Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью
Представлены результаты экспериментальных исследований по получению сплава на основе титана TiNi способом электронно-лучевой плавки. Results of experimental investigations on producing alloy on TiNi alloy base using electron beam melting are presented....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96281 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью / В.А. Березос, Н.П. Тригуб // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 6-8. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859514044212314112 |
|---|---|
| author | Березос, В.А. Тригуб, Н.П. |
| author_facet | Березос, В.А. Тригуб, Н.П. |
| citation_txt | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью / В.А. Березос, Н.П. Тригуб // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 6-8. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Представлены результаты экспериментальных исследований по получению сплава на основе титана TiNi способом электронно-лучевой плавки.
Results of experimental investigations on producing alloy on TiNi alloy base using electron beam melting are presented.
|
| first_indexed | 2025-11-25T20:34:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.826
ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВОВ
С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
НА ОСНОВЕ ТИТАНА
СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПЛАВКИ
С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЕМКОСТЬЮ
В. А. Березос, Н. П. Тригуб
Представлены результаты экспериментальных исследований по получению сплава на основе титана TiNi способом
электронно-лучевой плавки.
Results of experimental investigations on producing alloy on TiNi alloy base using electron beam melting are presented.
Ключ е вы е с л о в а : сплав TiNi; электронно-лучевая
плавка; слиток
В последнее десятилетие широко применяются
сплавы с эффектом памяти формы, которые дают
возможность реализовать служебные характеристи-
ки конструкций и устройств, недостижимые при ис-
пользовании других материалов. Они имеют широ-
кий диапазон применения в зависимости от темпе-
ратуры мартенситного превращения и механичес-
ких свойств. Их используют в ядерной энергетике,
машиностроении, авиакосмической и бытовой тех-
нике, приборостроении, спецмашиностроении и др.
[1—6]. Как показывает накопленный мировой опыт,
особенно перспективной областью применения
сплавов с памятью формы является медицинская
техника [7].
В настоящее время существует более десятка
сплавов с эффектом памяти формы на базе разных
элементов – TiNi, TiNb, PtTi и др. [8]. Однако
самым известным и практически значимым являет-
ся сплав TiNi – нитинол – с четко выраженным
эффектом памяти формы, диапазон температур ко-
торого можно регулировать с хорошей точностью
путем введения в сплав различных примесей. При-
менение нитинола обусловлено редким для сплавов
такого типа сочетанием высоких конструкционных,
технологических и функциональных свойств памя-
ти формы и сверхпластичности. Они имеют хоро-
шие эластичные свойства, способны изменять фор-
му при варьировании температуры и не разрушать-
ся в условиях знакопеременной нагрузки. Сплав
характеризуется хорошими характеристиками фор-
мозапоминания, имеет большую прочность при
более низком модуле упругости, чем у нержавею-
щей стали, а также отличается высокими уровнями
демпфирующей способности материала и корро-
зионной стойкости.
Проведенные исследования показали, что эти
сплавы не токсичны, не оказывают канцерогенного
действия на окружающие ткани, имеют высокие по-
казатели коррозийной стойкости в тканях живого
организма и биологической совместимости, благо-
даря чему применяются в медицине в качестве им-
плантируемых в организм длительно функциони-
рующих материалов [7].
Однако использование любого конструкционно-
го материала зависит не только от его физико-ме-
ханических свойств, но и от таких характеристик,
как технологичность, дефицитность и стоимость.
Сложность металлургического производства спла-
вов TiNi также является сдерживающим фактором
для их широкого распространения. Для получения
полуфабрикатов с гарантированными температура-
ми срабатывания требуется применение дорогосто-
ящего оборудования. А это приводит к высокой сто-
имости изделий.
Традиционно для получения сплавов TiNi явля-
ется обязательным применение многоступенчатого
© В. А. БЕРЕЗОС, Н. П. ТРИГУБ, 2011
6
технологического процесса [8]. При наличии в
сплаве титана, который легко присоединяет азот и
кислород, необходимым условием при производс-
тве является использование вакуумного оборудова-
ния либо защитной атмосферы (гелий или аргон).
Для получения высококачественного сплава с
хорошими механическими свойствами требуется
тщательный подбор первичных компонентов. Ших-
той, как правило, служит йодидный титан или ти-
тановая губка, спрессованная в брикеты, а также
никель марки Н-0 или Н-1.
С целью получения равномерного химического
состава по сечению и высоте слитка проводят двой-
ной или тройной переплав. Выплавку сплавов TiNi
осуществляют с использованием вакуумно-индук-
ционного и дугового способов [8]. Исходный слиток
готовят в графитовых печах способом вакуумной
индукционной плавки. Это позволяет достаточно
просто получать хорошо смешанный сплав. Затем для
улучшения химического состава, структуры и гомо-
генности производят переплав в вакуумной дуговой
печи с расходуемым электродом.
Материалы с эффектом памяти формы при боль-
шом содержании титана относят к химически агрес-
сивным расплавам. Они показывают высокую сте-
пень смачивания и полное растекание расплавов по
поверхности стандартных огнеупоров (оксидов,
карбидов, нитридов, графита и др.). Возможно про-
никновение расплава в трещины и поры тигля из
огнеупорного материала, его разъедание и разру-
шение, и, как следствие, – насыщение и загрязне-
ние сплава продуктами взаимодействия с элемента-
ми материала тигля, в частности кислородом, угле-
родом, азотом, с образованием оксидов, нитридов,
карбидов титана, что вызвано большим химическим
сродством этого металла к кислороду, азоту, угле-
роду [8].
Примеси, попадающие в сплав в результате вза-
имодействия с тиглем, сильно влияют на качество
сплава TiNi. Даже небольшие изменения в пропор-
циях компонентов приводят к колебанию темпера-
тур мартенситного превращения. Такие загрязнен-
ные сплавы не только меняют температуру мартен-
ситного превращения, но и могут совсем утратить
возможность к последнему [9].
Таким образом, получение сплавов TiNi высоко-
го качества не сводится к простой выплавке метал-
лов и может быть отнесено в разряд «высоких» тех-
нологий.
Получение полуфабрикатов на основе сплавов
TiNi с требуемым химическим составом и уровнем
механических свойств возможно всего в нескольких
странах [10].
В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины накоп-
лен огромный опыт в области выплавки слитков
интерметаллидов титана способом электронно-лу-
чевой плавки с промежуточной емкостью [11].
Электронно-лучевая плавка с промежуточной
емкостью отличается высокой степенью рафиниру-
ющей способности. Получению гарантированного
химического состава в узком интервале концентра-
ций с обеспечением необходимой химической одно-
родности в слитках при выплавке сплавов способ-
ствует применение промежуточной емкости.
Цель работы заключалась в проведении исследо-
ваний и разработке технологии получения слитков
Ti—46 % Ni—54 % при электронно-лучевой плавке с
промежуточной емкостью.
Опытные плавки слитков диаметром 165 мм спла-
ва TiNi выполняли на установке УЭ-208М (рис. 1).
Установка позволяет выплавлять слитки круг-
лого сечения диаметром до 300 мм, длиной до 2000 мм,
а также слитки прямоугольного сечения 450 145 мм,
длиной до 1500 мм.
В качестве шихтовых материалов использовали
листы титанового сплава ВТ1-0 и пластины катод-
ного никеля марки Н-1. Поскольку титан и никель
имеют близкие значения температуры плавления
(соответственно 1645 и 1455 °С), а также упругости
паров при температурах плавления, применили спо-
соб, при котором шихту в нужном процентном со-
отношении укладывали вперемешку в расходуемый
титановый короб. После загрузки шихты установку
вакуумировали. Вначале шихту сплавляли в про-
межуточную емкость, а затем жидкий металл пери-
одически сливали в медный водоохлаждаемый
кристаллизатор до получения слитка необходимой
длины (рис. 2).
Рис. 1. Электронно-лучевая установка УЭ-208М Рис. 2. Процесс плавки сплава TiNi
7
В конце плавки производили вывод усадочной
раковины, затем слиток охлаждали в условиях
вакуума до полного остывания.
На рис. 3 представлен выплавленный слиток
сплава TiNi.
Для выявления в полученном слитке внутренних
дефектов в виде неметаллических включений, пор
и несплошностей использовали способ ультразву-
ковой дефектоскопии. Исследования проводили
эхо-импульсным способом при контактном вариан-
те контроля при помощи прибора УД4-76 (рис. 4).
Пор, несплошностей и дефектов усадочного ха-
рактера в слитке не обнаружено.
Методом химического анализа изучали состав
сплава TiNi. Отбор проб производили вдоль слитка
на глубине 5 мм от поверхности, а в радиальном
направлении (поперек слитка) – на радиусах 70,
50 и 30 мм. Исследовали три зоны – верхнюю,
нижнюю и середину слитка. Результаты химичес-
кого анализа сплава TiNi показали, что отклонение
содержания элементов в слитке как по длине, так
и по поперечному сечению не превышают 0,2 %, что
является удовлетворительным результатом [12].
Таким образом, разработанная технология и
опытные плавки слитков сплава TiNi способом элек-
тронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью
показали перспективность использования послед-
него с целью получения качественных слитков TiNi
для нужд отечественной промышленности и меди-
цины. Создание данной технологии позволяет при-
числить Украину к немногим странам, способным
получать такой сплав.
1. Зеленов Б. А., Крылов Б. С, Лихачев В. А. Сплавы с уп-
равляемыми функциональными свойствами – прототип
интеллектуальных материалов // Материалы с эффек-
том памяти формы: Сб. тр. – Санкт-Петербург, 1995. –
Ч. III. – С. 55—58.
2. Ионайтис Р. Р., Котов В. В., Туктэров М. А. Использо-
вание сплавов с памятью формы в ядерной энергетике //
Там же. – 1995. – Ч. II. – С. 133—134.
3. Рыклина Е. П., Морозова Т. В., Прокошкин С. Д. Био-
медицинская инженерия в создании и применении нитино-
ловых эндопротезов с эффектом памяти формы // Там
же.– 1995. – Ч. II. – С. 51—54.
4. Перспективы применения сплавов с эффектом памяти
формы в робототехнике / В. А. Лихачев, В. А. Лопота,
Ю. К. Степанов, В. И. Юдин // Там же. – 1995. –
Ч. III. – С. 59—61.
5. Воронков А. В., Лихачев В. А. Исследование никелида
титана в качестве рабочего тела управляемых демпферов //
Там же. – Ч. I. – 1995. – С. 83.
6. The use of shape memory alloys in space building / Yu. D. Krav-
chenko, V. A. Lichachev, A. I. Razov et al. // Там же. –
1995. – Ч. I. – С. 58—61.
7. Никелид титана. Медицинский материал нового поколе-
ния / В. Э. Гюнтер, В. Н. Ходоренко, Ю. Ф. Ясенчук и
др. – Томск: МИЦ, 2006. – 296 с.
8. Красовський П. Дослідження капілярних характеристик
та плавка сплаву нікель-титан (NiTiNOL) з ефектом
пам’яті форми // Адгезия расплавов и пайка материа-
лов. – 2009. – Вып. 42. – С. 95—102.
9. Anokhin S. V., Lotkov A. I., Grishkov V. N. The substitu-
tion impurity influence on the succession and temperatures
of martensitic transformations in TiNi // Материалы с эф-
фектом памяти формы: Сб. тр. – Санкт-Петербург,
1995. – Ч. I. – С. 29—33.
10. Развитие научно-технических решений в медицине /
В. Н. Канюков, Н. Г. Терегулов, В. Ф. Винярский, В. В. Оси-
пов: Учеб. пособие. – Оренбург, ОГУ, 2008. – 255 с.
11. Жук Г. В., Тригуб Н. П., Замков В. Н. Получение слит-
ков γ-алюминида титана методом ЭЛПЕ // Современ.
электрометаллургия. – 2003. – № 4. – С. 20—22.
12. Основы плавки титана и сплавов на его основе в установ-
ке с холодным тиглем / А. В. Александров, Е. А. Афо-
нин, С. А. Делло и др. // Титан. – 2010. – № 2. –
С. 36—41.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 20.04.2011
Рис. 3. Слиток сплава TiNi
Рис. 4. Дефектоскоп ультразвуковой УД4-76
8
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96281 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T20:34:32Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Березос, В.А. Тригуб, Н.П. 2016-03-13T19:23:57Z 2016-03-13T19:23:57Z 2011 Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью / В.А. Березос, Н.П. Тригуб // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 4 (105). — С. 6-8. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96281 669.187.826 Представлены результаты экспериментальных исследований по получению сплава на основе титана TiNi способом электронно-лучевой плавки. Results of experimental investigations on producing alloy on TiNi alloy base using electron beam melting are presented. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью Producing of shape memory alloys on titanium base using EBCHM method Article published earlier |
| spellingShingle | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью Березос, В.А. Тригуб, Н.П. Электронно-лучевые процессы |
| title | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| title_alt | Producing of shape memory alloys on titanium base using EBCHM method |
| title_full | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| title_fullStr | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| title_full_unstemmed | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| title_short | Получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| title_sort | получение сплавов с эффектом памяти формы на основе титана способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96281 |
| work_keys_str_mv | AT berezosva polučeniesplavovséffektompamâtiformynaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavkispromežutočnoiemkostʹû AT trigubnp polučeniesplavovséffektompamâtiformynaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavkispromežutočnoiemkostʹû AT berezosva producingofshapememoryalloysontitaniumbaseusingebchmmethod AT trigubnp producingofshapememoryalloysontitaniumbaseusingebchmmethod |