Введение 4
1. Основные понятия 5
1.1. О материалах с памятью формы 5
1.2. Применение материалов с памятью формы 7
1.3. Тепловые процессы в материалах с памятью формы 8
1.4. Цели работы 9
2. Влияние условий нагружения 11
2.1. Влияние условий теплообмена 11
2.2. Влияние скорости нагружения 13
3. Влияние свойств материала 16
3.1. Влияние химического состава материала 16
3.2. Влияние условий задания начальной формы и предыдущих нагружений 17
3.3. Влияние толщины образца 21
4. Заключение 24
Список литературы 25
В некоторых сплавах при их нагреве до определённых температур можно наблюдать эффект памяти формы. Сущность этого эффекта заключается в том, что деформации, сохранившиеся в теле после прекращения воздействия внешних сил при низких температурах, могут исчезнуть при нагревании этого тела до некоторого порога.
Поведение сплавов с памятью формы зависит как от их внутренних свойств, так и от свойств окружающей среды: обратные и прямые превращения в этих сплавах тесно связаны с их температурой, которая может по-разному изменяться в зависимости от обстоятельств: температуры тел, находящихся в контакте с материалом, а также их коэффициента теплоотдачи. Температура, отличающаяся от предполагаемой температуры эксплуатации в большую сторону, может привести к непреднамеренному срабатыванию механизма; температура, отличающаяся в меньшую сторону, — к недовозврату деформаций. Поскольку материалы с памятью формы могут использоваться в том числе в обстоятельствах, где от них требуется высокая точность, — в медицине, где ошибка может причинить ущерб пациенту, или в космических аппаратах, где замена неправильно работающей детали может оказаться чрезвычайно сложной из-за удалённости от Земли, — возникает естественная потребность как можно более точно предсказывать, как подобные материалы будут вести себя при различных условиях. Основные деформационные механизмы в материалах с памятью формы — прямое мартенситное превращение, во время которого выделяется тепло, и обратное мартенситное превращение, во время которого тепло поглощается, — вызывают необходимость учитывать в предсказаниях количество выделяемой/поглощаемой скрытой теплоты превращения, поскольку она привести к изменению температуры образца относительно ожидаемой.
Цель данной обзорной работы — изучить влияние внутренних источников тепла на деформационное поведение сплавов с памятью формы. Для этого анализируется ряд статей с экспериментальными данными, связанными в том числе с внутренней теплотой превращения. На основе сведений о том, как для различных сплавов и внешних условий изменяется значимость вклада внутренней теплоты превращения, устанавливаются общие закономерности.
В ходе обзора научных статей были получены следующие выводы:
1. Значимость скрытой теплоты превращения, выделяемой или поглощаемой в ходе мартенситных и аустенитных превращений, зависит как от параметров материала, в котором происходят превращения, и от геометрии образца, так и от свойств внешней среды. Условия, в которых скрытая теплота превращения не успевает диссипировать, приводят к нагреву образца, что вызывает рост напряжений. Выбор материала и дополнительная его обработка могут значительно повлиять на количество скрытой теплоты, выделяемой/поглощаемой им в ходе фазовых переходов.
2. Влияние скрытой теплоты превращения может быть сведено к минимуму условиями внешней среды и нагружения. При достаточно высоком коэффициенте теплопроводности вещества, окружающего тело, и не слишком высокой скорости нагружения, скрытая теплота не окажет значимого влияния на процесс. В некоторых ситуациях недо статочно высокий коэффициент теплопроводности окружающей среды или высокую скорость нагружения можно в некоторой степени компенсировать вынужденной конвекцией;
3. Существуют различные способы определить поглощаемое/высвобождаемое в ходе фазового превращения количество скрытой теплоты. Одним из наиболее активно используемых способов является дифференциальная сканирующая калориметрия, которая, в случае необходимости, может быть заменена, например, инфракрасной термографией.
