Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Фазовое превращение, сравниваемое с аустенитно-мартенситным превращением у сталей, которое не является диффузионно управляемым, проявляется также у некоторых цветных металлов. Бездиффузионное мартенситное превращение у цветных металлов может быть использовано для разработки сплавов с так называемым эффектом памяти формы. Для понимания этого эффекта следует исходить из механизма мартенситного превращения, при котором меняют ориентацию области решетки, находящиеся в напряженном состоянии, вследствие процессов превращения и процесса скольжения.
Деформации решетки, возникающие при высоком напряженном состоянии решетки, в макроскопически больших областях объема устраняются многогранностью ориентации, так что с точки зрения явлений искривления определенных деформаций деталей не происходит. По сравнению со сталью мартенсит у различных сплавов цветных металлов является мягким и пластичным (деформируемым). Благодаря этому обеспечивается возможность достигнуть согласованного выравнивания искаженной решетки за счет макроскопической деформации под действием внешнего механического напряжения. Поэтому мартенситный сплав цветных металлов деформируется под внешними силами прежде всего благодаря процессам превращения, чтобы лишь затем испытать обычным образом дальнейшую деформацию из-за процессов скольжения, причем материал ведет себе обычно (рис. 13.2.1).
У сплавов, обладающих эффектом памяти формы, аустенитная фаза деформируется при значительно более высоких напряжениях, чем мартенситная. Если же материал в аустенитном состоянии деформируется в одном направлении, то при охлаждении происходит трансформация мартенсита путем направленно ориентированных процессов превращения. Благодаря выравнивающему действию процессов превращения более мягкого мартенсита по сравнению с аустенитом в прутке, например, может наступить изменение длины до 8 %.
При обратном превращении в аустенит это изменение длины снова ликвидируется. Аустенит затем снова находится под напряжением, заранее созданным деформацией. В аустените, таким образом, упруго накапливаются проявляющиеся затем при мартенситном превращении пластические деформации. Такое явление называется псевдоупругостью. Благодаря соответственно местным ограниченным деформациям с помощью описанных процессов превращения также может создаваться и устраняться кривизна деталей. Превращение напряжений в деформации и наоборот при процессах превращения соответствует превращению тепловой энергии в механическую (рис. 13.2.2).
Технически сплавы с эффектом памяти формы, которые называются также сплавами с памятью, могут применяться для осуществления движений, например, в клапанах (вентиляторах) и для создания динамических силовых соединений путем заклинивания, натяга, сильного сжатия. Так уже изготавливаются исполнительные механизмы из Ni-Ti-сплава. Если груз закрепляется на вытянутой спиральной пружине из. Ni-Ti-сплава, то при нагревании груз опускается в соответствии с превращением мартенсита в аустенит.
На этом принципе могут изготавливаться, например, клапаны автоматических устройств для тушения пожаров. По принципу зонта благодаря терсионам, обладающим памятью, параболические антенны могут раскрываться и складываться. Демонстрационная модель для иллюстрации эффекта памяти в движении состоит из двух роликов, по которым двигается провод. Если один ролик помещается в горячую воду, а другой находится в воздухе, то провод циркулирует с высокой скоростью, не создавая, правда, номинальных моментов привода.
Упругие напряжения, появляющиеся благодаря эффекту памяти, можно использовать для конструирования крепежных элементов. Так, контакты в интегральных схемах (IC) могут исполняться с помощью упругих сцепок из бериллиевой бронзы, в которые вводятся штифты из Ni—Ti-сплавов. Если создается трубчатое соединение и муфты сохраняются до сборки в охлажденном состоянии (жидкий азот), после сборки и мартенситно-аустенитного превращения с помощью объемного напряжения создается надежное, прочное трубчатое соединение. На боевом самолете Т14 (США) по сравнению с обычными соединительными элементами с помощью этой технологии удалось уменьшить массу на 120 кг.
Сплавами, в которых технически используется эффект памяти, т.е. с деформируемым мартенситом и с высокопрочным аустенитом, являются прежде всего Ni-Ti-сплавы, к ним часто добавляется еще третий элемент, например Cu. Кроме того, пригодны сплавы Cu-Zn-Al и Cu-Al-Ni. Еще нужно упомянуть аустенитно-мартенситное превращение с явлением псевдоупругости у сплавов Au-Cd, которые, однако, из-за своей высокой стоимости и вредности кадмия не имеют технического применения.