Способ определения уровня внутренних напряжений в термочувствительном элементе из материала, проявляющего эффект памяти формы Советский патент 1991 года по МПК G01B5/30 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля напряженно- деформированного состояния термочувствительных элементов (ТЧЭ) из 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 из 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 произойти только при снятии нагрузки в АС. При остывании из АС до мартенситного состояния (МС) произойдет снова накопление деформации. Таким образом, при термоцик- лировании между АС и МС нагруженного ТЧЭ будет наблюдаться знакопеременное деформирование.

Эффект памяти формы обусловлен протеканием в материале ТЧЭ обратимого термоупругого превращения, которое, как известно, сопровождается сменой типа кристаллической решетки в некотором диапазоне температур. Исторически сложилось так, что под АС понимают состояние материала с высокотемпературной модификацией решетки, а под МС - с низкотемпературной модификацией решетО СП

о

СА) О

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 МС. При этом измеряют деформации в АС и МС. 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 ТЧЭ в МС. Полученные две пограничные линии А и М образуют ДРЦ и характеризуют способность сплава к формоизменению при различных нагрузках. Например, при напряжениях з , О2 , оз будет наблюдаться формоизменение в диапазоне неупругой деформации еН1 , ЈН2 , БНЗ соответственно. ДРЦ является одной из основных характеристик материалов с памятью формы.

Для повышения служебных свойств материала с памятью или уже готового ТЧЭ в них наводят поле механических напряжений путем предварительного терме цикл w- рования при напряжении, зпач/тельнс превышающем предел текучести. Таким ob- разом, в материале с памятью фоомы пли готовом ТЧЭ практически всегда есть поле внутренних напряжений ав, ориентированных противоположно по отношению к внешней нагрузке ор. На чертеже показана типичная ДРЦ для проволоки из никелида титана диаметром 0,5 мм.

При отсутствии внешней нагрузки () в процессе термоциклирования будет наблюдаться самопроизвольное формоизменение с амплитудой изменения деформации Јо (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 возникает макродеформация Ј0. Величина деформации обратимой памяти формы статически устойчиво сохраняется с числом циклов,

При термоциклировании ТЧЭ при напряжении 7Р (7i (7П будет наблюдаться

формоизменение в диапазоне неупругой деформации fHi . Если в МС ТЧЭ разгрузить (т.е. устранить нагрузку), то у него восстановится упругая часть деформации и останет.(.

ся заданная деформация Ј1 . Если теперь разгруженный ТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное восстановление заданной

деформации Ј-|. При последующем термо- 0 циклировании формоизменение будет происходить только в диапазоне деформации обратимой памяти формы Ј0.

При термоциклировании ТЧЭ под напряжением ор 02 егв будет наблюдаться 5 формоизменение в диапазоне неупругой деформации €н2. Если теперь в МС ТЧЭ разгрузить, то у него останется заданная

деформация сг. Если теперь разгруженный

ТЧЭ нагреть до АС, то произойдет полное

0

восстановление заданной деформации Ј2.

При последующем термоциклировании в разгруженном состоянии формоизменение будет происходить только в диапазоне де- 5 формации обратимой памяти формы Ј0 .

При термоциклировании ТЧЭ под напряжением 0р оз 7В будет наблюдаться формоизменение в диапазоне неупругой деформации Јнз. Если в МС ТЧЭ разгрузить,

то у него останется заданная деформация Ј То есть повышение в ТЧЭ напряжений ор , наводимых внешней нагрузкой, свыше уровня внутренних напряжений не приво- 5 дит к увеличению заданной деформации

Ј2 и, следовательно, максимальный уровень заданной ТЧЭ деформации наблюдается при ар ов. Это свойство положено в основу предлагаемого способа,

0

Природа такого термомеханического

поведения материала ТЧЭ лежит в следующем. Любой применяемый на практике материал имеет поликристаллическое

5 строение. При этом в слитке кристаллографические плоскости отдельных зерен и блоков зерен кристаллов ориентированы статистически равномерно па всем направлениям. В процессе изготовления из слитка

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

5 последующей термомеханической обработки материал или уже готовый ТЧЭ снова подвергается пластическому деформированию путем вытягивания под нагрузкой с чис- лом термоциклов. Эта пластическая деформация и наводит поле внутренних напряжений, действующих в направлении, противоположном приложенной силе и пластическому деформированию.

Значительная часть (но, не вся) зерен кристаллов приобретает преимущественно ориентацию вдоль линии действия силы. В процессе термоциклирования реализуется деформация обратимой памяти.

Если термоциклирование осуществляется при некотором напряжении f7i ав, часть зерен, наиболее неудачно ориентированных по направлению действия силы, изменяет ориентацию и при разгрузке заданная деформация бопьше деформации обратимой памяти формы.

При напряжении ор ав все зерна проходят переориентацию и дальнейшее увеличение нагрузки не вызывает увеличения заданной деформации.

Таким образом, с ростом напряжений в диапазоне до уровня внутренних напряжений заданная деформация увеличивается, достигая максимума при 7Р оъ. Дальнейшее увеличение нагрузки не приводит к увеличению заданной деформации.

С учетом изложенного предлагаемый способ определения внутренних напряжений включает в себя нагружение ТЧЭ постоянной по величине нагрузкой с изменэнием напряжений в каждой из серий и последующее 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 ТЧЭ деформации с ростом нагрузки. Формула изобретения Способ определения уровня внутренних напряжений в термочувствительном элементе из материала, проявляющего эффект памяти формы, включающий в себя на- (ружечие исследуемого элемента постоянной по величине нагрузкой с изменением уровня напряжений в каждой серии опытов и проведение измерений при каждом уровне напряжений, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения и повышения точности способа при каждом из уровней напряжения осуществляют термоциклирование элемента между мар- тенситным и аустенигным 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 нагрузки.

Изобретение относится к. неразрушающим методам контроля напряженно- деформированного 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 на- гружение 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 термоциклиро- вание ТЧЭ между аустенитным и мартенсит- ным 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