Короткі теоретичні відомості
ЗМІСТ
| Вступ ……………………………………………………………………….. | |
| Перелік практичних робіт ………………………………………………… | |
| Практична робота № 1 Ефект пам'яті форми ……………………………. | |
| Практична робота № 2 Легкоплавкі сплави ……………………………... | |
| Практична робота № 3 Загальна характеристика рідкісних елементів ... | |
| Список літератури ………………………………………………………… |
ВСТУП
Тенденції розвитку сучасного матеріалознавства – це багатокомпонентний сплав передових напрямів сучасного століття. Значна частина фактичних знань складають основу неорганічної хімії, тобто фізики та хімії елементів і утворених ними простих і складних речовин. Прогрес в електроніці, фотоніці, сенсориці і спінтроніці немислимий без створення нових поколінь функціональних матеріалів.
Розгляд основних типів функціональних матеріалів, як «класичних», так і нещодавно відкритих, складає основний зміст цього навчального курсу. При цьому увага приділяється не стільки систематичному опису усіх існуючих типів матеріалів, скільки їх класифікації, а також загальним принципам і практичним методам отримання матеріалів з різноманітними функціональними характеристиками, заснованими на відомих фундаментальних фізичних явищах. У результаті стає можливим досить компактно викласти основні факти, підходи і стан справ у такій всеосяжній області, як сучасне хімічне та фізичне матеріалознавство.
При виконанні практичних робіт студенти мають можливість ознайомитись з властивостями сучасних матеріалів, які широко застосовуються у сучасний техниці.
ПЕРЕЛІК ПРАКТИЧНИХ РОБІТ
Практична робота № 1
Тема. Ефект пам'яті форми
Мета: вивчити сутність явища ефекту пам'яті форми
Устаткування: дротяний матеріал з ефектом пам'яті
Короткі теоретичні відомості
Одне з базових сприйняттів явищ зовнішнього світу, це стійкість і надійність металевих виробів і конструкцій, стабільно зберігаючих свою функціональну форму тривалий час, якщо, звичайно, вони не піддаються закритичним впливам.
Проте, всупереч здоровому глузду є ряд матеріалів, металевих сплавів, які при нагріванні, після попередньої деформації, демонструють явище повернення до первісної форми. Тобто ці метали, не будучи живими істотами, мають особливу властивість, що дозволяє їм виявляти своєрідну пам'ять.
Щоб зрозуміти ефект пам'яті форми, достатньо один раз побачити його прояв (рис. 1.1). Що відбувається?
Рисунок 1.1 – Феномен ефекту пам'яті форми
1. Є металевий дріт.
2. Цей дріт згинають.
3. Починають нагрівати дріт.
4. При нагріванні дріт розпрямляється, відновлюючи свою вихідну форму.
Чому так відбувається? (рис. 1.2).
Рисунок 1.2 – Сутність явища ефекту пам'яті форми
1. У вихідному стані в матеріалі є певна структура. На рисунку вона позначена правильними квадратами.
2. При деформації (в даному випадку вигині) зовнішні шари матеріалу витягуються, а внутрішні стискаються (середні залишаються без зміни). Ці витягнуті структури – мартенситні пластини, що не є незвичайним для металевих сплавів. Незвичайним є те, що в матеріалах з пам'яттю форми мартенсит термопружній.
3. При нагріванні починає проявлятися термопружність мартенситних пластин, тобто в них виникає внутрішня напруга, яка прагне повернути структуру в початковий стан, тобто стиснути витягнуті пластини і розтягнути сплюснені.
4. Оскільки зовнішні витягнуті пластини стискуються, а внутрішні сплюснені розтягуються, матеріал в цілому проводить автодеформацію у зворотний бік і відновлює свою початкову структуру, а разом з нею і форму.
Ефект пам'яті форми характеризується двома величинами.
1. Маркою сплаву зі строго витриманим хімічним складом. (Див. далі «Матеріали з пам'яттю форми»).
2. Температурами мартенситних перетворень.
У процесі прояву ефекту пам'яті форми беруть участь мартенситні перетворення двох видів – пряме і зворотнє. Відповідно кожне з них проявляється в своєму температурному інтервалі: МН і МК – початок і кінець прямого мартенситного перетворення при деформації, АН і АК – початок і кінець зворотного мартенситного перетворення при нагріванні.
Температури мартенситних перетворень є функцією як марки сплаву (системи сплаву), так і його хімічного складу. Невеликі зміни хімічного складу сплаву (навмисні або як результат браку) ведуть до зрушення цих температур (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 – Характеристики ефекту пам'яті форми
Звідси випливає необхідність суворої витримки хімічного складу сплаву для однозначного функціонального прояву ефекту пам'яті форми. Що переводить металургійне виробництво в сферу високих технологій.
Ефект пам'яті форми проявляється кілька мільйонів циклів.
Попередніми термообробками можна посилювати ефект пам'яті форми.
Можливі реверсивні ефекти пам'яті форми, коли матеріал при одній температурі «згадує» одну форму, а при іншій температурі – другу.
Чим вище температури зворотного мартенситного перетворення, тим меншою мірою виражений ефект пам'яті форми. Наприклад, слабкий ефект пам'яті форми спостерігається в сплавах системи Fe-Ni (5 – 20 % Ni), у яких температури зворотного мартенситного перетворення 200 – 400 C.
Надпружність. Іншим явищем тісно пов'язаним з ефектом пам'яті форми є надпружність.
Надпружність – властивість матеріалу, підданого навантаженню до напруги, значно перевищує межу текучості, повністю відновлювати первісну форму після зняття навантаження.
Надпружня поведінка на порядок вище пружньої.
Надпружність спостерігається в області температур між початком прямого мартенситного перетворення і кінцем зворотного.