МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МПФ И ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ

Параметры, характеризующие термомеханические свойства различных материалов можно разделить на три основные группы:

  • а) температурные свойства:
    • • температуры начала восстановления формы (А„), °С
    • • температуры конца восстановления формы (А®), °С;
  • б) деформационные свойства:
    • • степень восстановленной деформации (е ), %;
    • • степень сверхупругой деформации (есу), %;
    • • степень восстановления формы (СВФ), %;
  • в) силовые свойства:
    • • реактивные напряжения восстановления формы (а ), Па;
    • • удельная работа восстановления формы (ав), Дж/м .

Определение этих параметров во многом зависит от методики испытаний, схемы и степени деформации. Температура деформации должна быть не выше температуры А„, кроме случая определения сверхупругой деформации, которая оговаривается специально (как правило, выше А?).

Определение термомеханических характеристик образцов

при испытаниях на растяжение и сжатие

Измерения характеристик проводят на испытательных машинах, предназначенных для испытаний металлических образцов на растяжение-сжатие. При растяжении используют стандартные цилиндрические или плоские образцы для статических испытаний, вырезанные из прутков, плит, листов. При сжатии применяют цилиндрические образцы с соотношением высоты и диаметра не более 1,5, предназначенные для испытаний на осадку.

На первом этапе образцы при заданной температуре деформируют с записью кривой усилие (Р) — перемещение (А/) (рис. 3.3), до заданной степени наведенной деформации (е ) [17]:

ен = ^--100%, (1)

где Д/н — перемещение захватов, определяемой по кривой Р—А/ или по датчикам испытательной установки; Ь — длина рабочей части

образца для растяжения (расстояние между переходами от головки к рабочей части с постоянным диаметром) или высота образца для испытаний на осадку (рис. 3.3).

Кривые нагрузки-разгрузки образцов при деформировании растяжением (а) и сжатием (б) (знак«х» на кривых нагрузки-разгрузки

Рис. 3.3. Кривые нагрузки-разгрузки образцов при деформировании растяжением (а) и сжатием (б) (знак«х» на кривых нагрузки-разгрузки

означает разрушение образца [17, с. 47])

Степень наведенной деформации задается исходя из предварительной информации об испытываемом материале и задачи эксперимента. Для сплавов на основе никелида титана еи обычно задают последовательно от 1 до 15% через 1—2%.

После разгрузки определяют остаточное удлинение (при растяжении) или укорочение (при сжатии) образца (А/ ) по кривой Р—А/ или непосредственно обмером образца (рис. 3.4).

Рассчитывают степень остаточной деформации (е.) образца:

ии I

А/

еост

ост

ь

100%

для образцов, которые проявляют сверхупругость рассчитывают степень сверхупругой деформации (? ) (рис. 3.4, б):

А/н А/ост Ь

100%.

Деформированные образцы помещают в дилатометр (типа ДКВ5, ДКВ7 и т.п.) и проводят нагрев со скоростью 2—10°С в минуту с записью кривой удлинение (А/) — температура (/) (рис. 3.5). Нагрев проводят до температуры выше температур завершения восстановления формы, после чего образец охлаждают (желательно также с записью кривой А/—/).

Из показаний удлинения образцов вычитают (образцы, деформированные сжатием) или к показаниям прибавляют (образцы, деформированные растяжением) термическое расширение образцов (Д/) в зависимости от текущей температуры нагрева или охлаждения. Определение Д/т(0 можно проводить по кривой А/—Г для недеформи-рованных образцов из такого же материала и той же геометрии, что и испытуемый образец, либо экстраполяцией участка А/—? при нагреве из области, где не происходит восстановления формы в области более высоких температур (см. рис. 3.5).

По результатам расчетов определяют текущее значение степени восстановленной деформации — ев(0, степень восстановленной деформации — еп и степень восстановления формы (СВФ):

(4)

|д/(0| ± |д/т(0| мм)

еМ) = 1 1 г' т 1 100% = —^ 100%;

ев =

д/.

_ в

  • 100%;
  • (5)

СВФ =

В

  • 100%;
  • (6)

ОСТ

где Д/(0 — текущее значение удлинения (укорочения) образца при нагреве или охлаждении, м; Д/.г(0 — текущее значение термического расширения образца, м; М {1) — текущее значение удлинения (укорочения) образца при восстановлении формы, м; знак «+» соответствует образцам, деформированным растяжением, знак «—» — деформированным сжатием; Д/ — значение удлинения (упрочнения) образца по сравнению с деформированным состоянием после завершения цикла «нагрев — охлаждение», определенное по кривой Д/—/ или непосредственным обмером образца, м (рис. 3.4).

По результатам дилатометрических исследований деформированных образцов определяют температурные параметры эффекта памяти формы Ан и А“. Для этого участок кривой Д/—соответствующий восстановлению формы образца, аппроксимируют прямой (на отрезке, соответствующем примерно 70—80% величины Д/) и по ее пересечениям с прямыми, экстрополирующими термическое расширение образцов при нагреве и охлаждении находят температуры начала (А„) и конца (А*) восстановления формы (см. рис. 3.5).

Силовые характеристики определяют на испытательных установках непосредственно после деформации на заданную степень. Образец разгружают и подвергают нагреву со скоростью 1—4°С в минуту непосредственно в захватах установки с записью кривой усилия (Р) — температура (0 (рис. 3.6). Так как в процессе нагрева происходит термическое расширение образца и участков захватов, находящихся в зоне нагрева, необходимо учитывать связанное с этим изменение усилия Р^).

г

рг«)

а

б

Рис. 3.6. Развитие усилий восстановления формы образцом, предварительно деформированным растяжением (а) и сжатием (б), при нагреве в захватах

испытательной установки [17, с. 52]

Величина Рг(0 определяется по предварительным экспериментам, проведенным на недеформированных образцах из такого же материала и той же геометрии, что и испытуемый образец. Так как при нагреве образцов, деформируемых растяжением, величина /*т(0 уменьшается с ростом температуры, ее значения нужно прибавлять к уровню усилий, регистрируемых установкой, а перед нагревом нагружать образцы с некоторой начальной силой Р для избегания потери контакта между образцом и захватами.

Для образцов, деформированных сжатием, Р (/) с ростом температуры увеличивается, и ее значение необходимо вычитать из уровня усилий, регистрируемых установкой. Предварительного нагружения образцов подвергнутых сжатию, не требуется.

По результатам эксперимента и записи кривой Р—? при нагреве и охлаждении определяют текущие значения усилия восстановления формы — Рв(0 и усилие восстановления формы Рв (см. рис. 3.6), по которым рассчитывают соответствующие реактивные напряжения восстановления формы — а (0 и ар:

  • (7)
  • (8) где Р — текущее значение усилия, Н; Рт{1) — текущее значение нагрузки, связанное с термическим расширением образца и захватов, Н; Р {() — текущее значение усилия восстановления (см. рис. 3.1), Н;

Рц — значение усилия восстановления, определяемое после охлаждения образца до температуры деформации, Н; ? — площадь поперечного сечения образца перед деформацией, м2.

Знак «+» соответствует образцам, деформированным растяжением, знак «—» — деформированным сжатием.

Удельная работа восстановления формы ак рассчитывается следующим образом:

«в =

В

Дж

.3 ’

НҐ м

где К — жесткость испытательной установки, Н/м
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >