Материалы с особыми свойствами и их возможное применение в мехатронных исполнительных приводах

Секция « Технология производства ракетно-космической техники»

УДК 621.9.06: 534.01

С. Ю. Сыроежко, К. Е. Жилина, Ю. В. Метёлкин Научный руководитель - Л. В. Ручкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ И ИХ ВОЗМОЖНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕХАТРОННЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРИВОДАХ

Материалы с особыми свойствами имеют большой практический потенциал применения, как в исполнительных приводах. Был рассмотрен пористый и литой сплав на основе никлида титана ТгМ и проведено обзорное сравнение их температурной зависимости эффекта обратимой памяти и предела текучести.

Существует обширный класс материалов (сплавы на основе никелида титана Т1№, латуни и бронзы сложного состава и др.), у которых элементарный акт пластичности осуществляется за счет обратимого мартенситного превращения, упругого двойникования и ряда других процессов, коренным образом изменяющих закономерности неупругого деформирования. У этих сплавов, в частности, может наблюдаться полная или частичная обратимость неупругой деформации, называемая эффектом памяти формы.

Разработаны специальные устройства для закрепления разъемов, гнезда для присоединения микросхем без использования процесса пайки. Используют металлы с памятью формы в практике контроля готовой продукции. Одно из необычных устройств может быть связано с реализацией эффекта псевдоупругости. Действительно, изменяя температуру, легко существенно повлиять на характеристики псевдоупругости. Так, если его модуль упругости весьма мал, а если температура существенно поднимется, то он близок к обычному модулю упругости. Тогда, задавая нужную температуру, можно легко изменять эффективную упругость [1].

Кроме пластического деформирования может реа-лизовываться упругое, отличающееся способностью возвращать деформацию при удалении вызвавших ее усилий. Природа упругости хорошо известна: под нагрузкой атомы испытывают некоторые взаимные смещения (например, удаляются друг от друга при растяжении), обычно в пределах не более 0,1 % расстояния между ними. В результате, при удалении внешней силы позиции атомов становятся неэквивалентны исходным и деформация непременно восстанавливается по мере разгрузки кристалла.

Наличие широкой температурной области мартен-ситного превращения в пористом никелиде титана по сравнению с литым находит отражение на температурных кривых электросопротивления. Показано, что мартенситный переход является неполным в пористых сплавах и проходит в более широком температурном интервале, чем в литых сплавах. Таким образом, важной особенностью пористого никелида титана по сравнению с беспористым (литым) сплавом того же состава является широкий температурный интервал фазовых превращений. Он составляет примерно 250 °С, т. е. значительно превышает интервал превращений литого сплава. Увеличение температурного интервала фазовых превращений обусловлено структурой пористого никелида титана. Существенным

является также размерный фактор, поскольку мартен-ситное превращение в тонких перемычках и массивных областях проявляются по-разному. Действие этих факторов приводит к тому, что фазовые превращения в пористых материалах на основе никелида титана начинаются в различных областях при разных температурах, вытягивая гистерезис вдоль оси температур, соответственно расширяя температурные интервалы превращений и интервалы проявления эффектов памяти формы и сверхэластичности в пористых сплавах на основе никелида титана [2].

7,5 6,0 4,5

3,0 1,5

000 1 600 1400 200 0

- * 1 1 *

1 1 1 • 2 1

£ 1 1 1

____

- Т5 Л'/ ^^^„^ГГТТП-ГПТТГ!" V }

* 1 ' , Л

100

200

300

400

500

т. к

Температурные зависимости эффекта обратимой памяти и предела текучести в пористом (1) и литом (2) сплавах на основе никелида титана

Впервые сплав с памятью формы был применен в самолете Б-14 в 1971 г. это был №-Т1-Бе. Использование №-Ть№ сплава стало большим достижением, но также и Бе-Мп-81 сплавы получили много внимания, несмотря на их более низкое восстанавливаемое напряжение [1].

Важные внешние параметры управления рабочими циклами системы - время, температура. Важные внутренние параметры, которые определяют физические и механические свойства: система сплава, состав сплава, тип преобразования и дефекты решетки. Эти параметры управляют термомеханической историей сплава. Как следствие, максимальный эффект памяти будет ограничен в зависимости от требуемого количества циклов.

Полезные космические грузы типа солнечных батарей или антенн спутников сейчас используют в основном пиротехнические способы раскрытия, которые создают множество проблем. Использование материалов с памятью формы позволит устранить все

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

эти проблемы, также предоставит возможность неоднократно проверить работоспособность системы еще на земле [2].

Недавнее исследование относительно №-Т сплавов показало, что суперэластичное поведение приводит к повышению износостойкости.

Псевдоэластичное поведение уменьшает область упругого контакта во время скольжения. Уменьшение области упругого контакта между двумя скользящими частями увеличивает износостойкость материала. Специальный тип износа - кавитационная эрозия, которая создает специфические проблемы в гидравлических машинах, винтах судов, водяных турбинах. Сравнительные изучения различных материалов показали, что №-Т сплавы имеют более высокое сопротивление кавитационной эрозии, чем обычные сплавы. В мартенситном состояние у №-Т сплава очень хорошая стойкость к кавитационной эрозии. Но изго-

товление рабочих частей подвергающихся коррозии полностью из №-Т сплава слишком дорогое удовольствие, поэтому оптимальный путь - использование №-Л сплава соединенного со сталью. ЭПФ в металлах уже сейчас открывает широкие перспективы применения в технике, позволяя создавать элементы и устройства с принципиально новыми функциональными свойствами.

Библиографические ссылки

1. Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева З. П. Эффект памяти формы. Л. : Изд-во ЛГУ, 1987.

2. Ооцука К. и др. Сплавы с эффектом памяти формы / под ред. X Фунакубо ; пер. с японск. М. : Металлургия, 1990.

© Сыроежко С. Ю., Жилина К. Е., Метёлкин Ю. В.,

Ручкин Л. В., 2011

УДК 669.713.7

А. В. Сысоев

Научные руководители - С. К. Сысоев, Л. В. Зверинцева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЫБОР СПОСОБА ОТДЕЛКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ

При исследовании разработок в области обработки внутренней поверхности труб найден инструмент, который будет применён как аналог для разработки инструмента.

Продолжительное время Красноярский машиностроительный завод производит ростовые установки для получения поликристаллического кремния. С целью получения более чистого кремния заказчик поставил перед технологами завода задачу: уменьшить шероховатость внутренней поверхности трубопроводов реактора до Яа 0,25мкм из стали 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, внутренний диаметр от 30 до 150 мм.

Для обработки внутренней поверхности труб применяются методы, показанные на (рис. 1).

При обработке нержавеющих сталей для повышения качества поверхности сначала применяют растачивание труб. В качестве финишной операции применяют, в основном, абразивную обработку и ППД. Недостатки абразивной обработки: низкая стойкость кругов или абразивных брусков; частые остановки оборудования для их замены; нестабильное качество

поверхности; плохие санитарные условия труда; шаржирование поверхности абразивными частицами в (особенно это проявляется при обработке вязких материалов).

Поверхностное пластическое деформирование осуществляется с применением в качестве инструмента шариковых, роликовых головок, дорнов, а также раскатных головок с наложением УЗК. Но наиболее распространенно используют раскатные головки с роликами, которые обеспечивают шероховатость до Яа 0,25 мкм.

Процесс обработки длинномерных труб имеет следующие особенности: недостаточная жесткость применяемого инструмента, высокая склонность инструмента к упругим деформациям под действием сил резания, затруднения с подводом СОЖ в зону резания и отвода стружки и СОЖ.

Операции применяемые

для уменьшения шероховатости

бнутренней псберхностей тру5.

_1_

ХпнинхпЬа-ш

\

Лвлирпвание

Расточившие —

Раскатывание шариковым инструментам

Раскатывание роликовым инструментом

Иорновачие

Члыпроздикавая обработка

Рис. 1. Методы обработки внутренней поверхности труб