Akademik

- свойство нек-рыхтвёрдых тел восстанавливать исходную форму после пластич. деформации принагреве или в процессе разгружения. Восстановление формы, как правило, связано с мартенситным превращением или с обратимым двойникованием. Взависимости от величины деформации и вида материала восстановление формыможет быть полным или частичным. Полное восстановление формы может происходитьв сплавах с термоупругим мартенситом, таких, как Сu - А1 - (Fe, Ni, Co,Mn), Ni - Al,Au - Cd, Ag - Cd, Ti - Ni, In - Tl, Сu - Zn - Al, Сu - Zn- Sn), и в ряде др. двойных, тройных и многокомпонентных систем. П. ф. в этих сплавах имеет место и в тех случаях, когда восстановлению формыпротиводействует внеш. нагрузка. Макс. величина обратимой пластич. деформациизависит от кристаллич. структуры исходной и мартенситной фаз и ограниченавеличиной деформации решётки при фазовом переходе или сдвигом при двойниковании. Так, при мартенситном превращении в сплавах Ti - Ni она составляет ~9%.Когда возможности деформации по мартенситному механизму или за счёт обратимогопередвойникования исчерпаны, дальнейшее формоизменение необратимо, т. к. оно происходит путём скольжения полных дислокаций.
Накопление обратимой пластич. деформациив разл. температурных интервалах для одного и того же сплава может осуществлятьсяпо разным механизмам. Под воздействием внеш. напряжений в интервале темп-р( М _н - М _к )прямого мартенситного превращения(где индекс "Н" означает начало мартенситного превращения, а "К" - конец)деформация осуществляется за счёт макроскопич. сдвига, связанного с образованиемиз исходной фазы преим. ориентированных кристаллов мартенсита. Из всехвозможных вариантов взаимной кристаллография, ориентировки исходной и мартенситнойфаз образуются лишь те, для к-рых работа внеш. сил имеет наиб. значение. Когда деформации подвергается образец в мартенситном состоянии (в интервалетемп-р ниже М _к), под действием приложенных напряженийпроисходит передвойникование мартенситных кристаллов или их переориентация, что приводит к макроскопич. формоизменению. При нагреве в интервале темп-робратного превращения восстанавливается структура и ориентировка кристалловисходной фазы, что сопровождается восстановлением макроскопич. формы иразмеров. Для данной системы интервал темп-р обратного мартенситного превращения, а следовательно, и интервал темп-р восстановления формы, зависит от составасплава и может в широких пределах изменяться при изменении содержания осн. и легирующих элементов. На рис. 1 приведён график изменения линейных размеровобразца из сплава Сu - Al - Ni под действием небольшой пост. нагрузки приохлаждении и нагреве. Мартенситное превращение в интервале темп-р М _н- М _к сопровождается постепенным удлинением образца до полногоперехода исходной фазы в мартенситную. Обратное превращение, происходящеес небольшим температурным гистерезисом в интервале темп-р А _н- А _к, сопровождается полным восстановлением исходнойформы образца.
Деформация при темп-ре, превышающей А _к,также может приводить к образованию кристаллов мартенсита. Последующееуменьшение и снятие напряжений вызывает (с нек-рым гистерезисом по напряжению)уменьшение и исчезновение этих кристаллов, восстанавливается стабильнаяпри этих темп-pax в отсутствие напряжении высокотемпературная фаза, а следовательно, и исходная форма образца. П. ф., к-рая наблюдается при пост. темп-ре, получиланазв. сверхупругости, аномальной упругости, сверхэластичности. На рис.2 приведена типичная кривая при нагружении и разгружении монокристалла сплава Сu - Al - Ni при темп-ревыше А _к. Нач. линейный участок кривой соответствует упругойдеформации.

Рис. 1. Изменение длины образца из сплаваСu - Аl - Ni при охлаждении и нагреве под действием постоянной нагрузки = 20 МПа.

Рис. 2. Диаграмма растяже-ния монокристаллаиз сплава Сu - Al - Ni при комнатной температуре. Ориентировка оси растяжения = 100 ^о С.

Дальнейшее формоизменение обусловленофазовым переходом. С повышением томп-ры деформации напряжение, при к-ромначинается мартенситное превращение, линейно возрастает в соответствиис ур-нием типа Клапейрона - Клаузиуса:где -теплота фазового превращения,- деформация, связанная с полным превращением в мартенсит. Под действиемвнеш. напряжений кроме мартенспт-ной фазы, идентичной образующейся приохлаждении, как выше, так и ниже А _к могут возникать фазы, нестабильные в отсутствие внеш. сил. Так, в монокристаллах сплава Сu -А1 - Ni наблюдалась сверхупругость, обусловленная образованием ряда метастабильныхфаз. За счёт образования и последующего исчезновения этих фаз в процессенагружепия и разгружения, при соответствующей ориентировке монокристалла, обратимая деформация при пост. темп-ре достигает 25%.
Нек-рые способы термич. и механич. обработкипозволяют инициировать т. н. обратимую П. ф. Так, деформация высокотемпературнойфазы и многократный обратимый фазовый переход при охлаждении и нагревепод нагрузкой, а также нек-рые др. варианты комбинирования деформации итермич. обработки приводят к последующему самопроизвольному (без внеш. нагрузки) изменению формы при охлаждении и её восстановлению при нагреве. Этот эффект обусловлен тем, что в исходной фазе образуются определённымобразом закономерно ориентированные дефекты, к-рые являются эффективнымицентрами зарождения мартенситных кристаллов с преимуществ. ориентировкой. Величина деформации в этом случае существенно меньше и не превышает неск.%.
В сплавах с большим температурным гистерезисоммартенснтного превращения наблюдается лишь частичное восстановление формы. К таким сплавам можно отнести Nb - Ni, Fe - Mn, нержавеющую сталь и др. В них уже небольшие противодействующие напряжения исключают восстановлениеформы. Это связано с тем, что, во-первых, мартенситные фазы в этих сплавахобладают высокой симметрией, что допускает протекание обратного превращенияпо путям, отличным от прямого превращения. Во-вторых, образование мартенситадаже в отсутствие напряжения в этих сплавах сопровождается необратимымпроцессом возникновения и перемещения полных дислокаций.
Сплавы с П. ф. получают всё более широкоераспространение в технике для изготовления термочувствит. силовых элементов, трубчатых и др. разъёмных и неразъёмных соединений, исключающих необходимостьприменения сварки и пайки, а также в медицине в качестве разл. фиксаторовпри переломах и для др. целей.

Лит.: Корнилов И. И., Белоусов О. К., Качур Е. В., Ннкелид титана и другие сплавы с эффектом "памяти", М.,1977; Эффект памяти формы в сплавах, пер. с англ., М., 1979; Тихонов А. С., Герасимов А. П., Прохорова И. И., Применение эффекта памяти формы всовременном машиностроении, М., 1981; Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева3. П., Эффект памяти формы, Л., 1987.

В. В. Мартынов, Л. Г. Хандрос.