Введение 4
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Механизмы деформирования 6
1.2. Группы материалов 8
1.3. Свойства материалов с памятью формы 9
1.3.1. Гистерезис 9
1.3.2. Возврат деформации 10
1.3.3. Появление реактивных напряжений 10
1.3.4. Двусторонняя память формы 11
1.3.5. Сверхупругость и ферроупругость 11
1.3.6. Обработка сплавов с памятью формы 12
Глава 2. Моделирование 14
2.1. Обзор существующих моделей 14
2.2. Цели и задачи 14
2.3. Описание микроструктурной модели 15
2.4. Результаты моделирования 19
Заключение 23
Список источников 24
На продолжение долгого времени пластическая (неупругая) деформация считалась необратимой. Первые шаги в изучении эффекта памяти формы были сделаны в 1932 году: Арне Оландер обнаружил у сплава Au-Cd нетипичное псевдоупругое поведение. Так же в 1938 году при проведении экспериментов по нагреву и охлаждению сплава Cu - Zn Гренингер и Мурадян обнаружили образование мартенситной фазы, о которой будет рассказано далее. И только в начале 1960х годов был открыт класс металлических сплавов, обладающих необычными свойствами. Они могли самопроизвольно восстанавливать форму - обращать пластическую деформацию при термическом воздействии, а так же в изотермических условиях. Этот эффект был описан Курдюмовым и Хандросом в 1949 году, а также Чангом и Ридом в 1951. В 1962-1963 годах Лабораторией военно-морских боеприпасов США велась разработка никельтитановых сплавов, позже зарегистрированных как Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories (Nitinol). Началась она со случайности - на совещании руководства один из докторов лаборатории Дэвид С. Маззи подверг нагреванию образец, который до этого множество раз был деформирован, после чего он вернулся к изначальной форме. Этот сплав был особенно эффективен, так как обладал пластичностью, высокой прочностью и износостойкостью, чем и заинтересовал ученых. Дальнейшие исследования были направлены на более подробное изучение свойств материалов с памятью формы и разработку (или улучшение свойств) новых сплавов [1].
Разнообразие свойств сплавов с памятью формы (СПФ) является главным фактором, предопределяющим широкое применение в технике. Благодаря уникальному поведению, сплавы, обладающие свойством памяти формы, широко используются в различных отраслях.
Например, в аэрокосмической промышленности они используются для разработки легких, бесшумных и эффективных конструкций - три фактора, на которые всегда обращают внимание при проектировании самолетов. Такие элементы, как сопла вентиляторов переменной площади, виброгасители и приводы, созданы из СПФ. В этих устройствах происходит фазовый переход в результате изменения температуры окружающей среды, которое происходит во время полета [2].
В автомобильной промышленности также используются СПФ. Например, некоторые автомобили оснащены клапаном (из СПФ) для пневматических баллонов в сиденьях. При определенном давлении поясничная опора сиденья принимает форму водителя или пассажира. Также рассматриваемые материалы используются для создания приводов, облегчающих закрывание багажников автомобилей, а также клапанов для контроля шума и вибрации в двигателях (важный показатель производительности в автомобильной промышленности) [3]-[5].
Проектирование зданий - это еще одна область применения, в которой полезны СПФ [6]. Например, включение стержней из материалов с памятью формы в бетонные конструкции может помочь создать предварительное напряжение в мосту или здании. Так же материалы с памятью формы могут быть использованы для изготовления надежной трубопроводной арматуры в трубопроводной сети.
Использование СПФ в биомедицинских целях может снизить потребность пациентов в медицинском вмешательстве [7]-[13]. Например, медицинские шунты могут быть имплантированы в артерии в качестве минимально инвазивного способа улучшения кровотока у кардиологических пациентов. При создании микроприводов и искусственных мышц используют СПФ (для роботизированного протезирования), это помогает предоставить пациентам с ампутированными конечностями большую свободу движений.
Несмотря на то, что уже существует огромное количество применений СПФ, открываются новые сплавы с различными свойствами, и в будущем эти материалы смогут найти еще больше применений.
Для адекватного описания функционального поведения сплавов с памятью формы требуется модель, учитывающая различные свойства материала. В течение последних двух десятилетий область структурного моделирования была темой многих публикаций и работ. Большинство моделей, описанных в литературе, можно формально разделить на две группы: микроструктурные модели и феноменологические.
Достоинством микроструктурных моделей является возможность достаточно точного описания функциональных свойств в силу учета структуры материала. Но из-за этого возникает значительная сложность в численном моделировании. Феноменологические модели же, напротив, достаточно просты в вычислениях, но они не являются универсальными. Необходимо целенаправленно проектировать среду с заданными свойствами.
В настоящей работе будет рассмотрена именно микроструктурная модель.
В результате моделирования показано, что
о Предварительная пластическая деформация не оказывает влияния на фазовый предел текучести.
о Предварительная микропластическая деформация оказывает влияние на величину дислокационного предела текучести при изотермическом деформировании в мартенситном состоянии.
о Микроструктурная модель адекватно описывает пластическую деформацию и влияние предварительно накопленной микропластической деформации на последующее активное деформирование в мартенситном состоянии.
