Сплавы с эффектом «памяти формы»

Эти сплавы «запоминают» форму изделия, которое из него сделали при определенной температуре. Если такое изделие потом деформировать, например, свернуть в пружину, изогнуть, то оно останется в таком положении на долгое время. После нагревания до той темпе­ратуры, при которой это изделие было сделано, оно принимает первоначальную форму. Так, если проволоку закрутить в спираль при высокой температуре и выпрямить при низкой температуре, то при повторном нагреве проволока самопроизвольно закручивается в спираль.

Если после пластической деформации сплавы восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму в результате нагрева, это - эффект «памяти формы», если непосредственно после снятия нагрузки – эффект сверхупругости.

 Эффект памяти формы состоит в том, что образец, имеющий определенную форму в аустенитном состоянии при повышенной температуре, деформируют при более низкой температуре мартенситного превращения. После перегрева, сопровождающегося протеканием обратного превращения, исходная характерная форма восстанавливается. В этих условиях при деформации образуются когерентные с исходной структурой двойниковые мартенситные кристаллы, а при отогреве в обратном превращении эти мартенситные кристаллы исчезают и плавно переходят в решетку исходной фазы. Обратимое движение когерентных межфазных границ при обратном превращении приводит к восстановлению первоначальной формы.

 Эффект «памяти формы» наиболее хорошо проявляется, когда мартенситное превращение происходит при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов. Схема влияния температуры на фазовый состав сплавов с обратимыми мартенситными превращениями приведена на рис.2.

 Рис.4.2. Зависимость фазового состава сплава от температуры: а – широкий гистерезис; б - узкий гистерезис

 При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться с некоторой температуры М_н . При дальнейшем охлаждении количество мартенситной фазы увеличивается, и полное превращение аустенита в мартенсит заканчивается при температуре М_к. Ниже этой температуры термодинамически устойчивой остается только мартенситная фаза.

 При нагреве прекращение мартенсита в аустенит начинается с некоторой температуре А_н и полностью заканчивается при температуре А_к. При полном термоциклировании получается гистерезисная петля. Ширина гистерезисной петли по температурной шкале А_к - М_н или А_н - М_к. может быть различной для разных материалов: широкой или узкой (рис.4.2, а и б).

 В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами «памяти формы»: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Fe-Ni, Cu-Al-Ni и др..

 Характеристические температуры превращений ряда двойных сплавов Ni-Ti с эффектом памяти формы разного состава приведены в таблице 4.2. Из таблицы следует, что, варьируя соотношение титана и никеля, можно

существенно менять температуры фазовых переходов и влиять на ширину гистерезиса фазовой диаграммы. Легирование никелида титана железом, марганцем, хромом, ванадием, кобальтом приводит к снижению М_н и М_к, вплоть до -196°С, а введение циркония, тантала и ниобия – к их повышению (до+100°С). Медь и кремний в довольно широком интервале слабо влияют на температуры превращений.

Таблица 4.3