способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана th-1

Формула изобретения

Способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы мартенситных превращений в режиме кручения, отличающийся тем, что термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до получения установившихся значений деформационных откликов, при этом нагревают полуфабрикат из мартенситного состояния Т=295 К в аустенитное состояние Т=500 К и охлаждают обратно в мартенситное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине.

Известны несколько способов обработки полуфабрикатов для материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП), которые позволяют изменить величины обратимого формоизменения (ОФИ).

Первый способ - это пластическое деформирование материала путем термоциклирования через интервалы мартенситных (ГЦК-ГЦТ) переходов медно-марганцевых сплавов под постоянным напряжением различной величины либо после предварительного термоциклирования под нагрузкой [И.Н.Андронов, С.Л.Кузьмин, В.А.Лихачев. «Известия высших учебных заведений». Цветная металлургия, 1983, № 2, с.84-88].

Второй способ заключается в термоциклической тренировке материала, при которой тренировочные напряжения превосходят рабочие. После предварительной тренировки материал термоциклируют через интервалы ГЦК-ГЦТ переходов под напряжениями _Н - на этапе нагревания и _О - на этапе охлаждения пока значения деформационных откликов (эффект памяти формы (ЭПФ) и пластичность прямого превращения (ППП)) не стабилизируются. Установившиеся характеристики ОФИ для различных напряжений сравнивались для тренированного и нетренированного материалов [И.Н.Андронов, В.А.Лихачев. «Известия высших учебных заведений». Цветная металлургия, 1986, № 2, с.97-102].

Наиболее близким аналогом является третий способ обработки полуфабрикатов из сплавов с термоупругими мартенситными превращениями - включает в себя предварительную термоциклическую тренировку сплава с термоупругими мартенситными превращениями в режиме кручения, который термоциклировали при нагреве в разгруженном состоянии, а при охлаждении под нагрузкой от Т=298 К до Т=500 К [Патент № 2310696, МПК C22F 1/18, опубл. 20.11.2007. Бюл. № 32]. После термоциклической тренировки заготовку разгружали при 298 К. Полученные результаты по предложенной оценке деформационных характеристик для полуфабрикатов до и после обработки сравнивались.

Анализируя данные трех способов обработки материалов с каналами мартенситной неупругости (МН), можно сделать вывод, что во всех способах после тренировки наблюдается заметная обратимая деформация, проявляемая в виде возврата деформации на этапе нагрева и ее накопления на этапе охлаждения, кроме того, первые два способа сложно осуществимы, потому что требуют криогенных температур. В третьем способе имели место деформационные эффекты, связанные с ЭПФ при нагревании в разгруженном состоянии и с ППП при охлаждении под нагрузкой через интервалы мартенситных превращений (МП).

Техническим результатом изобретения является получение устойчивого эффекта обратимого реверсивного формоизменения под постоянной нагрузкой при нагревании и в разгруженном состоянии на этапе охлаждения для сплава никелида титана (ТН-1).

Этот результат достигается способом обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы мартенситных превращений в режиме кручения, отличающимся тем, что термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до получения установившихся значений деформационных откликов, при этом нагревают полуфабрикат из мартенситного состояния Т=295 К в аустенитное Т=500 К и охлаждают обратно в мартенситное.

Для проведения испытаний был отобран материал в виде сплошных цилиндрических образцов из сплава ТН-1 (с длиной и диаметром рабочей части соответственно 33 и 4 мм). Перед испытанием образцы отжигали (в муфельной печи в специальном контейнере) при температуре 550°С в течение 1 часа с последующим охлаждением до комнатной температуры на воздухе. Экспериментальная часть работы проводилась на специальной установке, спроектированной и изготовленной в Ухтинском государственном техническом университете [А.С. № 1809356 СССР, G01N 3/08. Установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии: / В.П.Власов, И.Н.Андронов, Ю.Б.Какулия. - 4908828/28; заявл. 07.02.91; опубл. 15.04.93, бюл. № 14: чертеж]. Образец правым концом закреплен с помощью двух винтов в захвате, жестко соединенном с правой опорой. Левый конец образца таким же образом закреплен в конце вала, имеющего возможность свободно вращаться и перемещаться в осевом направлении в подшипниках опор. Крутящий момент передается через шкив, жестко закрепленный на валу шпоночным соединением, на котором намотана прочная нить с подвешенным на конце грузом, при этом предусмотрена возможность изменения направления закручивания груза. Угол закручивания образца определяют по показаниям шкалы измерительного устройства. Нагрев производили электропечью. Температура в процессе эксперимента регистрировалась при помощи милливольтметра М 2038, подключенного к хромель-копелевой термопаре, спай которой подсоединяли к рабочей части образца. Для контроля однородности нагрева образца устанавливались две термопары в различных точках его рабочей части. Установка позволяет сообщать образцу крутящий момент до 5 Н·м.

Для получения результата изобретения полуфабрикат, находящийся в мартенситном состоянии при температуре 295 К, нагружали заданным крутящим моментом, сообщая ему фиксированное значение касательных напряжений, после чего нагревали до 500 К, измеряя при этом угловую деформацию, далее снимали нагрузку и охлаждали до исходной температуры. После этого термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяли до получения установившихся значений деформационных откликов.

Параметры использованных образцов представлены в таблице 1.

В лабораторных условиях выполнили три серии опытов. Значения напряжений нагрева и охлаждения, а также тренировочных представлены в таблице 2.

Таблица 2
Серия	Напряжения тренировки тр (МПа)	Напряжения нагрева н (МПа)	Напряжения охлаждения о (МПа)
I	100	50, 100, 150, 200	0
II	200	50, 100, 150, 200, 250	0
III	300	50, 100, 150, 200, 250, 300	0

Для всех опытов минимальная и максимальная температуры термоциклирования соответственно составили: T_min=295 К; Т_max =500 К.

Результаты по оценке деформационных характеристик для полуфабрикатов до и после обработки даны в таблице 3, а результаты по оценке деформационных откликов по прототипу приведены в таблице 4. Как видно из таблицы 3, предварительная термоциклическая тренировка по-разному влияет на формирование эффектов пластичности обратного превращения (ПОП) и эффекта памяти формы (ЭПФ). Если первые деформационные отклики уменьшаются в результате термоциклической тренировки, то вторые увеличиваются, тем самым наблюдая, по предложенному способу, четко выраженный устойчивый эффект обратимого реверсивного формоизменения сплава ТН-1, чего мы не видим по известному.

Таблица 3
Пример	Напряжения нагрева, МПа	поп, %	п, %
Не тренирован	Тренировка при 200 МПа	He тренирован	Тренировка при 200 МПа
1	100	0,35	0,23	0,50	0,83
2	150	0,50	0,40	1,24	1,60
3	200	0,90	0,75	2,2	2,31
4

Таблица 4
Пример	, МПа	Нетренированный образец	Тренир. образец при =200 МПа
=0; пп, %	=0; пп, %	=0; пп, %	=0; п, %
1	50	3,56	3,55	9,41	9,37
2	100	9,79	9,75	10,96	10,88
3	150	11,97	11,84	12,31	12,26
4	200	13,39	12,97	13,88	13,28
5	250	14,02	13,68	-	-

где _поп - деформация, соответствующая пластичности обратного превращения;

_п - деформация, соответствующая обратному эффекту памяти формы при нагревании;

_пп - деформация, соответствующая пластичности прямого превращения при охлаждении.