Содержание к диссертации
Введение
1. Эффекты памяти формы в сплавах на основе никелида титана 9
1.1. Структура и фазовые превращения сплавов на основе TiNi 9
1.2. Классификация эффектов памяти формы 11
1.3. Функциональные свойства сплавов с памятью формы 13
1.4. Влияние термических и термомеханических обработок на структуру, фазовые превращения и основные функциональные свойства сплавов на основе Ti-Ni 17
1.4.1. Термическая обработка сплавов с памятью формы 20
1.4.2. Термомеханическая обработка сплавов с памятью формы 25
1.5. Сплавы с широким гистерезисом мартенситного превращения, их структура и свойства 31
1.5.1. Структура и фазовый состав сплавов Ti-Ni-Nb 31
1.5.2.Температурный интервал мартенситных превращений (ТИМП)
сплавов Ti-Ni-Nb 32
1.5.3. Функциональные характеристики формовосстановления сплавов Ti-Ni-Nb 34
1.5.4. Реактивное напряжение, развиваемое сплавом Ti-Ni-Nb 35
1.5.5. Влияние термической и термомеханической обработок на функциональные свойства сплавов Ti-Ni-Nb 35
1.5.6. Обратимый ЭПФ в сплавах Ti-Ni-Nb 36
1.5.7. Релаксация реактивного напряжения 37
1.5.8. Применение сплавов Ti-Ni-Nb в качестве материала ТММ 38
2. Материалы и методы исследования 39
2.1. Исследуемые сплавы и их обработка 39
2.2. Приготовление образцов для исследований 41
2.3. Рентгенографическое исследование 42
2.4. Металлографическое исследование структуры сплавов 43
2.5. Измерение микротвердости 44
2.6. Дилатометрический анализ 44
2.7. Определение функциональных свойств 44
3. Структура, мартенситные превращения и функциональные свойства сплавов Ti-Ni-Nb 47
3.1. Структура и особенности мартенситных превращений в сплавах Ti-Ni-Nb 47
3.2. Характеристики формовосстановления при реализации эффекта памяти формы в сплавах Ti-Ni-Nb 69
3.2.1. Влияние величины наведенной деформации 69
3.2.2. Влияние температуры деформации, наводящей ЭПФ 75
3.2.3. Влияние величины наведенной деформации и температуры наведения ЭПФ на характеристики обратимого ЭПФ 78
3.3. Реактивное напряжение 81
3.3.1. Генерация реактивного напряжения 81
3.3.2. Релаксация реактивного напряжения 85
3.4. Испытания термомеханических муфт 86
4. Структура, мартенситные превращения и функциональные свойства сплавов Ti-Ni-Nb-Zr 87
4.1. Структура и особенности мартенситного превращения сплава Ti-Ni-Nb-Zr 89
4.2. Функциональные свойства СПФ Ti-Ni-Nb-Zr 94
4.2.1. Характеристики восстановления формы 94
4.2.2. Генерация и релаксация реактивного напряжения 101
Список использованных источников 114
Приложение 123
- Классификация эффектов памяти формы
- Приготовление образцов для исследований
- Характеристики формовосстановления при реализации эффекта памяти формы в сплавах Ti-Ni-Nb
- Функциональные свойства СПФ Ti-Ni-Nb-Zr
Введение к работе
В последнее десятилетие все более широкое практическое применение
находят сплавы, проявляющие эффект памяти формы (ЭПФ). Сплавы с
памятью формы (СПФ) используют в различных областях техники
(медицинская, авиакосмическая, бытовая, приборостроение,
спецмашиностроение и др.).
СПФ - функциональные материалы; они обеспечивают возможность реализовывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов и технологий.
Функциональные свойства СПФ (обратимая деформация,
характеристические температуры интервала мартенситных превращений,
температурный интервал легкой деформации, критическое напряжение легкой
деформации, реактивное напряжение и др.) являются
структурночувствительными. Поэтому для регулирования свойств СПФ используют различные схемы термомеханической обработки (ТМО).
Перспективной областью применения СПФ являются термомеханические соединения. Использование традиционных сплавов с памятью формы системы Ti-Ni-Fe для создания термомеханических муфт (ТММ), обеспечивающих термомеханическое соединение (ТМС) трубопроводов и деталей конструкций [1, 2], ограничено в связи со следующими особенностями этих сплавов. Во-первых, технология их использования достаточно сложна, поскольку термомеханическую соединительную муфту из сплава Ti-Ni-Fe необходимо деформировать, хранить и устанавливать при криогенных температурах. Это обусловлено тем, что температурный гистерезис термоупругого мартенситного превращения в сплавах Ti-Ni-Fe невелик и обычно не превышает 30-50 С. Во-вторых, механизм мартенситных превращений в сплавах Ti-Ni-Fe таков, что для наведения сколь-нибудь существенного обратимого эффекта памяти формы (ОЭПФ), обеспечивающего легкоразборность ТМС, необходима значительная «передеформация», снижающая обратимую деформацию основного ЭПФ.
Вместе с тем в последнее время было обнаружено, что мартенситный гистерезис в сплавах на основе никелида титана можно существенно расширить за счет дополнительного легирования ниобием [3 - 16]. Тогда деформацию, наводящую эффект памяти формы (ЭПФ), можно проводить при субнулевых температурах, а восстановление формы (т.е. «срабатывание» муфты) - при небольшом нагреве выше комнатной температуры. Это открывает возможности создания муфт из СПФ, способных к длительному хранению при комнатной температуре до их использования. Выбор указанной системы Ti-Ni-Nb позволяет облегчить также решение проблемы реализации обратимого ЭПФ (ОЭПФ), что обеспечивает условия для легкой разборки соединения при охлаждении до заданной температуры: дополнительным источником ОЭПФ могут служить частицы легкодеформируемого структурно-свободного ниобия, являющегося одной из фазовых составляющих тройных сплавов.
В публикациях [3-16] описаны структура, особенности мартенситного превращения, свойства и возможное применение нескольких СПФ системы Ti-Ni-Nb в качестве материала ТММ. Однако исследования проводились на практически случайно выбранных композициях (в ат.%) 44Ti-47Ni-9Nb [4-11], 45Ti-45Ni-10Nb [12], 47Ti-50Ni-3Nb [16], причем сплавы были выплавлены в разных странах и, соответственно, в разных условиях производства. В то же время известно, насколько сильно зависят характеристические температуры мартенситного превращения (МП) в сплавах на основе никелида титана не только от соотношения Ni и Ті, но и «предыстории» сплавов, т.е. особенностей их выплавки и последующего передела. В этой связи имеющиеся в литературе данные не позволяют провести оптимизацию составов указанных материалов.
Остается невыясненным и ряд вопросов, связанных с особенностями термомеханического поведения СПФ Ti-Ni-Nb. В первую очередь это относится к изучению основной силовой характеристики СПФ - реактивного напряжения, развиваемого в условиях восстановления формы при внешнем противодействии, уровень которого, в принципе, и определяет надежность ТМС. Реактивные напряжения, развиваемые сплавом Ti-Ni-Nb, были измерены
в единственной работе [11], при этом систематического экспериментального изучения их низкотемпературной релаксации не проводилось. В то же время релаксация реактивного напряжения при охлаждении и приближении к точке Ms «сверху», происходящая вследствие превышения фазового предела текучести сплава [27], является важным фактором, определяющим эксплуатационные возможности ТММ. Температура релаксации реактивных напряжений, с одной стороны, ограничивает рабочий температурный интервал ТМС со стороны низких температур, а с другой - определяет температуру охлаждения для «саморазборки» ТМС. В этом плане рискованно полагаться на теоретическую оценку температуры релаксации реактивных напряжений в работе [4], где температуру Mspejl было предложено рассчитывать по формуле: MspejI =MS +ardT/da (где ar - реактивное напряжение). В [4] указано, что dT/da = 0.2 К/МПа, однако очевидно, что эта величина зависит как от состава сплава, так и от величины реактивного напряжения. Таким образом, надежная оценка термомеханических условий низкотемпературной релаксации реактивного напряжения должна опираться на экспериментальные данные.
В полной мере вышесказанное относится и к изучению ОЭПФ, который был обнаружен впервые на сплавах Ti-Ni-Nb в работе [12], но условия его реализации систематически не исследованы.
Перспективным способом управления функциональными свойствами сплавов Ti-N-Nb представляется термомеханическая обработка, судя по эффективности ее применения к другим СПФ на основе Ti-Ni [2]. На это указывает и повышение обратимой деформации и степени восстановления формы (на 10-15%) сплава 45Ti-45Ni-1 ONb после горячей прокатки по сравнению с обычной закалкой [12]. Однако влияние ТМО на структуру и свойства СПФ Ti-Ni-Nb не исследовано.
В связи с вышесказанным, целью настоящей работы явилось систематическое изучение закономерностей образования структуры, характеристик мартенситных превращений и функциональных свойств сплавов системы Ti-Ni-Nb, их изменений под влиянием изменения состава сплава и
термомеханической обработки; определение термомеханических условий деформации для реализации в сплавах широкого мартенситного гистерезиса, обратимого эффекта памяти формы и наибольшего реактивного напряжения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Экспериментально установлены закономерности изменения
характеристик формовосстановления, генерации и релаксации реактивного
напряжения в сплавах Ti-Ni-Nb(-Zr) с широким мартенситным гистерезисом в
зависимости от термомеханических условий наводящей ЭПФ деформации.
2. Экспериментально установлено, что в сплавах Ti-Ni-Nb(-Zr) частицы
легированного ниобия располагаются в основном по границам зерен никелида
титана, следовательно релаксация упругой энергии, обусловленная
взаимодействием кристаллов мартенсита и частиц ниобия и служащая
источником стабилизации мартенсита, происходит в приграничных объемах, а
не внутри никелида титана.
3. Экспериментально показано, что термомеханические условия
наводящей ЭПФ деформации, обусловливающие возникновение
высокотемпературного ЭПФ («широкого мартенситного гистерезиса»),
обратимого ЭПФ и максимального реактивного напряжения в сплавах Ti-Ni-
Nb(-Zr) совпадают.
Практическая ценность работы заключается в изыскании составов сплавов Ti-Ni-Nb(-Zr) для реализации высокотемпературного эффекта памяти формы в требуемом температурном интервале и релаксации реактивного напряжения при требуемой температуре; определении режимов термообработки, ТМО и термомеханических условий наведения ЭПФ и ОЭПФ для реализации требуемого комплекса функциональных свойств и эксплуатационных характеристик термомеханических муфт из этих сплавов в определенных температурных условиях.
На защиту выносятся:
Экспериментально обнаруженные зависимости изменения параметров ЭПФ и ОЭПФ от состава сплавов Ti-Ni-Nb(-Zr).
Экспериментально установленные интервалы степеней наводящей ЭПФ деформации для реализации высоких характеристик функциональных свойств.
Экспериментально установленные температурные интервалы наведения ЭПФ для реализации высоких характеристик функциональных свойств.
Результаты сравнительного исследования влияния режимов ТМО на получение требуемого комплекса свойств ЭПФ и ОЭПФ.
Классификация эффектов памяти формы
Для систематизации проявлений памяти формы удобно использовать в качестве основы классификацию, предложенную в [24], где ЭПФ классифицируются на две группы в зависимости от того, какой параметр является ведущим для процесса возврата деформации. К ЭПФ, обусловленному термомеханическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим параметром является температура, а напряжение играет второстепенную роль. К ЭПФ, обусловленному механотермическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим изменяющимся параметром является напряжение, а температура играет второстепенную роль.
К эффектам, обусловленным термомеханическим возвратом, относятся:? Необратимый (односторонний) ЭПФ, заключающийся в восстановлении формы при нагреве после деформации, осуществляемой образованием мартенсита напряжений или/и деформационной переориентацией существующего мартенсита охлаждения или мартенсита напряжений (рис. 1.1. а). Для повторной реализации эффекта надо вновь провести наводящую ЭПФ деформацию в полуцикле охлаждения.? Обратимый (двухсторонний) ЭПФ (ОЭПФ), заключающийся в самопроизвольном обратимом изменении формы при термоциклировании черезинтервал мартенситных превращений. Способы наведения ОЭПФ, реализующегося самопроизвольно, базируются на создании ориентированных полей внутренних напряжений.
Поскольку эти напряжения срабатывают многократно, то они должны быть связаны с элементами структуры, наследуемыми при мартенситных превращениях, т.е. с дислокационной субструктурой и дисперсными когерентными частицами избыточных фаз. Например, для наведения самопроизвольного ОЭПФ используют: пластическую деформацию мартенсита (за пределом полностью обратимой деформации) (рис. 1.2.) или пластическую деформацию стабильного аустенита, наводя соответственно «мартенситный» или «аустенитный» ОЭПФ.
К эффектам, обусловленным механотермическим возвратом, относятся различные проявления псевдоупругости (сверхупругости), связанной с восстановлением формы при температуре деформации (см. рис. 1.16). При этом возврат деформации, накопленной в изотермических условиях, происходит в ходе разгрузки или/и при изменении знака деформирующего напряжения.
С практической точки зрения интерес представляют следующие специальные (функциональные) свойства СПФ, которые тесно связаны с рассмотренными их фундаментальными особенностями [25].
Обратимая деформация ег - это деформация, которая «возвращается» при восстановлении формы (см. рис. 1.1.). Теоретический ресурс обратимой деформации определяется величиной деформации решетки при мартенситном превращении. Например, в практически наиболее важных СПФ на основе никелида титана исходная решетка В2-аустенита превращается в моноклинную решетку В19 -мартенсита. При этом максимальная линейная деформация составляет около 11 % [22]. Это и есть предельная деформация, которую можно набрать за счет прямого мартенситного превращения и возвратить за счетобратного мартенситного превращения. Если мартенситное превращение идет под нагрузкой, то происходит отбор ориентационных вариантов мартенсита, и реализуются те из них, которые отвечают деформации, определяемой схемой нагружения. Напряжение, необходимое для начала образования мартенсита под нагрузкой, называется фазовым пределом текучести и обозначается ctr. В то же время, при достаточно большой «наведенной» деформации е„ часть этой деформации может реализоваться за счет обычного пластического течения (если среднее или локальные напряжения превзойдут обычный предел текучести jy), а потому она - необратима. Поэтому для описания способности к формовосстановлению используют и другую характеристику, степень восстановления формы R = ег / е,. Чем ближе к точке Ms деформируем металл, тем больше разность между туА и crtrA (см. рис. 1.3.) и меньше вероятность получить необратимую пластическую деформацию [25].
Температурный интервал восстановления формы прямо определяется критическими точками начала (As) и конца {Aj) обратного мартенситного превращения.
В случае ОЭПФ происходит двухстороннее изменение формы: в интервале As -Af при нагреве и Ms-Mf при охлаждении (см. рис. 1.2.).Температурный интервал легкой деформации, наводящей ЭПФ, располагается вблизи критической точки начала прямого мартенситного превращения Ms (см. рис. 1.З.). В этой температурной области минимальное значение принимает критическое напряжение легкой деформации, которое представляет собой фазовый предел текучести аустенита atA или критическое напряжение переориентации мартенсита сгсгм (см. рис. 1.З.).Температуры Ms, М/, As, А/ зависят от состава сплава и его структуры, определяемой термической и термомеханической обработками [1,2].
Приготовление образцов для исследований
После основных обработок из пластин были вырезаны электроэрозионным методом образцы для проведения исследований.
Образцы для дилатометрического исследования имели размер 1x1x15 мм. Их поверхность шлифовали, а затем полировали химически в растворе кислот, состоящем из 1ч. HF+Зч. HN03+64.H202.
Образцы для рентгенографического исследования имели размер исследуемой поверхности 7x15 мм. Исследуемую поверхность шлифовали и полировали химически в том же растворе.
Образцы для световой и растровой электронной микроскопии с размером исследуемой поверхности 10x10 мм после механической шлифовки и полировки травили химически в растворе кислот, состоящем из 1ч. HF+44. НШ3+5ч.Н20.
Образцы для определения обратимой деформации и температурного интервала восстановления формы имели длину 30 мм, ширину 2 мм, а их толщину варьировали для изменения величины наведенной деформации. Поверхность образцов шлифовали.
Образцы для определения реактивных напряжений имели те же размеры, что и образцы для измерения характеристик формовосстановления, а их толщину также варьировали для изменения величины наведенной деформации.
Съемку рентгеновских линий проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН 3.0, оборудованном низкотемпературной приставкой УРНТ-180. Использовали нефильтрованные СиКа и FeKa -излучения. На этой же установке исследовали кинетику мартенситных превращений при охлаждении до -180 С и последующем отогреве до комнатной температуры. Изотермические съемки осуществляли при комнатной температуре ( 20С) и -150 С. Для исследования кинетики прямого и обратного мартенситных превращений при охлаждении и нагреве фиксировали углы 26цов2 отвечающем угловой координате максимума сильной линии {110} В2-аустенита, и записывали изменение интенсивности этого максимума при охлаждении в интервале температур от комнатной до -170С и последующем нагреве. При этом методом касательных определяли характеристические температуры Ms (начало прямого мартенситного превращения) и Mf (окончание прямого мартенситного превращения), As (начало обратного мартенситного превращения) и Af (окончание обратного мартенситного превращения).
Характеристические температуры мартенситных превращений, в т.ч. при реализации ОЭПФ, определяли методом касательных.
О степени дефектности кристаллической решетки фаз судили по величине условной ширины рентгеновской линии, определенной на половине ее высоты.
Параметры решетки В19 - мартенсита определяли на образцах сплава 45Ti-45Ni-10Nb, подвергнутого закалке от 800 С и ВТМО. Мартенсит получали в ходе охлаждения до разных температур, а также в результате деформации изгибом вблизи температуры Ms с разными степенями: є і «5 %, є2«7 %, 8з«10 %, 84«12 %. Рентгенографические съемки мартенсита охлаждения проводили при температуре охлаждения, а мартенсита деформации и аустенита - при комнатной температуре, на установке ДРОН - 3.0 в СиКа-излучении.
Использовали низкотемпературную приставку УРНТ - 180. Регистрировали рентгеновские линии мартенсита (110)м, (002)м, (1П)М, (002)м и (1П)М, и аустенита {110}В2- По полученным дифрактограммам определяли угловые координаты максимумов линий.
Параметры решетки мартенсита определяли по угловым координатам максимумов пяти линий методом наименьших квадратов, для чего использовали алгоритм и компьютерную программу, разработанные к.ф.-м.н. А.В. Коротицким [21,22].
По параметрам решетки мартенсита и аустенита рассчитывали максимальную деформацию решетки при мартенситном превращении, за которую принимали величину, равную максимальному относительному удлинению вдоль одной из трех главных осей деформации при превращении ГЦТ-ячейки аустенита (с параметрами аО, bO=cO=a(W2) в моноклинную мартенсита (с параметрами а, Ь, с, J3) [21,22].
Выявление структуры сплавов производилось путем травления в водном растворе плавиковой и азотной кислот состава: 1 часть - HF
Исследование структуры проводилось с помощью световой микроскопиина металлографических микроскопах Axioplan и Neophot 21. Фазовый иэлементный составы оценивали с помощью растровых электронныхмикроскопов CamScan и Tesla-340 с использованиеммикрорентгеноспектральных анализаторов AN10/95S, WDX-3PC и QX-2000.
Характеристики формовосстановления при реализации эффекта памяти формы в сплавах Ti-Ni-Nb
Увеличение наведенной деформации приводит к смещению температурного интервала As - Af в область более высоких температур. Этот эффект связывают с дополнительной стабилизацией мартенсита напряжений, обусловленной релаксацией упругой энергии кристаллов мартенсита за счет пластической деформации относительно «мягкой» фазы на основе ниобия [5].
В сплаве 1 после закалки и ВТМО при деформации 8j 6% температурный интервал As - Af почти целиком лежит выше комнатной температуры (рис. 3.9). В то же время в этом же сплаве после НТМО, а также в сплаве 2 после всех обработок, несмотря на аналогичный характер влияния величины наведенной деформации, вывести интервал As - Af в область положительных температур не удалось (см. рис. 3.9).
Сопоставляя полученные результаты с данными о характеристических температурах МП, приведенными в табл. 3.3, можно заключить, что в сплавах Ti-Ni-Nb эффект наведенной деформации (в пределах разумно допустимых степеней деформации) позволяет сдвинуть интервал As - Af в сторону высоких температур не более, чем на 50 С, по сравнению с интервалом As - Af, характеризующим термоактивированное МП. При этом чем ниже характеристические температуры МП сплава, тем слабее влияние наведенной деформации на температурный интервал формовосстановления при нагреве. В этой связи сплавы, точка As которых лежит ниже -30 С, очевидно, являются малоперспективным материалом для создания ТММ. Поэтому дальнейшие систематические исследования были проведены на сплаве 1 в закаленном состоянии, а также обработанном по режиму ВТМО.
Характер влияния величины наведенной деформации на температурный интервал формовосстановления иллюстрирует рис. 3.10, где приведены соответствующие данные для сплава в закаленном состоянии. Можно видеть, что с ростом степени наведенной деформации Sj происходит рост температур As и Af , причем первая резко возрастает в области сравнительно небольших деформаций (до 5-6 %) и более плавно - при дальнейшем увеличении степени наведенной деформации. В то же время температура Af растет с увеличением Sj по закону, близкому к линейному, во всем интервале деформаций (до 15%).
Рис. 3.9. Кривые формовосстановления сплава 1 в закаленном состоянии(1), после ВТМО (2), НТМО (3), а также сплава 2 в закаленном состоянии(4).Степень наводящей ЭПФ деформации е\ = 7%. Деформацию наводилипри температуре Tj, близкой к Ms сплава.80 10 - Результаты изучения влияния наведенной деформации на обратимую деформацию и степень восстановления формы после разных режимов обработки показаны на рис. 3.11. Можно видеть, что обратимая деформация єг непрерывно увеличивается с ростом є,. В то же время полного восстановления формы не наблюдалось даже при самых малых деформациях (3 - 4%), при этом величина г] снижалась по мере увеличения j в связи с увеличением вклада необратимой пластической деформации при наведении ЭПФ [4].
Наблюдается положительное влияние ВТМО на обратимую деформацию и степень восстановления формы: величины єги г) в одинаковых условиях после ВТМО выше, чем после закалки, а после НТМО+ПДО - выше, чем после ВТМО (см. рис. 3.11). Объяснение наблюдаемого эффекта ТМО заключается в том, что чем выше исходное упрочнение (сопротивление пластической деформации), тем больше разность между истинным («дислокационным») пределом текучести и фазовым пределом текучести аустенита [2, 4]. Поэтому с ростом термомеханического упрочнения вероятность пластической деформации, а, следовательно, и величина необратимой деформации при фиксированном Sj, уменьшается [2].
Влияние температуры деформации, наводящей ЭПФ (Ті), на характеристики формовосстановления исследовали при постоянной величине наведенной деформации, которая составляла 9% (рис. 3.12). Можно выделить два характерных интервала величин Tj. В первом, включающем точку Ms и непосредственно примыкающую к ней сверху область температур, температурный интервал формовосстановления As - Af практически не зависит от температуры наведения ЭПФ; во втором (более высокие температуры Tj) As - Af заметно смещается в сторону более высоких температур, причем особенно сильно смещается точка Af. Это является результатом проявления т.н. «высокотемпературного ЭПФ», связанного со
Функциональные свойства СПФ Ti-Ni-Nb-Zr
Как уже подчеркивалось, одной из наиболее важных характеристик материла, предназначенного для изготовления ТММ, является температурный интервал (As - Af ), в котором происходит восстановление формы образца в процессе его нагрева после наведения деформации. Температуры формовосстановления зависят, в первую очередь, от параметров МП, однако могут регулироваться и быть оптимизированы варьированием степени наведенной деформации БІ И температурой ее наведения Tj (см. [1]).
По мере увеличения степени наведенной деформации наблюдается известный эффект, обусловленный релаксацией упругой энергии кристаллов мартенсита за счет пластической деформации относительно «мягкой» фазы на основе ниобия [6]: температурный интервал формовосстановления сплава смещается в область более высоких температур (рис. 4.3). Однако следует обратить внимание на одну особенность высокотемпературного ЭПФ в сплаве с цирконием:в нем более ярко, чем в тройном сплаве проявляется стадийный характер формовосстановления. Речь идет о том, что в общем случае формовосстановление в СПФ частично происходит при температурах ниже As\ причем степень этого восстановления может различаться в разных материалах и в разных температурно - деформационных условиях наведения деформации [2]. Формовосстановление на этой стадии принято связывать с процессами обратной переориентации мартенситных кристаллов. Можно видеть, что в сплаве с Zr частичное формовосстановление начинается при температуре на 20 - 30 С ниже точки As\ в результате чего при нагреве от температуры наведения ЭПФ до комнатной может быть восстановлено до 20 % наведенной деформации. Эту особенность следует учитывать при наведении деформации в конкретных изделиях - ТММ - и делать на нее поправку при дорновании муфты. Несмотря на это, при степени наведенной деформации Ej 5%, основное формовосстановление исследуемого сплава, как в закаленном состоянии, так и после ВТМО имеет место при температурах выше комнатной.
Следует отметить, что основное влияние степени наведенной деформации на температурный интервал формовосстановления сплава Ti-Ni-Nb-Zr проявляется при сравнительно небольших деформациях (до 5-7 %). Из этого следует вывод, что с точки зрения повышения температур формовосстановления, увеличение наведенной деформации до критических величин, грозящих разрушением материала, нецелесообразно.
Результаты изучения влияния наведенной деформации на обратимую деформацию и степень восстановления формы после разных режимов обработки показаны на рис. 4.4. Можно видеть, что обратимая деформация єг непрерывно увеличивается с ростом j, а величина г) снижается в связи с увеличением вклада необратимой пластической деформации при наведении ЭПФ. Обратим внимание на то, что в одинаковых условиях степень восстановления формы и соответственно величина восстановленной деформации в сплаве с Zr выше, чем в тройном.
По этой причине положительное влияние ВТМО на обратимую деформацию и степень восстановления формы, которое было весьма заметным в тройных сплавах, проявляется в сплаве с Zr лишь как тенденция.
Влияние температуры деформации, наводящей ЭПФ (Tj), на характеристики формовосстановления исследовали при постоянной величине наведенной деформации, которая составляла 7 % (рис. 4.5). Можно видеть, что в широком интервале температур наведения деформации Ms-30 С Tj Ms+60 С температурный интервал формовосстановления As -А/ практически не зависит от температуры наведения ЭПФ; при повышении температуры выше указанных пределов интервал As - Af заметно смещается в сторону более высоких температур, однако этот положительный эффект перекрывается негативным влиянием чрезмерного повышения температуры наведения деформации на величину обратимой деформации и степень формовосстановления, которые при этом снижаются - сначала довольно плавно, а затем резко (рис. 4.7).
Подводя некоторый итог, можно определить температурно -деформационные условия реализации оптимальных характеристик высокотемпературной памяти формы: величина наведенной деформации 8j = 7-9 %, температура наведения ЭПФ Tj = Ms ±30 С.
Еще одним важным параметром, определяющим функциональность термомеханических муфт, являются характеристики обратимого ЭПФ (ОЭПФ), которые должны обеспечить легкую разборку термомеханических соединений при охлаждении до температур более низких, чем нижний предел области температур эксплуатации изделия.
Как показали проведенные исследования, ОЭПФ в сплаве с цирконием возникает во всем интервале исследованных величин наведенной деформации и температур наведения ЭПФ (рис. 4.4, 4.7). Источником ОЭПФ, так же как в тройных сплавах, служат очевидно остаточные напряжения, создаваемые в ходенаведения ЭПФ при пластической деформации TiNi-матрицы и частиц ниобия. Отметим сразу, что максимальная величина обратимой деформации єгозпф в сплаве с Zr несколько ниже, чем в тройном. Это коррелирует с присущей сплаву высокой степенью формовоостановления (и соответственно меньшим вкладом необратимой пластической деформации), при которой уровень остаточных напряжений, инициирующих ОЭПФ, очевидно, ниже, по сравнению с соответствующей характеристикой тройного сплава. Однако заметим, что величина єг03пф 1% вполне достаточна для обеспечения «саморазборки» ТМС в случае такой необходимости.
Характер влияния термомеханических условий наведения ЭПФ на характеристики ОЭПФ сплава с цирконием аналогичен тому, который наблюдался на тройных сплавах. Как видно из рис. 4.4 и 4.6 с ростом Є;, т.е. по мере увеличения наклепа матрицы и ниобия, обратимая деформация ОЭПФ растет. Температура наведения ЭПФ слабо влияет на величину обратимой деформации в цикле ОЭПФ в том температурном интервале, который принят в качестве оптимального для наведения ЭПФ. Резкое снижение величины єгозп наблюдается только при тех же высоких температурах наведения ЭПФ, при которых происходит резкое ухудшение характеристик высокотемпературного ЭПФ (рис. 4.7).
Таким образом, оптимальные температурно-деформационные условия наведения высокотемпературного ЭПФ и ОЭПФ совпадают, что важно с практической точки зрения.
Для материала термомеханических муфт основной силовой функциональной характеристикой служит реактивное напряжение. Максимальная величина реактивного напряжения определяет надежность термомеханического соединения,
