Сплавы, обладающие эффектом памяти формы

Термин «память формы» используется для описания эффекта восстановления формы образца или детали, измененной в результате пластической деформации, при последующем нагреве или охлаждении. Например, образцу при некоторой, как правило, повышенной температуре придается «высокотемпературная» форма. Последующая пластическая деформация при более низкой температуре меняет форму образца на «низкотемпературную». Нагрев образца с «низкотемпературной» формой приводит к восстановлению «высокотемпературной» формы. Возможен и обратный эффект: восстановление при охлаждении «низкотемпературной» формы образца или детали, измененной в результате пластической деформации при более высокой температуре.

Сплавы, обладающие эффектом памяти формы, способны к однократ­ному восстановлению формы при нагреве или охлаждении. Повторные нагревы или охлаждения не приводят к изменению формы образцов или деталей. Существует и другая группа сплавов, обладающих «обратимой памятью формы». Эффект обратимой памяти формы проявляется в прямой зависимости формы образца от температуры. Каждой температуре соответствует своя форма и этот эффект проявляется при многократном изменении температуры.

Эффект памяти формы обнаружен у широкого круга сплавов, принадле­жащих различным системам (Тi-Ni, Fе-Ni, Сu-Аl, Сu-Мn, Сu-Аl-Ni, Со-Ni, Ni-Аl, Сu-Zn-Аl и др.). Сплавы многих систем обладают эффектом обратимой памяти формы (Тi-Ni, Мn-Сu, Мn-Ni, Мn-Gе, Fе-Рt и др.).

Наиболее изучен и широко используется сплав, отвечающий составу NiTi - так называемый никелид титана или по другой терминологии нитинол. Примерные механические свойства нитинола: =600МПа; =200МПа; = 60%. Величина генерируемых при восстановлении формы напряжений может составлять в нитиноле 500…700МПа.

Сплавы с эффектом памяти формы обладают сверхупругостью. Сверхупругость проявляется в том, что образец претерпевает обратимые деформации, которые на 1…2 порядка больше, чем деформация металлических материалов до условного предела упругости. В результате большие деформации (до 10%) могут полностью исчезать при разгрузке или при нагреве.

Применение рассматриваемых материалов позволяет упростить процесс создания неразъемных соединений, монтаж крупногабаритных конструкций на месте, создать надежные системы слежения и регулирования и т. д. Перспективно применение таких сплавов в конструкциях, подлежащих самосооружению, особенно если самосооружение осуществляется в таких специфических условиях, какими являются космос, подводная среда, труднодоступные места оборудования и т.д.

Сверхпластичные сплавы

Под сверхпластичностью понимают способность металлов и сплавов к равномерной пластической деформации, достигающей сотен и тысяч процентов без ярко выраженной зоны локализации ее (шейки на образцах при растяжении) при низком сопротивлении деформации. Напряжения, вызывающие пластическую деформацию при сверхпластичности, составляют 1…10МПа. Сверхпластичность установлена в металлах и сплавах на основе Fe, Ni, Ti, Zr, W, Co, Cd, Bi, Pb, Sn, Zn, Al. Считается, что следует говорить не о сверхпластичном материале, а о сверхпластичном состоянии, так как сверхпластичность появляется только при определенной структуре и определенных условиях деформирования.

Малая скорость деформирования является основным недостатком, сдерживающим промышленное использование сверхпластичности. Например, при прокатке сплавов в сверхпластичном состоянии окружная скорость валков должна быть примерно 1мм/с. Допустимая скорость деформирования увеличивается с уменьшением размера зерен, поэтому обеспечение стабильной мелкозернистой структуры является необходимым условием использования микрозеренной сверхпластичности.

Другой практически важной особенностью сверхпластичных материалов является чрезвычайно низкое сопротивление деформации, которое примерно в 10 раз ниже, чем у обычных сплавов.