CC BY
45
УДК 669.018
УСТОЙЧИВОСТЬ СФЕРИЧЕСКИХ СЕГМЕНТОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
О.А.Малухина, М.А.Хусаинов STABILITY OF SHAPE MEMORY SPHERICAL SEGMENTS
O.A.Malukhina, M.A.Khusainov
Политехнический институт НовГУ, [email protected]
Использован метод циклирования сегментов через интервал мартенситных превращений (30о200)°С в заневоленном состоянии. Показана возможность стабилизации структуры и функциональных свойств сплава Ti-50ат.%Ni. Ключевые слова: мартенсит, аустенит, стабилизация структуры, функциональные свойства
In the experiment we used the method of segment cycling through the interval of martensitic transformations (30о200)°С in constrained state. We showed the possibility for stabilizing the structure and functional properties of Ti-50at.%Ni alloy. Keywords: martensite, austenite, structure stabilization, functional properties
В реальных конструкциях чаще всего встречаются сферические сегменты, закрепленные по контуру с большим углом охвата, когда стрела подъема (/) сравнима с радиусом кривизны срединной поверхности ^) [1]. Деформируемые системы в виде сферических сегментов из никелида титана с эффектом памяти формы можно отнести к пологим панелям, для которых /<^. Поведение таких сегментов существенно отличается. Если для подъемистых панелей характерно выпучивание оболочек, то для пологих — прощелкивание. Такое условие в создании сферических сегментов в качестве конструктивных элементов из никелида титана было решающим. На базе многочисленных опытов (>100) нам удалось найти соотношение = 0,03-0,1 [2], при котором сдеформиро-ваннные (прогнутые в мартенсите) зеркально исходной форме сегменты вблизи температуры обратного мартенситного превращения (А/) теряют устойчивость и прощелкивают с хлопком к заданной форме, демонстрируя взрывной характер термоупругой памяти формы. А если на пути возврата формы устанавлива-
ется препятствие, то сегмент в фазовом переходе деформированный мартенсит^аустенит совершает удар о препятствие с определенной силой [3]. Об уровне силы можно судить по диаграмме нагружения сферического сегмента в мартенситном состоянии [4], исходя из численного значения соотношения Рн/Рв [2,3], где Рв и Рн — верхняя и нижняя критические нагрузки. При Рв = Рн скачок сегмента с ударом не реализуется. Уменьшение значения Рн/Рв приводит к взрывному характеру возврата формы с сильным ударом о препятствие при его наличии. Исследования показали, что многократное повторение циклов срабатывания сферических сегментов приводит к ослаблению (снижению) силовых характеристик. На рисунке показана характерная кривая (1), где на каждом последующем цикле сила удара сферического сегмента снижается. Такое поведение связывается с релаксацией ориентированных микронапряжений, когда приложенная к образцу нагрузка не превышает обычный предел текучести [5], как это наблюдается и в нашем эксперименте.
УД'
8 6 4 2 О
ни \-3 F-i i- \- 2
< * 1 F 4 - « • i »
- 1 ¡N^i i
- i 1
- 1 i i i
- 4 1
* Л ; t 4 > E £ î S 1 0 1
число циклов, п
Зависимость высоты отскока сегмента от нагретой поверхности после задания формы и памяти (1) и последующего тренинга (2)
103
Для повышения сопротивления деформации сплавов никелида титана используются различные способы стабилизации структуры и свойств, такие как обогащение сплавов Т№ никелем или титаном с последующим старением при температуре 400-500°С. В результате такой обработки выделяются вторые фазы в виде Т^№4, и другие, способствующие
упрочнению сплава [5-7].
В данной работе использовался метод термоцик-лирования сегментов в заневоленном состоянии через интервал мартенситных превращений (30^200°С) с выдержкой в аустените в течение 10 мин. В этих условиях одновременно происходит генерация реактивных напряжений в материале сегмента и возврат деформации. Такой тренинг формирует кристаллографически эквивалентные варианты ориентации В19'-фазы мартенсита относительно В2-фазы аустенита, реализующиеся по единственному пути В19'^В2.
В результате наблюдается стабилизация структуры сплава. Способность деформированных сегментов восстанавливать форму скачком с хлопком и ударом о препятствующее тело в полуциклах нагрева возрастает. Прямым доказательством является кривая 2 на рисунке. Сила удара после указанного тренинга на протяжении 10 циклов практически не изменяется.
Выводы
1. Разработан способ стабилизации структуры и функциональных свойств сферических сегментов при взрывном эффекте памяти формы.
2. Установлены режимы тренинга, способствующие стабилизации структуры и свойств сплава Т№ эквиатомного состава.
3. Экспериментально показано, что тренинг после задания формы и памяти обеспечивает высокую устойчивость генерируемых в материале реактивных сил при многократной реализации условий взрывного скачка сегмента в каждом цикле на определенном уровне.
1. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967. С. 649-652.
2. Хусаинов М.А., Бондарев А.Б., Попов С.А. и др. Силовые характеристики сферических сегментов из сплавов Ti-Ni с памятью формы // Вестник ТГУ. Сер.: Естеств. и техн. науки. 2010. Т.15. Вып.3. С.1260-1264.
3. Хусаинов М.А., Малухина О.А. О взаимосвязи характерных диаграмм прогиба сферических сегментов с вероятностью реализации эффекта прощелкивания // XXXVII международный семинар «Актуальные проблемы прочности». Киев. 2001. С.407-408.
4. Хусаинов М. А. Устойчивость элементов с памятью формы // Сплавы никелида титана с памятью формы / Под ред. В.Г.Пушина. Ч.1. Екатеринбург, 2006. С.226-242.
5. Лихачев В.А. Эффект памяти формы. Л.: ЛГУ. 1987. С.120-121.
6. Michutta J., Somsen Ch., Yawny A., et al. Elementary mart-ensitic transformation processes in Ni-rich NiTi single crystals with Ni4Ti3 precipitates // Acta Materialia. 2006. V.54. Issue 13. P.3525-3542.
7. Nam T.-H., Kim J.-H., Choi M.-S., et al. Phase transformation behavior in Ti-Ni alloy ribbons fabricated by melt spinning // J. Phis. IV France. 2003. №112. P.893-896.
Bibliography (Transliterated)
1. Vol'mir A.S. Ustoichivost' deformiruemykh sistem. M.: Nauka, 1967. S. 649-652.
2. Khusainov M.A., Bondarev A.B., Popov S.A. i dr. Silovye kharakteristiki sfericheskikh segmentov iz splavov Ti-Ni s pamiat'iu formy // Vestnik TGU. Ser.: Estestv. i tekhn. nauki. 2010. T.15. Vyp.3. S.1260-1264.
3. Khusainov M.A., Malukhina O.A. O vzaimosviazi kharakter-nykh diagramm progiba sfericheskikh segmentov s veroiat-nost'iu realizatsii effekta proshchelkivaniia // XXXVII mezhdunarodnyi seminar «Aktual'nye problemy proch-nosti». Kiev. 2001. S.407-408.
4. Khusainov M.A. Ustoichivost' elementov s pamiat'iu formy // Splavy nikelida titana s pamiat'iu formy / Pod red. V.G.Pushina. Ch.I. Ekaterinburg, 2006. S.226-242.
5. Likhachev V.A. Effekt pamiati formy. L.: LGU. 1987. S.120-121.
6. Michutta J., Somsen Ch., Yawny A., et al. Elementary mart-ensitic transformation processes in Ni-rich NiTi single crystals with Ni4Ti3 precipitates // Acta Materialia. 2006. V.54. Issue 13. P.3525-3542.
7. Nam T.-H., Kim J.-H., Choi M.-S., et al. Phase transformation behavior in Ti-Ni alloy ribbons fabricated by melt spinning // J. Phis. IV France. 2003. №112. P.893-896.
