Способ инициирования эффекта памяти формы

22 3/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА ПАМЯТИ ФОРМЫ(73) Патентообладатель Институт технической аку(46) 30.09.1998 стики Национальной Академии наук Беларуси(71) Заявитель Институт технической акустики Национальной Академии наук Беларуси(57) Способ инициирования эффекта памяти формы, при котором материал переводят из мартенситной фазы в аустенитную, отличающийся тем, что перевод в аустенитную фазу осуществляют возбуждением в материале ультразвуковых колебаний с амплитудой механических напряжений, равной (0,60,8)0,2 , где 0,2 предел текучести материала. Изобретение относится к области материаловедения, а именно к материалам, обладающим эффектом памяти формы (ЭПФ). Известен способ инициирования ЭПФ, заключающийся в нагреве предварительно деформированного в исходном мартенситном состоянии материала до температуры выше температуры фазового превращения, в результате чего происходит перевод его в аустенитное состояние и восстановление первоначальной формы 1. При последующем охлаждении происходит прямое фазовое превращение аустенита в мартенсит. Однако при этом форма образца не изменяется. Данный способ является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому. Недостатком известного способа является значительная трудоемкость и инерционность инициирования однонаправленного ЭПФ, особенно в изделиях расположенных в труднодоступных местах. Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение процесса инициирования однонаправленного ЭПФ, а также снижение времени перевода материала из одного фазового состояния в другое. Способ позволяет осуществить инициирование ЭПФ в изделиях, расположенных в труднодоступных местах, замкнутых системах, в условиях вакуума и др. Указанная задача решается за счет того, что в способе инициирования ЭПФ, при котором материал переводят из мартенситной фазы в аустенитную, перевод в аустенитную фазу осуществляют возбуждением в материале в ультразвуковых колебаний с амплитудой механических напряжений равной (0,60,8)0,2, где 0,2 предел текучести материала. 2413 1 В исходном состоянии при комнатной температуре материал с ЭПФ (например, никелид титана) имеет мартенситную структуру. Если подвергнуть пластической деформации материал в состоянии низкотемпературной мартенситной фазы, то при нагреве происходит обратное превращение и восстанавливается форма,соответствующая высокотемпературному состоянию. При последующем охлаждении, хотя и происходит превращение в мартенситную фазу, форма образца не изменяется. Таким образом, проявляется однонаправленный эффект памяти формы. Однако реализация данного способа на длинномерных изделиях слишком трудоемка, т.к. требуется значительное время для нагрева и последующего охлаждения материала. Воздействие на материал ультразвуковыми колебаниями (УЗК) с амплитудой механических напряжений(0,60,8)0,2, где 0,2 - предел текучести сплава, позволяет инициировать ЭПФ за счет образования аустенитной структуры без непосредственного нагрева. Более эффективное действие ультразвука по сравнению с нагревом объясняется тем, что энергия ультразвуковых колебаний поглощается на неоднородностях кристаллической структуры (дислокации, границы зерен, точечные дефекты и др.), в то время как поглощаемая тепловая энергия распределяется равномерно по всему объему. В результате УЗК способствуют инициированию фазовых превращений в большей мере, чем непосредственный нагрев. Способ осуществляется следующим образом. Изделие, например, в виде проволоки из сплава - деформируют при комнатной температуре, придавая ей необходимую форму, например спираль. В данном состоянии изделие отжигают при температуре 550600 С в течение 30 минут. После охлаждения изделию придают прямолинейную или иную форму и через отверстие помещают в замкнутый объем. К концу проволоки крепится магнитострикционный преобразователь с волноводом. Возбуждают ультразвуковые колебания с амплитудой знакопеременных напряжений(0,60,8)0,2. При этом проволока из материала с ЭПФ принимает форму спирали. Выбор амплитуды знакопеременных напряжений (0,60,8)0,2 определяется следующими факторами. При амплитуде менее 0,60,2 эффект памяти формы инициируется не в полной мере, что не позволяет полностью восстановить заданную форму изделия. Напряжения более 0,80,2 могут приводить к разрушению изделия обладающего ЭПФ. Примеры конкретного осуществления способа. Пример 1 (прототип). Образец - проволока с ЭПФ нитинол (50, 50) диаметром 1,5 мм. Навиваем спираль диаметром 15 мм шаг 5 мм отжигаем при 550 С охлаждение вместе с печью. Придаем образцу прямолинейную форму, помещаем в металлический объем с отверстием 1,6 мм. Нагреваем весь объем в печи. В результате теплового воздействия в печи через 35 мин формируется спираль в замкнутой полости. Степень восстановления формы - 98 . Пример 2 (предлагаемый способ). Образец - проволока с ЭПФ нитинол (50, 50) диаметром 1,5 мм. Навиваем спираль диаметром 15 мм шаг 5 мм отжигаем при 550 С охлаждение вместе с печью. Придаем образцу прямолинейную форму, помещаем в металлический объем с отверстием 1,6 мм. Возбуждаем УЗК в проволоке нитинола с амплитудой 0,60,2 (105 МПа). В результате ультразвукового воздействия в замкнутой полости формируется спираль. При этом степень восстановления формы - 97 , время восстановления - 8 сек. Пример 3. Изделие - проволока с ЭПФ нитинол диаметром 1,2 мм. Навиваем спираль 20 мм шаг 3 мм отжигаем при 600 С охлаждение вместе с печью. Придаем прямолинейную форму и помещаем в замкнутый объем с отверстием 1,5 мм. Возбуждаем УЗК с амплитудой 0,80,2 (140 МПа). В результате УЗК обработки формируется изделие спиралевидной формы. При этом степень восстановления формы - 98 ,время восстановления - 6 сек. Пример 4. Изделие - проволока с ЭПФ нитинол диаметром 1,2 мм. Навиваем спираль 20 мм шаг 3 мм отжигаем при 600 С охлаждение вместе с печью. Придаем прямолинейную форму и помещаем в замкнутый объем с отверстием 1,5 мм. Возбуждаем УЗК с амплитудой 0,850,2 (155 МПа). Происходит быстрое разрушение проволоки в месте контакта с волноводом. Пример 5. Изделие - проволока с ЭПФ нитинол диаметром 1,2 мм. Навиваем спираль 20 мм шаг 3 мм отжигаем при 600 С охлаждение вместе с печью. Придаем прямолинейную форму. Возбуждаем УЗК с амплитудой 0,550.2 (95 МПа). Степень восстановления формы спирали составила 55 . Таким образом, из примеров 1-5 видно, что режим ультразвуковой обработки материалов с ЭПФ в пределах (0,60,8)0,2 является наиболее оптимальным. оставитель Д.Ф. Крылов Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.В. Бабанина Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3