Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время материалы с эффектом памяти формы (ЭПФ) находят применение в различных областях науки, в медицине, в технике и даже в бытовых устройствах. Их использование стремительно развивается в связи с открытием новых сплавов, значительным прогрессом в производстве полуфабрикатов, в технологиях их обработки и требует дополнительных исследований по многим направлениям.
Одним из актуальных направлений прикладного использования данных материалов являются так называемые активные устройства (устройства, совершающие механическую работу под воздействием тепла, например, приводы). Сплав с эффектом памяти формы при работе в таких устройствах подвергается различным термомеханическим воздействиям -таким, как динамическое нагружение, однократное или многократное изменение температуры через полный или неполный интервал температур обратимого мартенситного превращения. Кроме того, функционированию сплава в каждом конкретном устройстве могут сопутствовать специфические термомеханические воздействия. В связи с вышесказанным исследование свойств и механического поведения никелида титана при всех такого рода воздействиях является актуальным.
В немногочисленных работах показано, что предварительное высокоскоростное деформирование рабочих элементов может в некоторых пределах изменить их функциональные свойства В связи с этим, большое значение приобретает исследование этих материалов в динамических режимах, когда деформирование происходит за доли секунды со скоростями порядка 102- 103 с"1.
Другой тип термомеханических воздействий, характерный для
функционирования сплава в качестве рабочего тела активного элемента,
связан с циклическим изменением температури:1 Это обусловлено тем, что
Г РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА j
« *V«»7b j
сплаь с ЭПФ может быть использован в качестве рабочего тела активного элемента однократно или многократно. Создание таких элементов требует изучения свойств материала при многократном изменении температуры. При этом изменение температуры может проходить как через весь интервал іемперагур обратимого мартенситного превращения, так и тхватывать лишь его часть Поэтому, исследования отклика материала на такого рода тепловое воздействие также представляют значительный интерес.
Цель работ ы состояла в исследовании функциональных свойств никелида титана при термомеханических воздействиях, характерных для активных устройств.
В соответствии с поставленной целью, в задачи работы входило:
-
Исследование влияния скорости деформирования на функционально-механические свойства TiNi.
-
Исследование термоциклической стойкости сплава TiNi при термоциклировании под постоянной нагрузкой.
-
Исследование влияния предварительных незавершенных маргенситных превращений на функциональные свойства TiNi.
-
Исследование функциональных свойств никелида титана при термомеханических воздействиях, реализуемых в двух конкретных устройствах.
Научная новизна Установлены новые закономерности влияния скорости нагружения на функционально-механические свойства никелида титана.
Экспериментально установлены новые особенности
термоциклического поведения никелида титана при постоянных нагрузках
Впервые исследовано влияние незавершенных мартенситных превращений на последующее деформационное поведение сплава TiNi при реализации обратимой памяти формы. Установлено, что незавершенное
обратное превращение инициирует температурную задержку деформирования в последующем цикле. Показано, что при прерывании прямой мартенситной реакции такой эффект не наблюдается.
Применительно к двум устройствам расчековки экспериментально определены зависимости деформации, возвращаемой проволочным образцом из никелида титана, от противодействующих напряжений, определены усилия, генерируемые сплавом в коническом силовом элементе. Предложены методы оценки функционально-механических параметров этих активных элементов.
Обоснованность научных положений, выводов и достоверность
результатов обеспечены многократным предварительным тестированием экспериментальных методик и установок, использованием современных средств измерений, соответствием полученных данных всей совокупности знаний о физических свойствах и механическом поведении изученных материалов и соответствием тестовых результатов опытов некоторым имеющимся данным других исследователей.
Научная и практическая значимость. Полученные результаты, дают возможность улучшать функционально-механические свойства никелида титана за счет высокоскоростного ударного нагружения в мартенситном состоянии, определять ресурс сплава при циклическом изменении температуры в режиме предельных нагрузок, прогнозировать поведение сплава в нештатных ситуациях; предсказывать поведение сплава TiNi в термомеханических режимах, соответствующих конкретным активным устройствам.
Положения, выносимые на защиту.
-
Особенности влияния предварительного высокоскоростного ударного нагружения на функционально-механические свойства сплавов TiNi.
-
Зависимости механического поведения никетада гитана при циклическом изменении температуры под постоянными нагрузками.
-
Условия появления температурно-деформационных аномалий поведения никелида титана при реализации обратимой памяти формы после незавершенных мартенситных превращений.
-
Особенности функционально-механических свойств никелида титана в конических и проволочных активных элементах при термомеханических воздействиях, характерных для двух устройств расчековки.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XXXV семинаре "Актуальные проблемы прочности" в г. Пскове (сентябрь 1999 г.), международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов" в Москве (апрель 2001г.), всероссийской конференции «Дефекты структуры и прочность кристаллов» в г. Черноголовка (июнь 2002 г.), первой конференции молодых ученых научной школы академика В.В. Новожилова «Нелинейные проблемы механики и физики деформируемого твердого тела» в Санкт-Петербурге (2002 г.), XL международном семинаре «Актуальные проблемы прочности» в г. Великий Новгород (сент. - окт. 2002 г.), VT Европейском симпозиуме по мартенситным превращениям и памяти формы (ESOMAT-2003) в Великобритании (август 2003 г.), международной конференции по памяти формы и сверхупругим технологиям: инженерные и биомедицинские применения (SMST-2003) в США (май 2003 г.), II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» (ПРОСТ-2004) в Москве (апрель 2004г.), XLII международной конференции «Актуальные проблемы прочности» в г. Калуга (май 2004г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы, содержащей 108 наименования.
Общий объем диссертации 114 машинописных страниц, включая 61 рисунок.
Похожие диссертации на Функциональные свойства никелида титана при термомеханических воздействиях, характерных для активных устройств
