Температурные свойства МПФ

Температурные свойства одни из самых важных свойств МПФ, поскольку определяют как условия предварительного изменения формы материала, так и условия восстановления формы.

К основным температурным свойствам материала будут относиться температуры прямого (Мн и М ) и обратного (Ан и А ) мартенситного превращения. Они могут быть определены по температурным изменениям различных физических свойств (электросопротивлению, теплоемкости, магнитной восприимчивости и др.). Стандарт ASTM F2004 — 05(2010). Standard Test Method for Transformation Temperature of Nickel-Titanium Alloys by Thermal Analysis рекомендует использовать сканирующую калориметрию, когда по изменению поглощения или выделения тепла при нагреве и охлаждении определяется температура обратного и прямого превращения соответственно. Однако необходимо учитывать, что эти характеристики зависят от деформации и напряжений в материале. Если на материал действует усилие, то в нем возникают напряжения, которые согласно уравнению Клаузиуса — Клапейрона будут изменять температуры равновесия мартенситной и аустенитной фазы, а соответственно, температуры начала и конца превращений. Напряжения в материале могут возникать и под действием внутренних причин (неоднородность химического состава, деформационные искажения кристаллической решетки, упругие напряжения от выделения вторых фаз и т.п.). Они меняют температуры мартенситных переходов и обусловливают формирование обратимого (двухпутевого) эффекта памяти формы.

Степень деформации при реализации ЭПФ (е — при растяжении, сжатии и изгибе, у — при кручении) также влияет на температурные характеристики. Это в основном связано с тем, что по мере увеличения степени деформации постепенно исчерпывается объем кристаллов, наиболее благоприятно ориентированных по отношению к направлению нагрузки. Для того чтобы превращение при последующей деформации продолжалось, необходимо увеличивать напряжения в материале. В результате этого повышаются температуры мартенситного превращения.

От температур мартенситного превращения зависят температуры восстановления формы. Отличия между ними будут заключаться в том, что образующиеся при увеличении напряжений и деформации кристаллы мартенсита будут иметь различающиеся температуры обратного мартенситного превращения. Возникающие при малых деформациях и напряжениях мартенситные кристаллы имеют наиболее низкие температуры перехода в аустенит, близкие к А , а при больших напряжениях и деформациях — наиболее высокие (как правило выше Ак). Восстановление формы при нагреве деформированного материала осуществляется в диапазоне температур (А" и Ак). Причем чем больше степень деформации и напряжений, тем шире этот интервал температур восстановления формы (рис. 3.2).

Зависимость температур восстановления формы

Рис. 3.2. Зависимость температур восстановления формы

от степени деформации

Существенное влияние на температуры восстановления формы оказывают условия нагрева. Если в процессе нагрева создается противодействие восстановлению формы, то в материале возникают реактивные напряжения (ср), которые повышают температуры обратного мартенситного превращения. Жесткость противодействия также может быть различной. Если нагрев полуфабриката или изделия происходит в заневоленном состоянии, то реактивные напряжения повышаются постепенно в зависимости от жесткости противодействия, пока не произойдет полное восстановление формы (при малой жесткости противодействия) или не будут достигнуты напряжения скольжения (при большой жесткости противодействия). В последнем случае полного восстановления формы не произойдет даже после разгрузки изделия, а в некоторых случаях возможно его разрушение. При этом температура конца восстановления формы будет значительно выше температуры Ак.

Поэтому температуры прямого (Мн и М ) и обратного (Ан и А ) мартенситного превращения характеризуют материал при нормальном давлении без деформации. Температуры, при которых начинается и заканчивается процесс накопления деформации при охлаждении (М°и М°) и температуры восстановления формы (Ап и А*) определяются условиями, при которых полуфабрикат или изделие было охлаждено, деформировано, а затем нагрето.

Следовательно, целесообразно разделять температурные свойства материала (Мн, Мк, Ан, А ) и характеристики конкретного полуфабриката или изделия (М„, М°, Ан, А^). В первом случае температуры определяются без предварительной деформации материала и при нормальном давлении, а во втором — необходимо строго оговаривать схему, степень предварительной деформации, а также условия восстановления формы.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >