أحد التصورات الأساسية للناس حول ظواهر العالم الخارجي هي متانة وموثوقية المنتجات والهياكل المعدنية التي تحتفظ بشكلها الوظيفي بشكل ثابت لفترة طويلة، ما لم تخضع بالطبع لتأثيرات فوق الحرجة.

ومع ذلك، خلافا للحس السليم، هناك عدد من المواد، والسبائك المعدنية، والتي، عند تسخينها، بعد التشوه الأولي، تظهر ظاهرة العودة إلى شكلها الأصلي. أي أن هذه المعادن، وليست كائنات حية، لها خاصية خاصة تسمح لها بإظهار نوع من الذاكرة.

ظاهرة

لفهم تأثير ذاكرة الشكل، يكفي رؤية مظهره مرة واحدة. ماذا يحدث؟

عرض لتأثير ذاكرة الشكل
هناك سلك معدني. هذا السلك عازم.
نبدأ في تسخين السلك. عند تسخينه، يتم تقويم السلك، واستعادة شكله الأصلي.

جوهر هذه الظاهرة

لماذا يحدث هذا؟

جوهر هذه الظاهرة

في حالتها الأولية، تحتوي المادة على بنية معينة. يشار إليه في الشكل بالمربعات العادية.

عند التشوه (في هذه الحالة، الانحناء)، يتم تمديد الطبقات الخارجية للمادة، ويتم ضغط الطبقات الداخلية (تبقى الطبقات الوسطى دون تغيير). هذه الهياكل الممدودة عبارة عن صفائح مارتنسيت. وهو أمر غير معتاد بالنسبة للسبائك المعدنية. ما هو غير عادي هو أن المارتنسيت مرن حراريًا في المواد التي تحافظ على شكل المواد.

عند تسخينها، تبدأ المرونة الحرارية لألواح المارتنسيت في الظهور، أي أنها تنشأ فيها ضغوط داخلية، والتي تميل إلى إعادة الهيكل إلى حالته الأصلية، أي ضغط الصفائح الممدودة وتمديد الصفائح المسطحة.

نظرًا لضغط الصفائح الخارجية الممدودة، وتمدد الصفائح المسطحة الداخلية، فإن المادة ككل تخضع للتشوه الذاتي في الاتجاه المعاكس وتستعيد هيكلها الأصلي ومعها شكلها.

خصائص تأثير ذاكرة الشكل

تأثير ذاكرة الشكلتتميز بكميتين.

  • علامة تجارية من السبائك ذات تركيبة كيميائية يتم الحفاظ عليها بدقة. (انظر المزيد من "مواد ذاكرة الأشكال")
  • درجات الحرارة التحولات المارتنسيتية.

في عملية الظهور تأثير ذاكرة الشكليشارك التحولات المارتنسيتيةنوعان - مباشر وعكس. وبناء على ذلك، يظهر كل واحد منهم في نطاق درجة الحرارة الخاص به: MN وMK - البداية والنهاية التحول المارتنسيتي المباشرأثناء التشوه، AN و AK - البداية والنهاية أثناء التسخين.

درجات الحرارة التحولات المارتنسيتيةهي وظيفة لكل من درجة السبائك (نظام السبائك) وتركيبها الكيميائي. تؤدي التغييرات الصغيرة في التركيب الكيميائي للسبائك (المتعمدة أو نتيجة للعيوب) إلى تغير في درجات الحرارة هذه.

وهذا يعني الحاجة إلى صيانة صارمة للتركيب الكيميائي للسبائك من أجل مظهر وظيفي لا لبس فيه تأثير ذاكرة الشكل. مما يجلب إنتاج المعادن إلى مجال التكنولوجيا العالية.

تأثير ذاكرة الشكلتظهر عدة ملايين من الدورات.

تمهيدي المعالجات الحراريةيمكن تعزيزها تأثير ذاكرة الشكل.

عكسها ممكن تأثيرات ذاكرة الشكل، عندما "تتذكر" المادة شكلاً واحدًا عند درجة حرارة معينة، وآخر عند درجة حرارة أخرى.

كلما ارتفعت درجة الحرارة التحول المارتنسيتي العكسي، أقل وضوحا تأثير ذاكرة الشكل. مثلا ضعيف تأثير ذاكرة الشكللوحظ في سبائك نظام Fe-Ni (5 - 20%Ni)، عند درجات الحرارة التحول المارتنسيتي العكسي 200 - 400 درجة مئوية.

المرونة الفائقة

ظاهرة أخرى ترتبط ارتباطا وثيقا تأثير ذاكرة الشكليكون المرونة الفائقة.

المرونة الفائقة- خاصية المادة المعرضة للتحميل لإجهاد يتجاوز بشكل كبير قوة الخضوع لاستعادة شكلها الأصلي بالكامل بعد إزالة الحمل.

السلوك فائق المرونة هو مرتبة أعلى من السلوك المرن.

المرونة الفائقةلوحظ في نطاق درجة الحرارة بين بداية التحول المارتنسيتي المباشر ونهاية التحول العكسي.

مواد ذاكرة الشكل

نيكل التيتانيوم

الرائدة بين المواد مع ذاكرة الشكلمن حيث التطبيق والمعرفة هو عليه نيكل التيتانيوم .

نيكل التيتانيوم هو مركب بين المعادن ذو تركيب متساوي الذرات بنسبة 55% بالوزن Ni. نقطة الانصهار 1240 - 1310 درجة مئوية، الكثافة 6.45 جم/سم3. يخضع الهيكل الأولي لنيكليد التيتانيوم، وهو عبارة عن شبكة مكعبة مستقرة تتمحور حول الجسم من النوع CsCl، لسلوك مرن حراري عند التشوه. التحول المارتنسيتيمع تشكيل مرحلة من التماثل المنخفض.

اسم آخر لهذه السبائك المعتمدة في الخارج هو الننتوليأتي من الاختصار نيتينول، حيث NOL هو اختصار لمختبر الذخائر البحرية الأمريكية، حيث تم تطوير المادة في عام 1962.

العنصر من نيكل التيتانيوم يمكنه أداء وظائف كل من المستشعر والمشغل.

نيكل التيتانيوم لديه:

  • مقاومة ممتازة للتآكل.
  • قوة عالية.
  • خصائص ذاكرة الشكل الجيد. معامل استرداد الشكل العالي وقوة استعادة عالية. يمكن استعادة التشوه بنسبة تصل إلى 8٪ بالكامل. يمكن أن يصل ضغط الاسترداد إلى 800 ميجا باسكال.
  • التوافق الجيد مع الكائنات الحية.
  • قدرة التخميد العالية للمادة.

عيوب:

  • نظرًا لوجود التيتانيوم، فإن السبيكة تربط النيتروجين والأكسجين بسهولة. ولمنع التفاعلات مع هذه العناصر أثناء الإنتاج، يجب استخدام معدات التفريغ.
  • المعالجة في تصنيع الأجزاء صعبة، وخاصة القطع. (الجانب العكسي عالي القوة).
  • غالي السعر. وفي نهاية القرن العشرين، كانت قيمتها أقل بقليل من الفضة.

على المستوى الحالي للإنتاج الصناعي، منتجات من نيكل التيتانيوم (جنبًا إلى جنب مع سبائك نظام Cu-Zn-Al) وجدت تطبيقًا عمليًا واسعًا ومبيعات في السوق. (انظر المزيد "استخدام مواد ذاكرة الشكل").

سبائك أخرى

في نهاية القرن العشرين تأثير ذاكرة الشكلتم العثور عليه في أكثر من 20 سبيكة. يستثني نيكل التيتانيوم تأثير ذاكرة الشكلتم اكتشافه في الأنظمة:

  • الاتحاد الأفريقي مؤتمر نزع السلاح. تم تطويره عام 1951 في جامعة إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية. أحد رواد مواد ذاكرة الشكل.
  • النحاس والزنك آل. جنبا إلى جنب مع نيكل التيتانيومله تطبيق عملي. تتراوح درجات حرارة التحولات المارتنسيتية من -170 إلى 100 درجة مئوية.
    • المزايا (مقارنة ب نيكل التيتانيوم):
      • يمكن صهره في الجو العادي.
      • من السهل قطعها.
      • السعر أرخص بخمس مرات.
    • عيوب:
      • أسوأ من حيث خصائص ذاكرة الشكل.
      • أسوأ الخصائص الميكانيكية والتآكل.
      • أثناء المعالجة الحرارية، يحدث خشونة الحبوب بسهولة، مما يؤدي إلى انخفاض في الخواص الميكانيكية.
      • مشاكل تثبيت الحبوب في تعدين المساحيق.
  • كو-الني. تم تطويره في جامعة أوساكا باليابان. درجات الحرارة التحول المارتنسيتيفي نطاق من 100 إلى 200 درجة مئوية.
  • الحديد-من-سي. سبائك هذا النظام هي الأرخص.
  • الحديد ني
  • النحاس آل
  • النحاس والمنغنيز
  • شارك ني
  • ني آل

ويعتقد بعض الباحثين ذلك تأثير ذاكرة الشكلمن الممكن بشكل أساسي لأي مواد تخضع التحولات المارتنسيتيةبما في ذلك المعادن النقية مثل التيتانيوم والزركونيوم والكوبالت.

إنتاج نيكل التيتانيوم

يتم الذوبان في فرن الجمجمة الفراغي أو في فرن القوس الكهربائي مع قطب كهربائي مستهلك في جو وقائي (هيليوم أو أرجون). الشحنة في كلتا الحالتين هي يوديد التيتانيوم أو إسفنجة التيتانيوم، المضغوطة في قوالب، والنيكل من الدرجة N-0 أو N-1.

للحصول على تركيبة كيميائية موحدة على المقطع العرضي وارتفاع السبيكة، يوصى بإعادة الصهر المزدوج أو الثلاثي.

إن وضع التبريد الأمثل للسبائك لمنع التشقق هو تبريد الفرن (لا يزيد عن 10˚ في الثانية).

إزالة عيوب السطح - التخشين بعجلة الصنفرة.

لتحقيق التوازن الكامل في التركيب الكيميائي في جميع أنحاء حجم السبيكة، يتم إجراء التجانس عند درجة حرارة 950 - 1000 درجة مئوية في جو خامل.

تطبيق المواد مع تأثير ذاكرة الشكل

أكمام متصلة من نيكليد التيتانيوم

جلبة تم تطويرها وتقديمها لأول مرة بواسطة شركة Raychem بالولايات المتحدة الأمريكية لتوصيل أنابيب النظام الهيدروليكي للطائرات العسكرية. هناك أكثر من 300 ألف اتصال من هذا القبيل في المقاتلة، ولكن لم تكن هناك أي تقارير عن إخفاقاتها.

استخدام هذه البطانات هو كما يلي:

تطبيق ربط الأكمام
تكون البطانة في حالتها الأصلية عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.
يتم وضع الغلاف في ناظم البرد، حيث عند درجة حرارة -196 درجة مئوية يتم تضييق النتوءات الداخلية بمكبس.
تصبح البطانة الباردة ناعمة من الداخل.

باستخدام كماشة خاصة، تتم إزالة الغلاف من ناظم البرد ووضعه على أطراف الأنابيب المتصلة.

درجة حرارة الغرفة هي درجة حرارة التسخين لتركيبة سبيكة معينة. ثم يحدث كل شيء "تلقائيًا". النتوءات الداخلية "تتذكر" شكلها الأصلي، ويتم تقويمها وتقطيعها إلى السطح الخارجي للأنابيب المتصلة.

والنتيجة هي اتصال قوي محكم بالفراغ يمكنه تحمل ضغوط تصل إلى 800 ضغط جوي.

في جوهرها، هذا النوع من الاتصال يحل محل اللحام. ويمنع عيوب اللحام مثل التليين الحتمي للمعدن وتراكم العيوب في المنطقة الانتقالية بين المعدن واللحام.

بالإضافة إلى ذلك، تعتبر طريقة الربط هذه جيدة للتوصيل النهائي عند تجميع الهيكل، عندما يصبح من الصعب الوصول إلى اللحام بسبب تشابك المكونات وخطوط الأنابيب.

تُستخدم هذه البطانات في تطبيقات الطيران والفضاء والسيارات.

تُستخدم هذه الطريقة أيضًا لربط وإصلاح أنابيب الكابلات البحرية.

في الطب

  • القفازات المستخدمة في عملية إعادة التأهيل والمصممة لإعادة تنشيط مجموعات العضلات النشطة التي تعاني من قصور وظيفي. يمكن استخدامه في مفاصل الرسغ والكوع والكتف والكاحل والركبة.
  • ملفات منع الحمل، والتي، بعد إدخالها، تكتسب شكلاً وظيفيًا تحت تأثير درجة حرارة الجسم.
  • مرشحات لإدخالها في أوعية الدورة الدموية. يتم تقديمها على شكل سلك مستقيم باستخدام قاطعة، وبعد ذلك تأخذ شكل مرشحات لها موقع معين.
  • المشابك لقرص الأوردة الضعيفة.
  • عضلات صناعية تعمل بالتيار الكهربائي.
  • دبابيس التثبيت المصممة لتثبيت الأطراف الاصطناعية على العظام.
  • جهاز تمديد صناعي لما يسمى بالأطراف الاصطناعية المتنامية عند الأطفال.
  • استبدال غضروف رأس الفخذ. تصبح المادة البديلة ذاتية التثبيت تحت تأثير الشكل الكروي (رأس الفخذ).
  • قضبان لتصحيح العمود الفقري في الجنف.
  • عناصر التثبيت المؤقتة لزراعة العدسات الاصطناعية.
  • إطار نظارات. في الجزء السفلي، حيث يتم تأمين الزجاج بالأسلاك. العدسات البلاستيكية لا تنزلق عند تبريدها. لا يمتد الإطار عند مسح العدسات والاستخدام لفترة طويلة. التأثير المستخدم المرونة الفائقة.
  • يزرع العظام.
  • سلك لتصحيح الأسنان.

إنذار حراري

  • إنذار حريق.
  • مخمدات النار.
  • أجهزة إنذار لأحواض الاستحمام.
  • الصمامات الرئيسية (حماية الدوائر الكهربائية).
  • جهاز لفتح وإغلاق النوافذ تلقائيًا في البيوت المحمية.
  • خزانات غلايات الاسترداد الحراري.
  • منفضة سجائر مع إزالة الرماد تلقائيا.
  • موصل الكتروني.
  • نظام منع خروج الغازات المحتوية على بخار الوقود (في السيارات).
  • جهاز لإزالة الحرارة من الرادياتير.
  • جهاز لتشغيل مصابيح الضباب.
  • منظم درجة الحرارة في الحاضنة.
  • حاوية للغسيل بالماء الدافئ.
  • صمامات التحكم لأجهزة التبريد والتدفئة والآلات الحرارية.

تطبيقات أخرى

  • تستخدم شركة Focus Boro في اليابان نيكليد التيتانيوم في أجهزة تشغيل المسجلات. يتم تحويل إشارة الدخل من المُسجل إلى تيار كهربائي، والذي يقوم بتسخين سلك نيكليد التيتانيوم. ومن خلال إطالة السلك وتقليصه، يتم تشغيل قلم المُسجل. منذ عام 1972، تم تصنيع عدة ملايين من هذه الوحدات (بيانات نهاية القرن العشرين). وبما أن آلية القيادة بسيطة للغاية، فإن الأعطال نادرة للغاية.
  • موقد المطبخ الإلكتروني من النوع الحراري. يتم استخدام مستشعر نيكليد التيتانيوم لتبديل التهوية بين تسخين الميكروويف وتسخين الهواء الساخن المنتشر.
  • صمام حساس لمكيف هواء الغرفة. يضبط اتجاه الرياح في فتحة مكيف الهواء لأغراض التبريد والتدفئة.
  • صانع القهوة. تحديد درجة حرارة الغليان، وكذلك تشغيل وإيقاف الصمامات والمفاتيح.
  • معالج طعام كهرومغناطيسي. يتم إنتاج التسخين بواسطة تيارات دوامية تنشأ في قاع المقلاة تحت تأثير مجالات القوة المغناطيسية. لتجنب التعرض للحرق، تظهر إشارة يقودها عنصر على شكل ملف نيكليد التيتانيوم.
  • مجفف التخزين الإلكتروني. يدفع اللوحات أثناء تجديد عامل التجفيف.
  • في أوائل عام 1985، بدأت السبائك التي تتذكر الشكل والمستخدمة في صناعة إطارات حمالات الصدر، في غزو السوق بنجاح. يتكون الإطار المعدني الموجود أسفل الأكواب من سلك نيكليد التيتانيوم. يتم استخدام خاصية المرونة الفائقة هنا. وفي الوقت نفسه، لا يوجد شعور بوجود الأسلاك، والانطباع هو النعومة والمرونة. عندما يتشوه (عند الغسيل)، فإنه يستعيد شكله بسهولة. المبيعات - 1 مليون وحدة سنويا. يعد هذا أحد التطبيقات العملية الأولى للمواد ذات ذاكرة الشكل.
  • تصنيع أدوات التثبيت المختلفة.
  • ختم علب الدوائر الدقيقة.
  • تشير الكفاءة العالية لتحويل العمل إلى حرارة أثناء التحولات المارتنسيتية (في نيكليد التيتانيوم) إلى استخدام هذه المواد ليس فقط كمواد شديدة التخميد، ولكن أيضًا كسوائل عمل للثلاجات والمضخات الحرارية.
  • ملكية المرونة الفائقةتستخدم لإنشاء نوابض عالية الكفاءة ومراكم طاقة ميكانيكية.

الأدب

  • V. A. Likhachev وآخرون "تأثير ذاكرة الشكل"، لينينغراد، 1987
  • A. S. تيخونوف وآخرون "تطبيق تأثير ذاكرة الشكل في الهندسة الميكانيكية الحديثة"، م.، 1981.
  • في.ن.خاتشين "ذاكرة الشكل"، م.، 1984

لفترة طويلة، كان يعتبر التشوه غير المرن لا رجعة فيه تماما. في أوائل الستينيات. تم اكتشاف فئة واسعة من المواد المعدنية التي يتم فيها تنفيذ الفعل الأولي للتشوه غير المرن بسبب التحول الهيكلي. هذه المواد لديها قابلية عكس التشوه غير المرن. ظاهرة استعادة الشكل التلقائي - تأثير ذاكرة الشكل(SME) - يمكن ملاحظتها في ظل ظروف متساوية الحرارة وأثناء التغيرات في درجات الحرارة. أثناء التغيرات الحرارية، يمكن أن تتشوه هذه المواد المعدنية بشكل متكرر وعكسي.

لا يمكن قمع القدرة على استعادة التشوه حتى في ظل القوة العالية. يمكن أن يصل مستوى الإجهادات التفاعلية لبعض المواد ذات الضغط المتوسط ​​إلى 1000...1300 ميجاباسكال.

تعد المعادن ذات الحجم الصغير والمتوسطة من بين أبرز ممثلي المواد ذات الخصائص الخاصة. يرجع الاهتمام المتزايد بهذه الظاهرة المعدنية إلى المزيج الفريد من الخواص الميكانيكية التقليدية العالية، ومقاومة التعب، ومقاومة التآكل والخصائص غير العادية مثل الذاكرة الميكانيكية الحرارية، والإجهاد التفاعلي، بناءً على التحول المارتنسيتي الحراري. من سمات السبائك ذات الحجم الصغير والمتوسط ​​هو الاعتماد الواضح لمعظم الخصائص على الهيكل. تتغير قيم الخصائص الفيزيائية والميكانيكية عدة مرات أثناء التحول العكسي لمرحلة الأوستينيت والمارتنسيت لسبائك مختلفة، عادة في نطاق درجة الحرارة -150...+ 150 درجة مئوية.

من بين العدد الكبير من السبائك ذات العناصر الصغيرة والمتوسطة، فإن أكثر السبائك الواعدة للتطبيق العملي هي سبائك Ti-Ni ذات التركيبة الاستوائية (عدد متساو من الذرات)، والتي تسمى عادةً نيكليد التيتانيوم أو الننتول. الأقل استخدامًا هي السبائك النحاسية الرخيصة Cu-AI-Ni وCu-Al-Zn.

تأثير ذاكرة الشكل هو أن العينة التي لها شكل معين في الحالة الأوستنيتي عند درجة حرارة مرتفعة تتشوه عند درجة حرارة تحول مارتنسيتي أقل. بعد ارتفاع درجة الحرارة، مصحوبة بتحول عكسي، يتم استعادة الشكل المميز الأصلي. يتجلى تأثير ذاكرة الشكل في السبائك التي تتميز بالتحول المارتنسيتي الحراري المرن، وتماسك الشبكة للمراحل الأوستنيتي والمارتنسيتية الأولية، وتباطؤ التحول الصغير نسبيًا، بالإضافة إلى التغيرات الصغيرة في الحجم أثناء التحولات. في نيكليد التيتانيوم، تبلغ التغيرات الحجمية حوالي 0.34٪، وهو أمر أقل من الفولاذ (حوالي 4٪).

غالبًا ما يتم تصنيف السبائك ذات الشركات الصغيرة والمتوسطة على أنها ما يسمى بالمواد الذكية، والتي تتيح إنشاء تصميمات وتقنيات جديدة بشكل أساسي في مختلف فروع الهندسة الميكانيكية، وتكنولوجيا الطيران والفضاء والصواريخ، وصناعة الأدوات، والطاقة، والطب، وما إلى ذلك. دعونا نفكر في بعض التطبيقات من السبائك مع الشركات الصغيرة والمتوسطة.

ويرتبط استكشاف الفضاء القريب والبعيد بإنشاء محطات مدارية وبناء فضائي واسع النطاق. من الضروري بناء أجسام ضخمة مثل الألواح الشمسية والهوائيات الفضائية. في التين. يوضح الشكل 1.1 رسمًا تخطيطيًا لمركبة فضائية تحتوي على عناصر ذاتية النشر. تتكون الهوائيات من صفائح وقضبان من سبائك Ti-Ni يتم لفها ووضعها في تجويف في القمر الاصطناعي. بعد إطلاق القمر الصناعي ووضعه في المدار، يتم تسخين الهوائي باستخدام سخان خاص أو حرارة الإشعاع الشمسي، ونتيجة لذلك يذهب إلى الفضاء الخارجي.

لاستيعاب مختلف المرافق التقنية والوحدات السكنية والإنتاجية، من الضروري بناء منصات كبيرة في ظروف المساحات المفتوحة. لا يمكن من الناحية الفنية تسليم الوحدات الضخمة إلى الفضاء الخارجي إلا في أجزاء مع أعمال التركيب اللاحقة. إن طرق ربط الأجزاء المستخدمة في الإنتاج الضخم، مثل اللحام واللحام واللصق والتثبيت وغيرها، ليست مناسبة

أرز. 1.1.

/ - الهوائي؛ 2 - البطاريات الشمسية؛ 3 - باعث الطاقة 4 - استقرار ميكانيكي

أرز. 1.2. توصيل الأجزاء الأنبوبية (/) باستخدام وصلة (2) مصنوعة من المعدن ذات ذاكرة شكلية:يا - قبل التجميع؛ب - بعد التسخين

مناسبة لظروف الفضاء. يتم وضع متطلبات خاصة لضمان سلامة عالية بشكل استثنائي.

مع الأخذ في الاعتبار هذه الميزات، أنشأت بلادنا تقنية فريدة من نوعها لربط العناصر في الفضاء الخارجي باستخدام أداة التوصيل المصنوعة من سبيكة TN-1. تم استخدام هذه التقنية بنجاح لتجميع هيكل الجمالون المصنوع من سبائك الألومنيوم بطول إجمالي 14.5 مترًا ومقطع عرضي على شكل مربع يبلغ ضلعه 0.5 مترًا.

يتكون الجمالون من أجزاء أنبوبية فردية / قطر 28 مم، تم ربطها ببعضها البعض باستخدام أداة التوصيل 2 مصنوعة من المعدن مع ذاكرة الشكل (الشكل 1.2). باستخدام الشياق، تم تشويه أداة التوصيل عند درجة حرارة منخفضة بحيث يكون قطرها الداخلي أكبر من القطر الخارجي للعناصر المتصلة. بعد التسخين فوق درجة حرارة التحول المارتنسيتي العكسي، تمت استعادة القطر الداخلي لأداة التوصيل إلى القطر الذي كانت عليه أداة التوصيل قبل التمدد. في هذه الحالة، تم إنشاء قوى رد فعل ضاغطة كبيرة، وكانت العناصر المتصلة مشوهة بشكل بلاستيكي، مما يضمن اتصالها القوي. تم تجميع الجمالون وتركيبه على وحدة كفانت للفيزياء الفلكية التابعة للمجمع المداري مير في عام 1991 في أربع عمليات سير في الفضاء فقط واستغرقت حوالي يوم واحد.

يمكن استخدام نفس مبادئ البناء لتركيب هياكل بحرية كبيرة الحجم تحت الماء على أعماق كبيرة.

تُستخدم أدوات التوصيل للتوصيل الحراري والميكانيكي للأنابيب في العديد من التصميمات (الشكل 1.3). وهي تستخدم لربط الأنظمة الهيدروليكية للطائرة المقاتلة F-14، ولم يتم الإبلاغ عن أي حوادث مرتبطة بتسرب النفط. ميزة الوصلات المصنوعة من السبائك ذات ذاكرة الشكل، بالإضافة إلى موثوقيتها العالية، هي عدم وجود تسخين بدرجة حرارة عالية (على عكس اللحام). ولذلك فإن خصائص المواد القريبة من المفصل لا تتدهور. وصلات مثل هذا

أرز. 1.3. توصيل الأنابيب باستخدام تأثير ذاكرة الشكل:

أ -إدخال الأنابيب بعد توسيع أداة التوصيل؛ ب- التدفئة

يستخدم النوع لخطوط أنابيب الغواصات النووية والسفن السطحية، لإصلاح خطوط الأنابيب لضخ النفط من قاع البحر، ولهذه الأغراض تستخدم أدوات التوصيل ذات القطر الكبير - حوالي 150 ملم. في بعض الحالات، يتم أيضًا استخدام سبيكة Cu-Zn-A1 لتصنيع أدوات التوصيل.

عادةً ما يتم استخدام المسامير والمسامير لتوصيل الأجزاء بشكل دائم. ومع ذلك، إذا لم يكن من الممكن تنفيذ أي إجراءات على الجانب الآخر من الأجزاء المثبتة (على سبيل المثال، في هيكل مجوف محكم الغلق)، يصبح تنفيذ عمليات التثبيت أمرًا صعبًا.

تسمح السدادات المصنوعة من سبيكة ذات تأثير ذاكرة الشكل في هذه الحالات بالتثبيت باستخدام استعادة الشكل المكاني. السدادات مصنوعة من سبيكة ذات تأثير ذاكرة الشكل، وفي الحالة الأولية للسدادة نهاية مفتوحة (الشكل 1.4، أ).قبل عملية التثبيت، يتم غمر السدادة في الثلج الجاف أو الهواء السائل وتبريدها بدرجة كافية، وبعد ذلك يتم تقويم أطراف السدادة (الشكل 1.4، ب).يتم إدخال السدادة في فتحة ثابتة للتثبيت (الشكل 1.4، الخامس)، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة، يتم استعادة الشكل، وتتباعد نهايات الدبوس (الشكل 1.4، د)، وتكتمل عملية التثبيت.

استخدام سبائك ذاكرة الشكل في الطب له أهمية خاصة. استخدامها يفتح إمكانيات واسعة


أرز. 1.4. مبدأ التشغيل لسدادة ذاكرة الشكل يجعل من الممكن إنشاء طرق علاج فعالة جديدة. يجب ألا تتمتع السبائك المستخدمة في الطب بخصائص ميكانيكية عالية فقط. ويجب ألا تكون عرضة للتآكل في البيئة البيولوجية، ويجب أن تكون متوافقة بيولوجياً مع أنسجة الجسم البشري، وتضمن عدم وجود سمية، وتسبب السرطان، ومقاومة تكوين جلطات الدم، مع الحفاظ على هذه الخصائص لفترة طويلة. إذا كان العضو المزروع المصنوع من المعدن نشطًا بالنسبة للبنية البيولوجية، يحدث انحطاط (طفرة) للخلايا البيولوجية للبنية المحيطية، واندفاع دموي التهابي، وضعف الدورة الدموية، ثم نخر البنية البيولوجية. إذا كان العضو المزروع خاملاً، تظهر حوله بنية ليفية ناتجة عن ألياف الكولاجين المتكونة من الخلايا الجرثومية الليفية. يتم تغطية العضو المزروع بطبقة رقيقة من هذا الهيكل الليفي ويمكن أن يتواجد بشكل ثابت في الكائنات الحية.

أظهرت التجارب الخاصة التي أجريت على الحيوانات أن السبائك المعتمدة على نظام Ti-Ni تتمتع بتوافق حيوي على مستوى أو حتى أعلى من الفولاذ المقاوم للتآكل وسبائك الكوبالت والكروم شائعة الاستخدام ويمكن استخدامها كمواد وظيفية في الكائنات الحية. وقد أظهر استخدام السبائك ذات السبائك الصغيرة والمتوسطة في العلاج توافقها الجيد مع الأنسجة وغياب تفاعلات الرفض من قبل الهياكل البيولوجية لجسم الإنسان.

تصحيح العمود الفقري.تؤدي الانحناءات المختلفة للعمود الفقري، سواء الخلقية أو الناجمة عن العادة أو عن حالة مؤلمة، إلى تشوه شديد عند المشي. وهذا لا يسبب ألمًا شديدًا فحسب، بل له أيضًا تأثير ضار على الأعضاء الداخلية. في جراحة العظام، يتم إجراء تصحيح العمود الفقري عادةً باستخدام قضيب شارينتون، المصنوع من الفولاذ المقاوم للتآكل. عيب هذه الطريقة هو أن القوة التصحيحية الأولية تتناقص بمرور الوقت. بعد 20 دقيقة من التثبيت، تنخفض القوة التصحيحية بنسبة 20٪، وبعد 10-15 يومًا - ما يصل إلى 30٪ من القوة الأصلية. يتطلب التعديل الإضافي للقوة عمليات مؤلمة متكررة ولا يحقق الهدف دائمًا. إذا تم استخدام سبيكة مع SME لقضيب خارينتون، فيمكن تركيب القضيب مرة واحدة، وليس هناك حاجة لعملية جراحية متكررة. إذا تم تسخين قضيب Charinton بعد الجراحة إلى درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الجسم، فيمكن إنشاء القوة التصحيحية اللازمة. تعتبر السبائك المعتمدة على Ti-Ni مع إضافات Cu وFe وMo فعالة لهذا الغرض، وبعد استعادة شكلها، فإنها تظهر مرونة عالية في نطاق درجات الحرارة

تخلق الأجهزة التصحيحية التي تحتوي على هذه السبائك ضغطًا مستمرًا على العمود الفقري طوال فترة العلاج بأكملها، بغض النظر عن إزاحة نقاط دعم الجهاز.

لوحة لتوصيل العظام.تتمثل طرق الرعاية الطبية في حالة كسور العظام في استخدام ألواح مصنوعة من الفولاذ المقاوم للتآكل أو سبائك Co-Cr لتثبيت منطقة الكسر في حالة تعمل فيها قوة ضاغطة على العظم.

إذا تم استخدام سبيكة ذاكرة الشكل للوحة التوصيل، يصبح من الممكن تثبيت منطقة الكسر بقوة عن طريق تسخين اللوحة خارجيًا إلى درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الجسم بعد الجراحة، وليست هناك حاجة لإجراء ضغط طولي للعظم أثناء جراحة.

دبابيس داخل العظم.تُستخدم هذه الدبابيس في تقديم الرعاية الطبية لكسور الساق. علاوة على ذلك، يتم إدخال دبابيس، مصنوعة بشكل أساسي من الفولاذ المقاوم للصدأ، في نخاع العظم، وبالتالي تثبيت العظام. عند استخدام هذه الطريقة، يتم تثبيت العظم بسبب الخصائص المرنة للفولاذ المقاوم للتآكل، لذلك من الضروري إدخال دبوس بقطر أكبر من قطر الثقب لإحداث درجة كبيرة من التشوه. في هذا الصدد، هناك خطر إتلاف الأنسجة في المنطقة التي يتم إدخال الدبوس فيها.

يتم تبسيط الجراحة عند استخدام سبائك ذاكرة الشكل القائمة على Ti-Ni للأزرار. تستعيد الدبابيس المبردة مسبقًا شكلها الأصلي عند درجة حرارة الجسم، مما يزيد من درجة التثبيت.

أجهزة لجر الهيكل العظمي.يتم استخدام خاصية المادة عند استعادة شكلها لإنشاء ضغوط كبيرة في نطاق درجة حرارة معين.

تُستخدم هذه الأجهزة لعلاج كسور العظام بشكل فعال من خلال الجر الهيكلي المستمر والمنفصل.

سلك لتصحيح وضع الأسنان.لتصحيح وضع الأسنان، على سبيل المثال، سوء الإطباق، يتم استخدام سلك مصنوع من الفولاذ المقاوم للتآكل، مما يخلق قوة مرنة.

عيب سلك التصحيح هو انخفاض المرونة في الاستطالة، ونتيجة لذلك، تشوه البلاستيك. عند تصنيع سلك من سبيكة Ti-Ni، حتى مع تشوه مرن بنسبة 10%، لا يحدث تشوه بلاستيكي، ويتم الحفاظ على القوة التصحيحية المثالية.

يرتبط التقدم التكنولوجي بالزيادة المستمرة في استهلاك الكهرباء. إن الاحتياطيات المحدودة من الوقود الأحفوري، والتغلب على أزمة الطاقة والتكلفة المقبولة لإنتاج الكهرباء، استلزمت استخدام الطاقة النووية وبناء محطات الطاقة النووية على نطاق واسع في جميع البلدان المتقدمة في العالم. الطاقة النووية هي طاقة المستقبل.

وفقا لمبدأ التشغيل، تختلف محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية قليلا عن بعضها البعض. في محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية، يتم غلي الماء ويتم تغذية البخار الناتج إلى شفرات التوربينات عالية السرعة، مما يؤدي إلى دورانها. يتم توصيل عمود التوربين بعمود المولد، والذي ينتج الطاقة الكهربائية عند تدويره. الفرق بين محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية هو طريقة تسخين المياه حتى الغليان. إذا تم حرق الفحم أو زيت الوقود في محطة للطاقة الحرارية لتسخين المياه، ففي محطة الطاقة النووية يتم استخدام الطاقة الحرارية للتفاعل المتسلسل المتحكم فيه لانشطار اليورانيوم لهذا الغرض.

تُستخدم مفاعلات الماء الخفيف (LWRs) حاليًا في معظم البلدان لتوليد الكهرباء. المفاعلات من هذا النوع لها تعديلان: مفاعلات الماء المضغوط (PWR) ومفاعلات الماء المغلي (BWR)، والتي تعد مفاعلات الماء المضغوط هي الأكثر شيوعًا.

في التين. يوضح الشكل 1.5 رسمًا تخطيطيًا لمحطة طاقة نووية مجهزة بمفاعل ماء خفيف (مع وجود ماء تحت الضغط). يحتوي وعاء المفاعل 9 على قلب المفاعل 10 والدائرة الأولى. يدور الماء في الدائرة الأولية، وهي عبارة عن مبرد وتبطئ سرعته


أرز. 1.5. مخططالتحويلات الدفءبين عناصر محطة PWR:

1 - قذيفة خرسانية 2 - قذيفة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للتآكل؛ 3 - عنفة؛ 4 - مولد كهرباء؛ 5 - برج التبريد. 6 - مكثف. 7 - مولد البخار. 8 - مضخة الدورة الدموية؛ 9 - وعاء المفاعل؛ 10 - المنطقة النشطة؛ 11 - معوض الضغط 12 - حاوية ليتل. يقوم الماء بإزالة الحرارة من القلب إلى منطقة التبادل الحراري (مولد البخار 7)، حيث يتم نقل الحرارة إلى الدائرة الثانية التي يتم فيها توليد البخار. يحدث تحويل الطاقة في المولد 4, حيث يتم استخدام البخار لتوليد الكهرباء. يتم وضع الدائرة الأولية مع جميع الأنابيب والمكونات في حاوية مصممة خصيصًا 12. بهذه الطريقة، يتم عزل أي منتجات انشطارية مشعة قد تتسرب من الوقود إلى الماء الأولي من البيئة.

في الدائرة الأولية، يكون الماء تحت ضغط 15.5 ميجا باسكال وعند درجة حرارة قصوى تبلغ 315 درجة مئوية. تمنع هذه الظروف الماء من الغليان، لأن نقطة غليان الماء عند ضغط 15.5 ميجاباسكال أعلى بكثير من 315 درجة مئوية.

في كل مفاعل، يتم ترك 16-25 خلية (اعتمادًا على التصميم) مجانًا لقضبان التحكم. ويتم تحريكها بواسطة قضيب تحكم يمر عبر غطاء وعاء المفاعل. البخار يغادر التوربينات 3, يتكثف في مكثف مبرد بالماء 6, حيث يتم تفريغ الطاقة الحرارية المتبقية. تستخدم بعض أنظمة التبريد أبراج التبريد.

وتبلغ تكلفة معدات المحطة التي تقوم بتوليد ونقل الطاقة (أوعية المفاعل، المبادلات الحرارية، المضخات، الخزانات، خطوط الأنابيب) حوالي 90% من تكلفة المحطة. يجب أن يتم تصميم المعدات وتصنيعها بشكل صحيح من مواد اقتصادية ولكن مضمونة الاعتماد عليها.

وتفرض الطاقة النووية طلبًا متزايدًا على المواد الإنشائية المستخدمة وتكنولوجيا إنتاجها ومراقبة أدائها. عند تعرضها للإشعاع، تخضع المواد الإنشائية لتحولات هيكلية لها تأثير سلبي في المقام الأول على الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل. لجميع أنواع الإشعاع (النيوترونات، أ-والجسيمات p، والإشعاع y)، فإن تشعيع النيوترونات له التأثير الأقوى.

مواد مقاومة للإشعاعهذه هي المواد التي تحافظ على استقرار البنية والخصائص في ظل ظروف التشعيع النيوتروني (الجدول 1.11).

يزيد معدل تآكل السبائك القائمة على الألومنيوم في بيئة مائية تحت ظروف التشعيع بمقدار 2-3 مرات. يكون فولاذ الكروم والنيكل الأوستنيتي عرضة للتآكل البلوري وتكسير التآكل في البخار الرطب.

أخطر عواقب الإشعاع هو التورم الإشعاعي. في التين. 1.6 يعرض خصائص التورم الإشعاعي لعدد من درجات الفولاذ والسبائك. يمكن قمع التورم عن طريق إعادة التركيب القسري هيكلياً (الجدول 1.11).

تأثير التشعيع النيوتروني على المواد المختلفة

التدفق التكاملي للنيوترونات السريعة، نيوترون/سم2

مادة

التعرض للإشعاع

بولي تترافلوروإيثيلين، وميثاكريلات الأرضية، والسليلوز

انخفاض المرونة

عضوي

السوائل

إطلاق الغاز

زيادة قوة العائد

البوليسترين

انخفاض في قوة الشد

سيراميك

مواد

انخفاض التوصيل الحراري والكثافة والبلورة

البلاستيك

غير مناسب للاستخدام كمادة بناء

كربون

انخفاض كبير في الليونة، ومضاعفة قوة الخضوع، وزيادة التحول من الكسر المرن إلى الكسر الهش

الفولاذ المقاوم للتآكل

زيادة ثلاثة أضعاف في قوة الخضوع

الألومنيوم

انخفاض الليونة دون التقصف الكامل

المعادن بسبب التحلل المستمر للمحلول الصلب مع توسع معين عند حدود المصفوفة مع المرحلة الثانوية الناتجة. تعمل مجالات الإجهاد الهيكلي القوية التي تنشأ أثناء الاضمحلال على تعزيز إعادة تركيب عيوب الإشعاع وتقليل التورم بشكل كبير. يعد تصلب التشتت المتطور وسيلة لقمع التورم الإشعاعي.

يمكن تحقيق المقاومة الإشعاعية لمواد المفاعلات إذا تم استيفاء مجموعة من الشروط. وتشمل هذه


أرز. 1.6.

الخامس- مقدار؛ د - التغير في الحجم

التركيب الكيميائي الأمثل وبنية المواد وظروف تشغيلها: مستويات درجة حرارة التشغيل وتدفق النيوترونات وخصائص البيئة المسببة للتآكل.

كل معدن وسبائك له شبكته البلورية وهندسته المعمارية وأبعاده.
والتي تم تحديدها بدقة. بالنسبة للعديد من المعادن، مع التغيرات في درجة الحرارة والضغط، لا يحدث ذلك للشبكة
يبقى كما هو وتأتي لحظة إعادة هيكلته. مثل هذا التغيير
نوع الشبكة البلورية - التحول متعدد الأشكال - يمكن تنفيذه بواسطة اثنين
طرق:
1) في درجات حرارة عالية بسبب الانتشار مع الحركة الذرية العالية؛
2) عند درجات حرارة منخفضة بسبب الحركة الجماعية المنسقة للذرات
يؤدي إلى تغيير في شكل حجم السبيكة (طبقة مطاطية حرارية خالية من الانتشار)
التحول الشدي مع تكوين شبكة بلورية جديدة - مارتنسيت).
عند درجات الحرارة المرتفعة في الحالة الأوستنيتي، تحتوي السبيكة على شبكة مكعبة.
عندما تبرد، تمر السبيكة إلى المرحلة المارتنسيتية، حيث تصبح الخلايا الشبكية
مع متوازيات مشطوف. عند تسخينها، تتم استعادة مرحلة الأوستينيت، ومعها
يتم أيضًا استعادة الشكل الأصلي لمنتج السبائك ذو الشكل "الذاكرة".
يعد التحول المارتنسيتي أحد الأساليب الأساسية لإعادة هيكلة البلورة
شعرية في غياب الانتشار، مميزة للفولاذ والمعادن النقية وغير الحديدية
السبائك وأشباه الموصلات والبوليمرات.
تأثير "الذاكرة" - استعادة الشكل والحجم الأصلي للبلورات بعد ذلك
تغيراتها أثناء التشوه نتيجة للتحول المارتنسيتي الحراري
أثناء المعالجة الحرارية وفق نظام معين.
التغيير في الشكل هو السمة الرئيسية للتحول المارتنسيتي المرتبط بالتأثير
تأثير "ذاكرة" السبائك، شرط ضروري، لكنه ليس كافيا لظهور "الذاكرة".
الطاقة الحرة لبلورات المارتنسيت أقل من طاقة المرحلة الأولية التي تحفز
تطوير التحول المارتنسيتي. يتم إبطاء عملية الانتقال بسبب ظهور الواجهة
المراحل القديمة والجديدة وزيادة الطاقة الحرة. تزايد بلورات المرحلة المارتنسيتية
تشويه الحجم المحيط الذي يقاوم ذلك. تظهر الطاقة المرنة
منع المزيد من نمو الكريستال. عندما تتجاوز هذه الطاقة حد المرونة
الضيوف، يحدث تشوه شديد للمادة بالقرب من حدود الطور و
توقف نمو البلورات. في الفولاذ تحدث العملية على الفور تقريبًا (فردية
بلورات مارتنسيت تنمو إلى الأحجام النهائية).
الانتقال العكسي للمارتنسيت إلى الأوستينيت (مرحلة ارتفاع درجة الحرارة، خالية من الانتشار
إعادة هيكلة القص للشبكة أمر صعب)، ويحدث عند درجات حرارة عالية، عندما يكون في الموقد المفتوح
تنمو بلورات الأوستينيت على المنخل دون أن تنتقل إلى شكلها الأصلي (لا تسقط الذرات في شكلها الأصلي)
الأماكن السابقة).
في السبائك ذات "الذاكرة"، عند التبريد، تنمو بلورات المارتنسيت ببطء، عند
عند التسخين تختفي تدريجياً، مما يضمن التوازن الديناميكي للواجهة
بينها وبين المرحلة الأولية. تتصرف الحدود بين المراحل بشكل مشابه إذا كان التبريد
استبدل التسخين والتدفئة بتطبيق وإزالة الحمل على التوالي - المرونة الحرارية
توازن المراحل في المادة الصلبة.
يصاحب التحول المارتنسيتي الحراري تغيرًا عكسيًا في الشكل
بلورات الأوستينيت، والتي توفر بشكل رئيسي "ذاكرة" المعادن.
56 مواد البوليمر الذكية (IPM)
النتيجة المباشرة للتحول المارتنسيتي المرن الحراري هي النتيجة العكسية
تغير في شكل المادة الصلبة نتيجة التبريد والتسخين الدوري (الحراري
محرك). المعادن ذات "الذاكرة" (على سبيل المثال، الننتول) "تتذكر" أصلها
الشكل عند تسخينه بعد التشوه الأولي للعينة.
بحلول نهاية الستينيات. مجال البحوث الفيزيائية والتقنية
تطبيقات تأثير الشكل "الذاكرة" في السبائك
هناك المئات من السبائك ذات التحول المارتنسيتي، ولكن عدد السبائك يكون فيها التأثير
"ذاكرة" الشكل لها أهمية عملية، وغير ذات أهمية. الحركة الجماعية
ذرات في اتجاه معين، مصحوبة بذرات عفوية (مارتنسيتية)
neu) تشوه المادة (إعادة ترتيب الشبكة)، حيث يكون القرب والذرات
روابط الذرات لا تنكسر (يبقى احتمال العودة إلى مواقعها السابقة،
إلى النموذج الأصلي)، يحدث فقط في ظل ظروف معينة. "ذاكرة" الفرد
الكريستال ليس بعد ذكرى للحجم الكامل للسبائك، والتي عادة ما تحتوي على متعدد البلورات
الهيكل الشخصي.
تختلف البلورات الفردية (الحبيبات) في اتجاه شبكاتها البلورية.
يحدث تحول الذرات أثناء التحول المارتنسيتي في الشبكة على طول مستويات معينة.
العظام والاتجاهات. بسبب اختلاف اتجاه الحبوب، تحدث المقصات في كل حبة
في اتجاهات مختلفة، وعلى الرغم من التشوه الكبير للبلورات الفردية،
العينة ككل لا تشهد تغييراً ملحوظاً في الشكل. يحدث هذا عندما
إذا كانت البلورات موجهة في نفس الاتجاه. قوة المراقبة، والتي، عندما
ينظم تحويل Tensite التنظيم التفضيلي للبلورات
الحمولة الخارجية.
أثناء التحول المارتنسيتي، تتحرك الذرات في الاتجاه الخارجي
الحمل (العينة ككل تتعرض للتشوه). وتستمر العملية حتى
لن تتشوه المادة بأكملها في اتجاه القوة دون أن تنكسر بين الذرات
السندات وانتهاك القرب من الذرات. وعندما تسخن فإنها تعود إلى وضعها الأصلي،
استعادة الشكل الأصلي لكامل حجم المادة.
يعتمد تأثير "الذاكرة" على توازن الطور الحراري المرن وإجراءات التحكم
الأحمال. المعالجة الميكانيكية الحرارية الخاصة للسبائك تخلق جزيئات دقيقة
الضغوط التي يكون عملها أثناء التحولات المارتنسية مشابهًا للعمل الخارجي
الأحمال. عند تبريدها، تأخذ السبيكة تلقائيًا شكلًا واحدًا عند تسخينها
يعود إلى الأصل (تتجعد اللوحة في حلقة عند تبريدها، عند تسخينها -
يتحول أو العكس).
المواد التي لها ذاكرة شكلية يمكن أن تظهر مرونة فائقة (تقلل بشكل كبير من
التكوينات، عندما يكون التحول المارتنسيتي ناتجًا عن تطبيق حمل خارجي، و
وليس عن طريق التبريد الذي يستخدم في صنع ممتصات الصدمات والبطاريات الزنبركية
الطاقة الميكانيكية)، لها قوة دورية عالية (لا يوجد تراكم
العيوب الهيكلية) وقدرة عالية على تبديد الطاقة الميكانيكية (مع الموقد المفتوح
تحولات الغربال، وإعادة هيكلة الشبكة البلورية تكون مصحوبة بالإفراج
أو امتصاص الحرارة، إذا تسبب الحمل الخارجي في تحول المارتنسيت، إذن
تتحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية. مع تأثيرات الذاكرة، تتم ملاحظة العملية أيضًا
تحويل الحرارة إلى عمل).
تغير شكل المعادن (مع تغيرات دورية في درجات الحرارة) بالذاكرة
يرافقه مظهر من مظاهر القوى الذرية القوية. ضغط التوسع للمواد
يصل هذا النوع إلى 7 طن/سم2. اعتمادا على نوع المواد، والمنتجات ذات أحجام مختلفة
والتكوينات تنحني، توسع، تطور (يمكن برمجة الشكل).
تشمل المعادن ذات ذاكرة الشكل سبائك الننتول والنيتينول-55 (مع الحديد) والنيكليد
التيتانيوم VTN-27، سبائك التيتانيوم VT-16، VT23 (المعالجة الحرارية وفقًا لنظام خاص، في 2-3
أرخص بمرة ونصف من نيكليد التيتانيوم)، وهي سبيكة تعتمد على التيتانيوم بنسبة 28-34% منجنيز و
5-7% سيليكون، تيرفينول (سبائك مقيد مغناطيسيًا، يخفف الاهتزازات عند الترددات المنخفضة)
الاهتزازات).
مواد البوليمر الذكية (IPM) 57
تتمتع السبائك القائمة على المنغنيز بنطاق درجة حرارة أقصى حساسية حرارية
نعومة عند درجة حرارة 20-40 درجة مئوية واستعادة الشكل المطلوب في نطاق درجة الحرارة من
-100 إلى 180 درجة مئوية
تم الحصول على سبائك نظام النحاس والزنك عن طريق تعدين المساحيق (شركة فوكودا للمعادن).
Al مع تأثير ذاكرة الشكل عن طريق التلبيد (700 ميجا باسكال، 900 درجة مئوية، 0.1% بالوزن من فلوريد الألومنيوم
مساحيق Cu-Zn (70:30)، Cu-Al (50:50) وسبائك النحاس (حجم الحبوب 20-100 ميكرومتر). سبيكة
يستعيد شكله بعد التمدد بنسبة 10%.
عند تبريدها، تمر السبيكة إلى مرحلة المارتنسيت، والتي يتم فيها تغييرها
اعتمادًا على المعلمات الهندسية للخلايا الشبكية البلورية، تصبح بلاستيكية ومتى
التأثير الميكانيكي، يمكن إعطاء منتج مصنوع من سبيكة ذات "ذاكرة" (النيتينول، وما إلى ذلك).
تقريبا أي التكوين الذي سيتم الحفاظ عليه حتى درجة الحرارة
سوف تتجاوز القيمة الحرجة التي تصبح عندها المرحلة المارتنسيتية غير مواتية بقوة،
تمر السبيكة إلى المرحلة الأوستنيتي مع استعادة الشكل الأصلي للمنتج. لكن،
يجب ألا تتجاوز التشوهات 7-8٪، وإلا فلن يتم استعادة الشكل بالكامل.
تم تطوير سبائك الننتول التي "تتذكر" شكل المنتجات في نفس الوقت،
المقابلة لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة. تأثير الذاكرة في سبائك الننتول
محددة بوضوح، ويمكن تعديل نطاق درجة الحرارة بدقة في النطاق من غير
كم درجة إلى عشرات الدرجات، مع إدخال عناصر تعديل في السبائك
هامش الدورة، لا يتجاوز عدد التشوهات الخاضعة للرقابة (التكرارات) 2000،
وبعد ذلك تفقد السبائك خصائصها.
ألياف موصلة تتكون من خيوط يبلغ قطرها 50 ميكرون من السبائك
باستخدام جسيمات التيتانيوم والنيكل النانوية، غيّر الطول بنسبة 12-13% خلال 5 ملايين تكرار.
المستخدمة في العضلات الاصطناعية. مشغل عضلات النانو، نانو
Muscle, USA, Johnson Electric, KHP, 2003) تطور قوة أكبر بألف مرة من
عضلات الإنسان وأسرع 4000 مرة من المحرك الكهربائي بسرعة التشغيل
0.1 ثانية مع انتقال سلس من حالة إلى أخرى بسرعة معينة (mic
التحكم بالمعالج).
تم تطوير مواد ذات ذاكرة ميكانيكية مغناطيسية (المارتنسيتية المغناطيسية المرنة
يتم تحفيز الانتقال بواسطة مجال مغناطيسي مباشرة أو بالاشتراك مع درجة الحرارة
والتحميل) والذاكرة الكهروميكانيكية (يصاحب التحول المارتنسيتي
التغير النوعي في الخصائص، وأشباه الموصلات، والتحولات شبه المغناطيسية الحديدية
romagnet)، وهو واعد لإنشاء مشغلات MI لأغراض الهندسة الراديوية
لتقليل التوقيع الراداري.

جامعة موسكو

هم. إم في لومونوسوفا

كلية علوم المواد

الموضوع: "المواد ذات ذاكرة الشكل".

طالب في السنة الخامسة FNM

كاريفا آي.

موسكو 2000

مقدمة ………………………………………………………………………………………………………………………………… 2

آلية تنفيذ تأثير ذاكرة الشكل ..........3

مجالات التطبيق……………………………………………..7

تحضير السبائك ذات ذاكرة الشكل ...........................9

التدهور ……………………………………………………..10

الخلاصة ………………………………………………………..11

المراجع ………………………………………………..12

مقدمة.

تم اكتشاف مواد ذاكرة الشكل (MSM) في أواخر الستينيات من هذا القرن. وفي غضون 10 سنوات (أواخر السبعينيات - أوائل الثمانينات)، ظهرت العديد من التقارير في المجلات العلمية التي تصف الاحتمالات المختلفة لاستخدامها. حاليًا، يتم تعريف الخصائص الوظيفية لـ MPF: تأثير الذاكرة أحادية الاتجاه وثنائية الاتجاه، والمرونة الزائفة أو الفائقة، وقدرة التخميد العالية.

لقد وجدت MPFs بالفعل تطبيقًا واسع النطاق في الطب كمواد فعالة طويلة الأمد مزروعة في الجسم. إنها تتميز بخصائص مرنة عالية، وقادرة على تغيير شكلها مع تغيرات درجة الحرارة ولا تنهار تحت ظروف التحميل المتناوبة. تتجلى الطبيعة المعقدة لتحولات الطور من النوع المارتنسيتي التي تحدث في السبائك القائمة على نيكليد التيتانيوم بوضوح في الهياكل المسامية. تتميز التحولات الطورية في مثل هذه السبائك بالتباطؤ الواسع ونطاق درجة الحرارة الطويل الذي تظهر فيه المادة تأثيرات ذاكرة الشكل والمرونة الفائقة. بالإضافة إلى السبائك المعتمدة على Ni-Ti، توجد تحولات مارتنسيتية، على سبيل المثال، في أنظمة مثل Pt-Ti، وPt-Ga، وPt-Al.

اعتمادًا على درجة حرارة التحول المارتنسيتي والخواص الميكانيكية، تتمتع السبائك ذات ذاكرة الشكل بمجموعة واسعة من التطبيقات.


آلية تنفيذ تأثير ذاكرة الشكل.

مارتنسيت.

مارتنسيت عبارة عن بنية من المواد الصلبة البلورية التي تنشأ نتيجة للتحول متعدد الأشكال الخالي من الانتشار عند التبريد. سمي على اسم عالم المعادن الألماني مارتنز (1850 - 1914). ونتيجة لتشوه الشبكة أثناء هذا التحول، يظهر ارتياح على سطح المعدن؛ تنشأ ضغوط داخلية في الحجم، ويحدث تشوه بلاستيكي، مما يحد من نمو البلورة. يصل معدل النمو إلى 10 3 م/ث ولا يعتمد على درجة الحرارة، وبالتالي فإن معدل تكوين المارتينسيت عادة ما يحد من نواة البلورات. تعمل مقاومة الضغوط الداخلية على تغيير نواة البلورات إلى ما دون نقطة التوازن الديناميكي الحراري للمراحل ويمكن أن توقف التحولات عند درجة حرارة ثابتة؛ ولذلك فإن كمية المارتنسيت المتكونة عادة ما تزداد مع زيادة التبريد الفائق. وبما أن الطاقة المرنة يجب أن تكون في حدها الأدنى، فإن بلورات المارتنسيت تأخذ شكل ألواح. يتم أيضًا تخفيف الضغوط الداخلية عن طريق التشوه اللدن، لذلك تحتوي البلورة على العديد من الاضطرابات (حتى 10 12 سم -2)، أو يتم تقسيمها إلى توائم بسماكة 100 - 1000 Å. تعمل الحدود والخلع داخل الحبوب على تقوية المارتينسيت. Martensite هو منتج نموذجي للتحولات متعددة الأشكال منخفضة الحرارة في المعادن النقية (Fe، Co، Ti، Zr، Li وغيرها)، في المحاليل الصلبة القائمة عليها، في المركبات بين الفلزات (CuZn، Cu 3 Al، NiTi، V 3 Si ، أوسد).

التحولات المارتنستية.

تتميز المركبات المعدنية Ni-Ti ذات التركيبة القريبة من الانصهار بالانتقال من الطور المكعب (الطور الأوستنيتي) إلى الطور أحادي الميل (المارتنسيتي) في درجة حرارة الغرفة. تحدث مثل هذه التحولات عادةً في السبائك عند الضغوط العالية، ولكن نتيجة لتأثير الذاكرة أو المرونة الفائقة، يمكن أن تحدث التحولات أيضًا عند الضغوط المنخفضة. تُظهر سبائك Ni-Ti الأوستنيتي سلوكًا فائق المرونة تحت الأحمال الميكانيكية والتوتر (8٪) الناجم عن التحول المارتنسيتي. عند التفريغ، يصبح المارتنسيت غير مستقر ويتحول إلى الأوستينيت، مع تعويض جميع الضغوط العيانية.

التحول المارتنسيتي هو تحول متعدد الأشكال يحدث فيه تغيير في الترتيب النسبي للذرات التي تشكل البلورة من خلال حركتها المنظمة، وتكون الإزاحات النسبية للذرات المجاورة صغيرة مقارنة بالمسافة بين الذرات. عادة ما تعود إعادة هيكلة الشبكة البلورية في المناطق الدقيقة إلى تشوه خليتها، والمرحلة الأخيرة من التحول المارتنسيتي هي مرحلة أولية مشوهة بشكل موحد. حجم التشوه صغير (~ 1-10٪)، وبالتالي، فإن حاجز الطاقة الذي يمنع الانتقال الموحد من المرحلة الأولية إلى المرحلة النهائية صغير، مقارنة بالطاقة الملزمة في البلورة. الشرط الضروري للتحول المارتنسيتي، الذي يتطور من خلال تكوين ونمو مناطق مرحلة أكثر استقرارًا في مرحلة شبه مستقرة، هو الحفاظ على الاتصال المنظم بين المراحل. يضمن الهيكل المرتب لحدود الطور البيني مع حاجز صغير لانتقال الطور الموحد طاقتها المنخفضة وحركتها العالية. ونتيجة لذلك، فإن الطاقة الزائدة المطلوبة لنواة بلورات الطور الجديد (بلورات المارتنسيت) تكون صغيرة، ومع بعض الانحراف عن توازن الطور، تصبح قابلة للمقارنة مع طاقة العيوب الموجودة في الطور الأولي. ولذلك، فإن نواة بلورات المارتنسيت تحدث بمعدل أعلى وقد لا تتطلب تقلبات حرارية. يتم لعب دور مهم أثناء التحول المارتنسيتي بواسطة الضغوط الداخلية الناشئة بسبب التكيف المرن للشبكات البلورية التي تتزاوج على طول حدود الطور. تؤدي مجالات الإجهاد المرنة إلى إزاحة نقطة التوازن للمراحل المتفاعلة بالنسبة إلى موضع التوازن الديناميكي الحراري الحقيقي للمراحل المعزولة وغير المشوهة؛ وبناء على ذلك، فإن درجة الحرارة التي يبدأ عندها التحول المارتنسيتي يمكن أن تختلف بشكل كبير عن درجة حرارة التوازن الحقيقية. إن الرغبة في تقليل طاقة الإجهاد المرنة تحدد الشكل والبنية الداخلية والموقع النسبي لبلورات المارتنسيت. وتتكون المرحلة الجديدة على شكل صفائح رفيعة، موجهة بطريقة معينة بالنسبة للمحاور البلورية. اللوحات، كقاعدة عامة، ليست بلورات مفردة، ولكنها عبارة عن حزم من المجالات المتوازية المستوية - مناطق مرحلة جديدة تختلف في اتجاه الشبكة البلورية (التوائم). يؤدي تداخل مجالات الجهد من مجالات مختلفة إلى تدميرها جزئيًا. يتم تحقيق مزيد من التخفيض في المجالات المرنة من خلال تكوين مجموعات من الصفائح المرتبة بانتظام. أي أنه نتيجة للتحول المارتنسيتي، تتشكل مرحلة متعددة البلورات بترتيب هرمي غريب (التجمعات - اللوحات - المجالات) في ترتيب المكونات الهيكلية. تؤدي الزيادة في الضغوط الداخلية أثناء التحول المارتنسيتي في ظل ظروف معينة إلى إنشاء توازن مرن حراري على مرحلتين، والذي يتغير بشكل عكسي عندما تتغير الظروف الخارجية: تحت تأثير الأحمال الميكانيكية أو عندما تتغير درجة الحرارة، تتغير أحجام البلورات الفردية وخصائصها. تغيير الرقم. تم العثور على التحولات المارتنسيتية في العديد من المواد البلورية: المعادن النقية، والعديد من السبائك، والبلورات الأيونية والتساهمية والجزيئية.

هناك احتمالات كبيرة لحدوث تغيرات عكسية في الشكل أثناء التحول المارتنسيتي (إنشاء سبائك فائقة المرونة تستعيد شكلها الأصلي عند تسخينها بعد تشوه البلاستيك - تأثير الذاكرة)، بالإضافة إلى العلاقة بين التحول المارتنسيتي وظهور خصائص التوصيل الفائق في بعض المعادن. . تشكل التحولات المارتنسيتية الأساس للعديد من التحولات الهيكلية، والتي يتم من خلالها إجراء تغيير موجه في خصائص المواد البلورية بمساعدة المعالجة الحرارية والميكانيكية.

ملامح سبائك النيكليد التيتانيوم المسامية.

ينعكس وجود نطاق واسع من درجات الحرارة للتحول المارتنسيتي في نيكليد التيتانيوم المسامي مقارنة بالتيتانيوم المصبوب في منحنيات درجة حرارة المقاومة الكهربائية. لقد ثبت أن التحول المارتنسيتي غير مكتمل في السبائك المسامية ويحدث في نطاق درجات حرارة أوسع من السبائك المصبوبة. وبالتالي، فإن إحدى السمات المهمة لنيكليد التيتانيوم المسامي مقارنةً بسبيكة غير مسامية (مسبوكة) بنفس التركيبة هي نطاق درجة الحرارة الواسع لتحولات الطور. تبلغ درجة حرارتها حوالي 250 درجة مئوية، أي أنها تتجاوز بشكل كبير نطاق (30-40 درجة مئوية) من تحولات السبائك المصبوبة. ترجع الزيادة في نطاق درجة حرارة تحولات الطور إلى بنية نيكليد التيتانيوم المسامي. عامل الحجم مهم أيضًا، نظرًا لأن التحول المارتنسيتي في الجسور الرقيقة والمناطق الضخمة يظهر بشكل مختلف. يؤدي عمل هذه العوامل إلى حقيقة أن تحولات الطور في المواد المسامية القائمة على نيكليد التيتانيوم تبدأ في مناطق مختلفة عند درجات حرارة مختلفة، مما يؤدي إلى تمديد التباطؤ على طول محور درجة الحرارة، وبالتالي توسيع نطاقات درجة حرارة التحولات والفواصل الزمنية لمظاهر ذاكرة الشكل التأثيرات والمرونة الفائقة في السبائك المسامية المعتمدة على النيكليد والتيتانيوم.


الشكل 1: الاعتماد على درجة الحرارة لتأثير الذاكرة العكسية وقوة الخضوع في السبائك المسامية (1) والسبائك (2) القائمة على نيكليد التيتانيوم.

ويبين الشكل 1 تأثير ذاكرة الشكل في السبائك المسامية والمصبوبة. في السبائك المسامية، يتجلى تأثير ذاكرة الشكل في نطاق درجة حرارة أوسع مما هو عليه في السبائك المصبوبة، ويكون تشوه البلاستيك المتبقي في المادة المسامية أكثر أهمية (في الشكل 1) منه في السبائك المصبوبة. في نيكليد التيتانيوم المصبوب، تتم استعادة الشكل بشكل شبه كامل (ما يصل إلى 100٪) بعد التشوه بنسبة 6 - 8٪ والتسخين اللاحق فوق نطاق درجة حرارة MT (الشكل 1). مع زيادة درجة تشوه نيكليد التيتانيوم المصبوب، تتشكل عيوب الخلع، والتي، على عكس التحولات المارتنسيتية، لا رجعة فيها. يتم استبدال مرحلة التشوه القابل للانعكاس وفقًا لآلية المارتنسيت بمرحلة التشوه البلاستيكي الذي لا رجعة فيه. حتى عند الأحمال المنخفضة، تنشأ مناطق يتجاوز فيها حجم التشوه المرن الحد الأقصى. في المقابل، في السبائك المسامية، حتى مع الحد الأدنى من التشوهات، لا تتجاوز درجة استعادة الشكل 85٪. تعتمد درجة استعادة الشكل على المسامية، وتوزيع حجم المسام، ومستوى إجهاد القص المارتنسيتي، أي. يرتبط بخصائص تشوه الأجسام المسامية. يوضح تحليل اعتماد تشوه نيكليد التيتانيوم مع مسامات مختلفة أن قوة الخضوع للسبائك تتناقص مع زيادة المسامية.

مجالات الاستخدام.

الاستخدام غير الطبي.

تم استخدام أول سبيكة ذاكرة الشكل في طائرات F-14 في عام 1971، وهي Ni-Ti-Fe. لقد كان استخدام سبائك Ni-Ti-Nb بمثابة تقدم كبير، ولكن أيضًا سبائك Fe-Mn-Si حظيت بالكثير من الاهتمام، على الرغم من انخفاض جهد الاسترداد.

هناك تطبيقات محتملة للنيتينول في إنتاج السلع الاستهلاكية. على سبيل المثال، اختراع مثير للاهتمام: جهاز - حامل منفضة سجائر، الذي يخفض سيجارة مشتعلة في منفضة السجائر، ويمنعها من السقوط، على سبيل المثال، على مفرش المائدة.

تعتمد موثوقية أجهزة ذاكرة الشكل على مدة خدمتها. المعلمات الخارجية الهامة للتحكم في دورات تشغيل النظام هي الوقت ودرجة الحرارة. المعلمات الداخلية الهامة التي تحدد الخواص الفيزيائية والميكانيكية هي: نظام السبائك، وتكوين السبائك، ونوع التحويل، وعيوب الشبكة. تتحكم هذه المعلمات في التاريخ الميكانيكي الحراري للسبيكة. ونتيجة لذلك، سيكون الحد الأقصى لتأثير الذاكرة محدودًا اعتمادًا على عدد الدورات المطلوبة.

تستخدم الحمولات الفضائية، مثل الألواح الشمسية أو هوائيات الأقمار الصناعية، حاليًا بشكل أساسي أساليب نشر الألعاب النارية، مما يخلق العديد من المشاكل. إن استخدام مواد ذاكرة الشكل سيقضي على كل هذه المشاكل وسيوفر أيضًا الفرصة لاختبار أداء النظام بشكل متكرر على أرض الواقع.

أظهرت الأبحاث الحديثة التي أجريت على سبائك Ni-Ti أن السلوك فائق المرونة يؤدي إلى تحسين مقاومة التآكل. السلوك المرن الزائف يقلل من مساحة التلامس المرن أثناء الانزلاق. يؤدي تقليل مساحة الاتصال المرنة بين جزأين منزلقين إلى زيادة مقاومة التآكل للمادة. هناك نوع خاص من التآكل هو تآكل التجويف، الذي يخلق مشاكل محددة في الآلات الهيدروليكية، ومراوح السفن، والتوربينات المائية. أظهرت الدراسات المقارنة لمختلف المواد أن سبائك Ni-Ti تتمتع بمقاومة أعلى لتآكل التجويف مقارنة بالسبائك التقليدية. في الحالة المارتنسيتية، تتمتع سبيكة Ni-Ti بمقاومة جيدة جدًا لتآكل التجويف. لكن تصنيع أجزاء العمل المعرضة للتآكل بالكامل من سبائك Ni-Ti أمر مكلف للغاية، لذا فإن أفضل طريقة هي استخدام سبائك Ni-Ti مع الفولاذ.

الاستخدام الطبي.

في الطب، يتم استخدام فئة جديدة من المواد المركبة "السيراميك الحيوي-نيكليد التيتانيوم". في مثل هذه المركبات، يتمتع أحد المكونات (نيكليد التيتانيوم) بمرونة فائقة وذاكرة للشكل، بينما يحتفظ الآخر بخصائص السيراميك الحيوي.

يمكن أن يكون مكون السيراميك من الخزف، والذي يستخدم على نطاق واسع في طب الأسنان العظمي وهو مادة هشة. ترجع الهشاشة العالية للخزف إلى حقيقة أن ضغوط التلامس تنشأ عند حدود المراحل والحبوب المختلفة، مما يتجاوز بشكل كبير مستوى متوسط ​​الضغوط المطبقة. من الممكن تخفيف ضغوط التلامس في مادة خزفية إذا حدث تبديد للطاقة في منطقة هذه الضغوط بسبب تحول الطور في نيكليد التيتانيوم. يؤدي التغير في درجة الحرارة أو تطبيق الحمل إلى حدوث تحول مارتنسيتي في نيكليد التيتانيوم، مما يؤدي إلى تخفيف الضغط الفعال في المصفوفة عند تحميل المادة المركبة، مما يسمح للمكون الصلب بتحمل الحمل المطبق. من المعروف أن الاستعادة المرنة لحجم التعاقدات المسامية المصنوعة من مسحوق نيكليد التيتانيوم فائق المرونة ترتبط بتمزق التلامس بين الجسيمات ويتم تحديدها من خلال قوة القالب، والتي تعتمد على مسامية وحجم قوى التصاق التلامس. إن إضعاف هذه القوى عن طريق إضافة مكونات أخرى إلى مسحوق نيكليد التيتانيوم، مثل التنغستن المشتت جيدًا أو كربيد السيليكون، يزيد بشكل كبير من التأثير المرن، حيث يتم استبدال نقاط الاتصال القوية بين التيتانيوم والنيكل والتي تحمل نفس الاسم بأخرى معاكسة. نظرًا لأن حجم التأثير المرن يتناقص مع انخفاض محتوى نيكليد التيتانيوم في الميثاق، فإن الاعتماد على تركيز استرداد الحجم المرن يكون عادةً شديدًا. في المادة المركبة من البورسلين والتيتانيوم والنيكليد، تتفاعل المكونات بشكل ضعيف وبعد التلبيد، تضعف نقاط الاتصال بين المكونات الخزفية والمعدنية. عند تحميلها، فإنها تتمزق أولاً ويزداد حجم المرونة. ونتيجة لذلك، يكون التشوه قابلاً للعكس ويظهر المركب خصائص مشابهة للمرونة الفائقة. تمت دراسة التوافق الحيوي للمادة المركبة "بورسلين الأسنان-نيكليد التيتانيوم" من الناحية النسيجية، وتقييم استجابة الأنسجة في الفئران لزرع المواد المركبة وعينات الخزف تحت جلد جدار البطن الأمامي. تبين أن طبيعة تفاعلات الأنسجة وانتشارها وخصائص التغيرات الخلوية في كلتا الحالتين لا لبس فيها. وبالتالي، فإن المواد المركبة من السيراميك الحيوي ونيكليد التيتانيوم متوافقة حيويًا.

تحضير السبائك ذات ذاكرة الشكل.

يتم إنتاج سبائك ذاكرة الشكل عن طريق دمج المكونات الفردية. يتم تبريد المادة المنصهرة بسرعة ويتم إجراء المعالجة بدرجة حرارة عالية.

تم اقتراح فئة كاملة من المواد المركبة "السيراميك الحيوي - نيكليد التيتانيوم" للطب. في مثل هذه المواد، يتمتع أحد المكونات (نيكليد التيتانيوم) بذاكرة الشكل والمرونة الفائقة، بينما يحتفظ الآخر بخصائص السيراميك الحيوي. المكون الخزفي الأكثر استخدامًا هو البورسلين، والذي يستخدم على نطاق واسع في طب الأسنان العظمي وهو مادة هشة. لصنع مثل هذه العينات، يتم استخدام مساحيق نيكليد التيتانيوم وكتلة البورسلين، والتي يتم تلبيدها في الفراغ بعد الخلط والتجفيف.

انحلال

التحول المارتنسيتي في السبائك القائمة على NiTi هو عملية حرارية، يتم تحديد معدلها بالكامل من خلال معدل تغير درجة الحرارة بالقرب من التوازن الديناميكي الحراري للأطوار. ولذلك، فإن جميع التأثيرات الميكانيكية المحددة في NiTi التي تصاحب التحول المارتنسيتي، مثل ذاكرة الشكل ولدونة التحول، يمكن تحقيقها في أوقات قصيرة جدًا في ظل ظروف التسخين والتبريد المناسبة. في الأجهزة عالية السرعة، لتسريع تبادل الحرارة مع عامل حراري (سائل أو غازي)، يتم استخدام شريط رفيع وأسلاك وأنابيب ذات أبعاد خطية ميكرون في المقطع العرضي. في هذه الحالة، تصبح حالة السطح الحر للسبائك ذات أهمية كبيرة. نظرًا لأن الاختلافات الصغيرة في التركيب تؤدي إلى تغيرات في حركية درجة الحرارة واكتمال التحول، فإن فصل العناصر وأكسدة السطح يغير بشكل كبير الخصائص الخاصة للمادة. يكتسب هذا الظرف أهمية خاصة بسبب الحاجة إلى المعالجة الحرارية أو الميكانيكية الحرارية الأولية للمادة.

أظهرت الدراسات ميل نيكليد التيتانيوم على السطح الحر تحت التأثيرات الحرارية. في جو يحتوي على الأكسجين، تتأكسد السبيكة لتشكل طبقة أكسيد تحتوي بشكل أساسي على أكسيد TiO 2. يمكن الافتراض أنه نظرًا لأن التيتانيوم نشط جدًا كيميائيًا، فإن ذرات التيتانيوم في بيئة خالية من الأكسجين ستشكل مركبات مع أي غاز غير خامل، على سبيل المثال، في جو النيتروجين - النتريدات. لا يمكن تجنب تكوين الأكاسيد على طول حدود الحبوب وعلى السطح إلا عن طريق المعالجة الحرارية للعينات في الفراغ أو في بيئة خاملة.

خاتمة

تأثير الذاكرة أو ذاكرة الشكل هي قدرة المنتج، عند تسخينه، على استعادة شكله الأصلي الذي تغير بسبب تشوه البلاستيك. سبيكة الذاكرة الأكثر شهرة هي الننتول.

ترجع استعادة الشكل إلى التحول المارتنسيتي أو التوأمة العكسية في بنية المادة المعدنية.

في حالة تأثير الذاكرة، والذي يحدث من خلال آلية التحول المارتنسيتي، عندما يتم تسخين السبيكة، تنشأ ضغوط في الشبكة الفولاذية المشوهة مسبقًا. تتم استعادة الشكل السابق فقط في حالة التماسك بين الشبكة البلورية المشوهة للمادة والمرحلة المارتنسيتية المتكونة أثناء التسخين. في الشبكات البلورية المتماسكة عند واجهة الطور، يكون عدد خلايا المراحل الرئيسية والناتجة من السبيكة هو نفسه (فقط اتجاهات المستويات الذرية للشبكات البلورية مختلفة قليلاً). في الشبكات المتماسكة جزئيًا، يتم انتهاك انتظام تناوب المستويات الذرية، ويظهر ما يسمى بخلع الحافة عند حدود الطور. في الشبكات البلورية غير المتماسكة، تكون اتجاهات المستويات الذرية مختلفة تمامًا. يحدث نمو بلورات المارتنسيت فقط حتى حدود الطور البيني غير المتماسكة.

تتشكل المرحلة المارتنسيتية في الفولاذ إذا كانت الطاقة الحرة للنظام A≠ 0. إذا كانت طاقة التشوه المرن للشبكة الفولاذية تساوي طاقة تكوين مرحلة المارتنسيت فيها، فإن A = 0 وينتهي نمو بلورات المارتنسيت. ويعتمد هذا التوازن على درجة الحرارة ويسمى بالمرونة الحرارية.

وترتبط استعادة الشكل حسب الآلية الثانية بتكوين توائم في الشبكة البلورية للمواد المعدنية تحت الحمل الميكانيكي واختفائها عند التسخين. عندما تتشوه عينة من الفولاذ في الحالة المارتنسيتية، تحدث إعادة لف بلورات المارتنسيت أو إعادة توجيهها. وهذا يؤدي إلى تغيير في شكل العينة. عند التسخين، يتم استعادة هيكل واتجاه بلورات المرحلة الأولية، مما يؤدي إلى استعادة شكل المنتج. يؤدي تجاوز المستوى الحرج للتشوه إلى تكوين توائم لا رجعة فيها، ولا يمكن اختفائها إلا أثناء إعادة البلورة.

تمت ملاحظة الاستعادة الكاملة للشكل في السبائك ذات المارتنسيت الحراري المرن: Cu - Al - (Fe، Ni، Co، Mn)، Ni - Al، Ti - Ni، Ti - Au، Ti - Pd، Ti - Pt، Au - Cd، Ag - Cd، Cu - Zn - Al.

الننتول هو أحد هذه السبائك.تي - ني . نطاق درجة حرارة تأثير الذاكرة في الننتول هو 550-600 درجة مئوية. الخصائص الرئيسية للننتينول:

المعامل المرن E = 66.7…72.6 ميجا باسكال؛

قوة الشدσ =735...970 ميجاباسكال؛

الاستطالة النسبية ل=2…27%;

المقاومة الكهربائية المحددة ρ=65…76 μOhm× سم؛

درجة حرارة الانصهار Тmelt=1250…1310 0 درجة مئوية;

الكثافة د = 6440 كجم/م3.

تُستخدم سبائك الذاكرة في التوصيلات الأنبوبية الدائمة التي تلغي الحاجة إلى اللحام واللحام، وفي غسالات توصيلات التلامس الكهربائية التي توفر ضغطًا ثابتًا، وبالتالي مقاومة التلامس، وهوائيات المركبات الفضائية ذاتية التوسع، وما إلى ذلك.