Сплав на основі заліза з ефектом пам’яті форми

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам, обладающим эффектом памяти формы, и может быть использовано в бытовой технике, автоматике, автомобилестроении для изготовления клапанов, предохранителей, приводов, работающих при перепаде температур, датчиков температур, малогабаритных пружин, в качестве материала, совершающего механическую работу, в системах управления, регулирования, сигнализации, в преобразователях энергии, в демпфирующих устройствах, для изготовления вентиляционных жалюзей, в установках для дробления скальных пород. Эффект памяти формы в сплавах связан с термоупругим мартенситным превращением. В результате протекания прямого мартенситного превращения в сплавах с термоупругим мартенситом реализуется деформация, которая полностью исчезает при нагреве до температуры завершения обратного мартенситного превращения Разница температур определяет гистерезис формоизменения температура начала мартенситного превращения). Температуры начала и конца прямого мартенситного и обратного превращения и гистерезис превращения определяют температурный интервал срабатывания термочувствительных элементов из сплавов с эффектом памяти формы и являются потребительскими характеристиками. Известен сплав на основе железа, обладающий эффектом памяти формы и содержащий, мас.%: (Заявка Японии №59 - 229916, опубл. 24.05.86). Данные сплавы характеризуются низкими температурами мартенситного превращения большим гистерезисом превращения и неполной обратимостью мартенситного превращения. Для достижения эффекта памяти формы производят старение этих сплавов при температурах 873 973К в течение нескольких часов. Широкий гистерезис формоизменения и неполное восстановление формы, обусловленные малым содержанием сужают область применения этих сплавов. А длительное старение, как и наличие в значительных количествах других легирующих элементов кроме приводят к охрупчиванию сплавов, что затрудняет их практическое использование. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплавов на основе железа, обладающий эффектом памяти формы и содержащий, мас.%: (Патент Украины №4417, опубл. 27.12.94). Характеристические температуры мартенситного превращения в данном сплаве (Патент Украины №1950, опубл. 20.12.94). Данный сплав имеет температуру начала изменения формы температуру завершения восстановления формы, гистерезис формоизменения , Интервалы температур прямого и обратного мартенситного превращения позволяют использовать данный сплав для изготовления термочувствительных датчиков, работающих при температурах ниже 295К. Недостатком сплава является высокое содержание титана (больше 8мас.%), что приводит к его плохой механической обрабатываемости и деформируемости. Другие сплавы на основе железа, обладающие эффектом памяти формы, содержат, мас.%: позволяют использовать его в изделиях, работающих при температурах 200 - 573К. Недостатками данного сплава является большое содержание дефицитного кобальта (>32мас.%) и большое содержание титана (до 11мас.%), что приводит к высокой прочности, недостаточной пластичности и к ухудшению его технологических свойств, таких как механическая обрабатываемость и деформируемость. В основу изобретения поставлена задача создания сплава на основе железа с эффектом памяти формы для термочувствительных и демпфирующих элементов, обладающего технологическими свойствами (механической обрабатываемостью, деформируемостью) и используемых в технике при температурах 150 431К с гистерезисом формоизменения Задача решается тем, что сплав на основе железа содержит никель, кобальт и титан в следующем соотношении, мас.%: (Заявка Японии №60 - 234950, опубл. 21.11,85) Заявленный сплав отличается от известного сплава на основе железа, обладающего эффектом памяти формы, по содержанию кобальта, никеля, титана и железа. Более высокое содержание никеля (³20,1мас.%) по сравнению с известным сплавом (£20мас.%) и ограничение содержания титана в заявляемом сплаве (£7,9мас.%) по сравнению с известным сплавом (до 11мас.%) позволяет уменьшить количество кобальта в заявляемом сплаве до 24 - 31,5мас.%, тогда как определены по температурным зависимостям низкополевой магнитной восприимчивости и прогиба нагруженных пластинчатых образцов. Точность определения температур превращений ±2К. В качестве технологического свойства заявленного сплава приведена его пластичность, оцененная величиной относительной деформации известный сплав содержит 32 - 45мас.% Выбранное содержание титана, никеля, кобальта и железа обеспечивает протекание мартенситного превращения в ферромагнитном аустените с при обжатии закаленных до комнатной температуры слитков сплава на гидравлическом прессе. Пластичным является металл, который выдерживает относительную деформацию без разрушения, приближающуюся к 50%. Характеристики заявляемого сплава температурой Кюри превышающей температуру начала мартенситного превращения на 88 - 300К. Инварные аномалии аустенита, имеющие место ниже понижают несоответствие объемов аустенитной и мартенситной фаз и способствуют сохранению когерентности на межфазных границах. Соотношение компонентов никеля и титана в заявляемом сплаве, в отличие от прототипа, приближается к стехиометрическому соотношению компонентов в выделяющихся при старении когерентных частицах -фазы Гомогенно распределенные по объему сплава когерентные частицы -фазы размером до создают упругие искажения и способствуют обратимости мартенситного превращения. Избыточное содержание титана сопровождается охрупчиванием сплавов и требует значительного увеличения содержания кобальта для обеспечения протекания термоупругого мартеиситного превращения в нужном интервале температур. При содержании титана выше 7,9мас.% ухудшается деформируемость и обрабатываемость сплавов. При содержании титана меньше 6,1мас.% уменьшается количество когерентных частиц фазы, гистерезис мартенситного превращения становится выше 120К, ухудшается обратимость превращения. При содержании кобальта меньше 24мас.% происходит понижение температуры ниже 297К и температуры ниже 193К. Содержание кобальта выше 31,5мас.% приводит к понижению ниже 193К. При содержании никеля больше 25,5мас.% становится ниже 193К, а при содержании никеля менее 20,1мас.% становится выше 323К и гистерезис превращения превышает 120К. Из никеля, кобальта, гитана и железа в электродуговой печи в атмосфере аргона были выплавлены сплавы, химический состав которых приведен в таблице. Вес выплавленных слитков 30г. После закалки от 1323К в воде слитки продеформировали на гидравлическом прессе и гомогенизировали при температуре 1323К в течение 10 часов. После разрезки образцы закалили от температуры 1373К в воде, а также старили в соляной ванне при температуре 773 823К в течение 0,5 - 3ч. Температуры и температура начала изменения температура восстановления формы формы завершения и гистерезис формоизменения позволяют использовать его для изготовления термодатчиков, в автоматике, в демпфирующих устройствах, в качестве материала, совершающего механическую работу в интервале температур 150 - 431К. Выбор температур производился по таблице, исходя из заявляемого состава. Сплав имеет хорошую механическую обрабатываемость, деформируется в горячем состоянии и в холодном после закалки. Благодаря пластичности сплава из него можно изготавливать тонкую проволоку и пружины, работающие как тепловые датчики или механические приводы. Предложенный сплав можно получить как в лабораторных условиях, так и промышленным способом.