WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЛЕТЕНКОВ Олег Викторович СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКОМЕРНЫХ ЛЕНТ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, ПОЛУЧЕННЫХ СПИННИНГОВАНИЕМ РАСПЛАВА Специальность 05.16.01– «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2006

Работа выполнена в Новгородском государственном университете имени Ярослава Мудрого.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Хусаинов Михаил Андреевич.

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Толочко Олег Викторович, кандидат технических наук, доцент Шипша Владимир Георгиевич.

Ведущая организация – НИИ Математики и Механики им. акад. В.И.Смирнова,СПбГУ.

Защита состоится ”_” _ 2006 г. в часов на заседании дисcертационного совета Д 212.229.14 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, химический корпус, ауд.51.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан ”” 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Кондратьев С.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Материалы с эффектом памяти (ЭПФ) формы ввиду своих уникальных свойств находят широкое применение во многих областях техники. Среди таких материалов сплавы на основе меди занимают особое место. Они отличаются способностью к восстановлению значительных по величине (до 815 %) неупругих деформаций, коррозионной стойкостью, высокими технологическими свойствами, относительной дешевизной, высокой теплопроводностью и, как следствие, быстрым реагированием на изменение температуры.

Наряду с массивными материалами достойное место в этой группе занимают тонкомерные ленты, получаемые методом спиннингования расплава.

Микрокристаллическая структура лент обеспечивает разнообразие и выраженность таких явлений, как: ЭПФ, многократнообратимая память формы (ОПФ), реверсивно-обратимая память формы и др. Область применения таких материалов в технике стремительно расширяется в связи с разработкой новых сплавов и значительным прогрессом в технологии их производства. Способность к формоизменению в определенном температурном интервале и незначительная площадь поперечного сечения выделяют ленты в качестве перспективных материалов для производства термочувствительных элементов.

Препятствием на пути широкого применения тонкомерных лент медных сплавов является недостаточная изученность их функциональных свойств. Это ограничивает информацию о кинетике формирования структуры лент как в изотермических, так и в термоциклических условиях. Без этих данных невозможно проектирование и создание устройств, где в качестве рабочего тела выступает лента с ЭПФ. С целью повышения эффективности практического использования подобных материалов в технике необходимо изыскивать новые возможности управления их специальными свойствами. По этой причине в последнее время наблюдается повышенный интерес к изучению структурного состояния и функциональных свойств тонкомерных лент из материалов с ЭПФ. Важнейшими здесь остаются термическая стабильность и механическая устойчивость различных структурных состояний и их роль в осуществлении мартенситных превращений (МП) ответственных за комплекс свойств памяти формы.

Сказанное выше свидетельствует об актуальности разработки оригинальных методов и создания экспериментальных условий по изучению функциональных свойств тонкомерных лент, а также выявлению закономерностей их механического поведения при различных видах внешнего воздействия, представляющих научный и практический интерес.

Цель работы.

Изучение особенностей структурообразования и формирования функциональных свойств тонкомерных лент медных сплавов для использования их в качестве термочувствительных элементов. В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:

• Создать экспериментальную установку и провести оптимизацию технологического процесса спиннингования с целью получения лент требуемой геометрии и качества поверхности;

• Изучить влияние технологических факторов на формирование структуры лент в условиях высокоскоростного затвердевания расплава;

• Разработать методики и аппаратуру для исследования функциональномеханических характеристик лент в условиях изгиба при различных видах термической и термомеханической обработки;

• Изучить влияние различных видов термической и термомеханической обработки на функциональные свойства тонкомерных лент;

• Установить оптимальные режимы формирования ОПФ в разгруженном состоянии, обеспечивающие высокую работоспособность лент в условиях изгиба при многократной реализации свойств памяти формы.

• Разработать основы инженерных расчетов по выбору режимов формирования эффекта ОПФ для работы термочувствительного элемента в заданном деформационном пространстве.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Экспериментальные результаты по влиянию состава сплава и технологических параметров спиннингования на геометрию и качество ленты;

• Физические представления и особенности формирования структуры ленты в процессе спиннингования расплава;

• Влияние различных видов термической и термомеханической обработки на структуру, фазовый состав, характеристические температуры и величину ЭПФ лент, обосновывающие возможность управления их функциональномеханическими свойствами;

• Закономерности проявления эффекта ОПФ в разгруженном состоянии при различных способах термомеханического воздействия. Влияние диффузионных процессов на картину формоизменения при формировании ОПФ в условиях генерации реактивных напряжений.

Научная новизна работы.

• Для сплавов на основе меди методом математического планирования эксперимента выведены уравнения регрессии, устанавливающие взаимосвязь между типом сплава, технологическими режимами процесса спиннингования и геометрией получаемых лент;

• Установлены закономерности формирования структуры тонкомерных лент в процессе спиннингования и последующей термической обработки.

• Изучено влияние структуры на функциональные свойства тонкомерных лент.

Для исследуемого класса материалов определены режимы проведения термической и термомеханической обработки, обеспечивающие высокий уровень функциональных свойств;

• Исследовано влияние естественного старения на функциональные свойства лент в зависимости от химического состава;

• Изучено влияние различных видов ТМО на формирование эффекта ОПФ в разгруженном состоянии. Установлен характер изменения величины ОПФ и определены условия, обеспечивающие стабильность проявления обратимого формоизменения при термоциклировании;

• Установлены основные закономерности проявления эффекта обратимого формоизменения в зависимости от режимов формирования ОПФ.

Практическая ценность.

• Создана экспериментальная установка для производства тонкомерных лент методом спиннингования расплава. Определены области изменения технологических параметров спиннингования, позволяющие получать качественные ленты с заданной геометрией;

• Создана экспериментальная установка и предложены методики исследования кинетики формирования функциональных свойств тонкомерных лент при изгибе в условиях протекания МП;

• Полученные в работе результаты могут быть использованы при выборе оптимальных условий проведения ТМО лент, обеспечивающих требуемый комплекс функционально-механических свойств тонкомерных лент для работы в качестве термочувствительных элементов;

• В работе показана возможность существенного расширения номенклатуры конкурентоспособной продукции (регулирующие и исполнительные устройства), где в качестве термочувствительных элементов могут быть использованы ленты из сплавов на основе меди с ЭПФ, работающие в условиях одноразового и многоразового действия.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на постоянных Всесоюзных семинарах: ”Актуальные проблемы прочности” (Новгород, 1988г.);

”Материалы с эффектом памяти формы и их применение” (Новгород, 1989г.);

”Материалы с новыми функциональными свойствами” (Новгород – Боровичи, 1990г.); XXIV семинаре ”Актуальные проблемы прочности” (Рубежное, 1990г.);

XXV семинаре ”Актуальные проблемы прочности” (Новгород – Старая Русса, 1991г.), на Межреспубликанских семинарах: XXIX cеминаре ”Актуальные проблемы прочности” (Псков, 1993г.); XXX семинаре ”Актуальные проблемы прочности” (Новгород, 1994г.), XXXIII семинаре ”Актуальные проблемы прочности” (Новгород, 1997г.), на V Международном семинаре ”Современные проблемы прочности” имени В.А. Лихачева (Великий Новгород – Старая Русса, 2001г.), на VI Международном симпозиуме ”Современные проблемы прочности” имени В.А. Лихачева (Великий Новгород – Старая Русса, 2003г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, перечень которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы, содержащего 117 наименований.

Общий объем диссертации 158 страниц. Текст содержит 57 рисунков и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности получения и исследования функционально-механических свойств лент из сплавов на основе меди, обладающих ЭПФ. Сформулированы цель работы и основные положения, выносимые автором на защиту. Кратко раскрывается содержание диссертации по главам.

Первая глава является обзором литературных данных, посвященных особенностям протекания МП в сплавах на основе меди. Особое внимание уделено состоянию в области исследований сплавов, полученных закалкой расплава. Проведен сравнительный анализ влияния различных видов термообработки на функциональные свойства лент и массивных сплавов.

Отмечаются особенности проявления ЭПФ в зависимости от размера зерна.

Показано, что функциональные свойства тонкомерных лент могут быть довольно высокими, поскольку свойства сплавов с ЭПФ зависят не столько от размера зерна, сколько от отношения размера зерна к толщине образца (d/t).

Проанализированы вопросы термической стабильности лент из сплавов различного химического состава и, особенно, изменение их свойств в условиях естественного старения. Исследований в этом направлении явно недостаточно.

Рассмотрены способы формирования ОПФ в сплавах с ЭПФ. Показано, что в медных сплавах, находящихся в метастабильном состоянии, наряду с общепринятыми способами (активное деформирование, термоциклирование под напряжением) может использоваться и процесс массопереноса (формирование ОПФ по диффузионному механизму). Исследования по формированию ОПФ в лентах отсутствуют.

Рассмотрены основные факторы, влияющие на геометрию и качество поверхности лент, получаемых спиннингованием расплава. Проанализированы попытки математического описания этого процесса для нахождения взаимосвязи между параметрами разливки и геометрическими размерами (толщиной) получаемых лент. Показано, что рассматриваемые соотношения не выполняются строго и могут быть использованы только для конкретных условий разливки (конкретные величины давления выталкивающего газа, размеры и форма сопла, скорость закалочной поверхности диска и т. д.). Отмечается, что ни в одном из рассматриваемых выражений не учтена роль зазора между соплом и закалочной поверхностью диска, хотя о его влиянии на толщину и качество лент указано во многих работах.

В заключение главы на основе литературного обзора сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описаны материалы, методики и аппаратура, применяемые в работе. Экспериментальные исследования проводились на двух специально созданных установках, позволяющих получать ленты требуемой геометрии и проводить измерение их функциональных свойств в условиях изгиба при термоциклировании как в разгруженном состоянии, так и под действием постоянно приложенного напряжения. Приведены схемы этих установок.

В работе широко использовались традиционные методы измерения физических (электросопротивление) и механических (испытание на растяжение) свойств. Описаны методики исследований с использованием оптической (МИМ-7) металлографии, рентгеноструктурного (ДРОН-2.0) анализа и электронной (JEM-200В) микроскопии. Теоретические исследования проводились с привлечением методов математического планирования эксперимента.

В качестве объектов для исследования использовались сплавы систем:

СuZnAl (Cu-14Zn-7,6Al; Cu-21Zn-5,8Al; Cu-10,2Zn-8,4Al) и CuAl(Ni,Mn) (Cu-13,5Al-4,8Ni; Cu-12,5Al-4,5Mn; Cu-14,7Al-4,3Ni-1Ti), обладающие ЭПФ.

Здесь и далее химический состав сплавов приводится в % по массе.

В третьей главе на основании полученных результатов проведен анализ влияния технологических параметров спиннингования на геометрию и качество поверхности лент, а также рассмотрены их структурные особенности по сравнению со сплавами, полученными традиционным способом.

По качеству ленты делились на следующие категории: I – отсутствие сквозных пор, ровные кромки; II – отдельные поры по длине ленты, незначительные дефекты кромок (заусенцы); III – сплошные поры (брак). Поскольку в медных сплавах коэффициент поверхностного натяжения и вязкость расплава практически не меняются при незначительном изменении химического состава, результаты, полученные при спиннинговании, объединяли в группы по типу сплава (латунь, бронза).

Результаты экспериментов показали, что для сплавов обоих типов зависимости толщины и качества лент от режимов спиннингования идентичны. На стальном диске, по сравнению с медным, при одинаковых условиях разливки всегда формируется лента меньшей толщины (рис.1). При этом, интервал варьирования технологическими режимами разливки для получения лент I и II категорий на стальном диске, по сравнению с медным, же, особенно со стороны низких давлений выталкивающего газа.

Рис.1. Влияние давления выталкивающего газа и скорости разливки на толщину и качество лент при спиннинговании расплава на: медный диск (а); стальной диск (б). I; II;

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»