Гусаров А.Е., Попов Н.Н., Ларькин В.Ф. Разработка термомеханического привода изготовленного из сплава с памятью формы и предназначенного для нагруже образцов из спецматериалов // 10 Нижегородская сессия молодых ученых, г.Нижний Новгород, февраль 2005 г.
В настоящее время в государствах с развитой экономикой интенсивно разрабатываются прогрессивные конструкции и технологии, основанные на использовании сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ). Под ЭПФ понимается явление восстановления предварительной деформации объекта, инициированное за счет изменения температуры. Свойство памяти формы реализуется в материалах, испытывающих фазовое термоупругое, т.е. обратимое превращение мартенситного типа [1].
Никелид титана марки ТН1, обладающий свойством восстанавливать при нагреве полученную ранее деформацию, создает предпосылки для разработки на его основе привода для динамического нагружения образцов, изготовленных из различных материалов. В докладе приведены результаты предварительных исследований по разработке технологии нагружения спецобразцов, при помощи термомеханического привода изготовленного из сплава с памятью формы. Предварительные исследования проводили на образцах ГОСТ 1497-84 (тип IV – d0=3 мм, l0=15 мм) из титанового сплава ВТ16, который был использован в качестве имитатора спецобразцов.
Все термомеханические устройства по способу использования памяти формы можно условно разделить на три вида:
– устройства на основе свободного восстановления формы, т.е. реализующие свободные перемещения;
– устройства, генерирующие усилия без перемещения;
– устройства с совершением полезной работы, т.е. реализующие перемещение с преобразованием усилия.
Материалы, обладающие эффектом памяти формы, могут быть использованы в различных областях промышленности: в космической и авиационной технике для создания герметичных соединений трубопроводов; в системах тепловой защиты автоматики и регулирования, например, в автоматических выключателях, противопожарной аппаратуре; в различного рода вентилях, регулирующих подачу теплоносителя; в самосооружающихся конструкциях, например, в самосооружающихся и самоскладывающихся мачтах телескопических и параболических антенн [2]. Разработаны манипуляторы роботов и исполнительные органы гибких автоматизированных систем. Существуют механизмы для совершения движения элементов машин по сложным траекториям. Материалы с памятью формы можно использовать в качестве аккумуляторов и трансформаторов усилий. Созданы многочисленные конструкции мартенситных двигателей, в которых рабочим телом является материал с памятью формы.
При выборе материала для изготовления привода руководствовались следующими критериями:
а) температурный диапазон, при котором проявляется эффект памяти формы;
б) максимальная величина деформации воспроизводимой при проявлении ЭПФ;
в) физико-механические свойства материала;
г) технологичность обработки материала;
д) стоимость материала.
В России производятся промышленные сплавы, обладающие эффектом памяти формы [3], которые можно разделить на следующие группы: титано-никелиевая группа сплавов марок (ТН1, ТН1К, ТНМ3)], марганцево-медная группа (80Г15Д243Х), сплавы на основе бронзы в виде поли- и монокристаллов (Cu-Al-Ni), титановая группа (ВТ16, ВТ23) [4] и др.
Характеристики сплава на основе никелида титана:
- высокие прочностные и пластические свойства;
- высокая воспроизводимость эффекта памяти формы и эффекта обратимой памяти формы (ЭОПФ);
- наличие эффекта сверхупругости и демпфирования;
- высокая надежность;
- механо- и термоциклическая долговечность;
- коррозионная стойкость;
- биологическая совместимость;
- простота химического состава;
- технологичность металлургического процесса и последующих производственных переделов.
К настоящему времени сплавы на основе никелида титана являются наиболее изученными и незаменимыми в ответственных изделиях и устройствах нового поколения в технике и медицине, хотя и имеют высокую стоимость изготовления. Относительно широкая известность сплава ТН1 как материала, обладающего памятью формы, наличие наиболее полных сведений о его термомеханических характеристиках позволило выбрать сплав ТН1 в качестве материала для изготовления термомеханического привода.
В результате исследования процесса срабатывания термомеханического привода пришли к следующему:
1 Разработана опытная технология термомеханического привода из сплава с памятью формы
марки ТН1, предназначенного для нагружения образцов из спецматериалов
2 Технология успешно опробована при испытании на растяжение образца имитатора изготовленного из
сплава ВТ16.
3. Следует отметить как положительный тот факт, что в ряде случаев термомеханический привод может
заменить испытательную машину при механических испытаниях спецобразцов, например, в труднодоступных местах, в местах с ограниченным пространством, а также во вредных условиях, где применение испытательной машины невозможно из-за геометрических размеров (например, в каналах исследовательских ядерных реакторов).
ЛИТЕРАТУРА:
1. Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева З. П. Эффект памяти формы. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1987 г., 216с.
2. Чернов Д. Б. Конструкционное применение сплавов с памятью формы М.: НИИСУ, 1999 г., 232с.
3. Сплавы с эффектом памяти формы, перевод с японского под редакцией Глезера А.М.; М.: Металлургия 1980 г., 224с.
4. Хачин В.Н., Пушин В.Г. Никелид титана, структура, свойства. М: Наука, 1992 г., 151 с.