|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к области материаловедения, а именно к материалам, обладающим эффектом памяти формы. Для снижения температуры обработки при задании памяти формы изделиям из TiNi сплавов осуществляют формообразование конструкции в мартенситной фазе, заневоливание и последующий нагрев в заневоленном состоянии до температуры окончания обратного мартенситного превращения под нагрузкой (А к σ) обычным тепловым способом или посредством воздействия ультразвуковых колебаний с последующим охлаждением ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения под нагрузкой (М к σ). Продолжительность ультразвукового воздействия зависит как от геометрических параметров заготовки, так и мощности ультразвуковых колебаний, при этом нагрев материала превышает температуры окончания обратного мартенситного превращения в свободном состоянии (А к ) всего на ~15-20°С. Столь малый разогрев материала при задании памяти формы не имеет аналогов и позволяет осуществлять задание памяти формы конструкционным элементам, помещенным в полимерную оболочку.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к области материаловедения, а именно к материалам, обладающим эффектом памяти формы. Для снижения температуры обработки при задании памяти формы изделиям из TiNi сплавов осуществляют формообразование конструкции в мартенситной фазе, заневоливание и последующий нагрев в заневоленном состоянии до температуры окончания обратного мартенситного превращения под нагрузкой (А к σ) обычным тепловым способом или посредством воздействия ультразвуковых колебаний с последующим охлаждением ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения под нагрузкой (М к σ). Продолжительность ультразвукового воздействия зависит как от геометрических параметров заготовки, так и мощности ультразвуковых колебаний, при этом нагрев материала превышает температуры окончания обратного мартенситного превращения в свободном состоянии (А к ) всего на ~15-20°С. Столь малый разогрев материала при задании памяти формы не имеет аналогов и позволяет осуществлять задание памяти формы конструкционным элементам, помещенным в полимерную оболочку.
Евразийское (21) 201501124 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.04.28
(22) Дата подачи заявки 2015.10.09
(51) Int. Cl.
C22F1/00 (2006.01) C22F1/10 (2006.01) C21D 1/04 (2006.01) C22F3/00 (2006.01)
(54) СПОСОБ ЗАДАНИЯ ПАМЯТИ ФОРМЫ ИЗДЕЛИЯМ ИЗ СПЛАВА TiNi
(96) 2015/EA/0128 (BY) 2015.10.09
(71) Заявитель: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (ГНУ "ИТА НАН БЕЛАРУСИ") (BY)
(72) Изобретатель:
Рубаник Василий Васильевич, Рубаник Василий Васильевич, мл., Милюкина Светлана Николаевна
(BY)
(57) Изобретение относится к области материаловедения, а именно к материалам, обладающим эффектом памяти формы. Для снижения температуры обработки при задании памяти формы изделиям из TiNi сплавов осуществляют формообразование конструкции в мартенситной фазе, заневоливание и последующий нагрев в заневоленном состоянии до температуры окончания обратного мартенсит-ного превращения под нагрузкой (Ако) обычным тепловым способом или посредством воздействия ультразвуковых колебаний с последующим охлаждением ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения под нагрузкой (Мко). Продолжительность ультразвукового воздействия зависит как от геометрических параметров заготовки, так и мощности ультразвуковых колебаний, при этом нагрев материала превышает температуры окончания обратного мартенситного превраще- I ния в свободном состоянии (Ак) всего на ~15-20°С. I Столь малый разогрев материала при задании памяти формы не имеет аналогов и позволяет осуществлять задание памяти формы конструкционным элементам, помещенным в полимерную оболочку.
МПК6: С 22 F 1/18 В 01 J 19/10 С 21 D 1/00 С 21 D8/00
СПОСОБ ЗАДАНИЯ ПАМЯТИ ФОРМЫ ИЗДЕЛИЯМ ИЗ СПЛАВА
TINI
Изобретение относится к области материаловедения, а именно к материалам, обладающим эффектом памяти формы (ЗПФ).
Известен способ задания памяти формы, заключающийся в том, что сначала с помощью прокатки или волочения сплав в достаточной степени подвергается деформационному упрочнению, затем с помощью соответствующей обработки сплаву придается заданная форма, в таком состоянии деталь закрепляется и осуществляется обработка для запоминания формы путем нагрева до температур 400-500 °С с выдержкой от нескольких минут до нескольких часов [1].
Известен также способ задания памяти формы, заключающийся в деформации заготовки из TiNi сплава с нормализованной структурой в мартенситной фазе, фиксации в этом состоянии и нагреве в стесненном (заневоленном) состоянии до температур 200-300 °С [2].
Данный способ является наиболее близким но технической сущности к предлагаемому.
Недостатками известных способов является использование достаточно высоких температур, что делает невозможным обработку комбинированных элементов конструкции, помещенных в полимерную оболочку, приводит к изменению поверхности материала (образование окисного слоя). Кроме того, во втором способе [2] не удаётся получить высокие характеристики восстановления формы по сравнению со свойствами изделий после обработки при температурах 400-500 °С.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является понижение температуры обработки и получение высоких характеристик формовосстановления.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что в способе задания памяти формы, заключающемся в деформации нормализованного материала в мартенситной фазе, заневоливании и последующем нагреве, нагрев осуществляется до температуры окончания обратного мартенситного превращения под нагрузкой Ак" и с последующим охлаждением ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения под нагрузкой Мк°. Причем нагрев до Ак° может осуществляться и за счет ультразвукового воздействия, что значительно снижает значение Ака.
Способ реализуется следующим образом.
Материал подвергают деформации в мартенситной фазе, заневоливают в этом состоянии и осуществляют нагрев до температуры Ак° обычным тепловым способом или посредством воздействия ультразвуковых колебаний, а затем охлаждают до температуры Мк°. В результате чего материал "запоминает" сообщенную ему деформацию. При этом продолжительность ультразвукового воздействия зависит как от геометрических параметров заготовки, так и мощности ультразвуковых колебаний. Общая продолжительность обработки материала для запоминания формы конструкции составляет не более 10 минут.
Запоминание сообщенной материалу деформации в процессе указанной обработки обусловлено реализацией обратного и прямого мартенситных превращений в заневоленном материале. При нагреве до температуры Ак°, вследствие невозможности свободного формовосстановления, пластическая деформация мартенситной фазы переходит в пластическую деформацию аустенитной фазы, что
обусловливает запоминание материалом сообщенной ему деформации. При охлаждении вследствие облегчения в момент прямого превращения различного рода перестроений дислокационной и блочной структуры, происходящих путем движения дефектов преимущественно в таком направлении, которое способствует уменьшению плотности дислокаций, и возникновения ориентированных внешними напряжениями зародышей мартенситной фазы обеспечиваются высокие характеристики формовосстановления при последующем деформировании и инициировании эффекта памяти формы в свободном состоянии.
В процессе ультразвукового воздействия материал нагревается лишь до температуры окончания обратного перехода, так как в аустенитном состоянии внутреннее трение в сплаве TiNi значительно ниже, чем в мартенситном или двухфазном состояниях. В деформированном и напряженном материале температурный интервал реализации обратного перехода сдвигается в сторону повышенных температур - однако, если при обычном тепловом нагреве обратное превращение заканчивается при температурах, превышающих температуру окончания обратного мартенситного превращения в свободном состоянии Ак на 100-150 °С, то при ультразвуковом воздействии оно завершается при температурах, превышающих Ак не более, чем на ~ 15 - 20 °С. Это обусловлено тем, что ультразвуковые колебания за счет теплового и силового воздействия [3] существенно снижают Ак° [4]. Прекращение ультразвукового воздействия инициирует прямое мартенситное превращение, и, как следствие, эффект пластичности превращения. В результате указанной ультразвуковой обработки в образцах сплава TiNi наблюдается снижение фазового предела текучести, что способствует увеличению ресурса обратимой деформации и обусловливает более высокие характеристики формовосстановления.
Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что тепловой и ультразвуковой нагрев осуществляется до температуры Ак° с последующим охлаждением ниже Мк° что свидетельствует о наличие признаков, отличающих заявляемый способ от прототипа.
Примеры конкретного осуществления способа.
Во всех примерах использовали в качестве образцов проволоку Ti-50,4 ат.% Ni диаметром 0,65 мм, которую предварительно подвергали рекристаллизационному отжигу при температуре 700 °С в течение 30 минут с последующей закалкой в воде.
Пример 1.
Образец деформируют в мартенситном состоянии изгибом на величину 4,5 % и заневоливают. Затем осуществляют нагрев в заневоленном состоянии до температуры 200 °С, выдержку в течение 5 минут и охлаждение до температуры 10 °С. В результате указанной обработки запоминаемая деформация составляет 3,5 %. После деформирования изгибом в мартенситном состоянии на 6 % и инициирования эффекта памяти формы в свободном состоянии величина восстанавливаемой деформации составляет 6 %.
Пример 2.
Образец деформируют в мартенситном состоянии изгибом на величину 4,5 % и заневоливают. Затем осуществляют нагрев в заневоленном состоянии до температуры 150°С, выдержку в течение 5 минут и охлаждение до температуры 10°С. В результате указанной обработки запоминаемая деформация составляет 3,1 %. После деформирования изгибом в мартенситном сос тоянии на 6 % и инициирования эффекта памяти формы в свободном состоянии величина восстанавливаемой деформации составляет 5,9 %.
Пример 3.
Образец деформируют в мартенситном состоянии изгибом на величину 8,1 ±0,1%, заневоливают и осуществляют ультразвуковое воздействие с амплитудой механических напряжений 25±3 МПа и частотой 22 кГц в течение 1 минуты. В результате указанной обработки запоминаемая деформация составляет 6,5 %.
Пример 4.
Образец деформируют в мартенситном состоянии изгибом на величину 4,8 ±0,1%, заневоливают и осуществляют ультразвуковое воздействие с амплитудой механических напряжений 25±3 МПа и частотой 22 кГц в течение 1 минуты. В результате указанной обработки запоминаемая деформация составляет 3,1 %.
В процессе ультразвуковой обработки температура материала не превышает 72°С (АК = 57°С). В результате деформирования образцов после ультразвукового воздействия изгибом в мартенситном состоянии на 10,5%) и инициирования эффекта памяти формы в свободном состоянии обычным тепловым способом величина восстанавливаемой деформации составляет 9,2 %, в то время как в образце не подвергнутом ультразвуковому воздействию всего 7,1 %, что свидетельствует об увеличении ресурса обратимой деформации в процессе ультразвуковой обработки.
Преимущества предлагаемого способа обработки в сравнении с известными способами заключаются в задании формы при более низких температурах, отсутствии повреждений поверхностного слоя материала, возможности обработки комбинированных элементов конструкции и элементов с покрытиями, не выдерживающих высоких температур, и, в связи с использованием более низких температур, упрощении требований к оснастке, необходимой для заневоливания образцов. Кроме того, в
результате использования предлагаемого способа обработки в материале формируются характеристики формовосстановления, не уступающие по своим значениям, характеристикам, полученным в результате обработки при температурах 400-500 °С.
В случае использования ультразвуковых колебаний нагрев материала превышает Ак всего на ~ 15-20 °С, - столь малый разогрев материала при задании памяти формы не имеет аналогов, и это преимущество трудно переоценить, так как появляется возможность обрабатывать композиционные конструкции из сплавов TiNi, помещенных в полимерную оболочку, которая не выдерживает температур, превышающих 100 °С. Кроме того, в результате использования предлагаемого способа обработки в материале увеличивается ресурс обратимой деформации при реализации эффекта памяти формы, - формовосстановление в образцах после ультразвукового воздействия на ~ 15-20 % больше, чем в образцах после термообработки.
Источники информации:
1. Ооцука, К. Сплавы с эффектом памяти формы /, К. Сумидзу, Ю. Судзуки [и др.]; под ред. X. Фупакубо / пер. с япопск. И.И. Дружинина. -М.: Металлургия, 1990.-С. 158-162.
2. Ооцука, К.Сплавы с эффектом памяти формы /, К. Сумидзу, Ю. Судзуки [и др.]; под ред. X. Фунакубо / пер. с японск. И.И. Дружинина. -М.: Металлургия, 1990.-С. 162.
3. Рубаник, В.В. (мл.) Инициирование эффекта памяти формы в сплавах TiNi под действием ультразвуковых колебаний : дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 / В.В. Рубаник (мл.). - Минск, 2005.
4. Милюкина, С. Н. Динамика ультразвукового нагрева TiNi сплавов с эффектом памяти формы / С. Н. Милюкина, А. В. Шадурский,
1.
В. В. Рубаник, В. В. Рубаник мл. // Международный симпозиум "Перспективные материалы и технологии", 27-29 мая 2015 г., Витебск, Беларусь: материалы конференции / У О "ВГТУ" - Витебск, 2015. - С. 323325.
Формула изобретения
1. Способ задания памяти формы, включающий формоизменение конструкции в мартенситной фазе, заневоливание и последующий нагрев в заневоленном состоянии, отличающийся тем, что нагрев осуществляется до температуры Ака с последующим охлаждением ниже Мк°.
2. Способ задания памяти формы по п.1, отличающийся тем, что нагрев до температуры Ак° осуществляют за счет возбуждения в заневоленном материале ультразвуковых колебаний.
Где А к° - температура окончания обратного мартенситного превращения под нагрузкой, а Мк° - температура окончания прямого мартенситного превращения под нагрузкой.
Заявитель: ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ
НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (ГНУ "ИТА HAH БЕЛАРУСИ")
[ J Неко торые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
? Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ: C22F 1/00 (2006.01)
C22F1/10 (2006.01) C21D 1/04 (2006.01) C22F3/00 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
Дата действительного завершения патентного поиска: 10 мая 2016 (10.05.2016)
C22F 1/00, 1/10, 1/16, 3/00, C21D 1/00, 1/04
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
:'Ф. 125993.Москва. Г-59. ГСН-3. Бережковская наб.. ч. 30-1.Факс: (499) 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
О.С. Стельмах
Телефон № (495) 531-6481
НЛПВ/0Г1-2
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
Помер евразийской заявки:
201501124
ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ ( продолжение графы В )
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
КРАХИН О.И. и др. Сплавы с памятью. Технология и применение. Старый Оскол "ТНТ" 2011, с. 87-91, рис. 2.6, 2.7
(19)
(19)
(19)
|
