СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВА НИКЕЛИДА ТИТАНА TH-1
TREATMENT METHOD OF SEMI-FINISHED PRODUCTS FROM TH-1 TITANIUM NICKELIDE

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].
Н
О
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 τ - на этапе нагревания и τ - 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 σ<sub>тр</sub> (МПа)
Напряжения нагрева σ<sub>н</sub> (МПа)
Напряжения охлаждения σ<sub>о</sub> (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
min
max
Для всех опытов минимальная и максимальная температуры термоциклирования соответственно составили: T=295 К; Т=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
γ<sub>поп</sub>, %
γ<sub>п</sub>, %
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
τ, МПа
Нетренированный образец
Тренир. образец при τ=200 МПа
τ=0; γ<sub>пп</sub>, %
τ=0; γ<sub>пп</sub>, %
τ=0; τ<sub>пп</sub>, %
τ=0; γ<sub>п</sub>, %
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
-
-
поп
где γ - деформация, соответствующая пластичности обратного превращения;
п
γ - деформация, соответствующая обратному эффекту памяти формы при нагревании;
пп
γ - деформация, соответствующая пластичности прямого превращения при охлаждении.