Нитинол форма, применение, эффект памяти, состав

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.

Нитинол форма, применение, эффект памяти, состав

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.

Нитинол форма, применение, эффект памяти, состав

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.

  Закалка и отпуск стали 65Г твердость, технология, видео

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.

Нитинол форма, применение, эффект памяти, состав

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.

  Лучшая хлебопечка мулинекс 2019 года - 9 ТОП рейтинг лучших

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.

Нитинол форма, применение, эффект памяти, состав

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:
    1. антенны для искусственных спутников;
    2. плотные соединения (муфты), работающие в вакууме при низкой температуре;
  • соединения авиационных компонентов;
  • Системы безопасности:
    1. предохранители;
    2. тепловые датчики пожарной сигнализации;
  • автоматическое открытие рам для теплиц;
  1. температурный регулятор;
  2. накопительные водонагреватели;
  • Роботизация (5 степеней подвижности одного узла);
  • Автомобильная отрасль:
    1. температурный датчик охлаждающей жидкости;
    2. включение противотуманок;
  • Нефтедобывающая отрасль (автоматизированное управление);
  • Медицина:
    1. сетки;
    2. нити;
  • костные импланты;
  1. штифты;
  2. фиксаторы;
  3. 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.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.