Сплав на основе меди с эффектом памяти формы

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам с эффектом памяти формы, и может быть использовано для производства термочувствительных элементов. Цель изобретения - повышение области температур мартенситных переходов и повышение циклической прочности. Сплав содержит , мас.%: алюминий 8,0-10,6; железо 1,5 - 4,5; титан 1,0 - 6,0; ванадий 1,5 - 4,5; хром 0,3 - 1,6; медь остальное. Сплав имеет температуры фазового перехода в интервале 200 - 600 С и способен выдержать 11-12 тыс. термоциклов до разрушения при нагрузке 2 кг/мм2. 1 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 22 С 9/01

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;. ..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4722424/02 (22) 24.07.89 (46) 15.11.91. Бюл, М 42 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) Ю,Н.Коваль и Л.М.Неганов (53) 669.35.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР, М

402572,кл, С 22 С 9/01. (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ МЕДИ С ЭФФЕК. ТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам с эффектом памяти

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам с эффектом памяти формы, и может быть использовано для производства термочувствительных элементоМ (ТЧ Э).

Цель изобретения — повышение области температур мартенситных переходов и циклической прочности.

Известный сплав, содержащий медь, алюминий, железо, дополнительно содержит титан, ванадий и хром при следующем соотношении компонентов, мас.;(,; алюминий 8,0 — 10,6; железо 1,5 — 4,5; титан 1 — 6; ванадий 1,5 — 4,5; хром 0,3 — 1,6; медь остальное.

Введение алюминия в пределах 8,010,6-,ь обеспечивает повышение температуры мартенситного перехода в среднем на

200-250 С, при этом достигается высокая пластичность сплава в состоянии исходной

Р-фазы. Введение алюминия менее 8ф, приводит к повышению хрупкости сплава, а увеличение его более 10,6 снижает температуру мартенситного перехода на

180-200 С. Введение титана в пределах 16 повышает циклическую прочность спла„„Я „„1691416 А1 формы, и может быть использовано для производства термочувствительных элементов.

Цель изобретения — повышение области температур мартенситных переходов и повышение циклической прочности. Сплав содержит, мас.,ь: алюминий 8,0-10.6; железо

1,5 — 4,5; титан 1,0 — 6,0; ванадий 1,5 — 4,5; хром 0;3 — 1,6; медь остальное. Сплав имеет температуры фазового перехода в интервале 200 — 600 С и способен выдержать 11-12 тыс. термоциклов до разрушения при нагрузке 2 кг/мм . 1 табл. ва и стабилизируют амплитуду при обрат- а ном формоизменении, ТЧЭ в условиях работы, связанных с нагревом его тлеющим разрядом. Это связано с тем, что процесс распада метастабильных фаз мартенситного типа находится в прямой зависимости от содержания в сплаве титанового мартенсита. При концентрации титана менее 17ь в. сплаве наблюдается относительно быстрый распад Р -фазы через стадию обратного 0 мартенситного превращения на этапе тер- сО мообработки сплава, а при концентрации о титана более 6 резко уменьшается обратимость формоизменения. При этом основй ным препятствием для обратимости является развитие конкурирующих высокотемпературных релаксационных процессов, возникающих при термоциклировании термочувствительного элемента (ТЧЭ) через высокотемпературный интервал мартенситного превращения. Причина такого поведения титана в сплаве может быть связана также с тем, что при превышении концентрации титана микропластическая деформация в ТЧЭ, обусловленная межфазными напряжениями, протекает в весьма специ8,0 — 10,6

1,5 — 4,5 фических формах, например путем обрз зования различных межфазных npocr оек, <оторые приводят к неоднородн эму накоплению и последующему неоднородному распределению избыточной энергии на различных участках ТЧЭ. Дале в случая рекристаллизации реальное измельчение зерен ной структуры не наблюдается. поскольку при увеличении концентрации титана в сплаве в процессе термической обработки имеет место миграция отдельных участков границ j3-зерен, Введение в сплав ванадия в пределах

1,5-4,57; повышает термическую устойчивость сплава при высокотемпературном режиме работы ТЧЭ, а также обеспечивает повышение сопротивления усталости ЧЗ при многократных тепловых деформациях.

При этом рекомендуется вводить ванадий в виде лигатуры с железом (феррованадий) для обеспечения одновременного эффекта раскисления жйдкого металла, что в свою очередь способствует формированию мелкозернистой структуры сплава, Введение ванадия менее 1,5; вызывает рост размеров зерен в процессе изготовления 1 Ч Э, .то приводит к появлению трешин и повреждению материала, а введение ванадия более

4,5 g, вызывает появление в сплаве большого числа карбидообразующих элементов, существенно снижающих термомехан ические свойства изготовленных ТЧЭ.

Введение хрома в пределах 0,3 — 1,L- обеспечивает повышение статической ус алости сплава, а также улучшает сочетание прочностных и пластических свойств ма е,( риала Ro сравнению с известным способсм.

Кроме того, в условиях действия тлеющего разряда (как источника нагрева ТЧЗ) указанное количество хрома обеспечивает достаточную стойкость сплава прот, в окисления и эрозии. Введение хрома менее

0,37, снижает статическую усталость сплава, что приводит к затуханию амплитуды перемещения при обратном формоизмеl- ении ТЧЭ, а содержание хрома более 1,6;4 че обеспечивает его полной растворимости в расплаве, что приводит к появлению трещин в ТЧЭ, plcTo никэм KoTopb!x RB l5IIGTC5i микронеоднородности сплава.

Выполнение сплавов в заявленных пределах обеспечиваэт повышение температуры мартенситных переходов и позволяет стабилизироваrb амплитуду обра тимого формоизменения ТЧЭ.

Пример. Из литых образцов сплавэв составов, приведенных в таблице, выре=-ают пластинки размером 0,3 х 2,5 х 30 мм, каждой из которых предварительно пр5,гают обратимую память формы, Испытан я

4Г, 50

ГГ свойств проводят на установке, обеспечивающей трехточечный изгиб образцов. С помощью груза Р (разновесы) образец нагружают в центральной части третьей подвижной опорой, связанной с указанной нитью. В качестве датчика перемещения служит индукционный преобразователь, сердечник которого располагается непосредственно на свободном конце указанной нити. На первичную обмотку индукционного датчика подают опорное напряжение 15В с частотой 2000 l u, снимаемое со звукового генератора. После выпрямления и компенсации постоянной составляющей звуковой сигнал, пропорциональный величине перемещения сердечника, поступает на вход одной из координат двухкоординатного самописца типа ПДС-021 М, на второй вход которого подают электрический сигнал от термопары "хромельалюмель", спай которой приваривают точечной сваркой непосредственно к поверхности образца. Нагрев осуществляют малоинерционной печью электросопротивления, расположенной вблизи образца. Величина прогиба образца пропорционагьна квадрату расстояния между опорами. Максимальные напряжения (о„,), возникающие в образце в точке приложения груза P (r.е. в том сечении, в котором по данной схеме нагружения изгибающий момент максимальный), определяют по формуле

P L H

В и Н вЂ” ширина и толщина поперечного сечения образца, Все испытуемые образцы нагревают до о температуры на 30 — 50 С выше температуры Ак и охлаждают до температуры 21—

25 С. Количество термоциклов регистрируют при помощи счетчика.

Результаты проверки приведены в табл и це.

Сплав имеет температуры фазового перехода в интервале 200 — 600 С и способен выдержать 11 — 12 тыс. термоциклов до разрушения при нагрузке 2 кг/мм2, Формула изобретения

Сплав на основе меди с эффектом памяти формы, содержащий алюминий, железо, о т л и ч а iî шийся тем, что, с целью повышения области температур мартенситных переходов и циклической прочности, он дополнительно содержит титан, ванадий и хром при следующем соотношении компон енто в, ма с.,ь;

Алюминий

Железо

1691416

0,3 — 1,6

Остальное

Хром

Медь

1 — 6

1,5 — 4,5

Титан

Ванадий злементн, мас.Ф ) ") Величина нагрузки, Калмнество тис.циклов Ло

Критические тенпеоатуон маотенситного поевра1эення, C

Т

"! наняла раэруеения образцов кг

) . 1. ) ак

Hll

Составитель О.Сидорова

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор М.Петрова

Заказ 3908 Тираж 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

10,6 4,5

8,о 4,5

10,6 1,5

8,0 3,0

10,6 3,0

9,2 4 ° 5

9.2 3,6

8,6 1 5

12,0 0,5

12,0 3,0 .

1,О 6,3

4,0 1,0

6,6 1,6

1,0 0,3

6,0 1,6

6,0 0,3 I,G 1,6

4,0 1,6

1,о 6,3

6,6 6,3

Прототип

Прототип

Ост и н н

11

II

II

11

II н

lI и

1,5

3,0

4,5

4,5

l,5

3,0

3,0

1,5

3,0

4,5

542

477

35.7

536

333

463

294

443

516

l GO

92..):

SI0

283

431 .2а6

Зо5 ч15

4о2

536 .464

347

336

23 33

461

438

497

95 о9

561

492

36о

3о6

489

310 ч36 ч76

556

126

112

0,120

6,120

0,126

6,120

0,126

О, 120

0,126

G,126

6, 120

O,I20

0,120

0,120

12706

1 2800

I I 606

11966

1 I SOO

12906

1100