RU2564771C2 - Способ получения пружины из никелида титана - Google Patents
Способ получения пружины из никелида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564771C2 RU2564771C2 RU2014100290/02A RU2014100290A RU2564771C2 RU 2564771 C2 RU2564771 C2 RU 2564771C2 RU 2014100290/02 A RU2014100290/02 A RU 2014100290/02A RU 2014100290 A RU2014100290 A RU 2014100290A RU 2564771 C2 RU2564771 C2 RU 2564771C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wire
- rod
- spring
- axial
- titanium nickelide
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины. Способ получения пружины из никелида титана характеризуется тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне. Проволоку со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C. Получают устойчивый эффект обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение, нагревание, проявляющегося как по угловому, так и по осевому перемещению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.
Известны несколько способов обработки полуфабрикатов для материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП), которые позволяют инициировать величины обратимого формоизменения (ОФИ) по двум взаимно ортогональным деформациям осевой - ε и сдвиговой деформации - γ.
Первый способ - это термоциклирование материалов через интервалы мартенситных переходов в условиях одновременного действия нормальных (при растяжении) и касательных (при кручении) напряжений сплошных цилиндрических образцов с диаметром и длиной рабочей части соответственно 4 и 33 мм. [И.Н. Андронов, В.А. Лихачев, М.Ю. Рогачевская. Эффекты памяти формы у сплава TiNiCu при сложном напряженном состоянии. «Известия высших учебных заведений», Физика. 1989. №2. С. 117-119]. Анализируя данные первого способа обработки материалов с ТМП, можно сделать вывод, что в результате термомеханической обработки путем термоциклирования через интервалы мартенситных переходов под нагрузкой возникает ОФИ цилиндрических образцов по осевой и сдвиговой составляющим деформации ε и γ соответственно.
Второй способ заключается в изотермическом деформировании материала в мартенситном состоянии в последовательном ортогональном направлении (по осевой и сдвиговой составляющим деформации) с последующим отогревом материала через интервал мартенситного перехода в свободном состоянии [И.Н. Андронов, Ю.Б. Какулия. Эффект памяти формы при сложных траекториях нагружения. II Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы фундаментальных наук». М., МВТУ им. Н.Э. Баумана, 24-28 января 1994, 11 (1) Секция С. С. 16-18]. Во втором способе подобный результат достигается после предварительного ортогонального нагружения в пространстве ε-γ. При последующем отогреве в свободном состоянии образца с ТМП через интервал обратного мартенситного превращения наблюдается заметная обратимая деформация, проявляемая в виде ее возврата по осевой и сдвиговой составляющим.
Недостатком 1 и 2 способов является то, что все опыты осуществляли на сплошных цилиндрических образцах с длиной и диаметром рабочей части образца соответственно 33 и 4 мм, что не позволяет эти результаты распространить на другие полуфабрикаты из материалов с ТМП, например проволоку или пружину.
Третьим способом-прототипом является способ изготовления пружины из сплава с эффектом памяти формы, и пружина, изготовленная данным способом, включает в себя формообразование пружины при температуре выше температуры рекристаллизации [Патент №2309192, C22F 1/10, C22F 1/18, опубл. 27.10.2007. Бюл. №30].
Недостатком прототипа является то, что изготовленные по прототипу пружины способны функционировать лишь в осевом направлении (10-25 мм), что существенно ограничивает функционально-механические возможности пружины как исполнительного элемента сложного функционального назначения.
Задачей изобретения является создание способа получения пружины из никелида титана с целью формирования пружины, обладающей способностью к последующим обратимым возвратно вращательно-поступательным перемещениям при термоциклировании через интервалы мартенситных переходом под действием растягивающей силы.
Техническим результатом изобретения является получение устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому (0-290°), так и по осевому перемещению (0-890 мм).
Поставленная задача решается тем, что, как и в известном прототипе, в предлагаемом способе, включающем формообразование, в котором проволоку из сплава никелида титана нагревают выше температуры рекристаллизации титана, новым является то, что перед высокотемпературным формообразованием проволоку наматывают на металлический цилиндрический стержень, плотно виток к витку, при температуре 18-40°C, при этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем проволоку вместе со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 минут, далее проволоку медленно охлаждают вместе с печью до 18-23°C и полученную таким образом пружину термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.
Кроме того, в качестве оправки используют цилиндрический стержень без пазов.
Кроме того, намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.
Изобретение поясняется графическим материалом: на Фиг. 1 представлено силовое устройство для намотки проволоки; на Фиг. 2 приведены соответствующие температурные зависимости для примера 1; на Фиг. 3 приведены температурные зависимости для примера 2. В таблице 1 и 2 приведены соответственно опытные значения угловых и осевых перемещений.
Способ осуществляет получение пружины из никелида титана путем предварительной намотки проволоки диаметром 1-3 мм. При этом намотку осуществляют на металлический стержень диаметром 12-35 мм, плотно (виток к витку) при постоянном натяжении проволоки 350-400 Н при температуре 18-40°C с помощью силового устройства. При этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем полученную пружину вместе со стержнем помещают в камеру печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, после чего медленно охлаждают вместе с печью до комнатной температуры.
Кроме того, полученная в результате вышеприведенной ТМО пружина растяжения из никелида титана с диаметром D0=d0+d и индексом С=(d0+d)/d, 7≤С≤20 обладает деформационными характеристиками устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий 0-5 Н при теплосменах охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому перемещению φ, так и по осевому перемещению пружины δ, а в терминах максимальных деформаций во внешнем волокне проволоки соответственно по осевой ε и по сдвиговой γ деформациям. Названные деформации определяют по формулам (1) и (2)
где D - текущий диаметр пружины, n - число витков пружины. При этом угловые перемещения при охлаждении начинаются при более высоких температурах на 10-14°C, нежели осевые. Касательные и нормальные напряжения, возникающие во внешних волокнах пространственного стержня, оценивают по формулам (3) и (4)
Пример 1
Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной термомеханической обработки (ТМО) по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из никелида титана (ТН-1). Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют Мн=323 К, Мк=303 К, Ан=328 К, Ак=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° в первом опыте Р1=1,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.
Пример 2
Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной ТМО по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из ТН-1. Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют Мн=323 К, Мк=303 К, Ан=328 К, Ак=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° во втором опыте Р2=2,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.
Claims (2)
1. Способ получения пружины из никелида титана, характеризующийся тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне, помещают проволоку со стержнем в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100290/02A RU2564771C2 (ru) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Способ получения пружины из никелида титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014100290/02A RU2564771C2 (ru) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Способ получения пружины из никелида титана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014100290A RU2014100290A (ru) | 2015-07-20 |
RU2564771C2 true RU2564771C2 (ru) | 2015-10-10 |
Family
ID=53611292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014100290/02A RU2564771C2 (ru) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | Способ получения пружины из никелида титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2564771C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608246C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ температурно-деформационного воздействия на сплавы титан-никель с содержанием никеля 49-51 ат.% с эффектом памяти формы |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU875876A1 (ru) * | 1979-09-05 | 1996-01-27 | Н.Г. Кабинетская | Способ изготовления упругих элементов из сплавов на основе никелида титана |
US6818076B1 (en) * | 2000-03-23 | 2004-11-16 | Ormco Corporation | Multi-strand coil spring |
RU2265134C2 (ru) * | 2000-03-03 | 2005-11-27 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Пучок из сплава с памятью формы, способ изготовления такого пучка и исполнительный компонент из сплава с памятью формы |
RU2309192C2 (ru) * | 2005-11-28 | 2007-10-27 | Владимир Петрович Воронин | Способ изготовления пружины из сплава с эффектом памяти формы и пружина, изготовленная данным способом |
-
2014
- 2014-01-09 RU RU2014100290/02A patent/RU2564771C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU875876A1 (ru) * | 1979-09-05 | 1996-01-27 | Н.Г. Кабинетская | Способ изготовления упругих элементов из сплавов на основе никелида титана |
RU2265134C2 (ru) * | 2000-03-03 | 2005-11-27 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Пучок из сплава с памятью формы, способ изготовления такого пучка и исполнительный компонент из сплава с памятью формы |
US6818076B1 (en) * | 2000-03-23 | 2004-11-16 | Ormco Corporation | Multi-strand coil spring |
RU2309192C2 (ru) * | 2005-11-28 | 2007-10-27 | Владимир Петрович Воронин | Способ изготовления пружины из сплава с эффектом памяти формы и пружина, изготовленная данным способом |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2608246C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ температурно-деформационного воздействия на сплавы титан-никель с содержанием никеля 49-51 ат.% с эффектом памяти формы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014100290A (ru) | 2015-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Miller et al. | Influence of cold work and heat treatment on the shape memory effect and plastic strain development of NiTi | |
Chen et al. | Tensile deformation of superelastic NiTi wires in wide temperature and microstructure ranges | |
Heidari et al. | Fabrication and modeling of shape memory alloy springs | |
Kumar et al. | Peak stress studies of hot compressed TiHy 600 alloy | |
Luo et al. | A comparison of methods for the training of NiTi two-way shape memory alloy | |
RU2564771C2 (ru) | Способ получения пружины из никелида титана | |
Casati et al. | Effect of current pulses on fatigue of thin NiTi wires for shape memory actuators | |
Kalashnikov et al. | Functional characteristics and phase transformations in bar semiproducts from shape memory NiTi alloys | |
Urbina et al. | R-phase influence on different two-way shape memory training methods in NiTi shape memory alloys | |
V’yunenko et al. | Temperature factor to control deformation–power behavior of ring-shaped bundle force TiNi elements | |
Belyaev et al. | Effect of annealing on martensitic transformations in'steel-TiNi alloy'explosion welded bimetallic composite. | |
Lagoudas et al. | Thermomechanical characterization of SMA actuators under cyclic loading | |
Czarnocki et al. | Design of SMA helical actuators: an experimental study | |
Khlopkov et al. | Specific features of the behavior of TiNi force elements in thermocycling | |
Lygin et al. | A methodology for the development, production, and validation of R-Phase actuators | |
Pinter et al. | The influence of stress and heat on the transformation behaviour of NiTi for actuator applications in extruded aluminium matrix composites | |
Kobelev | Elastic–plastic deformation and residual stresses in helical springs | |
Bragov et al. | Dynamic research of shape memory alloys | |
Milosavljevic et al. | Experimental validation of the Brinson model for Cu-based shape memory alloys | |
Urbina et al. | Two-way shape memory efficiency of the Ti-Ni 54.4 wt.(%) enhanced by thermal treatments | |
Urbina et al. | Actuator response of improved two-way memory TiNi wires evaluated by weight fraction diagrams | |
Kalashnikov et al. | A test machine for studying the thermomechanical properties of shape memory alloy microwires | |
Saikrishna et al. | Effect of intermittent overload cycles on thermomechanical fatigue life of NiTi shape memory alloy wire | |
Janda et al. | Limitations on Leveraging A f to Predict the Mechanical Response of Nitinol | |
Oliveira et al. | Thermoelastic properties on Cu-Zn-Al shape memory springs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170110 |