Силовой термочувствительный элемент Советский патент 1984 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для получения механической энергии при расширении или сжатии твердых тел, вызываемом изменением температуры, и может быть использовано при создании тепловых двигателей и инструмента для пластической обработки различных деталей.

Известен силовой термочувствительный элемент инструмента для развальцовки труб, выполненный в виде стержня из материала на основе сплава с эффектом памяти формы 1 .

Недостатками известного- силового элемента являются недостаточная величина (4-8°/о) тепловой деформации при многократной обратимой памяти формы, обусловленная нег1олным возвратом формы элементов при их охлаждении, а также узкая область применения из-за невозможности использования для работы одного и того же элемента различных источников нагрева и охлаждения.

Наиболее близким к изобретению является силовой термочувствительный элемент в виде стержня из материала на основе сплавов с эффектом памяти формы и эффектом сверхупругости 2.

Введение в данном силовом элементе гильзы из материала с эффектом сверхупругости, надетой на стержень из материала с эффектом памяти формы, обеспечивает увеличение степени тепловой деформации при многократном термоциклировании до lO-lS-/o, однако и данный силовой элемент имеет узкую область применения из-за невозможности использования для его работы различных источников и способов нагрева и охлаждения.

Цель изобретения - расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в силовом термочувствительном элементе в виде стержня из материала на основе сплавов с эффектом памяти формы и эффектом сверхупругости, стержень выполнен из пористой массы спрессованной биметаллической стружки.

При предлагаемом выполнении силового элемента обеспечивается величина тепловой деформации при многократном термоциклировании до 10 -15% за счет инициирования материалом с эффектом сверхупругости возврата первоначальной формы силового элемента при охлаждении, и кроме того, обеспечивается расширение области применения за счет возможности эффективного теплообмена при использовании разнообразных источников нагрева (нагрев электрическим током, теплом прокачиваемого через поры силового элемента теплоносителя, инешним излучением, теплоотдачей от контакта с твердым нагревателем, пропусканием через силовой элемент ультразвука и т. п.) и охлаждения (пропусканием через

поры силового элемента холодного теплоносителя, излучением тепла в окружающую среду и т. п.).

На фиг. 1 изображен силовой термочувствительный элемент, вариант его исполнения в качестве инструмента для развальцовки труб в трубной доске теплообменника; на фиг. 2 -- схема получения биметаллической стружки из сплавов с эффектом памяти формы и с эффектом сверхупругости для

изготовления пористой спрессованной биметаллической стружки.

Силовой термочувствительный элемент 1 в виде стержня из материала на основе сплавов с эффектом памяти формы и с эффектом сверхупругости выполнен из пористой мас5 сы 2 спрессованной биметаллической стружки 3.

Биметаллическую стружку 3 получают, например, путем обточки резцом на токарном станке (фиг. 2) стержня, составленного

Q путем диффузионной сварки поочередно расположенных дисков 4 толш,иной 0,81,0 мм из сплава с эффектом памяти формы (никелнд титана Т4бН54 с критической температурой Мн 75°С) и дисков 5 толшиной 0,2-0,5 мм из сплава с эффектом сверхупругости (никелид титана Т45Н55 с критической температурой Мн 35°С).

Биметаллический материал для стружки может быть получен также любым известным способом: путем контактной сварки, ультразвуковой сварки, совместной прокатки слоев металлических сплавов в вакууме, напылением слоев, путем получения биметаллического двухслойного аморфного стекла сверхбыстрой закалкой из расплава в вакууме и т.д.

Полученную таким образом биметаллическую стружку 3, например, с размерами поперечного сечения 0,5 мм-0,3 мм, в сжатом состоянии прессуют при 20°С для получения силового элемента 1 в форме la (фиг. 1, справа от вертикальной оси) с диаметром,

равным внутреннему диаметру участка 6 развальцованной трубы 7. При этом количество биметаллической стружки 3 принимают с учетом получения пористости массы в диапазоне 30-50%. После этого силовой элемент 1 в форме la подвергают отжигу в

закрытом штампе при 450°С в течение 3060 мин, а после охлаждения до 20°С вынимают из штампа и при температуре ниже 20°С пластически деформируют обжимом по диаметру на 10-15% до получения сило- вого элемента 1 (фиг. 1, слева от вертикальной оси).

Силовой элемент 1 инструмента для развальцовки труб соединен нерабочим концом с эластичным шлангом 8 для периодической подачи горячего и холодного воздуха, напри5 мёр, при избыточном давлении 2-4 кгс/см. Форма выполнения силового термочувствительного элемента может быть разнообразной (в виде стержня, полосы, ленты. блока, сильфона, пружины, трубы, хомута и т.п.). Силовой элемент работает следующим образом. Силовой элемент 1 вставляется в подлежащую развальцовке трубу 7, которая вставлена в отверстие 9 трубной доски 10 с зазором (фиг. 1, слева от вертикальной оси). Затем по шлангу 8 прокачивают через пористую массу 2 силового элемента 1 горячий воздух с температурой выше 100°С. Силовой элемент 1 нагревается до температуры проявления эффекта памяти формы (выше 100°С), увеличивается в диаметре на 10-15% и, воздействуя на трубу 7 изнутри, развальцовывает ее на участке 6, прочно закрепляя в трубной доске 10. После этого по шлангу 8 прокачивают холодный воздух с температурой ниже 20°С. Силовой элемент 1 охлаждается и в соответствии с обратимостью эффекта памяти принимает первоначальную форму с меньшим диаметром (фиг. 1 слева от вертикальной оси). На этом цикл развальцовки одной трубы заканчивается, и силовой элемент 1 вынимается из нее и используется описанным выше образом для развальцовки другой трубы 7. Предлагаемый силовой термочувствительный элемент обладает многократным (обратимым) эффектом памяти формы при термоциклировании болеее Ю циклов с величиной формоизменения по диаметру lO-lS /o и генерированием напряжений при увеличении диаметра от нагрева (Bbitue 75°С) более 30 кгс/мм. При этом возврату формы силового элемента 1 при охлаждении (ниже 40°С) активно способствует имеющийся в составе пористой массы 2 сплав с эффектом сверхупругости, который проявляется при температурах выше 35°С. Использование изобретения обеспечивает расширение области применения силовых термочувствительных элементов вместо дорогостоящих и громоздких гидравлических, пневматических и электромеханических устройств, а также позволяет расширить возможность использования солнечной энергии и низкопотенциальных источнлков тепла - естественной разности температур и тепловых отходов промышленного производства.

СИЛОВОЙ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ в виде -стержня из материала на основе сплавов с эффектом памяти формы и эффектом сверхупругости, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, стержень выполнен из пористой массы спрессованной биметаллической стружки.