т превращения сплавов на основе Си составляет 100 °С [ВО]. [c.106] При применении сплавов Т( — N1 в отличие от сплавов на основе Си нет необходимости быстрого охлаждения после обработки на твердый раствор. (Например, позитивно используя влияние старения, можно существенно улучшить свойства, обусловленные аффектом памяти формы и псевдоупругостью, позтому [29, 32] если предварительно осуществить старение при более высокой Г, чем Г зксплуатации, то не возникает проблемы старения в процессе зксплуатации. В связи с зтим возможность применения сплавов с зффектом памяти формы при сравнительно высоких температурах ( 2(Ю °С) ограничена сплавами Т( — N1. [c.106] Изготовление монокристаллов из сплавов с зффектом памяти формы на основе Си осуществляется легко, что можно объяснить на основе деформационного поведения зтих сплавов. Основные характеристики деформационного поведения монокристаллов подробно рассмотрены в гл. 1, в данной главе сравниваются указанные характеристики с характеристиками деформационного поведения поликристаллов. [c.106] Хотя трехкомпонентные сплавы на основе Си — Zп демонстрируют почти такое же деформационное поведение, как и монокристаллы сплава Си — А1 — N1, существенным различием является то, что в сплавах Си — А1 — N1 деформация скольжением затруднена и совершенный эффект памяти формы или псевдоупругость проявляются до напряжения 600 МПа. В отличие от этого в других трехкомпонентных сплавах на основе Си — Zг указанные эффекты наблюдаются до чрезвычайно низких напряжений, 200 МПа. [c.108] Сплавы Си — Zп даже в поли кристаллическом состоянии довольно пластичны, они наиболее перспективны для практического применения по сравнению с другими медными сплавами. Действительно, за рубежом уже разработаны изделия из сплавов Си — 2п — А1. [c.109] Как указано выше, в сплавах на основе Си границы зерен являются местами концентрации напряжений и служат причиной деформации скольжением и интеркристаллитного разрушения. Если подвергать образцы циклической деформации в условиях, в которых при однократном деформировании наблюдается кажущееся полное восстановление формы, то деформация скольжения накапливается, в результате чего изменяется вид кривых напряжение — деформация. При увеличении числа циклов нагружения в конце концов происходит усталостное разрушение. Почти во всех случаях оно является интеркристаллитным разрушением. Таким образом, важной проблемой является необходимость определения различных механических свойств сплавов на основе меди с целью их практического применения. Эта проблема подробно рассматривается ниже. [c.110] В большом числе примеров [47—53] практического использования эффекта памяти формы используется циклическое повторение прямого и обратного превращений. Характеристики эффекта памяти формы изменяются при термоциклировании или при циклическом деформировании, в связи с этим важной проблемой является стабильность свойств сплавов в процессе эксплуатации. Изменение свойств в процессе экс-платации происходит и в результате старения при Т Т эксплуатации. Этот вопрос подробно рассматривается в разд. 2.2. Ниже рассматривается изменение характеристик эффекта памяти формы и причины этого изменения при термоциклировании и циклическом нагружении. [c.110] Влияние циклической деформации. В случае периодического использования эффекта памяти формы циклически повторяется процесс восстановления формы при нагреве, затем вновь происходит деформация в процессе охлаждения. При этом в зависимости от приложенного напряжения степень восстановления формы уменьшается при увеличении числа циклов деформации. Кроме того, в случае использования эффекта псевдоупругости деформация осуществляется при более высоких напряжениях, чем при использовании эффекта памяти формы. Условия в этом случае также неблагоприятны с точки зрения сохранения сплавом стабильных свойств. [c.113] При циклической деформации образец в конце концов разрушается, поэтому прогнозирование усталостной долговечности, установление факторов, оказывающих влияние на долговечность и разработка способов улучшения долговечности являются важной проблемой с точки зрения практического применения сплавов. [c.116] Вернуться к основной статье