Эффект памяти формы в спиральных образцах сплава CuZnAl Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.4

ЭФФЕКТ ПАМЯТИ ФОРМЫ В СПИРАЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ СПЛАВА CuZnAl

© Ю.Н. Вьюненко, Г.З. Затульский*, В.Н. Комиссаров, А.А. Куликов, Ю.В. Солдатова

Россия, С.-Петербург, НТФ «Вольта», ПГУПС *Украина, Киев, Национальный технический университет Украины «КПИ»

Vyunenko Y.N., Zatulsky G.Z., Komissarov V.N., Kulikov A.A., Soldatova J.V. Shape memory effect in CuZnAl samples of spiral form. The behaviour of spiral Cu-Zn18-Al7 alloy samples in conditions of shape memory effect development is researched off load and on load. The effect of reversibility for deformation processes causing rotation of samples under load is detected.

Традиционно исследования памяти формы проводят на стержневых образцах, деформируемых изгибом или кручением. Реже изучается поведение прямолинейных образцов из материалов с ЭПФ в режиме растяжение-сжатие. Исследования объектов другой геометрической формы встречаются чрезвычайно редко. В связи с этим испытание спиралевидных образцов из сплава Си7пЛ1 представляет значительный интерес. Кроме нестандартности геометрической формы, актуальность исследования связана с перспективой технического применения деталей спирального вида (например, в качестве силовых элементов).

Для изготовления спиралевидных образцов была использована проволока сечением ~7,5 мм2 из сплава Си-7и18-Л17. Спираль была навита таким образом, что ее внешний диаметр составлял 18-20 мм. Количество витков в образцах равнялось 11-12, шаг спирали -приблизительно 9-11 мм. Высота цилиндров, образованных при сжатии спиралей вдоль оси, при комнатной температуре составляла 46-53 мм.

В эксперименте изучали поведение спирали при термоциклировании с переходом температур фазового превращения в свободном и нагруженном состояниях. Нагрев образцов проводили в термостате со скоростью 2-3 градуса в минуту.

В первом термоцикле нагрев спиральных образцов приводил к тому, что в интервале температур 90-110° С спирали «вырастали» до высоты 115-125 мм (рис. 1). При охлаждении спирали сокращали свою высоту до 65-80 мм. Этот процесс наблюдали в температурном промежутке от 50 до 25° С.

При повторном нагреве рост высоты спирали Н наблюдали при меньших температурах, т. е. 50-70° С. При этом максимальный размер Н практически совпадал со значением, зафиксированным в первом цикле нагрева. Далее на протяжении десяти термоциклов поведение образца не менялось.

Присутствие нагрузки заметно влияло на поведение спиралей. На рис. 2 показано, как с ростом силы, сжимающей спираль, происходит повышение температур проявления ЭПФ. Кривая 1 соответствует зависимости Н от температуры в отсутствие нагрузки, кривые 2-4 -

при нагрузках в 15 Н, 21,7 Н, 30 Н, соответственно. Увеличение нагрузки в следующих циклах нагрева до 42 Н и 37 Н привело к разрушению образцов во время термоцикла. Таким образом, силовой элемент массой 36-38 граммов поднимает вес, в 80 раз превышающий собственный. Заметим, что в присутствии нагрузки высота подъема спирали была на 2-4 мм ниже, чем у свободного образца.

При наблюдении за изменением высоты спиралей было обнаружено, что в интервале температур превращения происходит их закручивание (рис. 3). В отсутствие нагрузки при термоциклировании наблюдали обычный гистерезисный процесс (кривая 1) - вращение верхнего кольца спирали относительно основания против часовой стрелки при нагреве. Присутствие нагрузки вызывало первоначально вращение образца в противоположную сторону. При сжимающем усилии в 15 Н превышение температурой отметки в 40° С привело к повороту верхнего витка спирали относительно нижнего по часовой стрелке. К 54° С угол поворота достиг 11 градусов (кривая 2), а при дальнейшем нагреве вращение изменило направление. Это совпало с началом наиболее интенсивного роста Н. Максимальное отклонение от первоначального положения соответствовало 25 градусам против часовой стрелки. Поведение спирали под нагрузками в 21,7 Н и 30 Н отражено на рис. 3 кривыми 3 и 4, соответственно. Обращает на себя внимание тот факт, что с ростом сжимающего усилия вращение по часовой стрелке уменьшается, а максимальное отклонение от первоначального положения против часовой стрелки возрастает.

Испытание различных образцов приводило к заметному разбросу в количественных характеристиках наблюдаемых эффектов. Однако качественное поведение спиралей совпадало. Вероятной причиной этого может быть разброс в технологических условиях изготовления спиралей. Как показано в работах [1, 2], одним из механизмов ЭПФ является механизм остаточных напряжений. Вариации технологии изготовления спиралей приводят к изменению полей остаточных напряжений. Это, в свою очередь, изменяет поведение образцов.

h,MM

Т,С

Рис. 1. Проявление ЭПФ в первом и втором термоциклах

Т,С

Рис. 2. Изменение высоты спирали в результате ЭПФ в условиях действия сжимающей нагрузки

Рис. 3. Зависимость вращения спирали от величины сжимающей нагрузки

ЛИТЕРАТУРА

Вьюненко Ю.Н., Вьюненко Л.Ф. Моделирование проявления эффекта памяти формы в рамках механизма остаточных напряжений // Материаловедение. 1999. № 9. С. 16-19.

Вьюненко Ю.Н. Остаточные напряжения и реверсивная память формы / Науч. тр. II междунар. семинара «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева. Новгород, 1998. С. 139-141.

БЛАГОДАРНОСТИ: Дугину Г.В., руководителю северо-западного представительства фирмы «ШМО» в России, за техническое содействие в проведении серии экспериментов.

УДК 669.295.24:669.017.3

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТА ПЛАСТИЧНОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ В TiNi © С.А. Егоров, М.Е. Евард

Россия, С.-Петербург, Государственныйуниверситет

Egorov S.A., Evard M.E. Peculiarities of strain and electrical resistance variations at cooling in TiNi. Simultaneous measurements of strain and electrical resistance variations at cooling under a constant stress are performed. The value of the applied stress varies from 0 to 80 MPa. Strain accumulation at cooling at rather high stress takes place before the start of the B2 ^ B19' transformation.

Экспериментальные факты, свидетельствующие о том, что температурные интервалы формоизменения в сплавах с памятью формы не всегда полностью совпадают с температурами мартенситных превращений [1], послужили толчком к проведению серии экспериментов по одновременному измерению электрического сопротивления и деформации. В частности, в работах

[2-4] было показано, что в сплаве Ті№ поля ориентированных напряжений приводят к тому, что эффект памяти формы при нагревании через интервал обратного мартенситного превращения протекает не в один, как считалось ранее, а в два равноценных этапа: на первом деформирование происходит за счет двойнико-вания, далее включается мартенситный канал неупру-