Способ работы мартенситного двигателя

(1)З Г ОЗ С 7/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЭОБРЕТЕНИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКО 1/258890.радс стапенко б (088.8) 56) Автор1229419,Авторско1484982,(21) 43946 (22) 01,02 (46) 30.04 (71) Ленин ный инстит (72) Л,В.(53) 621,4 л. Г 16й кораблестроителькое свидетельство СССР кл. Р ОЗ С 7/06, 1984 е свидетельство СССР кл. Р 03 С 7/06, 1986,(54) СПОСОБ РАБОТЫ ИАРТЕНСИТНОГО ДВИ"ГАТЕЛЯ(57) Изобретение позволяет увеличитьдолговечность мартенситных двигателейпутем устранения или уменьаения пластических деформаций, накопленных в ихтермоцувствительных элементах (ТЭ)в процессе осуществления термоциклових нагрева и охлаждения под нагрузкойВ процессе реализации способа ТЭ 1нагревают электрическим током привключенном выключателе 4 и охлаждают3 156 при отключении ТЭ 1 от источника 5 электроэнергии. В процессе проявления термомеханической памяти ТЭ 1 посредством ролика 6 и вилки 7 перемещает звено нагрузки. После термоциклов, при которых ТЭ 1 находится под на" грузкой, уменьшают нагрузку.на ТЭ 1, например, устраняя сопротивление звена нагрузки перемещению ТЭ 1, и дополнительно осуществляют термоциклы его нагрева и охлаждения при умень 0786 4 510 щенной нагрузке, чередуя впоследствии термоциклы нагруженного ТЭ 1 стермоциклами при меньшем уровне егонагрузки. При этом накопленные в процессе работы пластические деформацииТЭ 1 уменьшаются при термоциклиравании без нагрузки вследствие частичного или полного устранения накопленных искажений микроструктуры материала ТЭ 1 под действием остаточныхвнутренних напряжений. ч ил, Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам работы тепловых двигателей с твердыми термочувствительными элементами из матери ала с термомеханической памятью, и может быть использовано без применения дополнительной технологической оснастки для широкого класса различных матренситных двигателей, в том 25 числе ранее созданных, работающих в разнообразных внешних условиях,Целью изобретения является увеличение долговечности двигателя путем устранения или уменьшения накопленных З 0 пластических деформаций элемента.На Фиг. 1 представлена схема испытаний мартенситного двигателя при осуществлении предлагаемого способа его работы; на Фиг. 2 - график зависимости относительной пластической деформации Я термочувствительных элементов от числа И циклов работы двигателя при реализации термоциклов нагрева и охлаждения элементов под 40 нагрузкой; на Фиг, 3 - граФик зависимости длины 1. термочувствительного элемента от числа М циклов работы двигателя при использовании способа-прототипа (верхняя часть граФика) и пред лагаемого способа (нижняя часть графика); нафиг. ч - экспериментальнополученные графики, иллюстрируюцие уменьшение пластической деформации 3 термочувствительных элементов в зависимос ти от числа 1 термоциклов их нагрева и охлаждения без нагрузки при осуществлении предлагаемого способа.Мартенситный двигатель содержит термочувствительный элемент 1 в виде проволоки из материала с термомеханической памятью - никелида титана. Элемент 1 обеими концами закреплен на неподвижном основании 2 и электрически изолирован от последнего изоляторами 3 Концы элемента 1 через выключател., 0 соединены с источником 5 электрической энергии, Элемент 1 огибает ролик 6, ось которого продета сквозь вилку 7, соединенную с звеном нагрузки (не показано). В качестве звена нагрузки могут быть использованы груз, пружина, пневмоцилиндр, клапан, насос и т.п." Звено нагрузки воздействует на вилку 7 усилиями Р. В процессе испытаний перемещение вилки 7 измеряют микро- метрической головкой 8, шток 9 которой взаимодействует с вилкой 7. Головка 8 закреплена на раме 10.Двигатель работает следующим образом.Замыканием и размыканием выключателя 4 осуществляют последовательные термоциклы нагрева элемента 1 при пропускании через него электрического тока и охлаждения элемента 1, отключенного от источника 5 электрической энергии. Холодный элемент 1 растягивается усилиями Р нагрузки, а при нагреве сокращается в результате проявления его памяти, перемещая звено нагрузки и совершая работу против действия усилий Р. В процессе работы под нагрузкой элемент 1 накапливает пластическую деформацию с в соответствии с графиком, представленным на фиг. 2., В общемслучае накопление пластической деформации Я проходит три стадии. На первой стадии (участок а приработки) пластическая деформацияразвивается очень активно. Это обусловлено пластическим деформированием неудачно ориентированных усилий Р зерен сплава, из которого изготовлен элемент Приблизительно к десятому термоциклу для никелида титана величина пласти5 1560 7цеской деформации Е за цикл приобретает статистически устойчивый характер и сохраняется постоянной на всемучастке б нормальной работы, На этомсучастке пластицеская деформацияраз-вивается.за счет генерирования итрансляции дислокаций. На уцасткепроисходят износовые явления развитияотказа, при этом велицина пластицеской 1,деформации Г за цикл резко увелицивается за счет слияния микротрещин,образующихся по границам зерен особенно на тройных стыках, и охватывающих 2-3 зерна, и образования микротрещ(ин, Обычно третья стадия (уцастокграфика на фиг, 2) длится 10-30циклов, после чего термоцувствительный элемент 1 разрушается.Таким образом, при реализации спссоба-прототипа длина Ь элемента 1 помере увеличения числа И циклов постоянно увеличивается в соответствии сграфиком 11, представленным на фиг.3.Темп, роста длины элемента 1 опредаляется уровнем действующих в нем напряжений. Поскольку работоспособностьмартенситного двигателя определяетсяперемещ(ением звена нагрузки в Функционально обусловленных границах (например, между открыть(м и закрытымположениями кг(алана, используемогов качестве звена нагрузки), накопление пластических деформаций элемента 1 может вызвать отказ двигателяраньше, цем разрушится элемент 1,При осуществлении предлагаемого способа после термоциклов, при которыхэлемент 1 находится под нагрузкой,уменьшают нагрузку на элемент 1, например устраняя сопротивление звенанагрузки перемещению элемента 1, идополнительно осуществляют термоциклынагрева и охлаждения последнего приуменьшенной нагрузке, цередуя впоследствии термоциклы нагруженногоэлемента 1 с термоциклами при меньшемуровне его нагрузки. В результате накопленные пластические деформацииэлемента 1 устраняются или уменьшаются и изменение длины элемента 1происходит в соответствии с графиком12, представленным на фиг. 3. Приэтом на участках графика, обозначенных знаком "+", происходит накоплениепластицеской деформации элемента 1,а на участках, обознаценных знаком- уменьшение накопленной пластической деформации. 86 6Овойство уменьшения накопленной пластической деформации при реализации термоциклов нагрева и охаждения разгруженных термоцувствительных элементов 1 мартенситных двигателей обнаружено экспериментально, Прициной уме ьшения накопленной пластической деформации является цастицное или полное устранение накопленных искажений внутренней микроструктуры материала элементов 1 под действием остаточных внутренних напряжений при осуществлении термоциклов нагрева и охлаждения разгруженных элементов 1.Результаты испытания предлагаемого способа приведены на фиг, ц, Испытания проводились с использованием проволоцного элемента 1 с исходной длиной 180,5 мм, Напряжения холостого хода в элементе .1 составили 10,6 ИПа.Было проведено шесть серий опытов, в, которых в элементе 1 под нагрузкой создавались напряжения соответственно 50,; 63,7; 76,9; 90,2; 103;117 МПа с увеличением нагрузки. в каждой последующей серии. Уменьшение накопленной пластической деформации 3 в этих опытах иллюстрируется соответственно графиками 13, 11, 15, 16, 17 и 18, представленными на Фиг. ч. После установки нагрузки осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения элемента 1, цто вызывало накопление пластицеской деформации. После снятия нагрузки измеряли начальное пластицеское удлинение 8 81, 81, (6 3, , и 1, элемента 1 соответственно в каждой серии ойытов. Затем осуществляли термоциклы нагрева и охлаждения разгруженного элемента 1, измеряя после каждого цикла его остаточное удлинение, Йспытания проводили до тех пор, пока остаточное пластицеское удлинение не достигало стабильной ве( ( (личины о ; О, 8 , 1 ь и 3, соответственно для каждой серии опытов.1(ак видно из графиков 13 и 11, в первой и втооой сериях опытов наблюдалось полное устранение пластической деформации элемента 1, а востальных опытах - уменьшение остаточных пластических деформаций.При использовании предлагаемого способа долговечность мартенситного двигателя повышается за счет того, цто уменьшение его рабочего хода до предельного допустимого знацения из-за7 1560786 8 накопления необратимыхпластических де- циклов его нагрева и охлаждения при Формаций термочувствительныхэлементов номинальной нагрузке элемента и пере реализуется при увеличенном числемещения его в процессе проявления тер" рабочих циклов двигателя. момеханической памяти, о т л и ч а 5ю щ и й с я тем, что, с целью повы- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ш ния долговечности двигателя путемустранения или уменьшения накопленныхпластических деформаций элемента, пеСпособ работы мартенситного двигате 1- риодически уменьшают или снимают на" ля путем предварительного деформиро" грузку на элемент и чередуют термоци.вания термочувствительного элемента, клы с. номинальной и уменьшенной наосуществления последовательных термо- грузкой,156078 б Фи Составитель Л. ТугареТехред Л.Сердюкова едактор ереда рект абации Тираж 3 ГКНТ ССС рств нно"издательский комбинат "Патент", г,. Ужгород, ул. Гагарина, 19 изв еще аюЗаказ 9ВНИИПИ ного комитета по035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям иаушская наб., р. 4/5