Реферат 2
Введение 4
1 Литературный обзор 5
1.1 Эффект сверхэластичности в TiNi сплавах 5
1.2 Термоупругие мартенситные превращения в TiNi проволоке 7
1.3 Прочностные и пластические характеристики TiNi проволоки при испытаниях на растяжение. Влияние процесса обработки на данные характеристики 11
1.4 Влияние микроструктуры на сверхэластичное поведение TiNi проволоки 13
1.5 Характер и особенности процесса разрушения TiNi проволоки 16
1.6 Напряженно-связанные конструкции из проволоки. Гиперупругое деформационное
поведение 21
2 Постановка задачи. Материалы и методы исследования 26
2.1 Постановка задачи 26
2.2 Материалы и методы исследований 26
3 Результаты 32
3.1 Микроструктура TiNi проволоки 32
3.2 Исследование проволок TiNi методом одноосного растяжения 36
3.3 Мартенситные превращения в TiNi проволоках 40
3.4 Исследование поверхностей разрушения проволок TiNi 43
3.5 Исследование деформационного поведения TiNi металлотрикотажа и проволоки в измененной геометрии методом одноосного растяжения 47
3.6 Моделирование напряженно-деформированного состояния трикотажа при одноосном растяжении 50
Выводы 52
Список использованной литературы 54
Известным сплавом с памятью формы является сплав TiNi, который на данный момент широко распространен в промышленности и биомедицине [1 - 3]. Свою популярность никелид титана приобрел благодаря уникальным свойствам, таким как память формы, сверхэластичность, хорошая биосовместимость и коррозионная стойкость [4 - 8]. Данные свойства позволили разработать большое количество функциональных TiNi конструкций, имплантируемых в организм человека. Во многих таких применениях используется TiNi в виде тонких проволок толщиной от 500 мкм до 10 мкм, обладающих хорошей механической совместимостью, памятью формы, сверхэластичностью, хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью [9]. На данный момент различные физико-механические, функциональные свойства проволок, структура, их взаимодействие с организмом, механическое поведение in vitro, характеристики многоцикловой усталости, фазовые превращения, микротвердость достаточно изучены.
Сейчас особый интерес представляют сетчатые металлические конструкции из тонких TiNi проволок, такие как стенты, металлотрикотаж, шовный материал, ортодонтические дуги. Они используются во множестве биомедицинских применениях, таких как увеличение и реконструкция коленных и плечевых связок, укрепление и замена различных мягких тканей, устройства поддержки сердца в терапии сердечно-сосудистых заболеваний, тканевые регенеративные сосудистые трансплантаты и протезы клапанов сердца [10, 11]. В зависимости от технологии получения существуют разные виды
современных сетчатых конструкций: тканые, трикотажные, вязанные, войлочные и другие. В данной работе рассматривается металлотрикотаж, который представляет собой связанную крючком в виде чулка тонкую TiNi проволоку. Деформационное поведение и механические характеристики данной конструкции изучены достаточно слабо по сравнению с изучением тех же аспектов в случае TiNi проволоки. Это связано с тем, что определить механизмы деформации материала внутри сетки достаточно сложно, измерить напряжения на конкретных участках сетки практически невозможно. Но есть возможность оценить общие нагрузки при деформации трикотажа методом одноосного растяжения и циклических нагрузок. Поэтому в большинстве случаев, изучение данных конструкций основывается на компьютерном моделировании процессов, происходящих в материале при нагрузке, а также на сравнении поведения сетчатых конструкций, созданных из совершенно других видов материалов (полимеров, тканей) [12 - 15].
1. Электронно-микроскопические исследования показали, что на поверхности TiNi проволоки толщиной 60 мкм сформировался поверхностный слой из TiO2 и TiNis при взаимодействии примесей внедрения с продуктами распада матрицы TiNi. Воздействие интенсивной пластической деформации в процессе получения проволоки привело к смешиванию слоев TiO2 и TiNis. Установлено, что проволока никелида титана при комнатной температуре до испытаний на одноосное растяжение находится в аустенитном В2-состоянии с размером зерен 5 - 20 нм.
2. Полученные кривые удельного электросопротивления для проволок TiNi толщиной 40, 60, 90 мкм характерны для двухстадийного мартенситного превращения В2< >R< >BI9'. Установлено, что характеристические температуры Ms, Mf, As смещаются в область низких температур, Af в область высоких температур.
3. Испытания TiNi проволоки разной толщины (40, 60 и 90 мкм) одноосным
растяжением до разрыва и в цикле нагрузка-разгрузка показали, что с ростом толщины проволоки TiNi увеличиваются критические напряжения мартенситного сдвига от 300 до 1200 МПа, предел прочности на растяжение от 1300 до 3150 МПа и ширина механического гистерезиса от 250 до 400 МПа. Такое поведение обусловлено изменением концентрационного состава матрицы при получении проволоки и образованием оксидного слоя на основе соединения TiO2 и подслоя TiNis, которые не участвуют в МП. При циклическом одноосном растяжении проволока TiNi толщиной 40 - 90 мкм
характеризуется сверхэластичным поведением.
4. Одноосное растяжение металлотрикотажа, выполненного из тонкой проволоки TiNi до разрыва, показывает, что для его разрушения требуются большие нагрузки до 2250 г по сравнению с разрушением проволоки (500 г). На диаграммах одноосного растяжения металлотрикотажа отсутствует участок текучести, вызванный мартенситным переходом под действием напряжения. Циклическое растяжение металлотрикотажа характеризуется гиперупругим поведением, характерным для мягких биологических тканей.
5. При одноосном растяжении проволоки, максимально приближенной к конфигурации проволоки в металлотрикотаже, наблюдается увеличение критических напряжений мартенситного сдвига до 1500 МПа и предела прочности до 3250 МПа, по сравнению с исходной проволокой никелида титана.
6. С применением моделирования напряженно-деформированного состояния металлотрикотажа при одноосном растяжении показано распределение напряжений по различным участкам петли. Обнаружено, что максимальные напряжения локализуются в местах контакта петель за счет геометрии, где в суммарную деформацию на этих участках, помимо растяжения, вносит вклад изгиб петли.
