Способ установления соответствия мартенситного двигателя заданным рабочим параметрам

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9)А Г 03 0 7/06 Е ИЗОБРЕТЕНИ ОПИ ИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКО блестроительный водственный коовных разработок В, Берези о СССР /00, 198 ВЕТ- ТЕЛЯ и, тр из Иэобрет нию, а имен ответствия заданным р быть исполь исследовани контроле МД а- м ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ СООТ СТВИЯ МАРТЕНСИТНОГО ДВИГА ЗАДАННЫМ РАБОЧИМ ПАРАМЕТРА (57) Применение: в машиностроен именно при контроле выходных парам мартенситного двигателя. Сущность ение относится к машиностроено к способам установления сомартенситного двигателя (МД) абочим параметрам, и может зовано в различных отраслях я МД, например, при выходном на производстве. Известен способ установления соответствия МД заданным рабочим параметрам, при котором выбор геометрических размеров термочувствительного элемента (ТЧЭ иэ материала, проявляющего эффект памяти формы, осуществляют в зависимости от внешней нагрузки, Такой способ имеет узкие функциональные возможности и невысокую точность, поскольку не учитывает внутренние силовые поля в материале и число рабочих циклов. бретения: предварительно измеряют уровень внутренних напряжений ОВ в материале термочувствительного элемента двигателя и по заданной номинальной нагрузке Рк находят эффективную площадь поперечного сечения 3 =Рн/ тВ. Истинную площадь поперечного сечения 3 термочувствительного элемента выбирают в зависимости от 3 и числа рабо 4 чих циклов и, так что 10 п, 10 и 10 10 и10, 10 п 10, и 10; 2,03 =3 о, 1,53 3 о 2,03, 3 3 о 1,53 ;0,53 30 3 30=0,53 в результате обеспечивается максимум удельной совершаемой двигателем работы при заданных номинальной нагрузке Рн и числе рабочих циклов.1 э. и. ф-лы, 3 ил. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ, который и выбирается в качестве прототипа. Способ установления соответствия заданным рабочим параметрам по прототипу включает в себя выбор геометрических размеров в зависимости от числа рабочих циклов. Способ по прототипу имеет недостатки, поскольку не учитывает внешнюю нагрузку и внутренние силовые факторы в материале. Это снижает функциональные воэможности способа,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.Указанная цель достигается тем, что в способе установления соответствия МД э данным рабочим параметрам, включающе выбор геометрических размеров ТЧЭ в эа 177687410 15 20 10 и10 п 1010 и 1010 и 10и 10 2,03-Яо,1,53 Яо2,03,3 Яо - "1,53,0,53 Яо3,Я о=0,5325 30 сгуОв ог 45 50 55 висимости от числа рабочих циклов; предварительно измеряют уровень внутренних напряжений оВ в материале ТЧЭ, по заданной номинальной нагрузке Рн и уровню внутренних напряжений определяют эффективную площадь поперечного сечения 3 ТЧЭ, а истинную площадь поперечного сечения Яо ТЧЭ выбирают в зависимости от эффективной площади и количества рабочих циклов и.При этом, за уровень внутренних напряжений может быть принят предел упругости материала ТЧЭ, а эффективную и истинную площади сечения ТЧЭ определяют из соот Рнношений,3 = - ",Ф щНа фиг. 1 показана диаграмма рабочего цикла для ТЧЭ из никелида титана эквиатомного состава; на фиг. 2 показана диаграмма пластической деформации и ресурса в зависимости от уровня нагружения для того же ТЧЭ; на Фиг, 3 показаны теоретическая и реальная диаграммы нэгружения того же ТКЭ.Диаграмма рабочего цикла - фиг, 1 - получается путем термоциклирования ТЧЭ в диапазоне температур превращения под различной нагрузкой и измерения деформации ТЧЭ в аустенитном и мэртенситном состояниях при каждом уровне нагружения, Результаты измерений наносят на график в координатах напряжения-деформация. Точки, соответствующие деформации в аустенитном состоянии, образуют аустенитную 1 пограничную линию: а точки, соответствующие деформации в мартенситном состоянии, образуют мартенситную 2 пограничную линию, Пространство между линиями 1, 2 характеризует способность ТЧЭ к.формоизменению, так называемый "объем памяти". Деформация неупругого формоизменения ен зависит от уровня внешнего нагружения пр, При определении диаграммы рабочего цикла измеряют уровень пластической деформации еп и наносят его на отдельный график - линия 3 фиг. 2 - с иным масштабом по шкале деформаций, Этот график характеризует способность ТЧЭ к формообратимости (полноте восстановления исходной формы), Вместе линии 1-3 характеризуют способность ТЧЭ реализовать различные компоненты деформации в зависимости от нагружения и образуют термомеханические характеристики.Известно, что при заданной нагрузке максимальный ресурс определяется из со- отношения Для термомеханических характеристик,показанных на графике по фиг. 1 и 2 линиями 1-3, расчетные значения показаны линией 4. При напряжениях ниже 45-50 МПа значения пластической деформации практически очень трудно измеримы ввиду их малого значения,На фиг. 3 показаны реальная 5 и идеальная 6 диаграммы нагружения. Диаграммы характеризуют механические свойства ТЧЭ, В идеальном случае - линия 6 - до напряжений ниже предела упругости оу - точка А 1 - развиваются только упругие деформации, исчезающие при разгрузке. Участок пластического течения А-В 1 характеризуется накоплением деформации практически без увеличения напряжений. Разгрузка в этой области приведет к появлению заданных нагружением неупругих деформаций, устраняемых при последующем нагревании; т.е, зта деформация не является упругой,т.к. не исчезает при разгрузке, и не является пластической, т.к. полностью обратима. Это неупругие деформации. При нагружении выше В 1 накапливаются неупругие и пластические деформации и разгрузка приведет к остаточным удлинениям даже после нагрева. Поле пластических деформаций формирует поле внутренних напряжений, направленных в сторону, противоположную действию внешней нагрузки, В идеальномслучае где о - предел текучести материала.Реальная картина более сложна, поскольку самый хороший металл еще более "неидеэлен", чем самый "неидеальный" гаэ. Это обусловлено поликристаллическим строением с хаотическим пространственным ориентированием отдельных кристал-. лов, В зависимости от ориентации кристаллографических плоскостей по отношению к нагрузке, кристаллы по разному способны воспринимать ее действие, "Неудачно" ориентированные кристаллы при напряжениях менее 0,5 испытывают локальные напряжения, превышающие предел текучести. Однако с ростом напряженийчисло "неудачных" кристаллов растет. При напряжениях ниже 0,5 оу пластические деформации настолько малы, что их удается зафиксировать только при большом числе циклов.При увеличении напряжений выше точки А все кристаллы неупруго деформируются, а "неудачно" ориентированные переходят в область пластического деформирования. Раэориентация кристаллов приводит к появлению коэффициента деформационного упрочнения (тангенс угла наклона участка АВ линии 6). Внутренние напряжения появляются как следствие предшествующего пластического деформирования и не могут превзойти по величине внешней нагрузки, Если ТЧЭ нагрузить выше точки В, то после разгружения внутренние напряжения не будут превышать уровень ав 2 от, т,е, уровень, при котором самце "удачно" ориентированные кристаллы перейдут в пластическое течение под действием внутренних напряжений.При нагружении ТЧЗ с уже сформированным полем внутренних напряжений, нагружение до уровня орав приводит к падению кагружения кристаллов, т,к. оба силовых фактора разнонаправлены. При напряжениях ор= ов напряжения в кристаллах равны нулю, а при ор )2 %. начинается активное пластическое течение в сторону внешней нагрузки.Функционирование МД протекает в условиях, когда ка рассмотренную картину напряженно-деформированного состояния накладываются особенности термомеханического поведения, связанные с фазовыми переходами (движение межфаэных границ, наследование точечных, линейных и пространственных дефектов, взаимодействием движущейся межфазных и пространственных дефектов, взаимодействие движущейся межфазной границы с дефектами, и др.). Однако рассмотренные особенности механического поведения пол икристаллических ТЧЭ накладывают свой отпечаток на термомеханическое поведение ТЧЗ под нагрузкой при работе МД.Зто подтверждает сопоставление фиг.1,2,3,После предварительного термоциклирования под нагрузкой ов=94 МПа. При напряжениях ор 0,5 пв пластические деформации практически не фиксируются. В диапазоне напряжений 0,5 ов стр 1,5 ов происходит увеличение "обьемной доли" "неудачно" ориентированных кристаллов,для которых эта нагрузка соответствует переходу в область пластического течения, пластическая деформация с ростом нагрузки растет5 10 15 20 примерно прямо пропорционально. Однако доля "неудачно" ориентированных кристаллов все еще мала, В диапазоне 1,5 ов ор 2 ов идетдальнейший ростдоли "неудачно" ориентированных кристаллов, и пластические деформации резко увеличиваются. В диапазоне нагрузок ор)2 а в все кристаллы переходят в пластическую область,что приводит к лавинообразному росту пластических деформаций.В данном случае уровень внутренних напряжений определялся методом экстремума характеристических теплот. Однако, как следует из сказанного выше, за уровень внутренних напряжений может быть принятпредел упругости ТЧЭ в мартенситном состоянии. В последнем случае всегда будет некоторый запас прочности, т.к. в реальномТЧЭ уровень внутренних напряжений в зависимости от термомеханической предыстории будет изменяться в некоторомдиапазоне Ь 7 в.По определению: очар при е=0,001,т.е. ресурс по формуле (1) составит не менее25 10 циклов.В диапазоне ар 0,5 ов пластическиедеформации менее 0,00016, т,е. ресурс превосходит 10 циклов,В диапазоне напряжений 0,5 ов Юров30 уровень пластической деформации изменяется от 0,0001;4 до 0,001;6, т.е, ресурс МД лежит в пределах 10 п : 104.В диапазоке напряжений оВ ор 1,5 оВуровень пластической деформации увеличиЗ 5 вается прямо пропорционально с нагрузкойеп 0,015, т.е. ресурс МД лежит в диапазоне 10 Ь 10 э.При нагрузках 1,5 оВ пр 2 ов пластиче ские деформации начинают обгонять прямо40 пропорциональный рост. В этом диапазонеобеспечивается ресурс 10 п ЫО .И, наконец, в диапазоне ор 2 ов пластические деформации растут лавинообразно иресурс МД п 10.С учетом изложенного, для установления соответствия МД заданным рабочим параметрам, необходимо измерить уровеньвнутренних напряжений в ТЧЭ (либо принять их разными пределу упругости); опре 50 делить эффективную площадь поперечногосечения ТЧЭ (например, как 3- ), а исРнтинную площадь поперечного сечения ТЧЭвыбирать в зависимости от эффективнойплощади и числа циклов (ресурса), например, из соотношений:10"и 2,03=3 о,10 й ЫО 1,533 о2,03,10 п 10 33 о Б 1,53,1776874 Формула изобретения 1, Способ установления соответствия мартенситного двигателя заданным рабочим параметрам, включающий выбор геометрических размеров термочувствительного элемента в зависимости от количества рабочих циклов,отличающийся тем, что.с целью расширения функциональных возможностей, предварительно измеряют уровень внутренних напряжений в материале термочувстви тельного элемента, по заданной номинальной нагрузке двигателя и уровнб внутренних напряжений и определяют эффективную площадь поперечного сеченияфИОФ Ы м хред М,Моргентал Корректор П,Гереши едактор Т.Шагова каз 4110 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 10 п 10 0,588 о 8,и 10 8 о"0,58Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности способа, что выразится в обеспечении его использованием высокой надежности функционирования МД при заданном ресурсе в заданном диапазоне номинальных нагрузок. рабочего элемента, а истинную площадь поперечного сечения рабочего элемента выбирают в зависимости от величины эффективной площади и количества рабо . чих циклов и.2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что за уровень внутренних напряжений принимают предел упругости материала термочувствительного элемента, а истин ную площадь выбирают исходя из соотношений104105, 2810 и .ъ 10; 1,588 о ф 28: цРп 10 з; 81 8. 1,58;15 10 п ЫО; 0,588 о ф;и10; 8 офф 0,58;где п - количество рабочих циклов;8+- эффективная площадь сечения;РнО 8 о - истинная площадь сечения;Рн - номинальная нагрузка двигателя; ОЬ - уровень внутренних напряжений.