Сплав с эффектом памяти формы

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для создания технологий, основанных на применении сплавов с эффектом памяти формы. Сплав имеет следующий состав, ат.%: никель - 43-47; ниобий - 6,5-12; цирконий - 2-10; титан - остальное. Сплав характеризуется температурным гистерезисом до 90-115°С, температурой релаксации реактивного напряжения при охлаждении Т_р на уровне минус 60°С и температурой начала обратного мартенситного превращения A_s не ниже 20°С. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам, обладающим эффектом памяти формы (ЭПФ), и может быть использовано в нефтегазовой, металлургической, авиакосмической, угольной, химической, пищевой и других отраслях промышленности для создания прогрессивных технологий, основанных на применении сплавов с памятью формы (СПФ).

Достоинства СПФ определяют по ряду параметров, основными из которых являются температурный интервал проявления эффекта памяти, величина обратимой деформации и температурный гистерезис формоизменения. Температурный гистерезис формоизменения определяется разностью температур прямого и обратного мартенситного превращений. Увеличение гистерезиса между прямым и обратным мартенситными превращениями является одной из главных задач при использовании СПФ в качестве крепежных, самозатягивающихся и силовых устройств, особенно в изделиях, подверженных колебаниям температуры в процессе эксплуатации. Поэтому актуальной задачей является создание сплава с памятью формы, обладающего широким температурным гистерезисом между прямым и обратным мартенситными превращениями.

Известен сплав, содержащий следующие компоненты, ат.%: титан 48,0-52,0; цирконий 2,0-11,0; иттрий 0,05-0,15; никель - остальное. Температуры превращений данного сплава являются положительными (патент России №2100468 с приоритетом от 01.04.96, МПК С22С 30/00 // (С22К 1/00), «Сплав с эффектом памяти формы», опубл. 27.12.1997).

К недостаткам указанного сплава относится невозможность использования его при отрицательных температурах.

Известен сплав, содержащий 4-14 ат.% Nb, причем соотношение Ni (ат.%)/Т; (ат.%)=0,8-1,2 (например, Ni - 46 ат.%, Ti - 45 ат.%, Nb - 9 ат.%). Температура релаксации сплава находится не ниже минус 30°С (патент США №6428634, МПК С22С 30/00).

Недостатком указанного сплава является невозможность использования его в диапазоне температур эксплуатации от минус 50°С до плюс 50°С, характерных для некоторых регионов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение области применения СПФ за счет понижения температур релаксации реактивного напряжения при охлаждении Т_р и повышения температуры начала обратного мартенситного превращения A_s.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении температурного гистерезиса до 90-115°С, при этом температура Т_р находится на уровне минус 60°С, а температура A_s становится не ниже 20°С.

Указанный технический результат достигается тем, что сплав с эффектом памяти формы, содержащий никель, титан, цирконий, дополнительно содержит ниобий и имеет следующее соотношение компонентов, ат.%:

никель - 43-47;

ниобий - 6,5-12;

цирконий - 2-10;

титан - остальное.

Данный технический результат достигается за счет частичного замещения титана ниобием, что позволяет понизить температуру начала прямого мартенситного превращения M_s до минус 75°С. А введение циркония в состав сплава повышает температуру начала обратного мартенситного превращения A_s до 20-40°С.

Таким образом, совокупность этих изменений в составе сплава, а именно выбор компонентов состава никель, ниобий, цирконий, титан и их соотношений, позволяет понизить температуру релаксации реактивных напряжений и расширить температурный гистерезис.

Если количество циркония будет больше по сравнению с заявленными пределами, то получится сплав с низкой пластичностью, а если меньше - то не будет необходимой температуры релаксации. Если количество ниобия будет больше заявленных пределов, то температура M_s будет находиться в глубокой отрицательной области, а если его количество будет меньше заявленных пределов, то получится узкий температурный гистерезис. Поэтому в обоих рассмотренных вариантах не будет достигнут желаемый технический результат.

Экспериментальная отработка сплава (табл.1) показала, что для достижения технического результата в составе сплава должно быть не менее 35 ат.% и не более 50 ат.% титана.

Таблица 1
№	Состав, ат.%	Гистерезис, °С
Ni	Nb	Zr	Ti
1	45	3	2	50	115
2	43	12	10	30	100
3	46,6	8	2,8	42,6	90

Сплав заявляемого состава имеет:

- температурный гистерезис 90-115°С;

- температуру обратного мартенситного превращения выше 20°С, что дает возможность хранить детали при комнатной температуре длительное время.

Сплав с эффектом памяти формы, содержащий никель, титан, цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, ат.%:

никель	43-47
ниобий	6,5-12
цирконий	2-10
титан	остальное