Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПАМЯТЬ ФОРМЫ

ПАМЯТЬ ФОРМЫ

ПАМЯТЬ ФОРМЫ - свойство нек-рыхтвёрдых тел восстанавливать исходную форму после пластич. деформации принагреве или в процессе разгружения. Восстановление формы, как правило, <связано с мартенситным превращением или с обратимым двойникованием. Взависимости от величины деформации и вида материала восстановление формыможет быть полным или частичным. Полное восстановление формы может происходитьв сплавах с термоупругим мартенситом, таких, как Сu - А1 - (Fe, Ni, Co,Mn), Ni - Al,Au - Cd, Ag - Cd, Ti - Ni, In - Tl, Сu - Zn - Al, Сu - Zn- Sn), и в ряде др. двойных, тройных и многокомпонентных систем. П. ф. <в этих сплавах имеет место и в тех случаях, когда восстановлению формыпротиводействует внеш. нагрузка. Макс. величина обратимой пластич. деформациизависит от кристаллич. структуры исходной и мартенситной фаз и ограниченавеличиной деформации решётки при фазовом переходе или сдвигом при двойниковании. <Так, при мартенситном превращении в сплавах Ti - Ni она составляет ~9%.Когда возможности деформации по мартенситному механизму или за счёт обратимогопередвойникования исчерпаны, дальнейшее формоизменение необратимо, т. к. <оно происходит путём скольжения полных дислокаций.

Накопление обратимой пластич. деформациив разл. температурных интервалах для одного и того же сплава может осуществлятьсяпо разным механизмам. Под воздействием внеш. напряжений в интервале темп-р( М _н - М _к )прямого мартенситного превращения(где индекс "Н" означает начало мартенситного превращения, а "К" - конец)деформация осуществляется за счёт макроскопич. сдвига, связанного с образованиемиз исходной фазы преим. ориентированных кристаллов мартенсита. Из всехвозможных вариантов взаимной кристаллография, ориентировки исходной и мартенситнойфаз образуются лишь те, для к-рых работа внеш. сил имеет наиб. значение. <Когда деформации подвергается образец в мартенситном состоянии (в интервалетемп-р ниже М _к), под действием приложенных напряженийпроисходит передвойникование мартенситных кристаллов или их переориентация, <что приводит к макроскопич. формоизменению. При нагреве в интервале темп-робратного превращения восстанавливается структура и ориентировка кристалловисходной фазы, что сопровождается восстановлением макроскопич. формы иразмеров. Для данной системы интервал темп-р обратного мартенситного превращения, <а следовательно, и интервал темп-р восстановления формы, зависит от составасплава и может в широких пределах изменяться при изменении содержания осн. <и легирующих элементов. На рис. 1 приведён график изменения линейных размеровобразца из сплава Сu - Al - Ni под действием небольшой пост. нагрузки приохлаждении и нагреве. Мартенситное превращение в интервале темп-р М _н- М _к сопровождается постепенным удлинением образца до полногоперехода исходной фазы в мартенситную. Обратное превращение, происходящеес небольшим температурным гистерезисом в интервале темп-р А _н- А _к, сопровождается полным восстановлением исходнойформы образца.

Деформация при темп-ре, превышающей А _к,также может приводить к образованию кристаллов мартенсита. Последующееуменьшение и снятие напряжений вызывает (с нек-рым гистерезисом по напряжению)уменьшение и исчезновение этих кристаллов, восстанавливается стабильнаяпри этих темп-pax в отсутствие напряжении высокотемпературная фаза, а следовательно, <и исходная форма образца. П. ф., к-рая наблюдается при пост. темп-ре, получиланазв. сверхупругости, аномальной упругости, сверхэластичности. На рис.2 приведена типичная кривая при нагружении и разгружении монокристалла сплава Сu - Al - Ni при темп-ревыше А _к. Нач. линейный участок кривой соответствует упругойдеформации.

Рис. 1. Изменение длины образца из сплаваСu - Аl - Ni при охлаждении и нагреве под действием постоянной нагрузки = 20 МПа.

Рис. 2. Диаграмма растяже-ния монокристаллаиз сплава Сu - Al - Ni при комнатной температуре. Ориентировка оси растяжения = 100 ^о С.

Дальнейшее формоизменение обусловленофазовым переходом. С повышением томп-ры деформации напряжение, при к-ромначинается мартенситное превращение, линейно возрастает в соответствиис ур-нием типа Клапейрона - Клаузиуса:где -теплота фазового превращения,- деформация, связанная с полным превращением в мартенсит. Под действиемвнеш. напряжений кроме мартенспт-ной фазы, идентичной образующейся приохлаждении, как выше, так и ниже А _к могут возникать фазы, <нестабильные в отсутствие внеш. сил. Так, в монокристаллах сплава Сu -А1 - Ni наблюдалась сверхупругость, обусловленная образованием ряда метастабильныхфаз. За счёт образования и последующего исчезновения этих фаз в процессенагружепия и разгружения, при соответствующей ориентировке монокристалла, <обратимая деформация при пост. темп-ре достигает 25%.

Нек-рые способы термич. и механич. обработкипозволяют инициировать т. н. обратимую П. ф. Так, деформация высокотемпературнойфазы и многократный обратимый фазовый переход при охлаждении и нагревепод нагрузкой, а также нек-рые др. варианты комбинирования деформации итермич. обработки приводят к последующему самопроизвольному (без внеш. <нагрузки) изменению формы при охлаждении и её восстановлению при нагреве. <Этот эффект обусловлен тем, что в исходной фазе образуются определённымобразом закономерно ориентированные дефекты, к-рые являются эффективнымицентрами зарождения мартенситных кристаллов с преимуществ. ориентировкой. <Величина деформации в этом случае существенно меньше и не превышает неск.%.

В сплавах с большим температурным гистерезисоммартенснтного превращения наблюдается лишь частичное восстановление формы. <К таким сплавам можно отнести Nb - Ni, Fe - Mn, нержавеющую сталь и др. <В них уже небольшие противодействующие напряжения исключают восстановлениеформы. Это связано с тем, что, во-первых, мартенситные фазы в этих сплавахобладают высокой симметрией, что допускает протекание обратного превращенияпо путям, отличным от прямого превращения. Во-вторых, образование мартенситадаже в отсутствие напряжения в этих сплавах сопровождается необратимымпроцессом возникновения и перемещения полных дислокаций.

Сплавы с П. ф. получают всё более широкоераспространение в технике для изготовления термочувствит. силовых элементов, <трубчатых и др. разъёмных и неразъёмных соединений, исключающих необходимостьприменения сварки и пайки, а также в медицине в качестве разл. фиксаторовпри переломах и для др. целей.

Лит.: Корнилов И. И., Белоусов О. <К., Качур Е. В., Ннкелид титана и другие сплавы с эффектом "памяти", М.,1977; Эффект памяти формы в сплавах, пер. с англ., М., 1979; Тихонов А. <С., Герасимов А. П., Прохорова И. И., Применение эффекта памяти формы всовременном машиностроении, М., 1981; Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева3. П., Эффект памяти формы, Л., 1987.

В. В. Мартынов, Л. Г. Хандрос.