Способ определения уровня внутренних напряжений в термочувствительном элементе из материала, проявляющего эффект памяти формы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК и ( ) 56310 А 5 6 01 В 5/3 ИЗОБ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕН Я ф) "Г Б)1ТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНОМ ЭЛЕМЕНТЕ ИЗ МАТЕРИАЛА,ПРОЯВЛЯЮЩЕГО ЭФФЕКТ ПАМЯТИФОРМЬ(57) Изобретение относится к. неразрушающим методам контроля напряженнодеформированного состояния термочувствительных элементов.(ТЧЭ) из материала,проявляющего эффект памяти формы. Изобретение относится к нераэрушающим методам контроля напряженно- деформированного состояния термочувствительных элементов (ТЧЭ) иэ материала, проявляющего эффект памяти формы.Целью изобретения является упрощение реализации и повышение точности способа.На чертеже показана диаграмма рабочего цикла термочувствительного элемента из проволоки никелида титана.Если к ТЧЭ иэ материала, проявляющего память формы подвесить груз, он деформируется. При нагреве до аустенитного состояния (АС) деформация уменьшится (т.е, произойдет возврат формы). Полное восстановление деформации может проЦелью изобретения является упрощение реализации и повышение точности способа. В способе определения уровня внутренних напряжений в ТЧЭ, включающем в себя на- . гружение исследуемого ТЧЭ постоянной по величине нагрузкой с изменением уровня напряжений в каждой серии опытов и про- . ведение измерений при каждом уровне на-. пряжений, при каждом из уровней напряжений осуществляют термоциклирование ТЧЭ между аустенитным и мартенситным состоянием. В мартенситном состоянии ТЧЭ разгружают и измеряют величину заданной ему деформации, а об уровне внутренних напряжений судят по минимальному напряжению, наводимому внешней нагрузкой, при котором прекращается прирост заданной ТЧЭ деформации с ростом нагрузки. 1 ил,изойти только при снятии нагрузки в АС, При остывании иэ АС до мартенситного со" стояния (МС) произойдет снова накопление Л деформации, Таким образом, при термоцик ф лировании между АС и МС нагруженного Од ТЧЭ будет наблюдаться знакопеременное й деформирование, ОЭффект памяти формы обусловлен протеканием в материале ТЧЭ обратимого термоупругого превращения, которое. как известно, сопровождается сменой типа криаавй сталлической решетки в некотором диапазоне температур. Исторически сложилось так, что под АС понимают состояние материала с высокотемпературной модификацией решетки, а под МС - с ниэкотемпературной.модификацией решет 1656310ки (соответственно выше и ниже диапазона температур превращения).Диаграмму рабочего цикла (ДРЦ) получают следующим образом.ТЧЭ нагружают постоянными по величине механическими напряжениями и осуществляют термоциклирование между АС и МС. При этом измеряют деформации в АС и МС. Затем изменяют уровень напряжений и повторяют термоциклирование с измерением деформации. После изменения напряжений в исследуемом диапазоне и выполнения указанных измерений результаты измерений наносят на график в координатах напряжение - деформация и соединяют между собой точки, соответствующие деформации ТЧЭ в АС, и точки, соответствующие деформации ТЧЗ в МС, Полученные две пограничные линии А и М образуют ДРЦ и характеризуют способность сплава к формоизменению при различных нагрузках, Например, при напряжениях Ут, о 2, оз будет наблюдаться формоизменение в диапазоне неупругой деформации ен 1, ен 2, Газ соответственно. ДРЦ является одной иэ основных характеристик материалов с памятью формы.Для повышения служебных свойств материала с памятью или уже готового ТЧЗ в них наводят поле механических напряже.ний путем предварительного термсциклировэния при напряжении, значительно превышающем предел текучести. Таким образом, в материале с памятью формы или готовом ТЧЭ практически всегда есть поле внутренних напряжений ае, ориентированных противоположно по отношению к внешней нагрузке ор, На чертеже показана типичная ДРЦ для проволоки из никелида титана диаметром 0,5 мм.При отсутствии внешней нагрузки (ор=О) в процессе термоциклирования будет наблюдаться самопроизвольное формоизменение с амплитудой изменения деформации б (так называемая деформация обратимой памяти формы). Природа обратимой памяти формы заложена в ориентированном воздействии поля внутренних напряжений по направлению смещения атомов при мартенситном превращении. В результате направленного смещения всех атомов в направлении энергетически выделенном полем внутренних напряжений воэникает ма.кродеформация ео. Величина деформации обратимой памяти формы статически устойчиво сохраняется с числом циклов.При термоциклировании ТЧЗ при напряжении ар =01 (о, будет наблюдаться10 формоизменение в диапазоне неупругой деформации н 1 . Если й МС ТЧЭ разгрузить (т.е, устранить нагрузку), то у него восстановится упругая часть деформации и останется заданная деформация гл, Если теперьразгруженный ТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное восстановление заданной деформации я 1, При последующем термоциклировании формоизменение будет происходить только в диапазоне деформации обратимой памяти формы ео.При термоциклировании ТЧЭ под напряжением ор =о 2 =оп будет наблюдаться формоиэменение в диапазоне неупругой деформации Ян 2. Если теперь в МС ТЧЭ разгрузить, то у него останется заданная3(деформация с 2. Если теперь разгруженныйТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное20фвосстановление заданной деформации .я 2, .При последующем термоциклировании вразгруженном состоянии формоизменениебудет происходить только в диапазоне деформации обратимой памяти формы ео.При термоциклировании ТЧЭ под напряжением ор = оз ( ов будет наблюдатьсяформоизменение в диапазоне неупругой деформации енз. Если в МС ТЧЭ разгрузить,ЗО)сто у него останется заданная деформация Е 2,То есть повышение в ТЧЭ напряжений (гр,наводимых внешней нагрузкой, свышеуровня внутренних напряжений не приводит к увеличению заданной деформации .е 2 и, следовательно, максимальный уровеньзаданной ТЧЭ деформации наблюдаетсяпри ор = ов. Это свойство положено в основу предлагаемого способа,40Природа такого термомеханическогоповедения материала ТЧЭ лежит в следую. щем, Любой применяемый на практике материал имеет пол и кристаллическое45 строение. При этом в слитке кристаллографические плоскости отдельных зерен и блоков зерен кристаллов ориентированыстатистически равномерно по всем направлениям. В процессе изгоТовления иэ слитка50 требуемого сортамента (проволока, труба,лист) зернам задается некоторая преимущественная ориентация путем направленногопластического деформирования при изготовлении требуемого профиля, В процессе55 последующей термомеханической обработки материал или уже готовый ТЧЭ сноваподвергается пластическому деформированию путем вытягивания под нагрузкой с числом термоциклов. Эта пластическаядеформация и наводит поле внутренних на1656310 Составитель Е.ЩелинаРедактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал ректор М о Тираж 385 ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж,. Раушская наб., 4/5 Заказ 23 ВНИИи ГКНТ СССР енно-издательский комбинат."Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Произв пряжений, действующих в направлении.противоположном приложенной силе и пластическому деформированию.Значительная часть (но, не вся) зерен кристаллов приобретает преимущественно 5 ориентацию вдоль линии действия силы, В процессе термоциклирования реализуется деформация обратимой памяти.Если термоциклирование осуществляется при некотором йапряжении д 1 (о, 10 часть зерен, наиболее "неудачно" ориентированных по направлению действия силы, изменяет ориентацию и при разгрузке заданная деформация больше деформации обратимой памяти формы 15При напряжении ар = ав все зерн проходят переориентацию и дальнейшее увели"чение нагрузки не вызывает увеличения заданной деформации.Таким образом., с ростом напряжений в 20 ,диапазоне до уровня внутренних напряжений заданйая деформация увеличивается, достигая максимума при ар =о,. Дальнейшее увеличение нагрузки не приводит к увеличению заданной деформации. 25С учетом изложенного предлагаемый : способ, определения внутренних напряже ний включает в себя нагружение ТЧЭ постоянной по величине нагрузкой с изменением напряжений в каждой из серий и последую щее термоциклирование между АС и МС, При этом в МС ТЧЭ разгружают и в разгруженном состоянии измеряют заданную деформацию, а об уровне внутренних напряжений судят по минимальному напряжению, при котором прекращается прирост заданной ТЧЭдеформациис ростом нагрузки.Формула изобретения Способ определения уровня внутренних напряжений в термочувствительном элементе из материала, проявляющего эффект памяти формы, включающий в себя нагружечие . исследуемого элемента постоянной по величине нагрузкой с изменением уровня напряжений в каждой серии опытов и проведение измерений при каждом уровне напряжений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения и повышения точности способа при каждом из уровней напряжения осуществляют термоциклирование элемента между .мартенситным и аустенитным состоянием, в мартенситном состоянии элемент разгружают и измеряют величину заданной элементу деформации, а об уровне внутренних напряжений судят по минимальному напряжению, наводимому внешней нагрузкой, при котором прекращается прирост заданной элементу деформации с ростом нагрузки.