Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Metale z pamięcią kształtu

No description
by

Igor Grela

on 27 March 2017

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Metale z pamięcią kształtu

Nadplastyczność
Nadplastyczność – zdolność metali i ich stopów do dużych odkształceń plastycznych.

Nadplastyczność została zaobserwowana w 1920 roku dla stopu eutektycznego Zn-Cu-Al przez W. Rosenheima.

Charakterystyczną cechą stopu odkształcanego nadplastycznie jest brak tworzenia się szyjki. Wyróżnia się dwa główne czynniki warunkujące zaistnienie zjawiska nadplastyczności:

temperatura wynosząca >0,4 Ttop.
wielkość ziarna musi wynosić co najwyżej 10 µm.
Dla stopów tytanu maksymalne wydłużenie przekracza 2000%. Przykładowo dla stopu TiAl6V4 wydłużenie wynosi 2100% dla ziarna o wielkości 2 µm i temperatury 850 °C.

Zjawisko nadplastyczności wyjaśnione jest występowaniem następujących procesów w trakcie odkształcania:

pełzanie dyfuzyjne
poślizg po granicach ziarn z procesami akomodującymi, głównie z akomodującym oddziaływaniem poślizgu dyslokacyjnego.
W silniku cieplnym
W tego typu silniku cieplnym wykorzystuje się bezpośrednią przemianę energii cieplnej w mechaniczną. Idea urządzenia jest prosta. Na drut wykonany ze stopu wykazującego efekt pamięci kształtu w stanie martenzytycznym zawiesza się dany ciężar. Podczas nagrzewania zachodzi przemiana fazowa w austenit, co objawia się skurczem drutu. Układ wykonana pracę zależną od przyłożonego ciężaru i wielkości skurczu materiału. Efekt wykorzystuje się cyklicznie. Ogólnie silniki cieplne bazujące na pamięci kształtu charakteryzują się słabą sprawnością (rzędu kilku %). Najlepszy z nich wykazywał sprawność do 20% i brak wyraźnego pogorszenia efektu pamięci kształtu po 17·106 cyklach. Największy silnik cieplny wykorzystujący efekt pamięci kształtu charakteryzował się mocą 665 W oraz sprawnością około 5%.
W elementach pojazdów
termostat samochodowy
Klasyczne zawory zawierają czujniki kontrolujące w postaci cieczy lub wosku. Termostaty wykorzystujące efekt pamięci kształtu pełnią funkcję czujnika temperatury i regulatora przepływu cieczy chłodzącej. Ich zastosowanie pozwala uniknąć problemów z wyciekiem cieczy lub wosku. Nie potrzebne jest również konstruowanie osobnych mechanizmów uruchamiających. Dzięki temu termostat ma prostszą, lżejszą i zwartą konstrukcję.

sprzęgło wentylatora
Wykorzystuje się śrubową sprężynę wykazującą efekt pamięci kształtu. Pracuje ona przeciwko czterem sprężynom płytkowym zrobionym ze stali. Element z pamięcią kształtu uruchamia sprzęgło, co w konsekwencji wprowadza wentylator chłodzący w ruch. Dzieje się to w momencie przekroczenia danej temperatury, która powoduje w sprężynie odwrotną przemianę martenzytyczną. Zastosowanie takiej sprężyny pozwala wprowadzić różnicę prędkości obrotowej wentylatora w zależności od temperatury. Sprzęgło pracujące w takim trybie jest mniej hałaśliwe i oszczędza paliwo.

regulacja dopływu paliwa do gaźnika
W konwencjonalnych gaźnikach dysza wyregulowana jest dla temperatury otoczenia. Ze wzrostem temperatury spada lepkość paliwa i przy niezmiennym położeniu igły w dyszy rośnie też ilość wtłaczanego paliwa. Zastosowanie dyszy z dwukierunkowym efektem pamięci kształtu umożliwia zmianę i dostosowanie średnicy w zależności od danej temperatury. W przypadku wzrostu temperatury dysza w wyniku zajścia przemiany martenzytycznej zmniejsza swą średnicę. Uzyskuje się dzięki temu obniżenie ilości wydzielanych spalin i oszczędzenie paliwa.
Zastosowanie termosprężystych stopów z pamięcią kształtu
W technice
Zastosowanie w technice stopów z pamięcią kształtu można podzielić na kilka głównych grup:

trwałe połączenia mechaniczne i elektryczne
silniki cieplne
roboty
czujniki temperatury
układy regulacyjne
układy pracujące w niskich temperaturach
układy tłumiące drgania i hałas
wykorzystujące efekt pseudosprężystości
zastępujące bimetale.
Stopy z pamięcią kształtu
materiały inteligentne, w których zachodzi odwracalna, termosprężysta przemiana martenzytyczna lub zmiana orientacji krystalicznej martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.

Wyróżnia się dwa główne typy efektów pamięci kształtu ze względu na zjawisko je indukujące:
odwracalna przemiana martenzytyczna indukowana cieplnie
zmiana orientacji krystalicznej martenzytu indukowana zewnętrznym polem magnetycznym (MFIS).
Najczęściej wykorzystywanymi materiałami z pierwszej grupy są stopy Ni-Ti, Cu-Al i Cu-Zn-Al. Określa się je wspólnym mianem termosprężystych stopów z pamięcią kształtu (TSMA). Z drugiej grupy najczęściej wykorzystywany jest stop Ni-Mn-Ga. Tego typu materiały nazywa się magnetycznymi stopami z pamięcią kształtu (MSMA) lub ferromagnetycznymi stopami z pamięcią kształtu (FSMA).
Obecnie największe zastosowanie mają stopy z pamięcią kształtu na bazie niklu (głównie nitinol), miedzi (CuZnX oraz CuAlX), żelaza.
Metale z pamięcią kształtu
W połączeniach
złącza elektryczne i optyczne
Wtyk jest oziębiany, aby był w stanie martenzytycznym. Wprowadzany jest do gniazda i podgrzewany do temperatury otoczenia. Przemiana fazowa uniemożliwia jego rozłączenie. Dodatkowo na gniazdo nasuwa się pierścień ochronny, również wykonany z materiału z pamięcią kształtu. Zaletą złącz jest odporność na wstrząsy, duża wytrzymałość mechaniczna, stabilny opór elektryczny złącza.

zaciski i nity
Nit o odgiętych końcówkach jest oziębiany do stanu martenzytycznego. Następnie mechanicznie końcówka jest prostowana. Tak przygotowany element wsuwa się do miejsca połączenia. Po wsunięciu do łączonych elementów nit jest podgrzewany w wyniku czego końcówki z powrotem odginają się.

W czujnikach temperatury
termoregulatory
Stopy z pamięcią kształtu znalazły zastosowanie jako czujniki temperatury oraz układy czynnie reagujące. Zadaniem takiego mechanizmu jest reagowanie na zadany przedział temperaturowy, od skrajnie wysokiego do niskiego. Większość histerez materiałów z pamięcią kształtu jest zbyt duża, aby istniała możliwość bezpośredniego ich zastosowania. Z tego powodu opracowano mechanizm składający się z dwu sprężyn. Jedna z nich jest wykonana z materiału z pamięcią kształtu, a druga najczęściej ze stali (mechanizm oporowy). W przypadku wzrostu temperatury powyżej górnej granicy układ wyłącza się w wyniku nacisku sprężyny wykazującej efekt pamięci kształtu. Spadek temperatury poniżej dolnej granicy powoduje, że układ zostaje włączony w wyniku nacisku stalowej sprężyny. Takie rozwiązanie znalazło zastosowanie głównie w przemyśle grzewczym (grzejniki, klimatyzatory itp.).

zawór odcinający dopływ gazu w przypadku pożaru
Technologia zaworu opiera się na działaniu sprężyny śrubowej wykonanej ze stopu z pamięcią kształtu. W przypadku wzrostu temperatury sprężyna wywiera nacisk na zawór kulisty odcinając dopływ gazu. Takie zawory montowane są głównie przed licznikiem gazowym lub innymi urządzeniami gazowymi. Przy spadku temperatury zawór nie otwiera się samoczynnie. Ze względów bezpieczeństwa wymagana jest ingerencja człowieka.
Full transcript