Медь и медные сплавы: отечественные и зарубежные марки
Осинцев О. Е., Федоров В. Н.
Машиностроение, 2004 г.
6.4. МЕДНЫЕ СПЛАВЫ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
Эффект памяти формы (ЭПФ) был впервые обнаружен Чангом и Ридом в 1951 г. на сплавесистемыAg-Cd. Возможность практического применения ЭПФ была установлена в 70-х годах, когда этот эффект, основанный на термоупругом мартенситном превращении, был обнаружен в сплавесистемыTi-Ni. Первые промышленные сплавы, обладающие эффектом памяти формы - это СПЛАВЫ на базе интерметаллидаTiNi(никилид титата, нити-нол) [64, 97].
Позднее ЭПФ был обнаружен во многих сплавах, в том числе и на медной основе: Cu-Zn, Cu-Al, Cu-Zn-AI, Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Si, Cu-Mn-Si, Fe-Pt, Ni-Alи др.
Сплавы с ЭПФ используются в различных областях техники (авиационная и бытовая техника, медицина, приборостроение и др.). СПЛАВЫ с ЭПФ - это функциональные материалы, дающие возможность реализовать служебные характеристики конструкций и устройств, которые не могут быть получены при использовании других материалов [64].
Общие сведения
В настоящее время известно несколько механизмоввосстановленияформы образца, но наиболее важные связаны с термоупругим мар-тенситным превращением [58, 97].
Поскольку в настоящее время установлено, что необходимой основой для проявления ЭПФ является наличие в сплаве мартенситного превращения, сначала следует рассмотреть характерные особенности этого превращения.
Мартенситные превращения возможны только в твердом состоянии. Они происходят без участия диффузии, и составпродуктовпревращения остается таким же, как и состав исходной фазы.
Мартенситное превращениесвязано с упрорядоченным, кооперативным взаимосвязанным перемещением атомов на расстояния меньше межатомных без обмена атомов местами. При образовании кристалловмартенсита в исходной фазе атомы перемещаются не по отдельности, а как единый комплекс, как бы «ряд за рядом», в результате чего происходит перестройка решетки исходной фазы в решетку мартенсита. Такое кооперативное движениеатомовприводит к однозначному ориентаци-онному соответствию между узлами решетки исходной фазы с решеткоймартенсита [58].
Можно выделить следующие особенности мартенситного превращения, имеющие важное значение для понимания механизма ЭПФ:
1.Мартенситная фаза (М) представляет собой однородный твердый раствор замещения или внедрения. Причем этот раствор может быть пересыщенным или ненасыщенным.
2.Мартенситное превращение является бездиффузионным. Поэтому концентрацияатомов легирующих элементов в исходной (β) и мартенситной фазе (М) одинакова
3.Мартенситное превращениеβ —> Μ при охлаждении начинается для каждого сплава с определенной температуры Мн или Ms(температура начала мартенситного превращения). Оно происходит в определенном интервалетемператур между верхней Мн и нижней Мк или М/ мартенситными точками (мартенситное превращение завершается).
4.Превращение происходит с изменением объема и характеризуется деформацией формы. Между решеткамимартенситной и исходной фаз существуют определенные ори-ентационные соотношения.
5.Мартенситное превращение является обратимым в том смысле, что можно повторно получить начальную атомную конфигурацию5. Обратимость связана с температурным гистерезисом.
На рис. 6.79 показано температурное изменение свободной энергии Гиббса (объемной свободной энергии) мартенситной и исходной фаз. При температуреТ0исходная фаза и мартенсит находятся в термодинамическом равновесии. При охлаждении до температуры Мн начинается мартенситноепревращениеβ —* Μ. Разность свободных энергий исходной и мартенситной фаз Δ