Сплав на основе меди с эффектом памяти формы

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства термочувствительных элементов. Сплав с эффектом памяти формы содержит, мас.%: алюминий 9,5-12,2, марганец 0,01-2,8; никель 0,01-2,8, железо 0,2-0,5, ванадий 0,03- 0,5, кремний 0,01-0,2, углерод 0,05-0,7, фосфор 0,01 -0,15, медьостальное. Введение в сплав углерода и фосфора повышает степень восстановления исходной формы и одновременно увеличивает хрупкость аустенитной фазы. Сплав рекомендуют для производства термочувствительных предохранителей,используемых в системах защиты от перегрева электрических приборов и нагревательных установок.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 С 9/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4953717/02 (22) 30.05.91 (46) 23.03.93. Бюл. N 11 (71) Васильковский завод "Электробытприбор" (72) Ю.Н. Коваль, Л,М, Неганов, В.А. Бень,ковский и В.А. Сапон (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ МЕДИ С ЭФФЕКT0IVi ПАМЯТИ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства термочувствительных элементов, Сплав с

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам сплавов для производства термочувствительных предохранителей, и может быть использовано в точном электроприборостроении.

Цель изобретения — повышение степени восстановления исходной формы при одновременном увеличении хрупкости аустенитной фазы.

Поставленная цель достигается тем, что известный сплав, содержащий медь, алюминий, никель, марганец, железо, ванадий и кремний; дополнительно содержит углерод и фосфор, при следующем соотношении химических элементов, в мас.%:

Алюминий 9,5 — 12,2

Марганец 0,01 — 2,8

Никель 0,01 — 2,8

Железо 0,2-0,5

Ванадий 0,03 — 0,5

Кремний 0,01 — 0,2

Углерод 0,05 — 0,7

Фосфор 0,01 — 0,15

Медь Остальное

„, Я „„1803447 А1 эффектом памяти формы содержит, мас.7: алюминий 9,5 — 12,2, марганец 0,01 — 2,8; никель 0,01 — 2,8, железо 0,2-0,5, ванадий 0,03—

0,5, кремний 0,01 — 0,2, углерод 0,05 — 0,7, фосфор 0,01 - 0,15 медь — остальное. Введение в сплав углерода и фосфора повышает степень восстановления исходной формы и одновременно увеличивает хрупкость аустенитной фазы. Сплав рекомендуют для производства термочувствительных предохранителей,используемых в системах защиты от перегрева электрических приборов и нагревательных установок, Введение в сплав углерода в пределах

0,05-0,7% обеспечивает повышение прочности мартенситной фазы и, вместе с тем, в

1,5-2 раза повышает хрупкость аустенитной . фазы, При этом, предел внутренних напряжений, развиваемых сплавом при фиксировании его геометрической формы, лежит д выше предела его прочности на 20 — 60 С вЂ” О относительно температуры конца обратного мартенситного превращения. В свободном состоянии сплав полностью восстанавливает исходную форму, после многократного Фь термоциклирования под нагрузкой через фа интервал температур прямого и обратного мартенситных превращений; Получение необходимых свойств обусловлено наличием в структуре сплава третичного цементита, а юЪ также ряда других сложных фаз, способных формировать хрупкую, но достаточно прочную оболочку вокруг зерен и кристаллов.

Пока такая оболочка не повреждена, зерна и мартенситные кристаллы с трудом деформируются и сопротивляются большим деформациям. Однако при нагреве выше

1Â03447 температуры конца обратного мартенситного превращения в заневоленном образце имеет место сильный прирост внутренних упругих напряжений, скачкообразно разрушающих испытуемые образцы, что подтвер- 5 ждается результатами испытаний.

Введение в состав углерода менее

0,05 не обеспечивает 100 восстановление исходной формы, а содержание углерода . более 0,7 приводит к резкому повышению хрупкости мартенситной фазы и появлению глубоких трещин по границам зерен.

Введение в состав фосфора в пределах

0,01 — 0,15 повышает упругость аустенитной фазы и одновременно улучшает литейные свойства сплава. Только в указанных пределах углерода и фосфора обеспечивается высокая точность теплового разрушения образцов при определенной степени деформации, фиксировании формы и нагре- 20 ве выше температуры конца обратного мартенситного. превращения. Содержание фосфора в сплаве менее 0,01 приводит к снижению необходимых. упругих свойств аустенитной фазы, а содержание фосфора более 0,15 вызывает сильную ликвацию в растворе, что также существенно ухудшает литейные и механические свойства сплава.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом 30 показывает, что заявляемый состав сплава и соотношение химических элементов в нем отличается от известного тем, что введены новые компоненты, а именно углерод и фосфор, которые обеспечили 100 восстанов- 35 ление исходной формы, а также повысили точность разрушения образцов в заневоленном состоянии до 2 С при одном и том же значении температуры. Таким образом, предложенное техническое решение соот- 40 ветствует критерию "новизна".

Анализ известных сплавов, из которых изготавливались образцы, показал, что некоторые химические элементы, введенные в заявляемый сплав, известны, например 45 алюминий и никель. Однако их использование не обеспечивает сплавам необходимый минимум термостойкости и не исключает образование остаточной деформации в условиях многократного термоциклирования, 50 что приводит к существенному снижению надежности изготовленных образцов. Таким образом, предложенный состав сплава придает ему новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого 55 технического решения критерию "существенные отличия".

Для экспериментальной проверки заявляемого состава сплава было подготовлено

15 смесей ингредиентов, 10 иэ которых показали оптимальные результаты (см. таблицу). В качестве присадок применяли лигатурные соединения химически чистых металлов железо-ванадий-углерод-фосфор, что позволило при выплавке сплавов снизить содержание окисных включений и избежать ликвации после разливки. Каждую плавку производили в индукционной печи в атмосфере химически чистого аргона, После выплавки в микроструктуре отливок не выявлено газовой пористости, поскольку при высоких температурах было усилено дегази- рующее действие модификаторов.

Из слитков вырезали пластинки размерами 0,6x6,0х30 мм. Каждую пластинку после предварительной термомеханической обработки, подвергали деформации изгибом на 3 и в таком со состоянии нагревали до температуры полного восстановления исходной формы, которая соответствовала,примерно, температуре конца обратного мартенситного превращения сплава. После охлаждения до комнатной температуры, при помощи специальной оснастки, замеряли остаточную деформацию на каждом образце, Вторые образцы иэ этих же слитков с выше указанными геометрическими размерами подвергали деформации изгибом на

3 при температурах ниже прямого мартенситного превращения и в таком состоянии фиксировали геометрическую форму образца при помощи специального бандажа; Затем исследуемые образцы подвергали нагреву выше температуры конца обратного мартенситного превращения и одновременно фиксировали температуру разрушения образцов.

Результаты испытаний приведены в таблице, Анализ результатов испытаний свидетельствует, что предложенный сплав в заявляемых пределах (см. пп. 1 — 10 табл.) после предварительной деформации ниже температуры конца прямого мартенситного превращения на 3 восстанавливает исходную форму на 100, а при ограничении восстановления исходной формы, в результате нагрева выше температуры конца обратного мартенситного превращения, ссе образцы саморазрушаются с точностью 2 С.

Образцы сплавов, полученные за заявляемыми пределами содержания углерода и фосфора, имеют остаточную деформацию после первого термоцикла и, соответственно, не самораэрушаются (см. 11, 12 табл. 1, ост. деф. 40 ). В то же время образцы известного имеют еще больше остаточную деформацию, а также не способны саморазрушаться при нагреве выше температуры конца обратного мартенситного превращения (см, пп. 13, 14, 15).

1803447 нии хрупкости аустенитной фазы, он дополнительно содержит углерод и фосфор при следующем со отношении элементов, мас. :

5 Алюминий 9,5 — 12,2

Марганец 0,01 — 2.8

Никель 0,01 — 2,8

Железо 0,02-0,5

Ванадий 0,03-0,2

10 Кремний 0,01 — 0,2

Углерод 0,05 — 0,7

Фосфор 0,01-0.15

Медь Остальное

Применение предлагаемого сплава приведет к существенной экономии дорогостоящих и драгоценных материалов при выпуске высокоточных тепловых выключателей, При этом значительно упрощаются конструкции выключателей и уменьшается трудоемкость при их производстве.

Формула изобретения

Сплав на основе меди с эффектом памяти формы, содержащий алюминий, марганец, никель, железо, ванадий, кремний, о тлича ющийсятем,что,сцельюповышеХмиимеские. влементн в сплавах, масА

Л1 IIO !!j те Ч Si С В Со

Степень восстановленм

Фор е I

ОМ л/п

Приискание

Тем-ра раэрувеннн, С

Характеристннескме теиператури Hll (С) 100

1 95 0 01 001 0 2 003 001 005 0 01 " ост. 448 381 429 520

После Разрувенмя отсут.ост. леФ.

530

100 370

То не ост

460

° I

ocr.

430 ест.

100

350 ост.. ост.. ост. ост. ост. ост. ост. ост.

I °

370

360

420 и и

350

330

100

Нет раарувеммр

То не

11

70

472 563

345 3У2

39! 452

0,01 ост.

0,015ост.

0,012 ост.

480 423

350 304

403 354

0,2 0,03

0,5 0,5

0,3 0,4

0,01

0,2

0,0!

2,8 о

14

60

О ° 1

1,3

Составитель Ю.Коваль

Редактор А,Полионова Техред М.Моргентал Корректор В,Петраш

Заказ 1034 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

1l,0 15

12 ° 2 2,8

9,5 1,5 ,12 ° 2 1,5

11,0 2,8

11,0 0,01

9,5 0,01

11 ° O 1,5

12,2 2,8

9,4 О,ООУ

12,3 2,У

Прототип

У,5 0,01 !

2,2 2,8

10,8 1,4

0 ° 3

2,8

2,8

0,01

0,3

0,3

0,3

2,8

0 3

0,009

2,9

0,3 0,4.

0,5 0,5

0 3 0,03

0,3 0,5

0,2 0,4

О ° 5 0,4

0,3 О ° 5

0,5 0,4

О;3 0,03

0,12 O,ООУ

0,6 0,6

0,1

0,2

0,1

0,01

0,2

0,01

0,2

0,1

0,01

0,009

0,3

0,4

0,7

0,7

0,05

0,4

0,4

0,е

0,05

0,7

0,04

0,8

О,!

0,15

О ° 1

О ° 1: О,bl.

0,15

0,1

0,01

O l5

0,009

0,17

312 267

350 296

381 320

304 256

321 273

290 235

344 284

286 227

270 208

460 397

330 276

302 359

343 447

373 420

292 341

311 365

278 350

336 408

274 326

258 314

450 540

322,425