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

 

Изобретение относится к. неразрушающим методам контроля напряженнодеформированного состояния термочувствительных элементов (ТЧЭ) из материала, проявляющего эффект памяти формы. Целью изобретения является упрощение реализации и повышение точности способа. В способе определения уровня внутренних напряжений в ТЧЭ, включающем в себя нагружение исследуемого ТЧЭ постоянной по величине нагрузкой с изменением уровня напряжений в каждой серии опытов и проведение измерений при каждом уровне напряжений , при каждом из уровней напряжений осуществляют термоциклирование ТЧЭ между аустенитным и мартенситным состоянием. В мзртенситном 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. (А С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК () 4) (I () (si)s G 01 В 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ)",ЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и фТГ

Б1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4692565/28 (22) 16.05.89 (46) 15.06.91. Бюл. М 22 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) А.В.Остапенко и А.М.Александров (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1420452, кл. G 01 N 3/38, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНОМ ЭЛЕМЕНТЕ И3 МАТЕРИАЛА, ПРОЯВЛЯЮЩЕГО ЭФФЕКТ ПАМЯТИ

ФОРМЬ! (57) Изобретение относится к. неразрушающим методам контроля напряженнодеформированного состояния термочувствительных элементов (ТЧЭ) из материала, проявляющего эффект памяти формы.

Изобретение относится к нераэрушающим методам контроля напряженнодеформированного 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 нагружение исследуемого ТЧЭ постоянной по величине нагрузкой с изменением уровня напряжений в каждой серии опытов и проведение измерений при каждом уровне на-. пряжений, при каждом из уровней напряжений осуществляют термоциклирование ТЧЭ между аустенитным и мартенситным состоянием. В Mo" рте нситном 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- 0 стояния (МС) произойдет снова накопление Л деформации, Таким образом, при термоцик- О" лировании между АС и МС нагруженного (p3

ТЧЭ будет наблюдаться знакопеременное а деформирование. О

Эффект памяти формы обусловлен протеканием в материале ТЧЭ обратимого термоупругого превращения, которое. как известно, сопровождается сменой типа криюй сталлической решетки в некотором диапазоне температур. Исторически сложилось так, что под АС понимают состояние материала с высокотемпературной модификацией решетки, а под МС вЂ” с ниэкотемпературной.модификацией решет1656310 ки (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

MC. При этом измеряют деформации в АС и

MC. 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 MC.

Полученные две пограничные линии А и M образуют ДРЦ и характеризуют способность сплава к формоизменению при различных нагрузках. Например, при напряжениях ат, ог, оз будет наблюдаться формоизменение в диапазоне неупругой деформации с 1, Qq, 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 термсциклирования при напряжении, значительно превышающем предел текучести. Таким образом, в материале с памятью формы или готовом ТЧЭ практически всегда есть поле внутренних напряжений о;, ориентированных противоположно по отношению к внешней нагрузке Oð. 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 % (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 макродеформация å . Величина деформации обратимой памяти формы статически устойчиво сохраняется с числом циклов.

При термоциклировании ТЧЗ при напряжении ор =o1 (о „будет наблюдаться

10 формоизменение в диапазоне неупругой деФормации о„1 . Если в МС ТЧЭ разгрузить (т.е, устранить нагрузку), то у него восстановится упругая часть деформации и останется заданная деформация я1, Если теперь разгруженный ТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное восстановление заданной деформации е1, При последующем термоциклировании формоизменение будет происходить только в диапазоне деформации обратимой памяти формы а .

При термоциклировании ТЧЭ под напряжением ор = 02 = о, будет наблюдаться формоиэменение в диапазоне неупругой деформации ба. Если теперь в МС ТЧЭ раз- . грузить, то у него останется заданная

)(С деформация с. Если теперь разгруженный . ТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное

:(С восстановление заданной деформации .я2..

При последующем термоциклировании в разгруженном состоянии формоизменение будет происходить только в диапазоне деформации обратимой памяти формы ео .

При термоциклировании ТЧЭ под напряжением ор = оз ((7, будет наблюдаться формоизменение в диапазоне неупругой деформации енз, Если в МС ТЧЭ разгрузить, 30

3jc то у него останется заданная деформация .

То есть повышение в ТЧЭ напряжений сгр, наводимых внешней нагрузкой, свыше уровня внутренних напряжений не приво35 дит к увеличению заданной деформации .

ЯФ е2 и, следовательно, максимальный уровень заданной ТЧЭ деформации наблюдается при стр = o B. Это свойство положено в основу предлагаемого способа.

Природа такого термомеханического поведения-материала ТЧЭ лежит в следую. щем. Любой применяемый на практике материал имеет поликристаллическое

45 строение. При этом в слитке кристаллографические плоскости отдельных зерен и блоков зерен кристаллов ориентированы статистически равномерно по всем направлениям. В процессе изгоТовления иэ слитка

50 требуемого сортамента (проволока, труба, лист) зернам задается некоторая преимущественная ориентация путем направленного пластического деформирования при изготовлении требуемого профиля, В процессе

55 последующей термомеханической обработки материал или уже готовый ТЧЭ снова подвергается пластическому деформированию путем вытягивания под нагрузкой с числом термоциклов. Эта пластическая деформация и наводит поле внутренних на1656310

Составитель Е.Щелина

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор M.Øàðoùè

Заказ 2307 . Тираж 385 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат."Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 и (ов, 10 часть зерен, наиболее "неудачно" ориентированных по направлению действия силы, изменяет ориентацию и при разгрузке заданная деформация больше деформации .обратимой памяти формы.. 15

При напряжении ар = u< 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 =o,. Даль- . нейшее увеличение нагрузки не приводит к увеличению заданной деформации.

С 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- 30 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 ТЧ Э деформации с 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 acr:,è÷èíå 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 нагруз-. ки.