Сплав на основе меди с эффектом памяти формы

9) С 2 01 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВ АВТОРС ЛЬСТВУ еталлургии, из которых льные эле- источников истемы ниивают ТЧЭ еских устГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт металлофизики АН УС(56) Авторское свидетельство СССРМ 1662119, кл, С 22 С 9/01, 18,04.90 Изобретение относится к ма именно к составам сплавов,изготавливают термочувствитементы (ТЧЭ) для газоразрядныхсвета (ГРИС),Известно сплавы на основе скель - титан, из которых изготавдля различных электротехничройств,Однако полученные ТЧЭ имеют относительно низкую температуру мартенситного превращения, а также обладают низкой термической устойчивостью при длительном функционировании в устройствах. Уже на этапе сборки некоторых устройств, например на стадии запайки внешней колбы двух- электродной ГРИС типа ДНаТ, имеет место сильное изменение параметров мартенситного превращения ТЧЭ, что зачастую приводит к отказам зажигания при первых часах работы изделия, Попытки улучшить термомеханические свойства ТЧЭ путем(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ МЕДИ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам с эффектом памяти формы. Цель изобретения - повышение термической стабильности при 600 С и циклической прочности. Сплав содержит, мас. Ор: алюминий 9 - 11; кобальт 0,5 - 6; титан 0,5 - 6; цирконий 0,3 - 0,8; гафний 0,2 - 0,6; бор 0,015 - 0,1; медь остальное. 1 табл. введения в технологический процесс вспомогательных операций не приводят к ожидаемым результатам, а лишь вызывают удорожание технологии производства ТЧЭ.Попытки повысить термостойкость и циклопрочность сплавов путем введения в систе-, (,ц) му никель - титан упрочняющих химических,(Л элементов приводят к тому, что даже при р очень тщательном перемешивании сплава в процессе плавки во всех случаях обнаруживается сильная ликвация из-за плохой растворимости титана с другими компонентами, Это приводит к сипвному разбросу свойств ТЧЭ в изделиях, К существенным недостаткам следует отнести также сложности воспроизводства заданного состава сплава и экспрессного определения критических температур прямого и обратного мартенситных превращений по ходу плавки из-за проведения ее в защитной среде, а также трудностей, связанных с механической обработкой сплава по причинеплохой податливости при резании и вырубке.Известен также сплав на основе меди, содержащий алюминий, марганец, кобальт, иттрий и бериллий, при следующем соотно шении компонентов, мас.:Алюминий 12,8 - 13,7Марганец 3,8-5,0Кобальт 0,2-0,3Иттрий 0,15 - 0,25 10 Бериллий 0,005-0,15 Медь Остальное Однако полученный сплав после изготовления из него ТЧЭ имеет склонность к образованию остаточной деформации, ко торая не снимается нагревом выше температуры конца обратного мартенситного превращения. Особенно сильно этот недостаток проявляется при небольших деформациях выше точки Мя. Кроме этого, сплав можно использовать в основном лишь для 20 отрицательных температур, Это связано с тем, что введенные в состав сплава иттрий и бериллий после повышения области рабочих температур вызывают резкое упрочнение матрицы сплава, повышая ее хрупкость 25 и ограничивая при этом подвижность по границам зерен. В результате сплав приобретает весьма огрубленную структуру при наличии сравнительно высокой химической неоднородности во всем объеме слитка, 30Известен также сплав на основе меди, содержащий, мас, ;Алюминий 13,0-13,3Марганец 3,4-3,6 Кобальт 05 - 06 35 Железо 0,2-0,3 Иттрий 0,07 - 0,12 Медь Остальное Однако указанные содержание и соотношение компонентов не позволяют повы сить температуру мартенситного превращения, что существенно увеличивает время повторного зажигания ГРИС (после кратковременного включения источника напряжения питания), поскольку изготовлен ные из этого сплава ТЧЭ располагаются вблизи горелки (источника теплового и светового излучения) внутри откачан ной герметичной колбы, где топливообменные процессы между элементами конструкции 50 затруднены. В связи с этим используемый сплав обеспечивает перезажигание ГРИС после 50 - 55-минутной паузы охлаждения ТЧЭ в интервал температур ниже точки прямого мартенситного превращения, что не 55 может удовлетворить известные технические требования по времени перезажигания ГРИС, Кроме этого, указанное соотношение компонентов сплава приводит к быстрому распаду высокотемпературной ,В -фазы после 300-400 ч работы при250 - 300 С. При этом в 3 - 5 раз уменьшаетсяамплитуда перемещения подвижного конца, в 1,5-2 раза снижается энергия импульса напряжения зажигания ГРИС из-заснижения скорости перемещения подвижного контакта, увеличивается ширина гистерезиса срабатывания. Это приводит котказу ГРИС,Известен также сплав на основе меди,содержащий алюминий, марганец, железо,никель, ванадий, кремний и бор при следующем соотношении компонентов, мас, :Алюминий 9,5 - 12,2Марганец 0,01 - 2,8Железо 0,2-0,5Никель 0,01 - 2,8Ванадий 0,03-0,5Бор 0,01 - 0,015Кремний 0,01 - 0,2Медь ОстальноеПредложенный сплав имеет также относительно низкую термостойкость и циклическую прочность при работе в ГРИС, Ужепосле 3500 ч работы в лампе типа ДНаТ имеет место аномальное изменение параметров мартенситного превращения в ТЧЭ.При этом в 2 - 3 раза увеличивается исходнаяширина гистерезиса мартенситного превращения, в 3 - 6 раз (в зависимости от химического состава сплава) снижается амплитудаперемещения подвижного контакта, в 2 - 4раза уменьшаются усилия, развиваемые ма-.териалом при изменении и восстановленииисходной формы. Это приводит к преждевременному отказу зажигания ГРИС,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является сплав на основе меди,содержащий алюминий и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.;Алюминий 9,5 - 12,2Марганец 0,01 - 2,8Железо 0,2-0,5Никель 0,01 - 2,8Ванадий 0,03 - 0,5Кремний 0,01 - 0,2Медь ОстальноеОднако указанный сплав и соотношение его компонентов не обеспечивают достаточную термическую стабильность при600 С и циклическую прочность,Цель изобретения - повышение термической стабильности при 600 С и циклической прочности,Поставленная цель достигается тем, чтосплав дополнительно содержит титан, цирконий, гафний и кобальт при следующемсоотношении компонентов, мас. :5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 АлюминийКобальтТитанЦирконийГафнийБор 9 - 110,5-6,00,5-6,00,3-0,80,2-0,60,015 - 0;1Остальное 55 Медь Алюминий 9 - 11 Кобальт 0,5-6,0 Титан 0,5-6,0 Цирконий 0,3-0,8 Гафний 0,2-0,6 Бор 0,015 - 0,1 Медь Остальное Содержание в сплаве титана в пределах 0,5 - 6,0 мас, , обеспечивает повышение сопротивления полэучести, придает дополнительную коррозионную стойкость и высокую термоциклическую прочность ТЧЭ в условиях многократных включений ГРИС. Уменьшение содержания титана в сплаве менее 0,5 мас. вызывает резкое снижение сопротивления ползучести сплава и его циклической выносливости, а увеличение содержания титана более 6 мас.фприводит к образованию плохо растворимых микрообластей в объеме сплава, перенасыщенных карбидообразующими включениями, что приводит к появлению большого числа центров зарождения трещин.Содержание в сплаве циркония в пределах 0,3 - 0,8 мас,повышает прочность и одновременно пластичность сплава, увеличивает радиационную устойчивость сплава, а также повышает термическую стойкость сплава. Введение циркония менее 0,3 мас,ведет к резкому снижению термической стойкости сплава, а введение циркония более 0,8 мас.; приводит к повышению хрупкости сплава после сравнительно небольшой его деформации (до 0,8 ,).Содержание в сплаве гафния в пределах 0,2 - 0,6 мас. повышает жаропрочность сплава, улучшает технологию выплавки, поскольку цирконий и гафний в природе существуют вместе. По химическим свойствам гафний похож на цирконий вследствие почти одинаковых размеров ионов и полного сходства электронной структуры. Однако химическая активность гафния несколько меньше, чем у циркония. Поэтому оба элемента дополняют друг друга в сплаве, обеспечивая при этом высокую жаропрочность при оптимальных параметрах упругопластических свойств материала. Однако уменьшение содержания гафния в сплаве менее 0,2 мас.заметно снижает его жаропрочность, а увеличение более 0,6 мас.приводит к образованию в сплаве массивов, состоящих из тугоплавких включений, центры которых вызывают разрушение сплава в роцессе его термоциклирования.Введение в сплав 5 ора в пределах 0,015- 0,1; позволяет обеспечить мелкозернистость структуры сплава, Уменьшение бора в сплаве менее 0,015 повышает хрупкость, а увеличение более 0,1; приводит к образованию нерастворимых соединений, ухудшающих свойства ТЧЭ.Выполнение сплавов в указанных пределах обеспечивает стабильность обратимого формоизменения ТЧЭ в течение 6 тыс,ч работы ГРИС в интервале температур 20-600 С.Для экспериментальной проверки состава сплава было подготовлено 15 смесей ингредиентов, 10 иэ которых показали оптимальные результаты, В качестве присадок применяли лигатурные смеси химически чистых металлов медь - титан - цирконий - гафний, что позволило снизить содержание в сплаве оксидных включений, защитить сплав при плавке и разливке, уменьшить гаэонасыщение, поскольку окислы титана, циркония и гафния способны создавать тугоплавкие соединения, нерастворимые при достаточно высоких температурах,Литые образцы сплавов резали на пластинки размерами 0,3 х 2,5 х 30 мм, каждой из которых придавали обратимую память формы согласно известному способу изготовления термочувствительного элемента, Изготовленные ТЧЭ монтировали внутри внешних колб ламп типа ДНаТи после их запайки на стандартной автоматической линии подвергали контрольным испытаниям на время безотказной работы и количество вкл ючени й. При этом регистрировались: точки фазовых переходов, энергия импульса напряжения зажигания, количество теплосмен через интервал температур мартенситного превращения и время наработки на отказ ГРИС,Результаты испытаний ГРИС, содержащий предлагаемые сплавы, представлены в таблице.Анализ результатов контрольных испытаний показывает, что сплавы предложенного состава имеют термическую стабильность работы в 2 раза выше при 600 С, а также в 2 - 3 раза более высокую циклическую прочность по сравнению со сплавом-прототипом.Формула изобретения Сплав на основе меди с эффектом памяти формы включающий алюминий и бор, о тличающийся тем,что,сцельюповышения термической стабильности при 600 С и циклической прочности, он дополнительно содержит кобальт, титан, цирконий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.: