Телефон: +7(962) 214 18 21 - Email: office@lingvo-prof.ru

Оригинал

Сплавы с памятью формы - шаги в будущее

Современная история сплавов с памятью формы начинается в конце сороковых годов 20 века, когда когда Курдюмов Г.В. и Хандорсон Л.Г. заметили, что исследуемый ими сплав обладает эффектом памяти формы. Позже этот эффект был признан открытием и получил имя Курдюмова. Уникальный эффект памяти формы быстро получил известность по всему миру и к настоящему времени разработано более 120 сплавов, обладающих способностью к самовосстановлению.

Это сплавы на основе металлических систем Au-Cd, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Fe-Mn-S, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Mn, Co-Ni, Ni-Ti, Ni-Al и других.

Эффекты памяти формы, обратимой памяти формы и сверхупругости в вышеназванных сплавах обусловлены макроскопическим отражением микро- и наноструктурных трансформаций кристаллической решетки при полиморфном аустенитно-мартенситном фазовом превращении первого рода и потому эти свойства сохраняются практически на всю жизнь существования конкреного изделия. В жизни реализация физических процессов в металле реализуется примерно следующим образом.

Если приложить небольшое механическое усилие, изделию из такого сплава в охлажденном мартенситном состоянии можно придать любую конфигурацию и даже растянуть на 7-8%, в ряде случаев и до 12%, относительной длины, словно резиновый жгут. Эта конфигурация будет сохраняться до тех пор, пока предмет не нагреют до температуры начала аустенитного превращения, и в процессе нагрева до температуры завершения аустенитного превращения сплав не перейдет в аустенитную фазу, полностью восстанавливая прежнюю форму и реализуя при этом эффект памяти формы.

Если ограничить внешнее воздействие на специальным образом обработанный элемент из сплава с памятью формы лишь нагревом и охлаждением в температурном интервале завершенных аустенитно-мартенситных превращений, то элемент станет самопроизвольно изгибаться, как при нагреве, так и при охлаждении, реализуя эффект обратимой памяти формы. При этом, как и оптимально загруженные силовые элементы любых металлических конструкций, этот элемент может иметь форму работающей на растяжение тонкой прямолинейной проволоки, которая способна практически бесконечно самопроизвольно деформироваться при нагреве и охлаждении на 2% относительной длины, генерируя при нагреве в сотни раз большие, чем биметаллические элементы той же массы усилия.

Эффект сверхупругости реализуется в изделии из сплава с памятью формы, находящемся в температурной зоне стабильного аустенитного состояния. Если при этом деформировать изделии из сплава с памятью формы, стимулируя тем самым мартенситное превращение при постоянной температуре путем принудительного силового воздействия, то после устранения этого воздействия элемент, словно пружина, полностью вернет себе исходную форму. С той лишь разницей, что в отличие от лучших пружин он будет иметь практически неисчерпаемый ресурс, и, имея форму прямолинейной струны, может быть сверхупруго деформирован на 7-8% относительной длины, запасая в десятки раз большую, чем традиционная пружина энергию.

Эффект памяти формы в сплавах, например, на основе Ni-Ti настолько четко выражен, что диапазон температур можно с большой точностью регулировать от нескольких до десятков градусов, вводя в сплав различные дополнительные легирующие элементы. Кроме того, сплавы на основе Ni-Ti, получившие принятое название во всем мире название нитинол, достаточно технологичны в обработке, устойчивы к коррозии и обладают отличными физико-механическими характеристиками: например, предел прочности нитинола колеблется в пределах 770- 1100МПа, что соответствует аналогичным характеристикам большинства сталей, а демпфирующая способность выше чем у чугуна, высокая пластичность и способность вспоминать форму до миллиона раз. Поверхность нитиноловых элементов, как и у элементов из многих титановых сплавов, покрыта диоксидом титана, что предопределяет их высочайшую коррозионную стойкость к воздействию морской воды, рассолов, большинства кислот и щелочей. Полуфабрикаты из нитинола выпускаются в виде прутков, проволоки, труб и листов. Единственным недостатком нитинола является его весьма высокая стоимость производства полуфабрикатов, связанная с очень высокой окисляемостью титана, входящего в его состав.


Перевод

Shape Memory Alloys. Steps into the Future

Modern history of shape memory alloys relates to the late 1940s, when soviet metallurgists V. Kurdyumov and L. Handerson noticed that the alloy they worked on had the shape memory effect. Later this effect was declared as a discovery and named after Kurdyumov. The unique shape memory effect became known around the world and now there are more than 120 alloys with self-recovery ability. These alloys are based on such metal systems as Au-Cd, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Fe-Mn-S, Fe-Ni, Cu-Al, Cu-Mn, Co-Ni, Ni-Ti, Ni-Al, etc.

Shape memory effects, reversible shape memory effect and hyper elasticity of the alloys above are conditioned by macroscopic reverberation of micro- and nanostructure transformations of crystal lattice with polymorphous austenitic-martensite first type phase conversion, that’s why these features remain invariable as long as a product is in use. In real life physical processes implementation in a metal is as follows.

By applying a slight mechanical force, products of the same alloy in chilled martensite conditions can take any configuration and even be expanded by 7-8 % and in some cases by 12 % over a standard length as if a rubber strap. Such configuration will remain unchanged until heating a product to the temperature of initial austenitic conversion, and during the process of heating to the temperature of final austenitic transformation the alloy doesn’t shift to an austenitic phase, completely regaining its shape and realizing the shape memory effect.

By limiting the exposure on the specifically processed element made of shape memory alloy just by heating and cooling in temperature intervals of final austenitic-martensite transformations, the element will spontaneously flex both by heating and cooling, realizing the shape memory effect. At that, as well as an optimal load-bearing element of any metal construction, this element can take a shape of a thin rectilinear wire, which works in tension and can infinitely be deformed under heating or cooling by 2 % over length ratio, generating a hundred times greater energy than bimetals of the same weight.

The hyper elasticity effect is realized in the shape memory alloy product remaining in the temperature area of a stabilized austenitic condition. When deforming the product made of shape memory alloy and stimulating in that way martensite deformation under the constant temperature by coercive force, the element, as if a spring, will entirely take the original shape after removing this exposure. The difference from other springs is that in practice it will have an inexhaustible reserve. With the shape of a rectilinear string it can be subjected to hyperelastic deformation by 7-8 % over length ratio, storing ten times greater energy than a regular spring.

The shape memory effect in alloys based on Ni-Ti, for example, is well defined enough to regulate the temperature range from several units to some tens with fair accuracy by introducing different alloying extra-elements. Besides, the alloys based on Ni-Ti and known all over the world as nitinol have processability of working, corrosion resistance and excellent physical and mechanical characteristics. As an example, tensile strength of nitinol ranges between 770 and 1100 MPa, it complies with the same characteristics of the majority of steels, but damping capacity of it is stronger than of iron, the alloy is hyperelastic and has the ability to recover the shape million times. The surface of nitinol in the same manner as many titanium alloys is covered with titanium dioxide, that determines its high level of corrosion resistance to seawater, brines, most of acids and alkalis. Nitinol semi-finished products are made as bars, wires, tubes and sheets. The only disadvantage of nitinol is the extremely high cost of semi-finished products manufacture connected with very high oxidability of titanium included in its chemical composition.

Вы еще не приняли решение заказать у нас перевод?

Специально для Вас мы готовы выполнить бесплатный тестовый перевод в размере 1000 знаков. Просто напишите нам или позвоните.

 
Адаптивный дизайн в шаблонах Joomla!