جامعة موسكو

معهم. ام في لومونوسوف

كلية علوم المواد

الموضوع: "المواد مع ذاكرة الشكل".

طالب في السنة الخامسة من FNM

إي. كاريفا

موسكو 2000

مقدمة ……………………………………………………………… 2

آلية تحقيق تأثير ذاكرة الشكل ...... ... ... 3

التطبيقات ………………………………………… .. 7

إنتاج السبائك بذاكرة الشكل ............................................ .................. 9

تدهور ………………………………………………… .. 10

الخلاصة ……………………………………………………… .. 11

المراجع ………………………………………… .. 12

مقدمة.

تم اكتشاف مواد ذاكرة الشكل (MPM) في نهاية الستينيات من هذا القرن. بعد مرور 10 سنوات (أواخر السبعينيات - أوائل الثمانينيات) ، هناك العديد من التقارير في المجلات العلمية التي تصف الاحتمالات المختلفة لتطبيقها. في الوقت الحاضر ، تم تحديد الخصائص الوظيفية لـ MPF: تأثير الذاكرة أحادي الجانب ، والمرونة الزائفة أو فائقة المرونة ، والقدرة العالية على التخميد.

وجد MPF بالفعل تطبيقًا واسعًا في الطب ، حيث يتم زرع مواد تعمل على المدى الطويل في الجسم. إنها تتميز بخصائص عالية المرونة ، وهي قادرة على تغيير شكلها عندما تتغير درجة الحرارة ولا تنهار في ظل ظروف الحمل المتناوب. تتجلى الطبيعة المعقدة لتحولات الطور من النوع المارتنسيتي ، والتي تحدث في السبائك القائمة على نيكليد التيتانيوم ، بوضوح في الهياكل المسامية. تتميز انتقالات الطور في مثل هذه السبائك بتباطؤ واسع ونطاق درجة حرارة طويل ، حيث تُظهر المادة ذاكرة الشكل وتأثيرات المرونة الفائقة. بالإضافة إلى السبائك القائمة على Ni-Ti ، توجد تحولات مارتينسيت ، على سبيل المثال ، في أنظمة مثل Pt-Ti و Pt-Ga و Pt-Al.

سبائك ذاكرة الشكل لها مجموعة واسعة من التطبيقات ، اعتمادًا على درجة حرارة التحول المارتيني والخواص الميكانيكية.

آلية تنفيذ تأثير ذاكرة الشكل.

مارتينسيت.

Martensite هو هيكل المواد الصلبة البلورية الناتجة عن التحول متعدد الأشكال غير المنتشر للقص عند التبريد. سميت على اسم عالم المعادن الألماني مارتينز (1850 - 1914). نتيجة لتشوه الشبكة أثناء هذا التحول ، يظهر ارتياح على سطح المعدن ؛ تنشأ الضغوط الداخلية في الحجم ، ويحدث تشوه البلاستيك ، مما يحد من نمو البلورة. يصل معدل النمو إلى 103 م / ث ولا يعتمد على درجة الحرارة ؛ لذلك ، فإن معدل تكوين المارتينسيت عادة ما يحد من تنوي البلورات. يؤدي مضاهاة الضغوط الداخلية إلى إزاحة نواة البلورات التي تكون أقل بكثير من نقطة التوازن الديناميكي الحراري للمراحل ويمكن أن يوقف التحولات عند درجة حرارة ثابتة ؛ في هذا الصدد ، تزداد كمية المارتينسيت المتكونة عادة مع زيادة انخفاض حرارة الجسم. نظرًا لأن الطاقة المرنة يجب أن تكون في حدها الأدنى ، فإن بلورات مارتينسيت تأخذ شكل ألواح. يتم أيضًا تخفيف الضغوط الداخلية عن طريق تشوه البلاستيك ، لذلك تحتوي البلورة على العديد من الاضطرابات (حتى 10 12 سم -2) ، أو تنقسم إلى توأمين بسماكة 100-1000. تقوي حدود Intragrain والاضطرابات مارتينسيت. Martensite هو منتج نموذجي للتحولات متعددة الأشكال منخفضة الحرارة في المعادن النقية (Fe ، Co ، Ti ، Zr ، Li وغيرها) ، في المحاليل الصلبة القائمة عليها ، في المركبات المعدنية (CuZn ، Cu 3 Al ، NiTi ، V 3 Si ، AuCd).

التحولات المارتنزية.

تتميز المركبات بين الفلزات Ni-Ti ذات التركيبة القريبة من سهل الانصهار بالانتقال من الطور التكعيبي (طور الأوستينيت) إلى الطور أحادي الميل (مارتينسيت) عند درجة حرارة الغرفة. تحدث مثل هذه التحولات عادة في السبائك تحت ضغوط عالية ، ولكن نتيجة لتأثير الذاكرة أو المرونة الفائقة ، يمكن أن تحدث التحولات أيضًا عند ضغوط منخفضة. تُظهر سبائك الأوستنيتي Ni-Ti سلوكًا فائق المرونة تحت ضغط وتوتر ميكانيكي (8٪) ناتج عن تحول مارتينسيت. عند التفريغ ، يصبح المارتينسيت غير مستقر ويتحول إلى أوستينيت ، مع تعويض جميع الضغوط العيانية ..

التحول المارتنزيتي هو تحول متعدد الأشكال يحدث فيه التغيير في الترتيب المتبادل للذرات التي تشكل البلورة من خلال إزاحتها المنظمة ، وتكون الإزاحات النسبية للذرات المجاورة صغيرة مقارنة بالمسافة بين الذرات. عادة ما يتم تقليل إعادة ترتيب الشبكة البلورية في المناطق الدقيقة إلى تشوه لخليتها ، والمرحلة النهائية من التحول المارتينزيتي هي مرحلة أولية مشوهة بشكل موحد. حجم التشوه صغير (~ 1-10٪) ، وبالتالي فهو صغير ، بالمقارنة مع طاقة الربط في البلورة ، حاجز الطاقة ، الذي يمنع الانتقال المتجانس من المرحلة الأولية إلى المرحلة النهائية. الشرط الضروري للتحول مارتينسيتي ، الذي يتطور من خلال تكوين ونمو مناطق مرحلة أكثر استقرارًا في مرحلة مستقرة ، هو الحفاظ على اتصال منظم بين المراحل. يضمن الهيكل المنظم لحدود الطور البيني مع حاجز صغير لانتقال طور متجانس طاقة منخفضة وقدرة عالية على الحركة. ونتيجة لذلك ، فإن الطاقة الزائدة المطلوبة لتنوى بلورات مرحلة جديدة (بلورات مارتينسيت) صغيرة ، ومع بعض الانحراف عن توازن المراحل ، تصبح قابلة للمقارنة مع طاقة العيوب الموجودة في المرحلة الأولية. لذلك ، يحدث تنوي بلورات مارتينسيت بمعدل أعلى وقد لا يتطلب تقلبات حرارية. تلعب الضغوط الداخلية دورًا أساسيًا في التحول المارتيني من خلال التكيف المرن للشبكات البلورية ، والتي يتم تصريفها على طول حدود الطور. تؤدي مجالات الضغوط المرنة إلى حدوث تحول في نقطة التوازن لمراحل التفاعل بالنسبة لموضع التوازن الديناميكي الحراري الحقيقي للمراحل المعزولة وغير المشوهة ؛ وفقًا لذلك ، يمكن أن تختلف درجة حرارة بداية التحول المارتيني بشكل كبير عن درجة حرارة التوازن الحقيقي. إن السعي وراء الحد الأدنى من طاقة الإجهاد المرنة يحدد التشكل والبنية الداخلية والترتيب المتبادل لبلورات مارتينسيت. تتكون المرحلة الجديدة على شكل ألواح رفيعة موجهة بطريقة معينة بالنسبة إلى المحاور البلورية. اللوحات ، كقاعدة عامة ، ليست بلورات مفردة ، ولكنها عبارة عن حزم من المجالات المتوازية - مناطق طور جديد تختلف في اتجاه الشبكة البلورية (التوائم). يؤدي تداخل مجالات الجهد من المجالات المختلفة إلى تدميرها الجزئي. يتم تحقيق مزيد من الانخفاض في الحقول المرنة من خلال تكوين مجموعات من اللوحات المتباعدة بانتظام. أي ، نتيجة للتحول المارتنسيتي ، يتم تشكيل طور متعدد البلورات بترتيب هرمي غريب (مجموعات - لوحات - مجالات) في ترتيب المكونات الهيكلية. تؤدي الزيادة في الضغوط الداخلية في عملية التحول المارتيني تحت ظروف معينة إلى إنشاء توازن حراري من مرحلتين ، والذي يتحول بشكل عكسي مع تغير في الظروف الخارجية: تحت تأثير الأحمال الميكانيكية أو مع تغير درجة الحرارة ، أحجام البلورات الفردية وتغير عددها. توجد التحولات المارتنسيتية في العديد من المواد البلورية: معادن نقية ، وسبائك عديدة ، وبلورات أيونية ، وتساهمية ، وجزيئية.

هناك احتمالات كبيرة لتغيير الشكل القابل للانعكاس أثناء التحول المارتينزيتي (إنشاء سبائك فائقة المرونة تستعيد شكلها الأصلي عند التسخين بعد تشوه البلاستيك - تأثير الذاكرة) ، بالإضافة إلى العلاقة بين التحول المارتينزيتي وظهور خصائص فائقة التوصيل في بعض المعادن. تشكل التحولات المرتنزية أساسًا للعديد من التحولات الهيكلية ، والتي بفضلها ، بمساعدة المعالجة الحرارية والميكانيكية ، يتم إجراء تغيير موجه في خصائص المواد البلورية.

ملامح سبائك نيكلوريد التيتانيوم المسامية.

ينعكس وجود نطاق واسع من درجات الحرارة للتحول المارتنسيتي في نيكليد التيتانيوم المسامي مقارنةً بالزهر في منحنيات درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية. يتضح أن انتقال المارتينسيت غير مكتمل في السبائك المسامية ويحدث في نطاق درجة حرارة أوسع من السبائك المصبوبة. وبالتالي ، فإن السمة المهمة لنيكل التيتانيوم المسامي بالمقارنة مع سبيكة غير مسامية (مسبوكة) من نفس التركيب هي نطاق درجة حرارة واسع لتحولات الطور. تكون درجة الحرارة حوالي 250 درجة مئوية ، أي أنها تتجاوز بشكل ملحوظ نطاق (30-40 درجة مئوية) للتحولات في سبيكة الصب. ترجع الزيادة في نطاق درجة حرارة تحولات الطور إلى بنية نيكليد التيتانيوم المسامية. عامل الحجم مهم أيضًا ، لأن التحول المارتيني في الجسور الرقيقة والمناطق الضخمة يتجلى بطرق مختلفة. يؤدي عمل هذه العوامل إلى حقيقة أن تحولات الطور في المواد المسامية القائمة على نيكليد التيتانيوم تبدأ في مناطق مختلفة عند درجات حرارة مختلفة ، مما يؤدي إلى تمديد التباطؤ على طول محور درجة الحرارة ، على التوالي ، مما يؤدي إلى توسيع نطاقات درجة حرارة التحولات وفترات ظهور الشكل تأثيرات الذاكرة والمرونة الفائقة في السبائك المسامية القائمة على النيكل تيتانيوم.

الشكل 1: اعتمادات درجة الحرارة لتأثير الذاكرة القابلة للعكس ونقطة العائد في السبائك المسامية (1) والسبائك المصبوبة (2) القائمة على نيكل التيتانيوم.

يوضح الشكل 1 تأثير ذاكرة الشكل في السبائك المسامية والسبائك المصبوبة. في سبيكة مسامية ، يتجلى تأثير ذاكرة الشكل في نطاق درجة حرارة أوسع من النطاق المصبوب ، ويكون تشوه البلاستيك المتبقي في مادة مسامية أكثر أهمية (في الشكل 1) منه في قالب مصبوب. في نيكليد التيتانيوم المصبوب ، يحدث استرداد كامل تقريبًا (حتى 100٪) للشكل بعد التشوه بنسبة 6-8٪ ثم التسخين اللاحق فوق مدى درجة حرارة MT (الشكل 1). مع زيادة درجة التشوه لنيكل التيتانيوم المصبوب ، تتشكل عيوب الخلع ، والتي ، على عكس التحولات المارتينزية ، لا رجعة فيها. يتم استبدال مرحلة التشوه القابل للانعكاس بآلية مارتينسيت بمرحلة تشوه البلاستيك الذي لا رجعة فيه. حتى في الأحمال المنخفضة ، تظهر المناطق التي يتجاوز فيها حجم التشوه المرن القيمة المحددة. في المقابل ، في السبائك المسامية ، حتى مع الحد الأدنى من التشوهات ، لا تتجاوز درجة استعادة الشكل 85٪. تعتمد درجة استعادة الشكل على المسامية وتوزيع حجم المسام ومستوى ضغوط القص المارتينزيت ، أي المرتبطة بسمات تشوه الأجسام المسامية. يُظهر تحليل تبعات التشوه لنيكليد التيتانيوم بمسامات مختلفة أن إجهاد الخضوع للسبيكة يتناقص مع زيادة المسامية.

مجالات الاستخدام.

الاستخدام غير الطبي.

تم استخدام أول سبيكة ذاكرة للشكل في طائرة F-14 في عام 1971 ، وهي Ni-Ti-Fe. كان استخدام سبائك Ni-Ti-Nb إنجازًا رائعًا ، لكن سبائك Fe-Mn-Si حظيت أيضًا باهتمام كبير على الرغم من الضغط المنخفض القابل للاسترداد.

هناك استخدامات محتملة للنتنول في إنتاج السلع الاستهلاكية. على سبيل المثال ، اختراع مثير للاهتمام: جهاز - حامل منفضة سجائر ، يخفض سيجارة مشتعلة في منفضة سجائر ، ويمنعها من السقوط ، على سبيل المثال ، على مفرش المائدة.

تعتمد موثوقية أجهزة ذاكرة الشكل على عمرها الافتراضي. المعلمات الخارجية المهمة للتحكم في دورات تشغيل النظام هي الوقت ودرجة الحرارة. المعلمات الداخلية الهامة التي تحدد الخواص الفيزيائية والميكانيكية هي: نظام السبيكة ، تكوين السبيكة ، نوع التحويل وعيوب الشبكة. تتحكم هذه المعلمات في التاريخ الميكانيكي الحراري للسبيكة. نتيجة لذلك ، سيكون الحد الأقصى لتأثير الذاكرة محدودًا اعتمادًا على عدد الدورات المطلوبة.

أصبحت الحمولات الفضائية مثل الألواح الشمسية أو هوائيات الأقمار الصناعية الآن في الغالب عبارة عن ألعاب نارية منتشرة ، مما يطرح العديد من المشاكل. سيؤدي استخدام المواد مع ذاكرة الشكل إلى القضاء على كل هذه المشكلات ، وسيوفر أيضًا فرصة للتحقق بشكل متكرر من أداء النظام أثناء وجوده على الأرض.

أظهرت الأبحاث الحديثة حول سبائك Ni-Ti أن السلوك الفائق المرونة يؤدي إلى مقاومة تآكل محسنة. يقلل السلوك المرن الزائف من منطقة التلامس المرنة أثناء الانزلاق. يؤدي تقليل منطقة التلامس المرنة بين الجزأين المنزلقين إلى زيادة مقاومة التآكل للمادة. نوع خاص من التآكل هو تآكل التجويف ، والذي يخلق مشاكل محددة في الآلات الهيدروليكية ، ومراوح السفن ، والتوربينات المائية. أظهرت الدراسات المقارنة لمواد مختلفة أن سبائك Ni-Ti تتمتع بمقاومة أعلى لتآكل التجويف من السبائك التقليدية. في حالة مارتينسيت ، تتمتع سبيكة Ni-Ti بمقاومة جيدة جدًا لتآكل التجويف. لكن تصنيع أجزاء العمل المعرضة للتآكل بالكامل من سبيكة Ni-Ti يعد مكلفًا للغاية ، لذا فإن أفضل طريقة هي استخدام سبيكة Ni-Ti جنبًا إلى جنب مع الفولاذ.

تطبيقات طبية.

في الطب ، يتم استخدام فئة جديدة من المواد المركبة "السيراميك الحيوي - نيكليد التيتانيوم". في مثل هذه المركبات ، يتمتع أحد المكونات (نيكليد التيتانيوم) بمرونة فائقة وذاكرة الشكل ، بينما يحتفظ الآخر بخصائص السيراميك الحيوي.

يمكن أن يكون المكون الخزفي من البورسلين ، والذي يستخدم على نطاق واسع في طب الأسنان وهو مادة هشة. ترجع هشاشة البورسلين العالية إلى حقيقة أن ضغوط التلامس تظهر عند حدود المراحل والحبوب المختلفة ، والتي تتجاوز بشكل كبير مستوى متوسط ​​الضغوط المطبقة. يمكن استرخاء ضغوط التلامس في مادة خزفية إذا حدث تبديد للطاقة في منطقة هذه الضغوط بسبب تحول الطور في نيكل التيتانيوم. يؤدي التغيير في درجة الحرارة أو تطبيق الحمل إلى تحول مارتينسيت في نيكليد التيتانيوم ، مما يؤدي إلى الاسترخاء الفعال للضغوط في المصفوفة عند تحميل المادة المركبة ، مما يسمح للمكون الصلب بحمل الحمل المطبق. من المعروف أن الاستعادة المرنة لحجم المضغوطة المسامية من مسحوق نيكليد التيتانيوم الفائق المرونة يرتبط بتمزق التلامس بين الجسيمات ويتم تحديده من خلال قوة فحم حجري ، والتي تعتمد على المسامية وحجم التصاق التلامس القوات. إن إضعاف هذه القوى عن طريق إضافة مكونات أخرى إلى مسحوق نيكليد التيتانيوم ، على سبيل المثال ، التنجستن المشتت بدقة أو كربيد السيليكون ، يزيد بشكل كبير من التأثير المرن ، حيث يتم استبدال ملامسات التيتانيوم والنيكل القوية التي تحمل نفس الاسم بأخرى معاكسة. نظرًا لأن حجم التأثير المرن يتناقص مع تناقص محتوى نيكليد التيتانيوم في المضغوط ، فإن الاعتماد على التركيز لاستعادة الحجم المرن يكون عادةً شديدًا. في المادة المركبة "الخزف - نيكليد التيتانيوم" ، تتفاعل المكونات بشكل ضعيف ، وبعد التلبيد ، تضعف التلامس بين المكونات الخزفية والمعدنية. عند التحميل ، ينكسر أولاً ويزيد استرداد الحجم المرن. نتيجة لذلك ، يكون التشوه قابلاً للانعكاس ويظهر المركب خصائص مشابهة للمرونة الفائقة. تمت دراسة التوافق الحيوي لمادة البورسلين السنية - مادة نيكليد التيتانيوم المركبة بالطريقة النسيجية ، وتقييم استجابة الأنسجة في الفئران لزرع العينات المركبة والخزف تحت جلد جدار البطن الأمامي. كانت طبيعة تفاعلات الأنسجة وانتشارها وخصائص التغيرات الخلوية في كلتا الحالتين لا لبس فيها. وبالتالي ، فإن المواد المركبة "السيراميك الحيوي - نيكليد التيتانيوم" متوافقة حيوياً.

الحصول على سبائك ذاكرة الشكل.

يتم إنتاج سبائك ذاكرة الشكل عن طريق دمج المكونات الفردية. يتم تبريد المصهور بسرعة ويتم إجراء المعالجة بدرجة حرارة عالية.

تم اقتراح فئة كاملة من المواد المركبة "الخزف الحيوي - نيكليد التيتانيوم" للأدوية. في مثل هذه المواد ، يمتلك أحد المكونات (نيكليد التيتانيوم) ذاكرة الشكل والمرونة الفائقة ، بينما يحتفظ الآخر بخصائص السيراميك الحيوي. أكثر مكونات السيراميك شيوعًا هو الخزف ، والذي يستخدم على نطاق واسع في طب الأسنان التقويمي وهو مادة هشة. لتصنيع مثل هذه العينات ، يتم استخدام مساحيق من نيكليد التيتانيوم وكتلة البورسلين ، والتي يتم تلبيدها في فراغ بعد الخلط والتجفيف.

انحلال

التحول المارتنزيتي في السبائك على أساس النيكل هو عملية حرارية ، يتم تحديد معدلها بالكامل من خلال معدل تغير درجة الحرارة بالقرب من التوازن الديناميكي الحراري للمراحل. لذلك ، يمكن تحقيق جميع التأثيرات الميكانيكية المحددة في NiTi المصاحبة لتحول مارتينسيتي ، مثل ذاكرة الشكل ، ومرونة التحويل ، في أوقات قصيرة جدًا باستخدام أوضاع التدفئة والتبريد المناسبة. في الأجهزة عالية السرعة ، لتسريع تبادل الحرارة مع عامل حراري (سائل أو غازي) ، يتم استخدام شريط رفيع الحجم وأسلاك وأنابيب ذات أبعاد خطية بحجم ميكرون في المقطع العرضي. في هذه الحالة ، فإن حالة السطح الحر للسبيكة لها أهمية كبيرة. نظرًا لأن الاختلافات الطفيفة في التركيب تؤدي إلى تغيير في حركية درجة الحرارة واكتمال التحول ، فإن فصل العناصر وأكسدة السطح يؤدي أيضًا إلى تغيير الخصائص الخاصة للمادة بشكل كبير. هذا الظرف له أهمية خاصة بسبب الحاجة إلى المعالجة الحرارية أو الحرارية الميكانيكية للمادة.

أظهرت الدراسات ميل نيكليد التيتانيوم إلى السطح الحر تحت التأثيرات الحرارية. في الغلاف الجوي المحتوي على الأكسجين ، تتأكسد السبيكة لتكوين طبقة أكسيد تحتوي أساسًا على أكسيد TiO2. يمكن الافتراض أنه نظرًا لأن التيتانيوم نشط جدًا كيميائيًا ، فإن ذرات التيتانيوم ستشكل مركبات مع أي غاز غير خامل في بيئة خالية من الأكسجين ، على سبيل المثال ، النيتريد في جو النيتروجين. لا يمكن تجنب تكوين الأكاسيد على طول حدود الحبوب وعلى السطح إلا عن طريق المعالجة الحرارية للعينات في الفراغ أو في جو خامل.

استنتاج

لفترة طويلة ، كان يعتبر التشوه غير المرن لا رجعة فيه تمامًا. في أوائل الستينيات. تم اكتشاف فئة واسعة من المواد المعدنية حيث يتم تنفيذ الفعل الأولي للتشوه غير المرن بسبب التحول الهيكلي. تمتلك هذه المواد قابلية عكس التشوه غير المرن. ظاهرة الاستعادة التلقائية للشكل - شكل تأثير الذاكرة(SME) - يمكن ملاحظتها في ظل ظروف متساوية الحرارة ومع تغيرات درجة الحرارة. أثناء التبادل الحراري ، يمكن أن تتشوه هذه المواد المعدنية بشكل عكسي عدة مرات.

لا يمكن قمع القدرة على استعادة التشوه حتى في ظل القوة العالية. يمكن أن يكون مستوى الضغوط التفاعلية لبعض المواد مع الشركات الصغيرة والمتوسطة 1000 ... 1300 ميجا باسكال.

تعد المعادن مع الشركات الصغيرة والمتوسطة من بين أبرز ممثلي المواد ذات الخصائص الخاصة. يرجع الاهتمام المتزايد بهذه الظاهرة المعدنية إلى المزيج الفريد من الخصائص الميكانيكية التقليدية العالية ، ومقاومة التعب ، ومقاومة التآكل ، والخصائص غير العادية مثل الذاكرة الحرارية الميكانيكية ، والضغط التفاعلي ، على أساس التحول المرن الحراري. من سمات السبائك مع الشركات الصغيرة والمتوسطة الاعتماد الواضح لمعظم الخصائص على الهيكل. تتغير قيم الخصائص الفيزيائية والميكانيكية عدة مرات أثناء انتقال المرحلة القابلة للانعكاس الأوستينيت مارتينسيت لسبائك مختلفة ، عادة في نطاق درجة الحرارة -150 ... + 150 درجة مئوية.

من بين عدد كبير من السبائك مع الشركات الصغيرة والمتوسطة ، فإن أكثر السبائك الواعدة للتطبيق العملي هي سبائك Ti-Ni ذات التركيب الذري المتساوي (عدد متساوٍ من الذرات) ، وعادةً ما تسمى نيكليد التيتانيوم أو النيتينول. أقل شيوعًا هي السبائك النحاسية الأرخص سعراً مثل Cu-AI-Ni و Cu-A1-Zn.

تأثير ذاكرة الشكل هو أن العينة التي لها شكل معين في الحالة الأوستنيتي عند درجة حرارة مرتفعة يتم تشويهها عند درجة حرارة تحول مارتنسيتية منخفضة. بعد ارتفاع درجة الحرارة ، مصحوبة بالتحول العكسي ، يتم استعادة الشكل المميز الأصلي. يتجلى تأثير ذاكرة الشكل في السبائك التي تتميز بتحول مارتينسيت مرن حراريًا ، وتماسك شبكي لمراحل الأوستينيت الأولي ومارتينسيت ، وتباطؤ التحول الصغير نسبيًا ، وأيضًا تغييرات صغيرة الحجم أثناء التحولات. في نيكليد التيتانيوم ، تكون التغيرات الحجمية حوالي 0.34٪ ، وهو ترتيب من حيث الحجم أقل من الفولاذ (حوالي 4٪).

غالبًا ما يشار إلى سبائك الشركات الصغيرة والمتوسطة باسم ما يسمى بالمواد الذكية التي تجعل من الممكن إنشاء تصميمات وتقنيات جديدة بشكل أساسي في مختلف مجالات الهندسة الميكانيكية ، وتكنولوجيا الفضاء والصواريخ ، والأجهزة ، والطاقة ، والطب ، وما إلى ذلك. تطبيق سبائك الشركات الصغيرة والمتوسطة.

يرتبط تطوير الفضاء القريب والعميق بإنشاء المحطات المدارية وبناء الفضاء على نطاق واسع. من الضروري بناء أشياء ضخمة مثل الألواح الشمسية وهوائيات الفضاء. في التين. يوضح الشكل 1.1 مخططًا لمركبة فضائية ذات عناصر ذاتية الانتشار. تتكون الهوائيات من لوح من سبيكة Ti-Ni وقضيب ، يتم لفهما ووضعهما في فجوة في قمر صناعي. بعد إطلاق القمر الصناعي ووضعه في المدار ، يتم تسخين الهوائي بمساعدة سخان خاص أو حرارة الإشعاع الشمسي ، ونتيجة لذلك يخرج إلى الفضاء.

لاستيعاب مختلف الكائنات التقنية والوحدات السكنية والصناعية ، من الضروري بناء منصات كبيرة في مساحة مفتوحة. تسليم الوحدات الضخمة إلى مساحة مفتوحة ممكن تقنيًا فقط في الأجزاء مع أعمال التركيب اللاحقة. طرق ربط الأجزاء المستخدمة في الإنتاج الضخم ، مثل اللحام والنحاس واللصق والتثبيت وغيرها ، غير

أرز. 1.1

/ - هوائي 2 - البطاريات الشمسية؛ 3 - باعث الطاقة 4 - مثبت ميكانيكي

أرز. 1.2 توصيل الأجزاء الأنبوبية (/) بذاكرة معدنية الشكل (2):ا - قبل التجميع ؛ب - بعد التسخين

مناسبة في ظروف الفضاء. يتم فرض متطلبات خاصة على توفير إجراءات أمنية مشددة للغاية.

مع أخذ هذه الميزات في الاعتبار ، ابتكر بلدنا تقنية فريدة لربط العناصر في مساحة مفتوحة باستخدام أداة اقتران مصنوعة من سبيكة TN-1. تم استخدام هذه التقنية بنجاح في تجميع هيكل الجمالون المصنوع من سبائك الألومنيوم بطول إجمالي يبلغ 14.5 مترًا ومقطع عرضي مربع يبلغ جانبه 0.5 متر.

يتكون الجمالون من أجزاء أنبوبية منفصلة / قطرها 28 مم ، والتي تم توصيلها ببعضها البعض باستخدام أداة توصيل 2 مصنوعة من المعدن مع ذاكرة الشكل (شكل 1.2). تم تشويه الغلاف باستخدام مغزل عند درجة حرارة منخفضة بحيث كان قطره الداخلي أكبر من القطر الخارجي للعناصر المراد ربطها. بعد التسخين فوق درجة حرارة التحول المارتيني العكسي ، تمت استعادة القطر الداخلي للكم إلى نفس القطر الذي كان للكم قبل التمدد. في الوقت نفسه ، تم إنشاء قوى رد فعل انضغاطية كبيرة ، وتشوهت العناصر المتصلة بشكل بلاستيكي ، مما يضمن اتصالها القوي. تم تجميع الجمالون وتركيبه على الوحدة الفيزيائية الفلكية "Kvant" للمجمع المداري "Mir" في عام 1991 في أربع جولات سير في الفضاء واستغرق الأمر يومًا كاملاً.

يمكن استخدام نفس مبادئ البناء لتركيب هياكل كبيرة الحجم تحت سطح البحر على أعماق كبيرة.

تستخدم أدوات التوصيل للتوصيل الميكانيكي الحراري للأنابيب في العديد من التصميمات (الشكل 1.3). يتم استخدامها لتوصيل خطوط الأنابيب للأنظمة الهيدروليكية للمقاتلة النفاثة F-14 ، ولم تقع حوادث تتعلق بتسرب الزيت. تتمثل ميزة أدوات التوصيل المصنوعة من سبائك ذاكرة الشكل ، بالإضافة إلى موثوقيتها العالية ، في عدم وجود تسخين بدرجة حرارة عالية (على عكس اللحام). لذلك ، لا تتدهور خصائص المواد الموجودة بالقرب من المفصل. اقتران من هذا القبيل

أرز. 1.3 ربط الأنابيب باستخدام تأثير ذاكرة الشكل:

أ -إدخال الأنابيب بعد توسيع أداة التوصيل ؛ ب- تدفئة

تستخدم الأنواع لخطوط أنابيب الغواصات النووية والسفن السطحية ، لإصلاح خطوط الأنابيب لضخ النفط من قاع البحر ، ولهذه الأغراض تستخدم وصلات ذات قطر كبير - حوالي 150 مم. في بعض الحالات ، يتم استخدام سبيكة Cu-Zn-A1 أيضًا لتصنيع أدوات التوصيل.

للتوصيل الثابت للأجزاء ، عادة ما تستخدم المسامير والبراغي. ومع ذلك ، إذا كان من المستحيل تنفيذ أي إجراء على الجانب الآخر من الأجزاء المثبتة (على سبيل المثال ، في هيكل مجوف مختوم) ، فإن إجراء عمليات التثبيت يكون صعبًا.

توقف سبيكة ذاكرة الشكل تسمح في هذه الحالات بالتثبيت باستخدام استعادة الشكل المكاني. تصنع السدادات من سبيكة لها تأثير ذاكرة الشكل ، وفي الحالة الأولية يكون للسدادة نهاية مفتوحة (الشكل 1.4 ، أ).قبل إجراء عملية التثبيت ، يتم غمر السدادة في الثلج الجاف أو الهواء السائل وتبريدها بشكل كافٍ ، وبعد ذلك يتم تقويم أطراف السدادة (الشكل 1.4 ، ب).يتم إدخال السدادة في فتحة ثابتة للتثبيت (الشكل 1.4 ، الخامس) ، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ، يتم استعادة الشكل ، وتتباعد أطراف الدبوس (الشكل 1.4 ، د) ، وتكتمل عملية التثبيت.

إن استخدام سبائك ذاكرة الشكل في الطب له أهمية خاصة. تطبيقهم يفتح إمكانيات واسعة

أرز. 1.4 مبدأ تشغيل السدادة مع تأثير ذاكرة الشكل لإمكانية إنشاء طرق علاج فعالة جديدة. يجب أن تحتوي السبائك المستخدمة في الطب على أكثر من مجرد خواص ميكانيكية عالية. يجب ألا تتآكل في بيئة بيولوجية ، ويجب أن يكون لها توافق بيولوجي مع أنسجة جسم الإنسان ، وتضمن عدم وجود سمية ، ومسببة للسرطان ، ومقاومة تكوين جلطات الدم ، والحفاظ على هذه الخصائص لفترة طويلة. إذا كان العضو المزروع ، المصنوع من المعدن ، نشطًا بالنسبة للبنية البيولوجية ، فهناك انحطاط (طفرة) في الخلايا البيولوجية للبنية المحيطية ، وتدفق الدم الالتهابي ، وضعف الدورة الدموية ، ثم موت البنية البيولوجية. إذا كان العضو المزروع خاملًا ، فإن بنية ليفية حوله تنشأ عن ألياف الكولاجين المتكونة من الخلايا الجرثومية الليفية. العضو المزروع مغطى بطبقة رقيقة من هذا الهيكل الليفي ويمكن أن يتواجد بثبات في الكائنات الحية.

أظهرت التجارب الخاصة التي أجريت على الحيوانات أن السبائك القائمة على نظام Ti-Ni لها توافق بيولوجي عند مستوى أو أعلى من الفولاذ المقاوم للتآكل وسبائك الكوبالت والكروم المستخدمة بشكل شائع ويمكن استخدامها كمواد وظيفية في الكائنات الحية. أظهر استخدام السبائك مع الشركات الصغيرة والمتوسطة في العلاج توافقها الجيد مع الأنسجة وغياب تفاعلات الرفض من قبل الهياكل البيولوجية لجسم الإنسان.

تصحيح العمود الفقري.الانحناءات المختلفة للعمود الفقري ، الخلقية والناجمة عن عادة أو حالة مؤلمة ، تؤدي إلى تشوه شديد عند المشي. هذا لا يسبب فقط ألمًا شديدًا ، ولكن له أيضًا تأثير ضار على الأعضاء الداخلية. في جراحة العظام ، عادةً ما يتم تصحيح العمود الفقري باستخدام قضيب هارنتون المصنوع من الفولاذ المقاوم للتآكل. عيب هذه الطريقة هو تقليل وقت الجهد التصحيحي الأولي. في غضون 20 دقيقة بعد التثبيت ، تنخفض قوة التصحيح بنسبة 20٪ ، وبعد 10-15 يومًا - حتى 30٪ من الأصل. يتطلب التصحيح الإضافي للجهد عمليات مؤلمة متكررة ولا يحقق الهدف دائمًا. إذا تم استخدام سبيكة SME لقضيب Harinton ، فيمكن تثبيت القضيب مرة واحدة ، ولا توجد حاجة لعملية متكررة. إذا تم تسخين قضيب Harinton بعد العملية إلى درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الجسم ، فيمكن عندئذٍ إنشاء القوة التصحيحية اللازمة. فعالة لهذا الغرض هي السبائك القائمة على Ti-Ni مع إضافات من النحاس ، والحديد ، والموليبدين ، وتظهر مرونة عالية في نطاق درجة الحرارة بعد الترميم

تخلق الأجهزة التصحيحية بمثل هذه السبائك ضغطًا ثابتًا على العمود الفقري خلال فترة العلاج بأكملها ، بغض النظر عن إزاحة نقاط الدعم للجهاز.

لوحة لتوصيل العظام.تتمثل طرق الرعاية الطبية في حالة كسور العظام في إصلاح منطقة الكسر في مثل هذه الحالة عندما تعمل قوة الانضغاط على العظم بمساعدة ألواح مصنوعة من الفولاذ المقاوم للتآكل أو سبائك Co-Cr.

إذا تم استخدام سبيكة ذاكرة الشكل للوحة التوصيل ، عندئذٍ يصبح من الممكن إصلاح منطقة الكسر بإحكام عن طريق التسخين الخارجي للوحة إلى درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الجسم بعد العملية ، بينما لا تكون هناك حاجة لإجراء طولي ضغط العظم أثناء العملية.

دبابيس الشعر داخل العظام.تستخدم هذه المسامير في تقديم الرعاية الطبية لكسور عظمة القصبة. علاوة على ذلك ، يتم إدخال المسامير ، المصنوعة أساسًا من الفولاذ المقاوم للصدأ ، حتى النخاع العظمي ، وبالتالي تثبيت العظم. بهذه الطريقة ، يتم تثبيت العظم بسبب الخصائص المرنة للفولاذ المقاوم للتآكل ، لذلك من الضروري إدخال دبوس بقطر أكبر من قطر الفتحة لخلق درجة كبيرة من التشوه. في هذا الصدد ، هناك خطر إتلاف الأنسجة في المنطقة التي يتم إدخال دبوس الشعر فيها.

يتم تبسيط الإجراء الجراحي باستخدام سبائك ذاكرة ذات شكل قائم على Ti-Ni للأزرار. يستعيد الكعب الخنجر المبرد مسبقًا شكله الأصلي في درجة حرارة الجسم ، مما يزيد من درجة التثبيت.

أجهزة الجر الهيكلية.تُستخدم خاصية المادة عند استعادة الشكل لإنشاء ضغوط كبيرة في نطاق درجة حرارة معين.

يتم استخدام الأجهزة لعلاج كسور العظام بشكل فعال عن طريق الجر الدائم والمتميز للهيكل العظمي.

سلك لتصحيح وضع الأسنان.لتصحيح وضع الأسنان ، على سبيل المثال ، سوء الإطباق ، يتم استخدام سلك مصنوع من الفولاذ المقاوم للتآكل ، مما يخلق قوة مرنة.

عيب سلك التصحيح هو انخفاض الاستطالة المرنة ، ونتيجة لذلك ، تشوه البلاستيك. عند صنع سلك من سبيكة Ti-Ni ، حتى مع وجود تشوه مرن بنسبة 10٪ ، لا يحدث تشوه بلاستيكي ، ويتم الحفاظ على القوة التصحيحية المثلى.

يرتبط التقدم التكنولوجي بالنمو المستمر في استهلاك الكهرباء. جعلت الاحتياطيات المحدودة من الوقود الأحفوري ، والتغلب على أزمة الطاقة والتكلفة المقبولة لإنتاج الكهرباء ، من الضروري استخدام الطاقة الذرية والبناء على نطاق واسع لمحطات الطاقة النووية (NPPs) في جميع البلدان المتقدمة في العالم. الطاقة النووية هي طاقة المستقبل.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، تختلف محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية قليلاً عن بعضها البعض. في محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية ، يتم إحضار الماء حتى الغليان ويتم تغذية البخار الناتج إلى شفرات التوربينات عالية السرعة ، مما يجبرها على الدوران. يتم توصيل عمود التوربين بعمود المولد ، والذي يولد طاقة كهربائية عند الدوران. يكمن الاختلاف بين محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية في طريقة تسخين الماء حتى الغليان. إذا تم حرق الفحم أو زيت الوقود في محطة طاقة حرارية لتسخين المياه ، فعندئذٍ في محطة طاقة نووية لهذا الغرض ، يتم استخدام الطاقة الحرارية لتفاعل تسلسلي متحكم فيه لانشطار اليورانيوم.

تستخدم معظم البلدان حاليًا مفاعلات الماء الخفيف لتوليد الطاقة. تحتوي المفاعلات من هذا النوع على تعديلين: مفاعلات الماء المضغوط (PWR) ومفاعلات الماء المغلي (BWR) ، والتي تعتبر مفاعلات الماء المضغوط أكثر شيوعًا منها.

في التين. يوضح الشكل 1.5 مخططًا لمحطة طاقة نووية مزودة بمفاعل ماء خفيف (ماء تحت ضغط). يحتوي وعاء المفاعل 9 على اللب 10 والدائرة الأولى. في الدائرة الأولى ، يدور الماء ، وهو ناقل للحرارة ويبطئ

أرز. 1.5 مخططانتقال الدفءما بين عناصر محطة PWR:

1 - قشرة خرسانية 2 - غلاف مصنوع من الفولاذ المقاوم للتآكل ؛ 3 - عنفة؛ 4 - مولد كهرباء؛ 5 - برج التبريد 6 - مكثف 7 - مولد البخار 8 - مضخة الدورة الدموية؛ 9 - وعاء المفاعل؛ 10 - منطقة نشطة 11 - معوض الضغط 12 - وعاء به رشاش. يزيل الماء الحرارة من القلب إلى التبادل الحراري (مولد البخار 7) ، حيث يتم نقل الحرارة إلى الحلقة الثانية ، حيث يتم توليد البخار. يتم تحويل الطاقة في المولد 4, حيث يستخدم البخار لتوليد الكهرباء. يتم وضع الدائرة الأولية مع جميع الأنابيب والمكونات في حاوية مصممة خصيصًا 12. وبالتالي ، فإن أي نواتج انشطارية مشعة يمكن أن تتسرب من الوقود إلى المياه الأولية يتم عزلها عن البيئة.

في الدائرة الأولى ، يكون الماء تحت ضغط 15.5 ميجا باسكال وبدرجة حرارة قصوى تبلغ 315 درجة مئوية. تمنع هذه الظروف الماء من الغليان ، لأن نقطة غليان الماء عند ضغط 15.5 ميجا باسكال أعلى بكثير من 315 درجة مئوية.

في كل مفاعل ، يتم ترك 16-25 خلية (حسب التصميم) مجانية لقضبان التحكم. يتم تحريكها بواسطة قضيب تحكم عبر غطاء وعاء المفاعل. بخار يخرج من التوربينات 3, يتكثف في مكثف مبرد بالماء 6, حيث يتم تفريغ الطاقة الحرارية المتبقية. بعض أنظمة التبريد تستخدم أبراج التبريد.

تبلغ تكلفة معدات المصنع التي تولد وتنقل الطاقة (وعاء المفاعل ، المبادلات الحرارية ، المضخات ، الخزانات ، خطوط الأنابيب) حوالي 90٪ من تكلفة المحطة. يجب تصميم المعدات وتصنيعها بشكل صحيح من مواد اقتصادية وموثوقة مضمونة.

تفرض الطاقة النووية طلبات عالية على مواد البناء المستخدمة وتكنولوجيا إنتاجها ومراقبة أدائها. التحولات الهيكلية تحت تأثير تشعيع المواد الإنشائية لها تأثير سلبي في المقام الأول على الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل. لجميع أنواع الإشعاع (النيوترونات ، أ-والجسيمات p ، والإشعاع y) أقوى تأثير يمارسه التشعيع النيوتروني.

مواد مقاومة للإشعاعتسمى المواد التي تحتفظ باستقرار البنية والخصائص تحت إشعاع النيوترون (الجدول 1.11).

معدل تآكل سبائك الألومنيوم في وسط مائي تحت ظروف التشعيع يزيد 2-3 مرات. فولاذ الكروم والنيكل الأوستنيتي الموجود في البخار الرطب عرضة للتآكل الحبيبي والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

إن أخطر عواقب التعرض للإشعاع هو التورم الإشعاعي. في التين. يوضح الشكل 1.6 خصائص الانتفاخ الإشعاعي لعدد من درجات الفولاذ والسبائك. يمكن قمع التورم عن طريق إعادة التركيب القسري الهيكلي الجدول 1.11

تأثيرات التشعيع النيوتروني على المواد المختلفة

التدفق المتكامل للنيوترونات السريعة ، نيوترون / سم 2	مادة	التعرض للإشعاع
	بولي تترافلوروإيثيلين ، أرضية وميثيل ميثاكريلات وسليلوز
		قلة المرونة
	عضوي السوائل	انبعاثات غازات
		زيادة قوة الخضوع
	البوليسترين	انخفاض قوة الشد
	سيراميك مواد	انخفاض في التوصيل الحراري والكثافة والتبلور
	بلاستيك	غير مناسب للاستخدام كمادة للبناء
	كربوني	انخفاض كبير في الليونة ، ومضاعفة إجهاد الخضوع ، وزيادة الانتقال من الكسر المطيل إلى الكسر الهش
	الفولاذ المقاوم للتآكل	زيادة قوة الخضوع بمقدار ثلاثة أضعاف
	الألومنيوم	ليونة منخفضة بدون تقصف كامل

المعادن بسبب التحلل المستمر للمحلول الصلب مع توسع معين في واجهة المصفوفة مع المرحلة الثانوية الناتجة. تعزز المجالات القوية للضغوط الهيكلية التي تنشأ أثناء التحلل إعادة تركيب العيوب التي يسببها الإشعاع وتقليل التورم بشكل كبير. التصلب المتطور لهطول الأمطار هو وسيلة لقمع التورم الإشعاعي.

يمكن تحقيق مقاومة مواد المفاعل للإشعاع عند استيفاء مجموعة من الشروط. وتشمل هذه

أرز. 1.6

الخامس - الصوت؛ DR - تغيير الحجم

التركيب الكيميائي الأمثل وهيكل المواد ، وظروف عملها: مستويات درجة حرارة التشغيل ، وتدفق النيوترونات وخصائص الوسط المسبب للتآكل.

هناك عدد من المواد المعدنية (السبائك المعدنية) التي يمكن أن تعود إلى شكلها الأصلي بعد التشوه الأولي - ما يسمى. تشكيل معادن الذاكرة.

وصف:

أحد المفاهيم الأساسية للناس حول ظواهر العالم الخارجي هو متانة وموثوقية المنتجات والهياكل المعدنية التي تحتفظ بشكل ثابت بشكلها الوظيفي لفترة طويلة ، ما لم تتعرض بالطبع لتأثيرات فوق الحرجة. ومع ذلك ، هناك عدد من المواد المعدنية (السبائك المعدنية) التي يمكن أن تعود إلى شكلها الأصلي بعد التشوه الأولي - ما يسمى. المعادنمع ذاكرة الشكل.

تأثير ذاكرة الشكل هو ظاهرة تعود إلى شكلها الأصلي عند التسخين ، والتي لوحظت في بعض المواد المعدنية بعد تشوه أولي.

لفهم تأثير ذاكرة الشكل ، يكفي أن نرى مظاهره مرة واحدة:

1. يوجد سلك معدني.

2. هذا السلك عازمة.

3. نبدأ في تسخين السلك.

4. عند تسخينها ، يتم تقويم السلك ، واستعادة شكله الأصلي.

يعتمد تأثير ذاكرة الشكل على درجة السبيكة بتركيبة كيميائية متسقة بدقة. هذا يعتمد على درجة حرارة التحولات المارتينزيتية. يتجلى تأثير ذاكرة الشكل فقط خلال التحولات المارتنسيتية الحرارية ويمكن أن تتجلى في عدة ملايين من الدورات.

يمكن تحسين تأثير ذاكرة الشكل للسبائك من خلال المعالجات الحرارية الأولية. تكون تأثيرات ذاكرة الشكل العكسي ممكنة ، عندما "يتذكر" شكل ذاكرة معدنية عند درجة حرارة واحدة شكلاً ، وعند درجة حرارة مختلفة - أخرى.

تمتلك المعادن التالية وسبائكها ذاكرة شكل بدرجات متفاوتة: Ni - Ti، Ni - Al، Ni - Co؛ Ti - ملحوظة ؛ Au - Cd ؛ Fe - Ni ، Fe - Mn - Si ؛ Cu - Al ، Cu - Mn ، Cu - Al - Ni ، Cu - Zn - Al ، إلخ.

Fe - Mn - Si هو أرخص سبيكة.

آلية تنفيذ تأثير ذاكرة الشكل:

1. في الحالة الأولية ، يوجد هيكل معين في المادة (يشار إليه بمربعات منتظمة في الشكل).

2. أثناء التشوه ، يتم شد الطبقات الخارجية للمادة ، ويتم ضغط الطبقات الداخلية. في المواد ذات ذاكرة الشكل ، يكون المارتنسيت مرنًا حراريًا.

3. عند تسخينها ، تبدأ المرونة الحرارية لألواح المارتينسيت في الظهور ، أي تنشأ فيها ضغوط داخلية تميل إلى إعادة الهيكل إلى حالته الأصلية.

4. بما أن الألواح الخارجية الممدودة مضغوطة ، والألواح الداخلية المسطحة ممتدة ، فإن المادة ككل تقوم بالتشوه التلقائي في الاتجاه المعاكس وتستعيد هيكلها الأصلي ، ومعها شكلها.

في عملية إظهار تأثير ذاكرة الشكل ، تشارك التحولات المارتينزيتية المباشرة والعكسية. التحول المارتنزيتي هو تحول متعدد الأشكال يحدث فيه تغيير في الترتيب المتبادل للذرات التي تشكل بلورة عن طريق إزاحتها المنظمة ، وتكون الإزاحات النسبية للذرات المجاورة صغيرة مقارنة بالمسافة بين الذرات.

يُفهم التحول المارتنسيتي المباشر على أنه التحول من مرحلة مكعبة مركزية الوجه ذات درجة حرارة عالية (الأوستينيت) إلى مرحلة منخفضة درجة الحرارة تتمحور حول الجسم (α-martensite). التحول العكسي من المرحلة التكعيبية المتمحورة حول الجسم إلى المرحلة التكعيبية المتمحورة حول الوجه.

نيكليد التيتانيوم:

نيكليد التيتانيوم هو الرائد بين مواد ذاكرة الشكل من حيث التطبيق والدراسة.

نيكلوريد التيتانيومهو مركب بيني فلزات له تكوين متساوي الذرات بوزن 55 وزن. ٪ ني. نقطة الانصهار 1240-1310 درجة مئوية ، الكثافة 6.45 جم / سم 3. يخضع الهيكل الأولي لنيكليد التيتانيوم ، وهو عبارة عن شعرية مكعبة ثابتة محورها الجسم ، لتحول مارتنسيتي مرن حراريًا عند حدوث تشوه.

نيكلوريد التيتانيوميمتلك:

– مقاومة ممتازة للتآكل ،

– قوة عالية،

– خصائص الذاكرة جيدة الشكل ،

– التوافق الجيد مع البث المباشر الكائنات الحية,

– قدرة عالية على التخميد (امتصاص الضوضاء والاهتزاز).

سبائك ذاكرة على شكل Ni-Ti فائقة المرونة - في العلوم والتكنولوجيا والطب.

تعود المعلومات الأولى عن استخدام سبائك ذاكرة الشكل إلى حوالي القرنين الخامس عشر والثالث عشر. قبل الميلاد هـ: "... سأل الله عما في يده. أجاب موسى: "العصا". قال الله: "ألقوه على الأرض" ، وتحولت العصا فجأة إلى أفعى ، ولكن عندما أخذها موسى في يديه ، صار مرة أخرى عصا ... ". هذا مثال كلاسيكي على تطبيق سبيكة ذاكرة الشكل ذات ذاكرة قابلة للعكس.

أصبحت الأساطير الكتابية اليوم حقيقة واقعة. بدأ التاريخ الحديث لسبائك ذاكرة الشكل في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين ، عندما ج. وهاندرسون إل جي. لاحظوا أن السبيكة التي درسوها لها تأثير ذاكرة الشكل. في وقت لاحق ، تم التعرف على هذا التأثير كاكتشاف وحصل على اسم كورديوموف. سرعان ما أصبح تأثير ذاكرة الشكل الفريد معروفًا في جميع أنحاء العالم وحتى الآن ، تم تطوير أكثر من 120 سبيكة ذاتية الشفاء. هذه سبائك تعتمد على أنظمة المعادن Au-Cd و Cu-Zn-Al و Cu-Al-Ni و Fe-Mn-S و Fe-Ni و Cu-Al و Cu-Mn و Co-Ni و Ni-Ti و Ni- آل وغيرها.

ترجع تأثيرات ذاكرة الشكل ، وذاكرة الشكل القابلة للعكس ، والمرونة الفائقة في السبائك المذكورة أعلاه إلى الانعكاس الميكروسكوب للتحولات الهيكلية الدقيقة والنانوية للشبكة البلورية أثناء تحول طور الأوستينيت-مارتينسيتي متعدد الأشكال من النوع الأول ، وبالتالي فإن هذه الخصائص هي يتم الاحتفاظ بها طوال عمر منتج معين تقريبًا. في الحياة ، يتم تنفيذ العمليات الفيزيائية في المعدن تقريبًا على النحو التالي.

إذا تم تطبيق قوة ميكانيكية صغيرة ، فيمكن إعطاء أي تكوين لمقالة مصنوعة من سبيكة في حالة مارتينسيتية مبردة ، بل ويمكن تمديدها بنسبة 7-8٪ ، وفي بعض الحالات تصل إلى 12٪ ، بطول نسبي ، مثل الشريط المطاطي. سيستمر هذا التكوين حتى يتم تسخين الجسم إلى درجة حرارة بداية التحول الأوستنيتي ، وأثناء التسخين إلى درجة حرارة اكتمال التحول الأوستنيتي ، لا تنتقل السبيكة إلى مرحلة الأوستينيت ، وتستعيد شكلها السابق تمامًا وتحقق شكل تأثير الذاكرة.

إذا كان التأثير الخارجي على عنصر معالج بشكل خاص مصنوع من سبيكة ذاكرة الشكل محدودًا فقط عن طريق التسخين والتبريد في نطاق درجة حرارة تحولات الأوستينيت-مارتينسيتس المكتملة ، فإن العنصر سينحني تلقائيًا ، عند التسخين وعند التبريد ، محققًا التأثير من ذاكرة الشكل القابل للعكس. في الوقت نفسه ، مثل العناصر الحاملة المحملة على النحو الأمثل لأي هياكل معدنية ، يمكن أن يكون هذا العنصر على شكل سلك رفيع مستقيم الخط يعمل في حالة توتر ، وهو قادر على حدوث تشوه تلقائي بشكل لا نهائي تقريبًا أثناء التسخين والتبريد بنسبة 2٪ من الطول النسبي ، الذي يولد ، عند تسخينه ، أكبر بمئات المرات من العناصر ثنائية المعدن من نفس كتلة القوة.

يتم تحقيق تأثير المرونة الفائقة في منتج سبيكة ذاكرة الشكل يقع في منطقة درجة الحرارة لحالة الأوستنيتي المستقرة. إذا تم ، في نفس الوقت ، تشوه منتج مصنوع من سبيكة ذاكرة الشكل ، مما يؤدي إلى تحفيز التحول المارتيني عند درجة حرارة ثابتة عن طريق قوة قسرية ، ثم بعد إزالة هذا التأثير ، فإن العنصر ، مثل الزنبرك ، سوف العودة بالكامل لشكلها الأصلي. الاختلاف الوحيد هو أنه ، على عكس أفضل الينابيع ، سيكون لها مورد لا ينضب تقريبًا ، ولأنها ذات شكل خيط مستقيم ، يمكن أن تتشوه بشكل فائق بنسبة 7-8٪ من طولها النسبي ، وتخزن طاقة أكثر بعشر مرات من ربيع تقليدي.

يتم التعبير بوضوح عن تأثير ذاكرة الشكل في السبائك ، على سبيل المثال ، بناءً على Ni-Ti ، بحيث يمكن ضبط نطاق درجة الحرارة بدقة كبيرة من عدة درجات إلى عشرات الدرجات عن طريق إدخال عناصر سبيكة إضافية متنوعة في السبيكة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن السبائك القائمة على Ni-Ti ، والتي حصلت على الاسم المقبول في جميع أنحاء العالم باسم nitinol ، متقدمة جدًا تقنيًا في المعالجة ، ومقاومة للتآكل ولها خصائص فيزيائية وميكانيكية ممتازة: على سبيل المثال ، القوة المطلقة للنيتينول تتراوح من 770-1100 ميجا باسكال ، والتي تتوافق مع الخصائص المماثلة لمعظم الفولاذ ، وقدرة التخميد أعلى من قدرة الحديد الزهر ، والليونة العالية والقدرة على تذكر الشكل حتى مليون مرة. سطح عناصر النيتينول ، مثل عناصر العديد من سبائك التيتانيوم ، مغطى بثاني أكسيد التيتانيوم ، والذي يحدد مقاومة التآكل لمياه البحر ، والمياه المالحة ، ومعظم الأحماض والقلويات. يتم إنتاج منتجات النيتينول شبه المصنعة على شكل قضبان وأسلاك وأنابيب وصفائح
(الشكل 1) العيب الوحيد للنتنول هو التكلفة العالية جدًا لإنتاج المنتجات شبه المصنعة ، المرتبطة بأكسدة التيتانيوم العالية جدًا ، والتي تشكل جزءًا من تركيبته.

أتاح مزيج فريد من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية استخدام سبائك ذاكرة الشكل في جميع المجالات تقريبًا حيث يمكن استخدام المواد المعدنية ، بما في ذلك الطب والفضاء والتعدين وإنتاج جميع أنواع أجهزة استشعار درجة الحرارة والمشغلات والروبوتات في إنشاء الأجهزة الميكانيكية الحرارية وتطوير تقنيات فريدة ، إلخ.

الدواء:

- القفازات المستخدمة في عملية إعادة التأهيل والمصممة لإعادة تنشيط مجموعات العضلات النشطة التي تعاني من ضعف وظيفي (مفاصل المعصم ، الكوع ، الكتف ، الكاحل والركبة).

- ملفات منع الحمل ، والتي ، بعد إدخالها ، تكتسب شكلاً وظيفيًا تحت تأثير درجة حرارة الجسم.

- مرشحات لإدخالها في أوعية الجهاز الدوري. يتم إدخالها في شكل سلك مستقيم باستخدام قسطرة ، وبعد ذلك تأخذ شكل المرشحات في مكان معين.

- مشابك لقرص الأوردة الضعيفة.

- عضلات اصطناعية تعمل بالتيار الكهربائي.

- دبابيس التثبيت والمراسي الديناميكية المصممة لتثبيت الأطراف الاصطناعية في العظام (الشكل 2).

- جهاز التمديد الاصطناعي لما يسمى بالأطراف الاصطناعية المتنامية عند الأطفال.

- استبدال غضروف رأس الفخذ. تصبح المادة البديلة ذاتية التثبيت تحت تأثير شكل كروي (رأس عظمة الفخذ).

- قضبان لتصحيح العمود الفقري في الجنف.

- عناصر تثبيت لقط مؤقتة لزرع عدسة اصطناعية.

- إطار النظارة (الجزء السفلي). نظرًا لتأثير المرونة الفائقة ، لا تنزلق العدسات الزجاجية والبلاستيكية عند التبريد. لا يتمدد الإطار عند مسح العدسات أو استخدامها لفترة طويلة.

- يزرع العظام.

- سلك لتصحيح الاسنان.

- الغرز للخياطة.

- نيتينول مسامية لاستبدال عيوب العظام وعلاج الجروح المصابة.

- شبكات إزالة الفتق عند الإنسان والحيوان.

- فئة جديدة من المواد المركبة "بيوسيراميك - نيكليد التيتانيوم" لطب الأسنان العظمي (قوالب). في مثل هذه المركبات ، يتمتع أحد المكونات (نيكليد التيتانيوم) بمرونة فائقة وذاكرة الشكل ، بينما يحتفظ الآخر بخصائص السيراميك الحيوي ، ونتيجة لذلك يكون التشوه قابلاً للانعكاس.

أجهزة استشعار الحرارة وأجهزة الإنذار:

- إنذار حريق (شكل 3) ، مخمدات حريق.

- أجهزة إنذار الحمام.

- فتيل التيار الكهربائي (حماية الدوائر الكهربائية).

- جهاز للفتح والغلق الأوتوماتيكي لشبابيك البيوت البلاستيكية.

- خزانات غلايات استرداد الحرارة.

- قواطع إلكترونية.

- نظام منع خروج الغازات المحتوية على أبخرة الوقود (في السيارات).

- جهاز لإزالة الحرارة من المبرد.

- جهاز لتشغيل كشافات الضباب.

- منظم درجة حرارة حاضنة.

- صمامات التحكم لأجهزة التبريد والتدفئة والمحركات الحرارية. صمام استشعار مكيف هواء الغرفة (يضبط اتجاه الرياح في منفذ تطهير مكيف الهواء).

- صانع القهوة. تحديد درجة حرارة التبخر ، وكذلك لصمامات التشغيل / الإيقاف والمفاتيح.

- محضر طعام كهرومغناطيسي. يتم التسخين عن طريق التيارات الدوامة التي تنشأ في قاع المقلاة تحت تأثير مجالات القوة المغناطيسية. يتم تحذير التسخين من خلال إشارة ناتجة عن عمل مزدوج حراري لنيكل التيتانيوم.

- ختم حالات الدوائر الدقيقة.

- طباخ إلكتروني من نوع الحمل الحراري. يتم استخدام مستشعر نيكليد التيتانيوم لتبديل التهوية أثناء تسخين الميكروويف والتدفئة مع تدوير الهواء الساخن.

- تصنيع أدوات التثبيت المختلفة.

الفراغ:

- هوائيات الأقمار الصناعية الأرضية.

- الوصلات التي تشكل وصلات مانعة لتسرب الهواء للعمل في الأماكن المفتوحة. تستخدم أدوات التوصيل أيضًا في هندسة الطيران والسيارات.

علم الروبوتات.صنع روبوتات ذات دعامة للكتف ومفصل كوع ومعصم وقبضة تتمتع بخمس درجات من الحرية. يتم توفير ثني الرسغ والقبض وفك المقبض بواسطة لولب مصنوع من سبيكة Ti-Ni ، ويتم توفير عمل المفصلة ودعم الكتف عن طريق إطالة أو التعاقد على سلك من نفس السبيكة. يتم تنظيم موضع اليد وسرعة العمل عن طريق التدفق الحالي المباشر بعرض نبض معدل. نعومة عمل الروبوت ترجع إلى حقيقة أن القيمة المعطاة للقوة (قوة استعادة ذاكرة الشكل) تتوافق مع قيمة المعلمة الخاضعة للرقابة (الحالية). تقترب حركات الروبوت من عمل الآلية العضلية.

الصناعات الاستخراجية.تصنيع نظام قاع البئر ذكي مؤتمت بالكامل. في مرافق الإنتاج الحالية ، يتم إتقان إنتاج أجهزة عالية التقنية وعالية الأداء في قاع البئر على أساس هياكل مصنوعة من أجهزة وأفلام النيتينول النانوية ، ويمكن الاعتماد عليها في الظروف القاسية لانخفاض الضغط ودرجة الحرارة ، المدمجة ، سهلة التصنيع والتشغيل . إن استخدام هذه الآبار الذكية سيجعل من المربح تطوير حقول جديدة يصعب الوصول إليها ذات جيولوجيا معقدة ، وإحياء إنتاج النفط في الآبار المعلقة ، مما سيؤدي في النهاية إلى خفض تكاليف تشغيل شركات النفط ، وتوسيع قاعدة مواردها وزيادة إيرادات الميزانية.

استخدامات اخرى. يستخدم النيتينول في محركات أقراص المسجل. يتم تحويل إشارة الإدخال للمسجل إلى تيار كهربائي ، مما يؤدي إلى تسخين سلك النيتينول. بإطالة السلك وتقصيره ، يتم تشغيل قلم المسجل. نظرًا لأن آلية القيادة بسيطة جدًا ، فإن الأعطال نادرة للغاية.

تُستخدم خاصية المرونة الفائقة لسبائك ذاكرة الشكل لإنشاء نوابض ومراكم عالية الكفاءة للطاقة الميكانيكية ، لإنشاء مقاطع كروية فائقة المرونة تعمل في درجات حرارة محددة ، وهوائيات لأجهزة الإرسال والاستقبال (الشكل 4).

كان أول استخدام واسع النطاق لأسلاك النيتينول في صناعة النسيج (البراسيير). بحلول عام 1986 ، تم إنتاج أكثر من 1.5 مليون من هذه العناصر.

مادة مدهشة وعالية التقنية وسهلة التصنيع والاستخدام مع ذاكرة الشكل تأخذ مكانًا متزايدًا في حياتنا تدريجياً. يتزايد نطاق تطبيق هذه المواد يومًا بعد يوم ويعد بالعديد من الأشياء الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر أهمية. ويمكننا القول بثقة أن هذا هو مادة المستقبل.

لتصنيع جميع الأجهزة المذكورة أعلاه ، وليس فقط ، نستخدم قضبان وأنابيب وأسلاك وألواح نيتينول ، تم إنتاجها بنجاح بواسطة LLC "NiTiMet Company" (www.site) ، الشركة المصنعة الوحيدة للنيتينول في الاتحاد الروسي اليوم.

1. العهد القديم. الإعدامات المصرية. عصا موسى وعصا غضب الله (سفر الخروج ، الفصل 4-11)

2. Likhachev V.A. وغيرها تأثير الذاكرة الشكل. L.، دار النشر LSU.187. 216 ثانية.

3. تيخونوف أ. وغيرها تطبيق تأثير ذاكرة الشكل في الهندسة الميكانيكية الحديثة. M. الهندسة الميكانيكية. 1981.81 ق.

4. خاشين ف. شكل الذاكرة. م ، المعرفة .1984. 62 ثانية.

5. Ootsuka K. ، Shimizu K. ، Suzuki Yu. سبائك ذاكرة الشكل: Trans. مع جب. / إد. H. Funakubo. م ، علم المعادن. 1990.224 ق.

6. Shishkin S.V. ، Makhutov N.A. حساب وتصميم الهياكل الحاملة على أساس سبائك ذاكرة الشكل. إيجيفسك: مركز النشر العلمي "ديناميكيات منتظمة وفوضوية". 2007.412 ق.

7. تشكيل سبائك الذاكرة في الطب. / ف. غونتر ، في. كوتينكو ، م. ميرجزيزوف ، ف. Polenichkin ، I.A. فيتيوجوف و في. إيتين ، ر. زيغانشين ، ف. تيميرخانوف. تومسك: دار النشر بجامعة تومسك. 1986.208 ص.

8. سبائك ذاكرة ذات شكل فائق المرونة في العلوم والتكنولوجيا والطب. المرجع والطبعة الببليوغرافية. / S. A. Muslov، V.A. أندريف ، أ. بونداريف ، بي يو. سوخوتشيف. م ، دار نشر "فوليوم". 2010.456 ص.

9. موقع شركة NiTiMet ذات المسؤولية المحدودة. [مورد إلكتروني] شركة NiTiMET. URL: http: //www..php (تاريخ الوصول: 12.02.2013).

سبائك ذاكرة الشكل [مورد الكتروني] // فكيبيديا. 2013. URL: http://ru.wikipedia.org/ (تاريخ الوصول: 12.02.2013).

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

تم النشر على http: //www.site/

الوكالة الفيدرالية لتعليم الاتحاد الروسي

المؤسسة التعليمية الحكومية

التعليم المهني العالي

"جامعة ليبتسك الحكومية التقنية"

قسم علم المعادن الفيزيائية

نبذة مختصرة

حول موضوع: "مأجزاء بذاكرة الشكل "

ليبيتسك 2010

يتم حاليًا دراسة تأثير ذاكرة الشكل (SME) في المعادن ، والذي يعتبر اكتشافه بحق أحد أهم الإنجازات في علم المواد ، بشكل مكثف وتطبيقه بنجاح في عدد من الحالات في مجال التكنولوجيا.

يتم تحديد الاهتمام العلمي بهذه الظاهرة من خلال الرغبة في فهم الطبيعة الفيزيائية وآلية الشركات الصغيرة والمتوسطة ، مما يوسع المفاهيم الأساسية للسلوك غير المرن للمواد الصلبة. من وجهة نظر عملية ، تم تحفيز هذه الدراسات من خلال حقيقة أن الشركات الصغيرة والمتوسطة في مجال المعادن تفتح بالفعل آفاقًا واسعة للتطبيق في التكنولوجيا ، مما يجعل من الممكن إنشاء عناصر وأجهزة ذات خصائص وظيفية جديدة بشكل أساسي.

حتى وقت قريب ، كان التشوه غير المرن يعتبر من البلاستيك ويعتبر غير قابل للإصلاح. يحدث تشوه البلورات البلاستيكي بسبب حركة عيوب الشبكة البلورية - ناقلات التشوه الأولية ، وهي عيوب نقطية و (أو) خلع. من المهم التأكيد على أنه ، في الحالة العامة ، قد يكون ترتيب الاضطرابات و (أو) عيوب النقاط في المواضع الجديدة بعد التشوه بعد إزالة الحمل مستقرًا ، أي لا يفضل تلك الأصلية. والنتيجة هي الاستمرارية شبه الكاملة للتشوه غير المرن. التأثير الميكانيكي الملاحظ في الممارسة العملية ، المرتبط ببعض الحركة العكسية للعيوب بعد التفريغ ، لا يتجاوز 10-4-10-3 التشوه النسبي ويمكن إهماله.

إلى جانب الآليات المذكورة أعلاه ، يمكن أن يحدث تشوه البلاستيك بسبب التوأمة الميكانيكية للبلورة.

أثبتت الدراسات التي أجريت في العقود الأخيرة أن هناك فئة واسعة من المواد (السبائك القائمة على نيكلوريد التيتانيوم والنحاس والبرونز بتكوين معقد ، وما إلى ذلك) ، حيث يتم تنفيذ الفعل الأولي من اللدونة بسبب التحول المارتيني القابل للانعكاس ، والمرونة التوأمة وعدد من العمليات الأخرى التي تغير بشكل جذري انتظام التشوه غير المرن. في هذه السبائك ، على وجه الخصوص ، يمكن ملاحظة الانعكاس الكامل أو الجزئي للتشوه غير المرن ، الذي يسمى تأثير ذاكرة الشكل.

تعتمد الشركات الصغيرة والمتوسطة في معظم السبائك على ما يسمى بالتحولات المارتنسيتية الحرارية اللدنة (TUMT). تستند نظرية التحولات مارتينسيت على المفاهيم الأساسية للطبيعة المنتظمة لإعادة ترتيب الشبكة البلورية وتماسك أطوار التعايش من الأوستينيت (A) والمارتينسيت (M) ، التي صاغها G.V. كورديوموف (تسمى مرحلة الحرارة المرتفعة عادة الأوستينيت ، ودرجة الحرارة المنخفضة - مارتينسيت).

بالنسبة للسبائك التي تحتوي على TUMP ، يظهر اعتماد درجة الحرارة لتكوين الطور في الشكل. واحد.

عندما يتم تبريد المادة من الحالة الأوستنيتية ، يبدأ المارتينسيت بالتشكل عند درجة حرارة معينة Mn. مع مزيد من التبريد ، تزداد كمية طور مارتينسيت ، وينتهي التحول الكامل للأوستينيت إلى مارتينسيت عند درجة حرارة معينة Mk. تحت درجة الحرارة هذه ، تظل مرحلة المارتنسيت فقط مستقرة ديناميكيًا. عند التسخين ، يبدأ تحويل المارتينسيت إلى الأوستينيت عند درجة حرارة معينة ، وينتهي تمامًا عند درجة حرارة أك. ينتج عن التدوير الحراري الكامل حلقة تخلفية. يمكن أن يختلف عرض حلقة التباطؤ على مقياس درجة الحرارة Ak-Mn أو An-Mk باختلاف المواد: واسعة أو ضيقة (الشكل 1 ، أ و ب). في ظل وجود ضغوط ميكانيكية ، يمكن أن تتحول درجات الحرارة Mn و Mk و An و Ak نحو درجات حرارة أعلى ، وفي هذه الحالة يتم الإشارة إليها كـ ، و.

أرز. 1 - اعتماد تكوين الطور للسبيكة على درجة الحرارة: أ) التباطؤ الواسع ؛ ب) التباطؤ الضيق

من المهم أن نلاحظ أنه في TUMT (على عكس التحولات المارتينزية التقليدية ، على سبيل المثال ، في الفولاذ) ، تظل الواجهات بين A و M متماسكة وسهلة الحركة. عند التبريد (التحول المباشر) في نطاق درجة الحرارة (Mn-Mk) ، تتكوّن بلورات مارتينسيت وتنمو ، وعند التسخين (التحول العكسي) في نطاق درجة الحرارة (An-Ak) ، تختفي بلورات مارتينسيت (تتحول إلى الأوستينيت) في الاتجاه المعاكس تسلسل (الشكل 2).

أرز. 2 - نمو واختفاء بلورات المارتينسايت عند التبريد والتسخين (سبيكة نحاس -المن)

بالنسبة للمادة المتناحرة في حالة عدم وجود ضغوط خارجية ، فإن صفائح مارتينسيت المتكونة أثناء التحول المباشر ليس لها اتجاه مفضل ، ويتم تعويض تشوهات القص المحلية في المتوسط ​​على الحجم. في عملية التحويل العكسي (M ® A) ، تتم إعادة ترتيب الشبكة في الأصل بشكل صارم في التسلسل العكسي. في هذه الحالة ، لم يلاحظ أي تغيير مجهري في شكل المادة ، باستثناء تغيير طفيف في الحجم (على سبيل المثال ، بالنسبة للسبيكة القائمة على TiNi ، يكون التغيير في الحجم حوالي 0.34٪ ، وهو ترتيب من حجم أقل من الفولاذ (»4٪)).

في حالة وجود ضغوط موجهة في المادة (على سبيل المثال ، تأثير الحمل الخارجي) ، تكتسب صفائح مارتينسيت اتجاهًا سائدًا ، وتؤدي تشوهات القص المحلية إلى تغيير مجهري في شكل العينة (Le Chatelier مبدأ البني). في عملية التحويل العكسي (M ® A) ، تحدث إعادة ترتيب الشبكة وفقًا لمبدأ "الخلف تمامًا" ، بينما تختفي تشوهات القص المحلية ، وبالتالي ، يتم التخلص من تغيير الشكل العياني. يتم تفسير المظهر الخارجي لسلوك هذه المادة على أنه شركة صغيرة ومتوسطة الحجم.

من أجل الاستعادة الكاملة للشكل ، من الضروري أن يكون التحول المارتيني قابلاً للانعكاس من الناحية البلورية. إن الانعكاس البلوري للتحول لا يشمل فقط استعادة الهيكل البلوري ، الذي يعتمد على التحول العكسي ، ولكن أيضًا استعادة الاتجاه البلوري للمرحلة الأولية قبل التحول. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إجراء التشوه دون مشاركة الانزلاق ، لأن الانزلاق عملية لا رجعة فيها ، وعند تسخينها ، لا يتم التخلص من التشوه.

يمكن أن يبدأ التحول المارتنسي ليس فقط من خلال تغيير درجة الحرارة ، ولكن أيضًا عن طريق القوى الميكانيكية. وفقًا لما سبق ، يتم تمييز المارتنسيت الحراري والمارتنسيت الميكانيكي ، وعند تحليل مخططات الطور (الشكل 1) ، يتم عادةً إدخال ثلاث درجات حرارة مميزة أخرى: T0 ، Md ، Ad ، حيث T0 هي درجة حرارة التوازن الديناميكي الحراري ؛ Md هي درجة الحرارة التي يمكن أن ينشأ المارتينسيت تحتها ليس فقط نتيجة لانخفاض درجة الحرارة ، ولكن أيضًا تحت تأثير الإجهاد الميكانيكي ؛ الجحيم هو درجة الحرارة التي يمكن أن يظهر فوقها الأوستينيت ليس فقط نتيجة للتدفئة ، ولكن أيضًا تحت تأثير الضغوط الميكانيكية.

يؤثر موقع درجات الحرارة هذه بالنسبة إلى حلقة التخلفية على سلوك المادة تحت تأثير الحرارة والقوة. في حالة التباطؤ الضيق (الشكل 1 ، ب) ، قد تكون درجة حرارة Md على يمين درجة حرارة نهاية التحول الأوستنيتي Ak ، وبتباطؤ واسع - إلى يسار درجة الحرارة هذه (الشكل 25.1 ، أ).

في السبائك ذات التباطؤ الضيق ، سيكون المارتينسيت المستحث ، أي المارتينسيت المتشكل تحت تأثير حمل خارجي عند درجات حرارة أقل من Md (ولكن أعلى من Ak) ، غير مستقر ديناميكيًا ويجب أن يختفي عند التفريغ. في التين. في الشكل 1 ، يشار تقليديًا إلى التحولات الأوستينيت-مارتينسيت بواسطة الأسهم العمودية. في مثل هذه المواد ، لوحظ ما يسمى بتأثير المرونة الزائفة ، والذي يرتبط بوضوح بهذه الظواهر.

مع التباطؤ الواسع ، فإن المارتينسيت الميكانيكي المستحث سيكون مستقرًا ديناميكيًا ويتم الاحتفاظ به أثناء التفريغ. في هذه الحالة ، ستختفي التشوهات فقط بعد التسخين ، أي. بعد الانتهاء من التفاعل M A.

الآثار الرئيسية للسلوك الحراري الميكانيكي للمواد مع الشركات الصغيرة والمتوسطة

يختلف مخطط التشوه للمواد الصغيرة والمتوسطة التي تخضع لتحولات الطور العكسي (الشكل 3) اختلافًا كبيرًا عن مخطط المواد التقليدية. بعد التشوه المرن (القسم 0 أ) ، تخضع المادة لتشوه بلاستيكي كبير مع صلابة إجهاد قليلة جدًا (القسم AB) ، حيث تكون اللدونة ناتجة عن تحول الطور. يستمر تشوه المواد كالمعتاد (القسم BCD). عادةً ما يُطلق على الإجهاد المقابل لبداية تشوه البلاستيك (النقطة أ) المرتبط بتحولات الطور إجهاد إنتاج الطور ، على عكس نقطة العائد المعتادة.

يعتمد إجهاد إنتاج المرحلة على درجة حرارة الاختبار (الشكل 3 ، ب) وله قيمة دنيا عند درجة حرارة قريبة من Mn.

يصاحب حدوث تحولات الطور العكسي في السبائك مع الشركات الصغيرة والمتوسطة عدد من التأثيرات الميكانيكية الحرارية غير العادية ، والتي يتم النظر في أهمها أدناه.

تأثير اللدونة التحويلية (EPP)

يمكن توضيح هذا التأثير على النحو التالي. يتم تحميل عينة من سبيكة ذات منشأة صغيرة ومتوسطة عند درجة حرارة أعلى (في حالة الأوستنيتي) بقوة P (الشكل 4) ثم يتم تبريدها. في نطاق درجة الحرارة ، لوحظ تراكم شديد للتشوه e pp نتيجة للتفاعل المارتينزيتي المباشر. بعد إزالة الحمل ، يبقى التشوه ص ص. عند التسخين اللاحق للعينة المشوهة في نطاق درجة الحرارة ، يتم التخلص من التشوه e pp ، وهو عرض توضيحي للشركات الصغيرة والمتوسطة. هناك علاقة خطية بين البريد الإلكتروني والضغوط المطبقة حتى قيم معينة ، والتي فوقها يتم ملاحظة الانحرافات ذات الطبيعة المختلفة.

أرز. 3 - مخطط مخطط التشوه (أ) واعتماد إجهاد إنتاج المرحلة على درجة حرارة الاختبار (ب) للمادة مع SME

سبيكة معدنية شكل الذاكرة

أرز. 4 - تراكم التشوه تحت الحمل أثناء التبريد (الخط الصلب) والقضاء عليه أثناء التسخين بدون تحميل (خطوط متقطعة)

تأثير الذاكرة الشكل

يمكن توضيح ظاهرة الشركات الصغيرة والمتوسطة على النحو التالي. العينة مشوهة (على سبيل المثال ، بالتمدد) عند درجة حرارة أقل من Md (الشكل 5 ، أ). عندما يتم الوصول إلى الضغط ، يتم تشويه العينة بشكل بلاستيكي (القسم AB) ، ويسمى هذا التشوه بالمرحلة (e f) ، نظرًا لأنه ناتج عن تحولات الطور "austenite-martensite" أو "martensite-martensite" أو مجموعاتها. في بعض الحالات ، يمكن أن يستمر تشوه الطور البلاستيكي في عدة مراحل ، والتي تحددها تحولات الطور متعدد المراحل.

أرز. 5- مخطط تنفيذ المنشأة الصغيرة والمتوسطة (أ) واعتماد درجة استعادة الشكل على التشوه الأولي (ب)

بعد التفريغ (القسم قبل الميلاد) ، يتم الاحتفاظ بتشوه الطور (هـ و) في العينة. عندما يتم تسخين العينة ، نتيجة للتحول المارتيني العكسي في نطاق درجة الحرارة (An-Ak) ، يتم استعادة تشوه الطور (القسم SD). هذا ، في الواقع ، هو تأثير ذاكرة الشكل.

في حالة استعادة التشوه ه< e ф, в образце сохраняется некоторая остаточная деформация e ост, накапливаемая в результате инициализации необратимых каналов пластичности, например, дислокационных.

يظهر في الشكل اعتماد درجة استرداد التشوه h ، المُعرَّفة على أنها h = (e vos / e f). 5 ب. يعتمد الحد الأقصى لتشوه الطور ، الذي تم استعادته بالكامل (h = 1) أثناء تنفيذ SME ، على المادة ومعالجتها الحرارية وظروف التشوه (على سبيل المثال ، للسبائك القائمة على TiNi = 6-12٪ ، لـ Cu- المن = 4-10٪).

إن أكثر طرق التشوه فعالية هي التشوه في نظام تأثير اللدونة التحويلية ، عندما تتحقق إمكانيات تشوه تحولات الطور بشكل كامل. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الطريقة من الناحية التكنولوجية يصعب تنفيذها. في الواقع ، من الناحية العملية ، يتم استخدام مخطط التشوه النشط عند درجة حرارة قريبة من Mn ، حيث تكون الأحمال المشوهة ضئيلة (الشكل 3 ، ب).

منشور على الموقع

وثائق مماثلة

انتظام وحركية التحول مارتينسي. تنوي ونمو بلورات مارتينسيت. توازن الطور الحراري. هيكل المسحوق بعد النيترة. دراسة البنية المجهرية وتكوين الطور للعينات بعد التبريد من درجات حرارة مختلفة.

ورقة مصطلح ، تمت إضافتها في 10/11/2015


الخصائص الوظيفية في سبيكة NiTi ذات التركيب المتكافئ بعد تحميل شبه ثابت عند درجات حرارة مختلفة. تأثير الذاكرة على شكل واحد. دراسة اعتماد معامل التمدد الحراري للسبيكة على نسبة النيكل.

الاختبار ، تمت إضافة 2015/04/27


تمثيل رسومي لاعتماد حالة الطور للسبيكة على درجة الحرارة والتركيب. منظر عام لمنحنى التبريد للمعدن النقي. التوازن في نظام مكون واحد. الأساليب التجريبية والنظرية الرئيسية لبناء مخططات الحالة.

تمت إضافة المحاضرة في 09/29/2013


تشوه البلاستيك والخواص الميكانيكية للسبائك. الضغوط المتبقية المؤقتة والداخلية. آليتان لتشوه اللدائن ، تغييرات هيكلية. المفهوم العام لتصلب العمل. مخطط إزاحة الذرات أثناء الانزلاق. الراحة والمضلع.

تمت إضافة المحاضرة في 09/29/2013


دراسة عملية تبلور المواد المنصهرة المعدنية. تأثير درجة الحرارة على الطاقة الحرة للمراحل السائلة والصلبة لعملية التبلور. التبريد بالذوبان وتشكيل الكريستال. تنظيم حجم حبيبات البلورات. نظرة عامة على هيكل السبيكة.

تمت إضافة الملخص في 12/16/2014


تأثير تشوه البلاستيك البارد وإعادة التبلور على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للفولاذ منخفض الكربون. تشوه اللدائن وتأثيره على خواص المواد المعدنية. تأثير درجة حرارة التسخين على البنية المجهرية.

الاختبار ، تمت إضافة 06/12/2012


تشوه - تغيير في شكل وحجم مادة صلبة تحت تأثير الأحمال المطبقة عليها. يسمى التشوه المرن بالتشوه الذي يستعيد فيه الجسم شكله الأصلي ، بينما لا يستعيد التشوه البلاستيكي الجسم.

الملخص ، تمت الإضافة في 01/18/2009


النقاط الحرجة في الفولاذ ، اعتماد موقعها على محتوى الكربون. مخطط الحالة لسبائك الحديد والكربون والمراحل والمكونات الهيكلية: الخطوط ونقاط التركيز ودرجات الحرارة ؛ تحليل تحولات الطور أثناء تبريد الصلب والحديد الزهر.

الملخص ، تمت الإضافة في 03/30/2011


دراسة انتظام التغيرات في الخواص الكهربائية للسبائك المكونة من مركبين ، حسب تركيبها. مخطط المظهر والتركيب. قيمة تقدر الزيادة في مقاومة مادة (موصل) عندما تتغير درجة الحرارة بدرجة واحدة.

العمل المخبري ، أضيف بتاريخ 04/11/2015


تأثير الزمن على التشوه. تأثير مرن ، تأثير درجة الحرارة على خواص المواد. الخواص الميكانيكية للمواد. ميزات اختبارات الضغط. اعتماد القوة النهائية للبلاستيك على درجة الحرارة وعدم تجانس المواد.