Способ получения пружины из никелида титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины. Способ получения пружины из никелида титана характеризуется тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне. Проволоку со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C. Получают устойчивый эффект обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение, нагревание, проявляющегося как по угловому, так и по осевому перемещению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.

Известны несколько способов обработки полуфабрикатов для материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП), которые позволяют инициировать величины обратимого формоизменения (ОФИ) по двум взаимно ортогональным деформациям осевой - ε и сдвиговой деформации - γ.

Первый способ - это термоциклирование материалов через интервалы мартенситных переходов в условиях одновременного действия нормальных (при растяжении) и касательных (при кручении) напряжений сплошных цилиндрических образцов с диаметром и длиной рабочей части соответственно 4 и 33 мм. [И.Н. Андронов, В.А. Лихачев, М.Ю. Рогачевская. Эффекты памяти формы у сплава TiNiCu при сложном напряженном состоянии. «Известия высших учебных заведений», Физика. 1989. №2. С. 117-119]. Анализируя данные первого способа обработки материалов с ТМП, можно сделать вывод, что в результате термомеханической обработки путем термоциклирования через интервалы мартенситных переходов под нагрузкой возникает ОФИ цилиндрических образцов по осевой и сдвиговой составляющим деформации ε и γ соответственно.

Второй способ заключается в изотермическом деформировании материала в мартенситном состоянии в последовательном ортогональном направлении (по осевой и сдвиговой составляющим деформации) с последующим отогревом материала через интервал мартенситного перехода в свободном состоянии [И.Н. Андронов, Ю.Б. Какулия. Эффект памяти формы при сложных траекториях нагружения. II Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы фундаментальных наук». М., МВТУ им. Н.Э. Баумана, 24-28 января 1994, 11 (1) Секция С. С. 16-18]. Во втором способе подобный результат достигается после предварительного ортогонального нагружения в пространстве ε-γ. При последующем отогреве в свободном состоянии образца с ТМП через интервал обратного мартенситного превращения наблюдается заметная обратимая деформация, проявляемая в виде ее возврата по осевой и сдвиговой составляющим.

Недостатком 1 и 2 способов является то, что все опыты осуществляли на сплошных цилиндрических образцах с длиной и диаметром рабочей части образца соответственно 33 и 4 мм, что не позволяет эти результаты распространить на другие полуфабрикаты из материалов с ТМП, например проволоку или пружину.

Третьим способом-прототипом является способ изготовления пружины из сплава с эффектом памяти формы, и пружина, изготовленная данным способом, включает в себя формообразование пружины при температуре выше температуры рекристаллизации [Патент №2309192, C22F 1/10, C22F 1/18, опубл. 27.10.2007. Бюл. №30].

Недостатком прототипа является то, что изготовленные по прототипу пружины способны функционировать лишь в осевом направлении (10-25 мм), что существенно ограничивает функционально-механические возможности пружины как исполнительного элемента сложного функционального назначения.

Задачей изобретения является создание способа получения пружины из никелида титана с целью формирования пружины, обладающей способностью к последующим обратимым возвратно вращательно-поступательным перемещениям при термоциклировании через интервалы мартенситных переходом под действием растягивающей силы.

Техническим результатом изобретения является получение устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому (0-290°), так и по осевому перемещению (0-890 мм).

Поставленная задача решается тем, что, как и в известном прототипе, в предлагаемом способе, включающем формообразование, в котором проволоку из сплава никелида титана нагревают выше температуры рекристаллизации титана, новым является то, что перед высокотемпературным формообразованием проволоку наматывают на металлический цилиндрический стержень, плотно виток к витку, при температуре 18-40°C, при этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем проволоку вместе со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 минут, далее проволоку медленно охлаждают вместе с печью до 18-23°C и полученную таким образом пружину термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.

Кроме того, в качестве оправки используют цилиндрический стержень без пазов.

Кроме того, намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.

Изобретение поясняется графическим материалом: на Фиг. 1 представлено силовое устройство для намотки проволоки; на Фиг. 2 приведены соответствующие температурные зависимости для примера 1; на Фиг. 3 приведены температурные зависимости для примера 2. В таблице 1 и 2 приведены соответственно опытные значения угловых и осевых перемещений.

Способ осуществляет получение пружины из никелида титана путем предварительной намотки проволоки диаметром 1-3 мм. При этом намотку осуществляют на металлический стержень диаметром 12-35 мм, плотно (виток к витку) при постоянном натяжении проволоки 350-400 Н при температуре 18-40°C с помощью силового устройства. При этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем полученную пружину вместе со стержнем помещают в камеру печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, после чего медленно охлаждают вместе с печью до комнатной температуры.

Кроме того, полученная в результате вышеприведенной ТМО пружина растяжения из никелида титана с диаметром D0=d0+d и индексом С=(d0+d)/d, 7≤С≤20 обладает деформационными характеристиками устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий 0-5 Н при теплосменах охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому перемещению φ, так и по осевому перемещению пружины δ, а в терминах максимальных деформаций во внешнем волокне проволоки соответственно по осевой ε и по сдвиговой γ деформациям. Названные деформации определяют по формулам (1) и (2)

γ = d a r c t g ( d + δ / n π ( D d ) ) d a r c t g ( d π ( D d ) ) 2 π ( D d ) , ( 1 )

ε = ( D d ) d ( D d ) 2 + ( d + δ / n π ) 2 ( D 0 d ) d ( D 0 d ) 2 + ( d π ) 2 , ( 2 )

где D - текущий диаметр пружины, n - число витков пружины. При этом угловые перемещения при охлаждении начинаются при более высоких температурах на 10-14°C, нежели осевые. Касательные и нормальные напряжения, возникающие во внешних волокнах пространственного стержня, оценивают по формулам (3) и (4)

τ = 8 P ( D d ) π d 3 1 + ( d + δ / n π ( D d ) ) 2 , ( 3 )

σ = 16 P ( D d ) ( d + δ / n π ( D d ) ) π d 3 1 + ( d + δ / n π ( D d ) ) 2 . ( 4 )

Пример 1

Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной термомеханической обработки (ТМО) по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из никелида титана (ТН-1). Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют Мн=323 К, Мк=303 К, Ан=328 К, Ак=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° в первом опыте Р1=1,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.

Пример 2

Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной ТМО по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из ТН-1. Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют Мн=323 К, Мк=303 К, Ан=328 К, Ак=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° во втором опыте Р2=2,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.

1. Способ получения пружины из никелида титана, характеризующийся тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне, помещают проволоку со стержнем в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.



 

Похожие патенты:

В одном варианте выполнения изобретения предложен способ подачи электроэнергии при помощи источника возобновляемой энергии, включающий: обеспечение первого источника возобновляемой энергии, причем первый источник возобновляемой энергии является непостоянным или не обеспечивает достаточного количества энергии; подачу энергии от первого источника возобновляемой энергии на электролизер с целью формирования энергоносителя посредством электролиза; избирательное реверсирование электролизера, позволяющее использовать его в качестве топливного элемента; и подачу энергоносителя на электролизер для выработки энергии, причем первый источник возобновляемой энергии, электролизер или энергоноситель получает дополнительное тепло от первого источника тепла; и первый источник тепла выбран из группы, состоящей из геотермального и солнечного источника тепла.

Способ и устройство предназначены для работы тепловых двигателей. Способ реализуется на основе устройства, состоящего из двух резервуаров, соединенных между собой каналом, внутри резервуаров размещено подвижное рабочее тело, источника поля, выполненного с возможностью намагничивания рабочего тела.

Изобретение относится к устройствам перемещения на основе преобразования вращательного движения в поступательное. Устройство перемещения в стационарных и нестационарных условиях на основе механизма вращения массивного тела, груза, в котором центр вращения груза эксцентричен относительно оси вращения механизма.

Группа изобретений относится к наземным транспортным средствам. Способ движения и реверсивного торможения импульсоида осуществляется в системе, состоящей из двух взаимодействующих тел - импульсоида, с установленным на нем блоком первичных элементов трансформаторов импульсов, и вторичных элементов трансформаторов импульсов, каждый из которых, находясь в первичном элементе, имеет возможность свободно возвратно-поступательно перемещаться вдоль своего первичного элемента в одну сторону, а в противоположную сторону с обратной скоростью, которая меньше его рабочей скорости, чем создают разность между рабочим и обратным импульсами вторичного элемента.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, сельскохозяйственных теплиц и получения электрической энергии.

Изобретение относится к области технических средств, применяемых в аэро- и гидродинамике для регулирования скорости потока текучих сред, предпочтительно потока воздуха.

Изобретение относится к устройствам для получения механической энергии, использующим расширение или сокращение тел, вызываемые изменением температуры. .

Изобретение относится к области строительства и переработки материалов. .

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в двигательных (тяговых) системах для создания тяги объектов, в частности космических объектов в пространстве.
Изобретение относится к изготовлению трубных изделий из гафния, которые могут быть использованы в качестве оболочек регулирующих стержней в ядерных реакторах с водяным охлаждением.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве длинномерных заготовок типа прутков и профилей из конструкционных титановых сплавов методом изотермической экструзии.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению длинномерных прутков с нанокристаллической структурой для медицинских изделий. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации материала заготовки.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении заготовок из двухфазных титановых сплавов, применяемых, в частности, в авиационной промышленности.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления тонких листов из двухфазного титанового сплава с микрокристаллической структурой, которая, в частности, пригодна для сверхпластической деформации при нагреве.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной химико-термической обработке деталей. Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов включает предварительную подготовку изделий путем их отжига и механической обработки и альфирование изделий.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при изготовления осесимметричных деталей типа дисков из труднодеформируемых жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения никелевой полосы из нескольких, по меньшей мере, по существу цельных катодных листов. Способ получения никелевой полосы из катодных листов характеризуется тем, что полосу получают горячей прокаткой по отдельности листов, которые соединяют в полосу, или горячей прокаткой полосы после соединения отдельных листов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое и осевое перемещение витой пружины. Способ получения пружины из никелида титана характеризуется тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне. Проволоку со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C. Получают устойчивый эффект обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение, нагревание, проявляющегося как по угловому, так и по осевому перемещению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 2 пр.

Наверх