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. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе железа [Авт. св. СССР № 1443442], обладающий эффектом памяти формы и содержащий, мас.%: Никель 12-20 Кобальт 32-45 Титан , 7-11 Железо Остальное Температура начала мартенситного превращения в данном сплаве Мн=233-498 К, температура завершения обратного мартенситного превращения Ак =283-573 К, гистерезис мартенситного превращения Г=50-75 К. Недостатками сплава являются сравнительно большой гистерезис мартенситного превращения (Г=50-75 К), а также большое содержание титана (до 11 мас.%), что снижает пластичность сплава. Указанные недостатки ограничивают практическое применение данного сплава. В основу изобретения поставлена задача создания пластичного сплава на основе железа, обладающего эффектом памяти формы с гистерезисом мартенситного превращения, регулируемого изменением состава, в пределах 15—180 К. Поставленная задача решается тем, что в сплав на основе железа, содержащем никель, кобальт и титан, вводится медь в следующем соотношении, мас.%: Никель 10,5-25 Кобальт 21-50 Титан 5-8,5 Медь 2-16 Железо Остальное Заявленный сплав отличается от известного наличием меди, более широким интервалом концентраций никеля и кобальта и более низким содержанием титана. При содержании никеля менее 10,5 мас.% Мн становится выше 323 К и ухудшается обратимость мартенситного превращения, гистерезис мартенситного превращения превышает 180 К. При содержании никеля больше 25 мае. % Мн становится ниже 203 К и мартенситное превращение не происходит. При содержании кобальта меньше 21 мас.% температура начала мартенситного превращения Мн ниже 203 К. При содержании кобальта выше 50 мас.% температура начала мартенситного превращения Мн выше 323 К, гистерезис мартенситного превращения больше 180 К, мартенситное превращение обратимо неполностью. При содержании титана меньше 5 мас.% гистерезис мартенситного превращения больше 180 К, ухудшается обратимость мартенситного превращения. При содержании титана больше 8,5 мас.% ухудшается пластичность сплава. Медь в количестве менее 2 мас.% практически не оказывает влияния на повышение пластичности сплавов Fe - Со - Ni - Τі и на улучшение обратимости мартенситного превращения, выражающееся в уменьшении гистерезиса мартенситного превращения. Содержание меди выше 16 мас.% нецелесообразно в связи с ухудшением окалиностойкости сплавов Fe - Со - Ni - Ti и термической стабильности их свойств. Предложенный сплав значительно расширяет области его применения. Из никеля, кобальта, титана, меди и железа в электродуговой печи в атмосфере аргона были выплавлены сплавы, химический состав которых приведен в таблице. Вес выплавленных слитков 30 г. После выдержки при 1323 К в течение 30 минут слитки закалили до комнатной температуры в воде. Закаленные слитки деформировали на гидравлическом прессе, а затем гомогенизировали при температуре 1273 К в течение 10 часов, после чего их снова закалили и разрезали на пластины. Образцы в виде пластин старили в соляной ванне при температуре 773 К в течение 0,5-1 часа. Температуры Тк , Мн, Ак и Г определены по температурным зависимостям низкополевой магнитной восприимчивости и прогиба нагруженных пластинчатых образцов. Точность определения температур превращения ±2 К. Пластичность сплавов определяли по величине относительной деформации (Δh/h, %) при обжатии закаленных до комнатной температуры слитков на гидравлическом прессе и по их склонности к образованию трещин (см. таблицу). С этой оценкой пластичности сплавов коррелирует их пластичность в горячем состоянии при температуре примерно 1273 К, а также механическая обрабатываемость. Пластичным является металл, который выдерживает относительную деформацию без разрушения, приближающуюся к 50%. При добавлении меди в количестве 2-16 мас.% в сплавы Fe - Co- NI - Ti происходит понижение их твердости и повышение пластичности. Это связано с тем, что модули упругости меди (ЕСи ≈130 ГПа) значительно меньше модулей упругости железа (EFe≈211 ГПа), кобальта (ЕСо≈210 ГПа), никеля (ENl≈190 ГПа). Добавки меди, кроме повышения пластичности сплавов, оказывают положительное влияние на обратимость мартенситного превращения и сужение гистерезиса мартенситного превращения. Сузить гистерезис мартенситного превращения до 30 К для получения необходимых для практического использования характеристик мартенситного превращения ранее удавалось за счетувеличения содержания титана до 11 мас.%. Однако сплавы с высоким содержанием титана отличаются малой пластичностью. При старении аустенита сплава Fe - Co - N1 - Ti - Cu образуются помимо когерентных частиц g1-фазы (Ni, Со)зТi когерентные частицы меди, имеющие состав твердого раствора на основе меди. Частицы g1-фазы (Ni,Co)3Ti имеют модули упругости большие по сравнению с модулями упругости матрицы. При наследовании мартенситом из аустенита они сохраняют свою решетку и являются центрами сдвига в мартенсите. Суперпозиция полей смещений от когерентных частица-фазы в мартенсите с модулями упругости большими, чем модули упругости мартенсита, приводит к тетрагональному искажению кристаллической решетки мартенсита. Частицы меди, имеющие меньшие по сравнению с железоникелевым мартенситом модули упругости и унаследованные мартенситом из аустенита, на являются центрами сдвига в мартенсите и не создают тетрагональное мартенсита. Однако они способствуют релаксации упругих смещений в сплаве, возникающих при мартенситном превращении, за счет упругой деформации частиц меди. Инварная аномалия коэффициента термического расширения, имеющая место ниже температуры ферромагнитного упорядочения Тк , как и высокая степень тетрагональности мартенсита, обусловленная присутствием когерентных частиц g1-фазы в мартенсите, понижают несоответствие объемов аустенитной и мартенситной фаз и способствуют сохранению когерентности на межфазных границах аустенит - мартенсит. Снижение модулей упругости а устенита ниже Тк (инварная аномалия модулей упругости аустенита) также способствует со хранению когерентности на межфазных границах аустенит мартенсит и обратимости мартенситного превращения. Частицы меди, выделяющиеся при старении аустенита сплавов Fe - Со - Ni - Ti - Cu, оказывают на мартенситное превращение влияние, аналогичное смягчение упругих модулей аустенига. Напряжения, возникающие при мартенситном превращении в сплавах Fe - Со - Ni - Ti - Cu, понижаются как за счет смягчения упругих модулей аустенита ниже Тк , так и за счет упругой деформации частиц меди. Это приводит, 8 частности, к сужению гистерезиса мартенситного превращения в сплавах Fe - Со -Ni — Ti — Cu по сравнению со сплавами, не содержащими медь. Благодаря наличию меди и содержанию титана в пределах 5-8,5 мас.% сплав пластичен. Характеристики заявляемого сплава: температура начала мартенситного превращения Мн=203-340 К, температура завершения восстановления формы Ак =223-520 К, гистерезис мартенситного превращения Г=15—180К, разница температур Тк -Мн=225-420 К. Выбор температур производился по таблице исходя из заявляемого состава. Сплав может быть использован в электробытовых приборах, в термочувствительных элементах приводов автоматики и теплозащиты в электротехнике, в электроконтактах, переключателях электроцепей, термических выключателях. Пружины из данного сплава могут быть использованы для управления клапанами в автомобилестроении, в теплотехнике, в вентиляционных устройствах,. для изготовления элементов приводов тепловых двигателей. Возможно использование сплава для изготовления оправ очков. Предложенный сплав можно получать как в лабораторных условия х, так и промышленным способом.