Volgens konvensionele wysheid is metale die duursaamste en mees weerstandbiedende materiale. Daar is egter legerings wat hul vorm na vervorming kan herstel sonder om 'n eksterne las toe te pas. Hulle word ook gekenmerk deur ander unieke fisiese en meganiese eienskappe wat hulle van strukturele materiale onderskei.
essensie van die verskynsel
Die vormgeheue-effek van legerings is dat 'n voorafvervormde metaal spontaan herstel as gevolg van verhitting of bloot na aflaai. Hierdie ongewone eienskappe is so vroeg as die 1950's deur wetenskaplikes opgemerk. 20ste eeu Selfs toe was hierdie verskynsel geassosieer met martensietiese transformasies in die kristalrooster, waartydens daar 'n geordende beweging van atome is.
Martensiet in vormgeheuemateriaal is termo-elasties. Hierdie struktuur bestaan uit kristalle in die vorm van dun plate, wat in die buitenste lae gestrek word en in die binneste saamgepers word. Die "draers" van vervorming is interfase-, tweeling- en interkristallietgrense. Na verhitting van die vervormdelegering, interne spannings verskyn, probeer om die metaal na sy oorspronklike vorm terug te keer.
Die aard van spontane herstel hang af van die meganisme van die vorige blootstelling en die temperatuurtoestande waaronder dit voortgegaan het. Van die grootste belang is die veelvuldige siklisiteit, wat etlike miljoene vervormings kan beloop.
Metale en legerings met 'n vormgeheue-effek het nog 'n unieke eienskap - 'n nie-lineêre afhanklikheid van die fisiese en meganiese eienskappe van die materiaal op temperatuur.
variëteite
Bogenoemde proses kan verskeie vorme aanneem:
- superplastisiteit (superelastisiteit), waarin die kristalstruktuur van die metaal vervormings kan weerstaan wat die vloeisterkte in die normale toestand aansienlik oorskry;
- enkel- en omkeerbare vormgeheue (in laasgenoemde geval word die effek herhaaldelik tydens termiese fietsry weergegee);
- voorwaartse en terugwaartse transformasie-rekbaarheid (akkumulasie van spanning tydens onderskeidelik verkoeling en verhitting, wanneer dit deur 'n martensietiese transformasie gaan);
- omkeerbare geheue: wanneer dit verhit word, word eers een vervorming herstel, en dan, met 'n verdere toename in temperatuur, nog een;
- georiënteerde transformasie (ophoping van vervormings na verwydering van die las);
- pseudoelastisiteit - herstel van onelastiese vervormings van elastiese waardes in die reeks van 1-30%.
Keer terug na die oorspronklike toestand vir metale met die effekvormgeheue kan so intens wees dat dit nie deur 'n krag naby aan die treksterkte onderdruk kan word nie.
Materials
Onder die legerings met sulke eienskappe is titanium-nikkel (49–57% Ni en 38–50% Ti) die algemeenste. Hulle het goeie prestasie:
- hoë sterkte en weerstand teen korrosie;
- beduidende herstelfaktor;
- groot waarde van interne spanning wanneer teruggekeer word na die aanvanklike toestand (tot 800 MPa);
- goeie verenigbaarheid met biologiese strukture;
- effektiewe vibrasie-absorpsie.
Benewens titaniumnikkelied (of nitinol), word ander legerings ook gebruik:
- twee-komponent - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- drie-komponent - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -Si en ander.
Legeringsbymiddels kan die martensietiese transformasietemperatuur aansienlik verskuif, wat die reduksie-eienskappe beïnvloed.
Industriële gebruik
Toepassing van die vormgeheue-effek maak dit moontlik om baie tegniese probleme op te los:
- skepping van stywe pypsamestellings soortgelyk aan die opvlammetode (flensverbindings, self-aandraaiklemme en koppelings);
- vervaardiging van klemgereedskap, grypers, drukkers;
- ontwerp"supervere" en akkumulators van meganiese energie, stapmotors;
- skepping van lasse van verskillende materiale (metaal-niemetaal) of op moeilik bereikbare plekke wanneer sweis of soldering onmoontlik word;
- produksie van herbruikbare kragelemente;
- kas-verseëling van mikrokringe, voetstukke vir hul verbinding;
- produksie van temperatuurbeheerders en sensors in verskeie toestelle (brandalarms, sekerings, hitte-enjinkleppe en ander).
Die skepping van sulke toestelle vir die ruimtebedryf (selfontplooiende antennas en sonpanele, teleskopiese toestelle, gereedskap vir installasiewerk in die buitenste ruimte, aandrywers vir draaimeganismes - roere, luike, luike, manipuleerders) het groot vooruitsigte. Hul voordeel is die afwesigheid van impulsladings wat die ruimtelike posisie in die ruimte versteur.
Toepassing van vormgeheue-legerings in medisyne
In mediese materiaalwetenskap word metale met hierdie eienskappe gebruik om tegnologiese toestelle te maak soos:
- trapmotore om bene te strek, die ruggraat reguit te maak;
- filters vir bloedvervangers;
- toestelle om frakture reg te maak;
- ortopediese toestelle;
- klemme vir are en arteries;
- pomponderdele vir kunsmatige hart of nier;
- stents en endoprostese vir inplanting in bloedvate;
- ortodontiese drade vir die regstelling van die gebit.
Nadele en vooruitsigte
Ondanks sy groot potensiaal, het vormgeheue-legerings nadele wat hul wydverspreide aanvaarding beperk:
- duur chemie-komponente;
- ingewikkelde vervaardigingstegnologie, die behoefte om vakuumtoerusting te gebruik (om die insluiting van stikstof en suurstof onsuiwerhede te vermy);
- fase-onstabiliteit;
- lae bewerkbaarheid van metale;
- probleme om die gedrag van strukture akkuraat te modelleer en allooie met gewenste eienskappe te vervaardig;
- veroudering, moegheid en agteruitgang van legerings.
'n Belowende rigting in die ontwikkeling van hierdie gebied van tegnologie is die skepping van bedekkings van metale met 'n vormgeheue-effek, sowel as die vervaardiging van sulke legerings gebaseer op yster. Saamgestelde strukture sal dit moontlik maak om die eienskappe van twee of meer materiale in een tegniese oplossing te kombineer.
