Эффект памяти формы в никелиде титана и сплавах на его основе при сложных режимах термосилового воздействия

• Автор: Демина, Маргарита Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
§ 1.1. Мартенситные превращения. Природа эффектов памяти
формы
§ 1.2. Эффекты памяти формы в условиях сложного
нагружения
§ 1.3. Структурно-аналитическая теория пластичности
ГЛАВА II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
МЕТОДИКА
§ 2.1. Основнаяцельисследовапия
§ 2.2. Техника и методика эксперимента
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
§ 3.1. Закономерности эффекта реверсивной памяти формы
в сплавах на основе никелида титана
§ 3.2, Влияние сжимающего напряжения на эффект реверсивной
памяти формы при кручении
§ 3.3. Эффекты памяти формы в никелиде титана и сплавах
на его основе при сложно-напряженном состоянии
§ 3.4. Эффект памяти формы в никелиде титана после
сложных режимов термо-силового воздействия
ГЛАВА IV. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ. РЕЗУЛЬТАТЫ
ВЫЧИСЛЕНИЙ
ГЛАВА V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время известен достаточно широкий класс материал лов, обладающих уникальными физико-механическими свойствами. Характерной особенностью этих материалов является их способность к самопроизвольному формоизменению после значительного неупругого деформирования. Восстановление формы наблюдается как в изотермических условиях, так и при изменении температуры; процесс не удается подавить даже значительными противодействующими нагрузками. Совокупность необычных явлений, заключающихся в обратимости больших неупругих деформаций, принято называть эффектом памяти формы, а материалы, в которых отмечены подобные свойства, материалами с памятью формы.
Возврат формы при превращении предполагает возможность формоизменения при произвольном напряженном и деформированном состоянии или после сложных температурно-силовых воздействий, когда, например, одновременно с изменением температуры во время мар-тенситного перехода меняется и поле напряжений. Поведение материалов с памятью в таких условиях исследовано крайне недостаточно. Отсутствует понимание наследственных процессов, происходящих как на микро-, так и на макроуровнях при мартенситных превращениях в сложнонагруженных и сложнодеформированных кристаллах. По этой причине не представляется возможным адекватное теоретическое описание и прогнозирование механического поведения материалов с памятью формы при сложных термо-силовых воздействиях.
Большая часть исследований деформационного поведения указанных сплавов посвящена простым способам механического воздействия: кручению, растяжению, сжатию или изгибу. Лишь в последние годы появились работы, где показано, насколько нетривиальными могут

быть проявления эффекта памяти формы в сложных температурносиловых условиях. Основные экспериментальные данные, полученные для режимов со сложными траекториями нагружения, можно резюмировать следующим образом. В никелиде титана, одном из характерных сплавов данного класса, отсутствует эффект латентного упрочнения (предварительное растяжение не влияет на кривую деформирования при последующем кручении). Кинетика восстановления деформации после знакопеременного деформирования имеет реверсивный характер (деформация в процессе нагревания меняет направление). Последовательность этапов возврата деформации, как правило, обратна последовательности ее задания. И наконец, если траектория предварительного нагружения ортогональна, то формовосстановление в пространстве деформаций осуществляется кратчайшим путем (связь между деформациями линейна).
Известно, что вся совокупность физико-механических свойств сплавов с памятью формы обусловлена кинетикой зарождения, роста и исчезновения мартенситных кристаллов, то есть кинетикой прямого и обратного мартенситных превращений. В случае простого нагружения приложенное напряжение способствует развитию кристаллов благоприятной ориентации и затрудняет рост других кристаллов мартенсита. В результате деформация, соответствующая направлению приложенной силы, значительно превосходит остальные компоненты тензора деформаций. Изменения кристаллической структуры, имеющие место в режимах с переменным полем напряжений или при сложно-напряженном состоянии, более сложны. Здесь в одинаковых либо разных термодинамических обстоятельствах возникают и растут кристаллы разных ориентаций. Очевидно, что кинетика их исчезновения определяет возврат деформации на макроуровне, а следовательно, и траекторию формовое-

ГЛАВА II ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА
§2.1. Основная цель исследования
Вопрос о связи тензоров напряжений а]к и деформаций в1к является основным в механике деформируемого твердого тела [62-65]. Известно, что предел текучести, кривые деформирования и ползучести определяются последовательностью изменения компонент тензора напряжений, т.е. траекторией наг ружения материала. Дальнейшее деформационное поведение зависит от того, каким путем и к какому виду напряженного состояния металл был приведен в результате нагружения [67-69]. Очевидно, проблема взаимосвязи напряжений и деформаций важна и для сплавов с памятью формы. Здесь ситуация осложняется еще и тем, что непростые силовые режимы дополняются, как правило, температурными изменениями.
В [22, 23, 61], где дан анализ теоретических моделей эффектов памяти формы и пластичности превращения, обсуждаются свойства материалов при произвольном напряженном состоянии и указывается, что при сложном нагружении могут наблюдаться иные закономерности, нежели в обычных сплавах. В работах [41, 51] экспериментально показано, что материалы с памятью формы имеют необычную поверхность текучести, для них характерно отсутствие эффекта латентного упрочнения. Траектории возврата деформации зависят от путей нагружения, но не повторяют их в обратной последовательности и могут быть достаточно сложными.
С практической точки зрения особенно важно иметь метод