Сплав титана и никеля фактически в одинаковых пропорциях (45% и 55%) называют нитинолом или никелидом титана. Данному сплаву характерны эти свойства, как память начальной формы и сверхупругость.
Эффект памяти начальной формы нитинола выражается в способности во время температурного повышения влияния до порога фазового превращения воссоздавать деформированный профиль в исходное состояние, какое было придано нитинолу при конкретной температуре.
Схема эффекта памяти
Сверхупругость вырисовывается во время перехода при нагреве из одного структурного внутреннего состояния в иное. При достижении значения фазового превращения сплав как пружина принимает начальный вид.
Нитинол собственное название получил путем сложения наименований материалов (Ni – никель и Ti – титан) и лаборатории, где он был первый раз получен (nol — Naval Ordnance Laboratory). Такое случилось это во второй половине 50-ых годов двадцатого века.
Свойства нитинола
- плотность нитинола – 6450 кг/м 3 ;
- плавление при температуре – 1300°С;
- увеличение при нагреве – 6,6·10 -6 ;
- тепловая проводимость – 18 Вт/м·град.;
- упругость (модуль) – 40000 Па;
- сверхупругость – выше стали в 20 раз;
- сопротивление электротехническое – 76 Ом;
- эластичность – высокая.
Нитинол – сплав, обладающий такими технологичными качествами, как:
- высокая коррозионностойкость;
- большая прочность;
- запоминание начального состояния;
- регенерация до начального состояния до 1 000 000 раз;
- гашение вибрации;
- допустимая дефармация – 8%;
- допустимое растяжение – до 12%;
- напряжение внутри при восстановлении – 800 МПа;
- прочностный предел– 1000 МПа;
- демпфирование – выше чугуна.
Из-за собственных параметров нитинол плохо отделывается в холодном состоянии. Высокое значение упругости повышает силу трения и вызывает очень высокий износ при контакте сплава с валами прокатных станов или штампов. Во время обработки резанием нужны высокотвердые материалы. Небольшая теплопроводность мешает отводу тепла от заготовки.
Сплав нитинол отлично поддается отделке абразивными материалами – шлифованием, а еще электроэрозионной и обработке термическим путем. Резка из материала листового типа выполняется абразивным или лазерным способом.
К обработке термическим путем предъявляют специальные требования из-за причины того, что за счёт нее выполняется управление температурного диапазона внутренних фазовых изменений. За образование обогащенных никелем фаз отвечает температура и длительность выдержки. При снижении количества молекул никеля в матрице увеличивается предел температур фазовых изменений.
Способы придания соответствующих качеств нитинолу в себе сочетают холодную и термическую виды обработки. Этим же способом выполняется управление ключевых параметров нитинола.
Характеристика главного назначения нитинола (регенерация начальной формы) делится на следующие типы:
- Свободное регенерация. Измененная форма при отрицательной температуре востанавливается при нагреве.
- Понудительное регенерация. Процессы, протекающие в середине сплава сходственны первому типу, но регенерация происходит при его умышленном подавлении. При этом появляются существенные внутренние напряжения.
- Пружинные. При восстановлении изделия из нитинола происходит динамическое перемещение им иного предмета.
Производство нитинола осложнено тем, что тяжело выдерживать нужные пропорции материалов, а при плавлении титан легко взаимодействует с кислородом, углеродом и азотом. При взаимном действии молекулы титана покидают кристаллическую решётку, и уменьшается предел температур фазовых изменений.
Для изготовления нитинола в реальных условиях повсеместно применяются подобные приемы плавления как:
- вакуумно-дуговой;
- вакуумно-индукционный.
Плавка вакуумно-дуговым методом выполняется в обстановке вакуума, за счёт образования дуги при пропускании электротока через сырье и плиту. Тигелем служит медная форма, оборудованная водяным охлаждением, которая мешает проникновению посторонних компонентов в расплав.
Плавка вакуумно-индукционным методом выполняется за счёт изменения (индукции) электрических полей, при этом происходит нагрев сырья. Процесс течет под вакуумом. Тигель для этого плавления делается из чистого углерода, по этому в сплаве содержание углерода повышено.
В условиях лаборатории не доказали преимущество одного метода плавки над иным.
Также используются и остальные методы плавки:
- плазменно-дуговая;
- электронно-лучевая;
- гарнисажная индукционная;
- термо-вакуумическое осаждение.
Эффект памяти
Эффект памяти формы нитинола стал возможен путём изменения кристаллической решётки во время полиморфного превращения из фазы аустенита в фазу мартенсита.
Схема фазовых изменений нитинола
Нагретый сплав имеет исходную фазу – аустенит. При уменьшении температуры сплава исходная фаза самопроизвольно переходит в дочернюю фазу – мартенсит. Процесс обратимый, по этому при нагреве холодного нитинола фазовое превращение течет в обратной очередности. Более того скорость превращения занимает доли секунды.
Температурные интервалы между самим началом и концом фазовых изменений выражены точками Ан, Ак для аустенита и Мн, Мк для мартенсита. Диапазон температур составляет порядка 30°С.
Обладают эффектом памяти формы и остальные сплавына основе нитинола. При введении в него элементов химии как Fe, Mn, Cr, V, Ko диапазон температур мартенситного превращения опускается до значения -190°С. Напротив Zn, No, Ta делают больше данное значение практически до 100°С.
Использование
Благодаря собственным неподражаемым качествам нитинол получил использование на практике в большинстве отраслей нашей жизни:
- Космическая и авиационная отрасли:
- антенны для искусственных спутников;
- плотные соединения (муфты), работающие в вакууме при низкой температуре;
- соединения авиационных компонентов;
- Системы безопасности:
- предохранители;
- тепловые датчики пожарной сигнализации;
- автоматическое открытие рам для теплиц;
- температурный регулятор;
- накопительные водонагреватели;
- Роботизация (5 степеней подвижности одного узла);
- Автомобильная отрасль:
- температурный датчик охлаждающей жидкости;
- включение противотуманок;
- Нефтедобывающая отрасль (автоматизированное управление);
- Медицина:
- сетки;
- нити;
- костные импланты;
- штифты;
- фиксаторы;
- устройства для реабилитации;
- Мода;
- драгоценности.
Самописцы в качестве привода применяют нитинол. При подаче напряжения, когда изменяются контролируемые параметры, нитиноловая проволока нагревается. Происходит изменение длины проволки, и перо с чернилами передвигается по диаграмме.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
