aliaje cu memorie a formei

8/16/2019 aliaje cu memorie a formei

1/23

CAPITOLUL 1

ISTORIA I PERSPECTIVELE VIITOAREȘ

Con inut:ț

1.1 Introducere

1.2 Lista simbolurilor

1.3 Aliaje cu memorie

1.4 Aliaje ale Aurului

1.5 Aliaje Ni-Ti cu memorie

1.5.1 Istoric

1.5.2 Dezvoltare comercială

1.5.2.1 Îmbinare evi ț

1.5.2.2 Orthodontic ires

1.5.2.3 Alte a!lica ii medicaleț

1.6 Aliaje ale Cu!rului

1.6.1 Cu!ru " #inc " Aluminiu

1.6.2 Cu!ru " Aluminiu " Nichel

1.7 Aliaje ale $ierului

1.8 Comunitatea aliajelor cu memorie

1.9 %ers!ective

1.9.1 %rezentare &enerală

1.9.2 'iziune

1.10 (umar


2/23


3/23

două faze, stabile la temperaturi joase, respecti& la temperaturi ridicate. /aza rece,martensita, este denumită după fizicianul #erman Adolf Martens, i este car ș acterizată de ofaza e"centrică, puternic cristalizată, stabile !n două forme ulterioare diferite. 2ni ial, indicațalotropia metastabilă a o elului, format prin răcire rapidă. /aza caldă, austenita, denumitățdupă fizicianul en#lez arles Austen, are o structură #eometrică cubic central, denotă

alotropia non$ ma#netică a fierului, &ezi fi#.1.1, i tab. 1.1.ș

/i#. 1.1. 3tructura #eometrică a austenitei (stân#a) i a martensitei (dreapta). istribu ia atomilor de itan (#ri descis) si deș ț 4icel (#ri !ncis).

ab. 1.1. *arametrii re elei cristaline caracteristici aliajelor 4i 5 iț

*aram. 6e .țrist.

7un#ime (8) 9n#i (#rade)

Material a b c ab bc caMartensită +. ;.1 ;.< 0 0 =Austenită >.0 >.0 >.0 0 0 0

2ronic, niciunul dintre ace ti doi oaș meni de tiin ă nu au contribuit la cercetareaș ț

aliajelor cu memorie: amundoi au trăit la sfâr itul secolului al ?2? lea, !nceputul secoluluiș?? i sunt considera i parin i ai tiin ei materialelor.ș ț ț ș ț

ouă caracteristici ulterioare sunt corelate cu efectul de memorie (a formei), ișanume: pseudoelasticitatea i termoelasticitatea. ea dintâi reprezintă proprietatea anumitor șmateriale de a$ i re&eni complet din deforma ie (anumite materiale pot ob ine &alori foarteș ț țmari precum 10 % sau mai mult) după ce au demonstrat o rezisten ă (@ield)ț aparentă. eadin urmă indică, !n scimb, dependen a func ională a defectelor !n condi ii termice.ț ț ț

/enomenul de scimbare a fazei a fost pentru prima dată obser&at de an# și 6ead!n 11 !ntr$un studiu despre aliajele Au$d. Bi au fost primi care au raportat termenul derecuperare a formei de i comportamente asemanatoare precum pseudoelasticitatea sișsuperelasticitatea au fost obser&ate de al i oameni de tiin ă anterior. -n 1>+, lander aț ș ț Ӧremarcat pseudoelasticitatea !n acest aliaj i a descris acest fenomen !n cercetarea sa despreșrubber liCe effect. -n 1>=, Drenin#er i Mooradian au demonstrat fenomenul deștermoelasticitate !n u$En, !n timpul cercetării lor despre aliajele de alamă (u$En i u$ș3n). 9n studiu detaliat despre termoelasticitate !n aliajele u$En a fost publicat !n 1;, deFurd@umo& i Fandros. 9n al doilea aliaj, 2n$a, a fost folosit pentru a arata efectul deș


4/23

memorie, !n 1;. otu i, aceste studii nu au condus către o e"plozie a interesului tiin ific,ș ș țspre deosebire de un alt aliaj, 4i$i.

-n 1G, Hucler i Iile@ de la 9.3. 4a&al 'rdnance 7aborator@ (4'7) au primitșun bre&et 9.3. pentru o serie de aliaje 4i$i, ale caror nume #eneric este $4itinol, ce

prezentau efectul de memorie. Ace ti compu i auș ș compozi ia cimică >$< !n procente deț#reutate corespunzând cu ;=$+ % atomi 4i, ceea ce !nseamnă că aliajele sunt aproapeeciatomice. atorită ori#inii lor, aceste materiale sunt des numite 4itinol, deri&at prinunirea simbolurilor celor două elemente cimice i acronimul 4a&al 'rdnance 7aborator@.șe atunci, efectul de memorie a fost obser&at !ntr$un număr remarcabil i !n alte sisteme deșaliaje. -n afară de 4i$i, aliaje ale cuprului precum u$En$Al i u$Al$4i i aliaje aleș șfierului, care au fost dez&oltate mai curand, precum /e$*t i /e$*d, au atras aten iaș țconsiderabil pentru anumite aplica ii.ț

*ână !n prezent, 4itinol este !ncăaliajul care arată cel mai bine caracteristicile de

memorie alături de alte trei proprietă i remarcabile, precum o e"celentă rezisten ă laț țcoroziune, o confi#ura ie foarte stabilă i o biocompabilitate aproape perfectă, care le faceț șcea mai bună ale#ere pentru implantarea !n corpul uman. *e de altă parte, sunt mult maiscumpe decât aliajele cuprului sau fierului i sunt mai dificil de topit i elaborat.ș ș

1.$ Ali"#e "le "urului

*rimul aliaj cu memorie descoperit a fost un aliaj Au$d. lander a folosit teniciӦelectrocimice pentru a identifica fazele H+ cubic (austenita) i H1 ortorombicș(martensita). 9lterior, a fost primul care a recunoscut un comportament deosebit al acestor materiale, de i nu recunoscuse !ncă efectul de memorie. Mai târziu, H@strom i Almin auș șdesfă urat o in&esti#a ie cu raze ? i au descoperit faze diferite ale aliajelor Au$d pentruș ț șdiferite compozi ii. *roprietă ile de memorie ale Au$;


5/23

&ariat !ntre G0 i ;0 % Au si 1 i >0 % u, !n timp ce zincul a reprezentat de obiceiș șdiferen a. *roprietă ile de prelucrabilitate, ductilitate, rezisten ă mecanică i re&enire laț ț ț șformă au fost studiate !n detaliu prin testarea epru&etelor.

/i#. 1.+. aracteristicile transformarii aliajelor cu memorie ale aurului tipice. Modificarile rezistentei cu temperatura dau un

Jndice al transforrmarile re&ersibile de faza.

ea mai mare parte a lucrării s$a a"at pe cristalo#rafJa unui tip de faza K special comandat,cunoscut ca aliaj Leusler, Au+u+En0 (sau AuuEn+, unde indicii se referă la procenteleatomice). -n aceste aliaje, proprietă ile de memorie prezintă un ran# ridicat al compozi iei,ț ț permitând astfel o anume fle"ibilitate !n compozi ie pentru a optimiza prelucrabilitatea,țrezisten a mecanică i ductilitatea la temperatura camerei. ercetarea a arătat căț ș amesteculoptim comercial este ++% atomice Au, >>% atomice u i ;% atomice En ( ;G %#reutateșAu, ++% #reutate u i >1% #reutate En), unde re&enirea defectelor atin#e o &aloare deș până la G%. in cauza costului ridicat, un au e"istat aplica ii practiceț .

-n +00, aliajele aurului erau din nou !n central unei &aste cercetări la 9ni&ersitateadin Minnesota. ercetătorii au subliniat o serie de cerin e teoreticeț (condi iițcomplementare) pentru ca un material cu transformare de fază să fie liber de stări detensiune tranzi ionale. -n principiu, o astfel de substan ă poate fi transformată !n modț țrepetat fără a produce pa#ube interne. *ornind din nou de la AuuEn+ ca referin ă, unț proces de optimizare a fost implementat pentru a #ăsi aliaje care satisfac mai bine condi iilețcomplementare prin &aria ii mici. Auț >0u+En; a !ndeplinit aproape perfect specifica iile s$ța &erificat că rezistă până la 1G.000 cicluri cald 5 rece fără nici o de#radare a proprietă ii dețtransformare de fază, incluzând ni&ele de re&enire a defectelor. 7a scara atomică, re eauaț

cristalină a acestui material se prezintă ca un ir comple", impre&izibil de structuri diferiteșce este resetat la fiecare ciclu. Materialele traditionale cu transformare de fază re&in!ntotdeauna, !n scimb, la aceea i matrice de referin ă, crescând imperfect. 9rmând oș țmiscare fluidă a limitelor fazelor, compusul a fost numit flu&ial.

ristalele acestor aliaje cu memorie sunt scumpe si fra#ile. ostul lor ridicat ramâneun impediment pentru aplica iile la scară industrială. -n afară de importan a lor istorică,ț ț


6/23

oricum, ductilitatea i maleabilitatea tipice aliajelor auruluiș !ncă atra# aten ia.aliajelețaurului sunt luate !n considerare pentru aplicatiile unde culoare lor tipică i caracteristicileșcorozi&e si rezisten a la o"idare sunt importante. B"celente conductibilitate electrică ațaurului face aceste aliaje potri&ite pentru folosirea lor ca i conectori electrici, de asemenea.șel mai des sunt folosite !n industria bijuteriilor, de e"emplu confectionări. Alte

!ntrebuin ări poat a&ea !n stomatolo#ie. atorită cuplării termoelectrice puternice, aliajelețAu$*d au aplicabilitate !n măsurătorile termice.

1.% &ITI&OL

1.%.1 Istoric

-n 1G, Iilliam Hucler a fost super&izor la 4a&al 'rdnance 7aborator@, 9.3. 4a&@, i a fost responsabil de ale#erea aliajelor metalice pentru botul proiectilelor șreinstaurate 3ubroc, 99M$;;A. Acest proiectil submarin (3ubroc) a fost o armă uria ă,șcreată pentru a fi lansată din tuburile lanstorpile standard ale submarinelor i !ndreptate spreșsubmarinele intă după o misiune apă 5 aer 5 apă.ț *entru a asi#ura o pătrundere cu successa armei !n interiorul defensi&e inamice, aliajul trebuia să ai&ă o rezisten ă ridicată la impactți sa se topeasca la temperature ridicate.ș intre zeci de diferiti compusi selectati pe baza

cecetarii biblio#rafice, Hucler a ales mai departe o duzina de materiale pentruin&esti#atiile urmatoare. este de ciocnire, efectuate prin lo&itura de ciocan in miciepru&ete de forma unui disc au aratat ca aliajul 4i$i a raspuns cel mai bine solicitarii,conju#at cu structuri #enerale e"celente si proprietati de prelucrare. 7a acest punct, in po&estire, acronimul 4224'7 a fost introdus, asociind materialul cu numele laboratorului.7a momentul respecti&e indica o semnificatie diferita fata de cea actuala.

Aliajul ales era produs in diefrite forme prin diferite procese si supus la e"perimenteulterioare. 2ntr.$o zi, in 1, Hucler si asistentii sai, B&erl@ si Leintzelman, au luat sase bare 4i$i din cuptor si le au lasat sa se raceasca. and una din probe s$ a racit, Hucler aluat$o si a dus$o in atelier pentru tesire. *e drum, bara a cazut si a auzit un sunet foarte puternic, indicand un ni&el ridicat de umezire interioara. 2ntri#at s$a intors sa &erifice sicelelalte probe. alde inca, au produs in scimb un sunet strident. Atunci a reincalzit prima proba, a racit$o inca o data si a &erificat raspunsul in a doua etapa. in nou, s$ au produssunete surde si respecti& ascutite.procesul a fost repetat iar si iar, a&and aceleasi rezultate.2n crnica sa, lansata la Iite 'AC 7aborator@ Alumni Association, Hucler &orbestedespre barele arcuite suspendate incalzite si racite, lo&ite repetat.

'rice ar fi, cele doua sunete diferite au dus la intele#erea e"istentei a doua faze diferitere&ersibile in acelasi material la temperatura diferite. Aranjamente atomice diferite asociate


7/23


8/23


9/23

onectorul tubular , simple in concept si e"ceptional in performanta, reprezinta un punct culminant in tenolo#ia 4i$i. /ara o aplicatie de referinta, ar putea ramane ocuriozitate stiintifica pentru zeci de ani. B"plozia pietei a i&it oportunitatea de a producecantitati mari de materiale de calitate la preturi reduse, aliajele fiind astfel la indemanamultor cercetatori pe plan mundial. 9lterior, a fost facilitata e"ploatarea altor produse

datorita implicarii in#inerilor si desi#nerilor.

1.%.2.2 Ort*odontic +ires

2n 1G=, dupa ce a citit un articol despre un alt aliaj cu proprietai ciudate, Anderseni$a cerut lui Hucler mai multe probe. upa o serie de teste, a considerat ca o compozitiespecifica s a comportat foarte bine in stomatolo#ie. 2n 1M 9niteC) a inceput productie de fire 4i$i pentru uzul inclinici. 3ub numele comercial 4itinol era compus din % (#reutate) 4i si ;% i, intr.$ostructura eciatomica. estul de surprinzator, acel fir un a&ea proprietati de memorie sau desuperelasticitate din cauza procesului de confectionare specific. A&antajul, in comparatie cualte solutii contemporane, precum otel ino"idabil sau aliaje o$r, era ne&oia unei instalarimai usoare si un #rad ridica t de functionare. *ermitea folosirea in cazuri se&ere fara anecesita o structura permanenta. 2n 1


10/23

anilor 10. 4oile materiale au fost imbo#atite cu atribuirea proprietatii de a se acti&a latemperatura corpului. e asemenea s$a obser&at ca un punct mai scazut Af permiteobtinerea unui ni&el mai bun si mai scazut. aca aditi&ii atin# un anumit ni&el, apar deformatii reziduale rezultand o instalare mai usoara a firelor in structura ortodontica.otusi, deoarece materialul primeste ener#ie de la #ura, transformarea in&ersa in austenita

incepe, firul se contracta si incepe a e"ercita anumite forte pe dinti. Au fost facute diferitestudii le#ate de aceste fire, cum s a raportat in Fus@ si Iitle@ (+00


11/23


12/23

9nul dintre primele aplica ii ale acestor aliaje pe structuri full$ size a fost !nfiin areaț țunui motor termic , ce&a ce deja s$a !ntâmplat la aliajele 4i$i cu obiecti&ul de alternati&ăindi&iduala,&iabilă i ieftină la materiale 4i$i Multe e"perimente au fost , de fapt,șefectuate pe confi#ura ii elaborate anterior. Multe studii a"ate pe caracterizarea mecanica ațcompusilor noi au fost faceute pe o scară lar#ă a raportat !n literatura de specialitate. -n

Iittin# Ti ozzarelli (1+),de e"emplu, frec&enUa redusă a e"perimentelor a fost realizareaobUinerii tensiunii de !ndoire Ti răsucire, caracteristicile e"emplarelor :u$Al$He u$EneAl$4i conte"tul istoric Ti perspecti&e de &iitor. -n Dillet ( 1;),un modelunidimensional a fost dez&oltat pentru a prezice pe termen lun# performan a materialelor țamortizate . Acestea i alte eforturi de cercetare au fost bazele pentru in&esti#area sișutilizarea unor aliaje , cum ar fi dispoziti&e de disipare a ener#iei pentru structurile dein#inerie. Acest câmp părea , de fapt, una dintre cele mai promi ătoare pentru aceste aliaje ,ț!n cazul !n care sunt necesare utilizări masi&e costul materiei prime poate face diferenta .-ntr$ o ancetă suplimentară , cabluri pretensionate au fost ancorate la un model de perete

de zidarie scalate pentru a &erifica structura au#mentată rezistenta seismic. -n aceea ișlucrare , cabluri din aliaje selectate au fost inserate pe apeductul monumental de la ( ipru ) pentru a !mbunătă i caracteristicile sale dinamice , &erificate după măsurători periodice .țMari utilizări comerciale erau de obicei Uinta componentelor de aliaej de cupru. 9nele aufost concepute pentru a lucra pentru multe cicluri !n circuite conectate e"tern.Altele au fostconcepute pentru dispoziti&ele de si#uranUă Ti de protecUie ca supape de foc acolo, un capde u$En$Al !ncide flu"ul de #aze to"ice sau inflamabile ca focul ce s$a intamplat in alteutilizări a elementelor structurale sau c&asi$structurale pentru a !mbunătăUirea puterii lor:u$Al$4i turnate au fost propuse ca elemente de aditi& pentru armata,pentru composite cufibre si te"tile.in cauza impactului perspecti&elor acestor aliaje Ti pentru a !mpiedicarea

concurenUei, cele mai importante companii au fost forUate să intre !n această nouă piaUă.Hazat pe un compus u$En$Al , 6a@cem a realizat o &ariantă economică a cuplajelor lor de conducte renumite pentru aluminiu i e&i din cupru , dedicate !n special pentruș țsistemele de aer condi ionat . *rocedura a fost un pic mai comple"a decât prima : !n acestțcaz , tubul 3MA a scăzut o linie cilindrică pe conductele care trebuiau conectate, după acest proces , #rupul a trebuit să fie si#ilat !n continuare .

1.,.1 Cu)ru/inc Aluminiu

u$En$Al este un compus ternar rele&ant comercial i pe scară lar#ă a studiat !nș biblio#rafia zincului care a fost selectat din cauza costurilor scăzute ale acestuia i o lar#ășdisponibilitate pe pia ă . Acest aliaj prezintă temperaturi de transformare !n domeniulțcuprins !ntre 100V i 100V , o func ie atât a compozi iei i tratamentelor termomecanice .ș ț ț șin punct de &edere istoric , u$En$Al a fost primul 3MA pe bază de cupru pentru a fi


13/23

e"ploatat comercial . ompozi iile tipice sunt 1$>0 % En , >$< % Al i u a adău#at laț ș100% . A&antajul major al aliajelor u$En$Al este costul , fiind realizate din metale relati&ieftin i produs prin procedee con&en ionale, cum ar fi induc ia de topire ( necesită cantită iș ț ț țmici de aditi&i , cum ar fi zirconiu sau titan , pentru a reduce dimensiunea #ranulelor ) saumetalur#ia pulberilor . *roprietă ile lor de memorie sunt semnificati&e , cu o tulpină ma"imț

recuperabilă de apro"imati& % . 7ucrabilitate rece este posibila i rezultă o func ieș ț puternică a procentulu de Al . antită i aditi&e trebuie sa fie scazute , deoarece acestea potțafecta stabilitatea internă a structurii cimice i apoi , caracteristicile de memorare a formeiș .Aliaje u$En$Al pot prezenta unmecanism de recuperare formă !n ambele sensuri , !nfunc ie de procesul de formare. eza&antajele majore sunt le#ate deț ciclism pe termen lun#,la temperatura camerei , care stabilizează faza martensitică , cre te temperatura deștransformare .3tructura compusului in plus se descompune atunci când sunt e"puse latemperaturi de peste 100 W . Aceste deza&antaje nu sunt , de obicei, compensate decomfortul economic i au liș mitat istoric succesul lor commercial.

1.,.2 Cu)ruAluminiu&ic*el

4icelul este adoptat ca o alternati&ă &iabilă la zinc , i ieftin de asemenea . u$Al$ș 4i a suferit o intensa dez&oltare i este, de obicei preferat de aliaje din cupru . ' compozi ieș țtipică este fabricata din 1>% Al, ;% 4i i u pentru a ecilibra . emperaturile deș

transformare sunt !n inter&alul cuprins !ntre =0 i +00V . a i fostul compus, este ieftin iș ș ș pot fi prelucrate prin metode standard . aracteristicile mecanice pot fi !mbunătă ite prințutilizarea acelora i aditi&i deja men iona i pentru u$En$Al . Mai mult decât atâtș ț ț procentele mici de Mn ( !nlocuind cantită i e#ale de Al ) reduce temperaturile dețtransformare . in nou elementele suplimentare pot afecta stabilitatea aliajului i , prinșurmare, utilizarea acestora trebuie să fie limitata. 3pre deosebire de u$En$Al , procentul Al!n u$Al$4i nu afectează semnificati& lucrabilitatea, iar lucrul la cald este sin#ura procedura de fabricatie adec&ata . a o consecin ă a prelucrarea la cald , aceste materialețnecesită un proces de răcire controlată pentru a fi"a atribute importante , cum ar fitemperaturi de transformare . Mai mult decât atât , tratamente suplimentare sunt de obiceinecesare pentru stabilizarea acestor parametri . Acest proces articulat face ca acest mi" safie mai scump decât fostul aliaj de cupru , dar mai ieftin decât 4i $ i . Bfectele !mbătrâniriisemnificati&e sunt obser&ate la temperaturi mai mari de 1+0V , !n timp ce inter&ale detemperatură de transformare sunt !n #eneral mai mici decât cele u$En$Al . 9n alt aliaj ,ob inut prin !nlocuirea 4i cu He , a !nre#istrat unele acceptari comerciale. Bste mai scump,țdar procentele mici de He ( 0, % ) permite e"tinderea domeniului de temperatură de


14/23

transformare la un inter&al !ntre +00 i 100V . 2n plus, aceasta arată proprietă i e"celenteș țde super elaticitate i amortizare .ș

1.3 ALIA-E PE A/A 'E 4IER

2n ace ti compu i ,3MB este le#ată de transformarea martensitică care nu esteș ștermoelastica si !ncă prezintă ni&eluri interesante de recuperare a tulpinii . Acest faptconduce cum&a fosta !n ele#ere a faptului că efectul de memorie al formei este, !nț principiu corelat doar la transformarea martensitica termoelastica . 2n&esti#a iile din aliajța formei de fier pe bază de memorare sunt relati& noi , !n urma unor e&olu ii tenolo#icețspecifice . ompu i pe bază de /e s$au dez&oltat ca o alternati&ă la aliaje 4i$i i laș șcompozi ii u bazate pe scaderea costului datorita proprietatilor bune. /e$3MA s$auț

descoperit Ti s$au dez&oltat !n Saponia !n &ersiunea de bază /e$Mn$3i. Blementele de alierer, 4i, Ti o s$au adău#at ulterior pentru a !mbunătăUirea proprietăUilor de recuperare aformei. Aliajele de /e$Mn$3i$r$4i$o arata caracteristici atracti&e, făcându$le suitable peun fundal istoric Ti perspecti&e de &iitor pentru di&erse aplicaUii tenolo#ice. Mai recent ,adău#area de cantită i mici de Qa sau 4b au fost, de asemenea in&esti#ate. in nou ,ț#ranula ia are o importan ă specifică !n proprietă ile #enerale ale aliajelor. r, 4i, si o faceț ț ț posibilă eliberarea e"trema de rezistentă la corozi&e /e$3MA !n special, /e$+=Mn$G3i$r aliaje ce au fost utilizate !n multe aplicaUii practice. Aceste aliaje prezintă a&antajecomerciale ale elementelor constituti&e Ti disponibilitatea de facilităUi de mass$producUie,comune pentru fabricarea de oteluri ino"idabile. u toate acestea, fabricatia reala aconfirmat costurile ce nu pot fi reduse la o Uintă importantă dacă ne&oile ajun# de obiceioUeluri. /e$3MA sunt produse de combinaUii :rulare de fierbere , laminare la rece, forjare,desen, Ti altele. u pri&ire la aliaje de 4i$i, efectul de memorie al formelor acestor materiale este mult mai mic, ;% !n cele mai multe cazuri, Ti, !n #eneral, apare latemperatura mai mare. eoarece /e bazat pe 3MA este cel mai utilizat ca articulaUii,recuperarea de presiune este mai importanta decât tulpina de recuperare. e fapt, !n acestcaz cea mai importantă proprietate este for a ma"imă e"ercitată de elementul 3MA, dupăț!ncălzirea Ti o constrân#ere la componentele structurale de referinUă. AcUiunea de 3MA a presiunii !ncepe la !ncălzire, când faza de martensita este transformata !n austenită. *entru

/e$bază 3MA, transformarea incepe de la 0V Ti se termină la o temperatură &ariabilă(câte&a sute de #rade elsius), !n funcUie de compoziUia aliajului. -n acest fel, suntaccesibile si se subliniază !ntre +00 Ti >00 M*a. esi#ur , rezultatele tensiunilor reale suntmai mici decât &alorile de caz constrânse ideal : de fapt , este imposibil să se e&ite completrecuperare tulpinei , datorită prezen ei toleran elor necesare . in punct de &edere #eneral ,ț țrezisten a , forma curbelor,presiunea tupinei precum i alte proprietă i sunt similare cuț ș țo elul ino"iț dabil . un#sten #az inert sau sudura cu plasma se aplică in /e $ 3MA .


15/23

4ecesitatea acestui material apare pentru utilizări relati& mari.4i$i are , de fapt, mai multecaracteristici fa&orabile i utilizarea aliajelor mai ieftine nu este justificată pentru aplica iiș țcare implică o cantitate mică de material . -n acest sens , te&i de mari dimensiuni care unesc pentru constructii tunel i plăci comune fero&iare ( cunoscut , de asemenea, ca eclise ) suntșe"emple importante de an#ajare cu succes a /e$ 3MA &ezi /i# . 1.>. 9n sistem folosit !n

construc ii tunel constă !n construirea unui fel de balene $ scelet dintr$o #alerie mică prințintroducerea , unul după altul,a se#mentilor de #rinzi si curbe.

/i#ura 1.> 3cema de !mbinări 3MA pentru conducte din foraj tunel ( sus ) i eclise 3MAș pentru elemente fero&iare (jos) .

Aceste sec iuni sunt sudate până la un inel complet sau aproape complet. 3tructura sceletț

rezultata creează un fel de mediu protejat de săpătur.2n continuare spatiul de operareaccesibil este foarte !n#ust i func ionarea necesită multe ore de lucru . 9tilizareaș țarticula iilor 3MA pare a fi o solu ie naturală la această problemă dificilă , făcând procesulț țmai simplu asi#urând !n acela i timp acelea i ni&eluri de fiabilitate . -n #eneral , o ceieș șmecanica suplimentara ( de obicei de două inele$ ), se adau#ă i să ne#lijeaza orice #radșde libertate la 3MA. Aceste cone"iuni prezintă acelea i caracteristici de rezisten ă ca la lipitș ți necesită mult mai pu ine ore de lucru care urmează să fie puseș ț !n aplicare i sunt facuteș

mai opreati&. /isplates pentru cone"iuni de transport fero&iar este un alt e"emplu defolosirea pe scară lar#ă de /e$3MA. -n acest caz, procesul de muncă obiTnuit este ooperaUie masi&ă, dez&oltata !n aer liber Ti pe site. Multe incertitudini apar apoi, e&entual, a

face două elemente consecuti&e fero&iar nu perfect conectate !ntre ele. u alte cu&inte, undecalaj rămâne !ntre două elemente succesi&e, care pot fi !n continuare dramatizate decondiUiile mediului e"tern. Acesta păstrează e"tinderea din cauza &ibraUiilor cauzate detrenuri, produc, de asemenea, &ânătăi Ti leziuni. /ero&iar funcUii apoi sunt influenUatene#ati& Ti de a creTterea costurilor de !ntreUinere. 3MA fisplates poate depăTi acestincon&enient: după instalarea Ti !ncălzirea, elementele de transport fero&iar &in mai aproapeTi mai aproape Ti la sfârTitul procesului nici un decalaj &izibil nu este e&ident. -n timpul


16/23


17/23

prototipuri au fost ulterior prezentate la tele&izorin 9.3. si Marea Hritanie. u scopul de aamplifica impartasirea informatiilor si discutiile intre oamenii de stiinta implicati in aceasta problema, a fost anuntat un alt simpozion, tinut in 7eu&en, in 1=+.

/acand un mic pas inapoi, in 10 de lucrari au fost prezentate, multedintre ele le#ate de memoria formei si aliajele 4i$i. and conferinta s$a mutat inapoi in3tatele 9nite, in 1+, 9.3. 4itinol si 9.3. 'ffice of 6esearc au fost printre sponsorii sai, poate pentru a remarca continuitatea cu prima intrunire. Mai mult de >0 de lucrari au fost prezentate, cu atentie sporita asupra aliajelor cu memorie ale titaniului.

upa conferinta tinuta in oronto, al doilea simpozion international dedicat completaliajelor cu memorie a a&ut loc in ina, in 1=G, la initiati&a 3ocietatii 4ationale aMetalelor 4eferoase si 2nstitutul Saponez al Metalelor. 2n jur de =0 de lucrari au fost

publicate, impartite in mod aproape e#al intre aliajele 4i$i si ale cuprului si cazuri reale deaplicabilitate. ate&a lucrari au fost dedicate aliajelor fierului relatin noi. 2n 1==, alteconferinte dedicate in#ineriei si implementarii aliajelor cu memorie a fost tinuta in 3tatele9nite. ' colectie structurata de lucrari selectate a fost publicata doi ani mai tarziu.

2n 1==, o alta conferinta de asemenea a a&ut loc pe tema &asta a asa$ numitelor materiale a&ansate[inteli#ente[istete, uneori #azduind sesiuni dedicate aliajelor cu memorie.2n acelasi an, un simpozion special a fost de&otat descoperirii unei definitii formale astrusturilor inteli#ente, or#anizat de 9.3. Arm@ 6esearc 'ffice. Ha ciar posibilitateaacti&atorilor piezoelectrici doar ce a fost descoperita (1=


18/23

posibile le#ate de orice problema in#inereasca a produs o unire naturala a diferiti oameni destiinta in or#anizatii specialiste mai bine definite. 2n 1+, 3ocietatea Aliajelor cuMemoriesi enolo#iilor 3uperelastice (3M3) se #asea alaturi de conferinta dejamentionata 2'MA (1+), urmand posibilitatea recunoscuta si ne&oia de a a&eae&enimente a"ate pe in#ineria aliajelor cu memorie. *rima conferinta a noi asociatii a fost

tinuta in Asilomar, alifornia, in 1;. e atunci, e&enimentul este repetat la fiecare treiani, in timp ce alte intruniri inrudite au fost or#anizate pretutindeni in lume. 2n +00;, 3M3a de&enit o societate afiliate 3ocietatii Americane a Metalelor 2nternationale, o binecunoscuta or#anizatie insarcinata cu diseminare cunostintelor despre materiale.

1.5 PERSPECTIVE

1.5.1 Pre6ent"re 7ener"l"

2nainte de a prezenta &iitoarele aplicatii, s$ar putea sa merite sa se ia in considerareaceasta perioada de 0 de ani incepand cu descoperirea 4itinol. *roprietatile fascinante alealiajelor cu memorie a determinat multi oameni de stiinta sa lucreze la ele. 3i, intr$ade&ar,aplicatiile posibile ale acestor compusi sunt infinite. 2nca de la inceput, sute si sute de bre&ete pot fi innumarate. *e de alta parte, dispoziti&ele care si$au #asit un loc pe piata suntmai putine si cu un scop e"act. 2n prezent, aplicatiile majore sunt in medicina, unde, in

ciuda &olumului mic de lucrari realizate, &aloarea materiala asociata este impresionanta. 2nacest caz, aparatale stomatolo#ice si stenturile sunte cele mai faimoase produse. *ipe$couplin# sunt alte produse carea au a&ut parte de un succes enorm de$a lun#ul anilor pentruun sistem foarte specific si costisitor ( a&ioane de lupta si submarine) si sunt dez&oltate in prezent pentru aplicatii ci&ile. 2n acest caz, descoperirea unei alternati&e, un aliaj mai ieftin,a jucat un rol important. Erii comerciale paralele s$au dez&oltat, de asemenea, cuintroducerea bine cunoscutelor rame de ocelari, lenjeria de corp pentru femei, si antene pentru telefoanele mobile. 7ista poate continua cu enumerarea folosirii aliajelor cumemorie pentru &al&ele termice, dispoziti&e autonome pentru inciderea si descidereausilor, un acti&ator pentru prajitor pentru muta cosul in sus sau in jos in functie de

temperatura uleiului si multe altele. e asemenea, s$ar putea sa merite reamintit, printreaplicatiile cu un impact mic, dar cost mare, folosirea acestor aliaje in confectionarea bijuteriilor si bratarilor speciale.

2n acelasi timp, e"ista o &arietate de aplicatii care, in ciuda potentialului, nu si$au#asit inca lansarea comrciala. e e"emplu, aliajele cu memorie ar putea fi folosit pentruamortizoarele cu &ibratii, datorita proprietatilor mari de amortizare si istereza. Acest


19/23


20/23

7imitarea frec&entei raspunsurilor face ca dispoziti&ele din aliaje cu memorie suntaplicabile doar pentru mane&rele a&ioanelor si nu pentru controlul pozitiei. 2n acesteconditii, principalul obstacol in folosirea reala a tenolo#iei aliajelor cu memorie este limitalor de temperatura. 2n particular, din moment ce ni&elul tipic operational pe care un a&ion ile"perimenteaza este intre -0 si =0 , inseamna ca orice fel de acti&ator trebuie sa nu

raspunda in aceasta pri&inta pentru a fi ferit de disturbatiile e"terioare. 2n plus, inter&alulde acti&are ar trebui sa se e"tinda (in prezent, este de apro"imati& +0 pentru majoritatea aliajelor) pentru a imbunatati controlul mecanismului de miscare. 6epetabilitatea sirezistenta sunt alti doi parametri care ar trebui luati in considerare pentru a asi#ura un ni&elstandard de performanta dupa o lun#a perioada de operatiuni. e fapt, aliajele cu memorie,de obicei , trec printr$un puternic fenomen de imbatranire care le de#radeaza capacitatile.Aspectele le#ate de oboseala trebuie luate de asemenea in considerare. 3unt puternicinfluentate de ni&elele de recuperarea a defectelor cerute, care pot ajun#e pana la cate&aunitati la suta, depinzand de uzul particular. aca sunt ne#lijate,efectele imbatranire si

oboseala potduce cu usurinta la esuarea catastrofala a sistemului. B"perimente cu modelestructurale cu acelasi desi#n ale adapti&e flaps cu acti&atori din aliaje cu memorieimplementati au aratat aceste aspecte critice in timp ce au confirmat potentialul urias alacestei clase de dispoziti&e.

*e scurt, urmatoarele caracteristici ar trebui imbunatatite pentru a permitesistemelor de aliaje cu memorie sa fie aplicate structurilor reale ale a&ioanelor si sa treaca printr$un proces de certificare:

• 3tabilizarea imbatranirii la peste cel putin +00 de cicluri

• B&aluarea rezistentei la oboseala la peste +00000 de cicluri asi#urand indeplinireacerintelor de re&enire a defectelor

• emperatura de acti&are la peste 100

• emperatura de acti&are e"tinsa pentru a asi#ura control.

esi#ur, acestea sunt cerinte minime care nu ar #aranta fezabilitatea ade&arata sispecifica a dispoziti&elor propuse.

in moment ce aliajele cu memorie ale fierului au cost redus, deci permite productie in

serie, in &iitor este de asteptat ca acest #en de aliaje sa fie folosit in cantitati mari pentruconstructia de cladiri si alte constructii ci&ile, precum tunele, poduri si altele. Aceeasitenolo#ie ar putea fi e"tinsa catre alte elemente de le#atura precum #rinzile podului, stalpiicladirilor s.a.m.d. care ar rezulta in sisteme mai ieftine, mai curate si posibil mai si#ure. atot &eni &orba, ar putea fi adau#at ca in mai mult de 0 de ani de la introducerea lor,clemele din aliaje cu memorie au do&edit buna si#uranta intr$o &arietate de aplicatii se&ere.6aspunsul acestor dispoziti&e la incarcarea statica, oboseala, temperaturi inalte, cicluri


21/23

termice si coroziune su#ereaza ca ar putea, de asemenea, sa fie folosite pentru ancorare,asamblare prin nituire, izolare, incastrare si alte tipuri de le#aturi, a caror dez&oltare pescara lar#a a fost initial impiedicata de costurile ridicate ale aliajelor 4i$i.

2n ceea ce pri&este aplicatiile medicale, folosirea a asftfel de compusi a de&enit aproape

un standard si este in continua crestere. in cauza necesitatii de material limitate (cate&a#rame pentru fire ortodontice sau stenturi) costul materiei prime nu este o problema in acestcaz. 2n scimb, o problema importanta este certificarea biocompabilitatii si alte aspectele#ate direct de folosirea implanturilor medicale. 3unt desfasurate cercetari pentrudescoperirea unor materiale mai biocompatibile precum i$4b, deci pentru descoperireaunei baze bo#ate de dez&oltat. eci, pe de o parte e"ista o tenolo#ie e&aluata cu &asta sicrescanda comunitate, iar pe de alta parte, datorita succesului dez&oltarii, se fac cercetari pentru materiale mai performante, asi#urand continuitatea solutiilor aliajelor cu memorie.

2n afara de aplicatiile bine stabilite, multe alte concepte sunt dez&oltate pentru aliajele

cu memorie. *osibilitatea de construire de motoare mici pe baza capacitatii lor de atransforma caldura in ener#ie mecanica nu s$a e&aporat complet. 2deile recente de cule#erea ener#iei ar putea cu usurinta sa foloseasca aceste materiale in medii cu #radiente termicenaturale. Deneral &orbind, posibilitatea de a folosi componente din aliaje cu memorie insisteme mecanice comune mari precum motorul unei masini este &asta, mer#and de la corzila simple elemente de le#atura sau parbrize. atorita sensibilitatii la caldura, ar putea fiimplementate pentru a modula curentii de aer in jurul motorului sau alte parti ale masinii,inclusi& cabina, ca o functie a temperaturilor interioare si e"terioare. Alte posibile aplicatiiale aliajelor cu memorie sunt robotica, in consecinta a ceea ce deja s$a e"perimentat pentrumicromanipulatoare, in medicina. 2ntr$ade&ar, multe posibilitati ulterioare au fost

in&esti#ate, de la clasicele maini de robot la sisteme mici de miscare, care prezinta insecte,caracatite s.a.m.d.

*entru a completa aceasta prezentare, este necesar sa reamintim &arietatea de materialecare au aratat cate&a proprietati de memoria a formei si de&in un obiect ulterior dein&esti#atie peste tot in lume: ceramice, polimeri si #eluri. eramicele cu memorie prezinta productie mare de ener#ie si folosirea la temperaturi inalte cel mai e&ident incon&enienteste reprezentat de inabilitatea lor de a rezista tensiunilor mari la un numar mare de ciclurisi cercetarile se a"eaza in prezent pe depasirea acestor limitari. estul de surprinzator,ni&elul asteptat de re&enire a deformatiilor este acelasi ca la clasicele aliaje cu memorie.

*olimerii cu memorie au un comportament de baza apropiat de cel al aliajelor cu diferentasemnificati&a ca acestia prezinta capabilitati de re&enire a deformatiilor mai mari (ciar sicu doua #rade amplitudine mai mari ), dar neaparat ni&ele mai joase de forta (doua #radeamplitudine mai putin) pentru a lucra cu aceeasi cantitate de ener#ie. ' clasa speciala de polimeri cu memorie sunt #elurile cu memorie, bazate, in #eneral, pe un mi" de doua#eluri, unul inert si un altul sensibil la o anumita disturbatie e"terioara, de obicei numitelement de control. Delurilor li se pot atribui doua forme diferite, referitoare unei stari de


22/23

temperatura inalta, respecti& joasa. 3cimbul intre forma unuia si altuia este controlata detemperatura. Acest scim este re&ersibil: forma initiala poate fi recuperata. eformatiile potatin#e &aloari de sute de procente, ceea ce inseamna dublu, triplu sau ciar mai mult decatlun#imea ori#inala. uritatea materialului se poate scimba mult, de la 0.1 la 10 Mpa.Delurile adaptabile pot fi folosite pentru realizarea lentilelor adaptabile (folosind

scimbarea formei pentru a modifica proprietatile optice le#ate de #eometrie) sau pentrurealizarea de tesaturi cu proprietati &ariabile, depinzand de temperatura mediului. Ambele#eluri cu memorie si polimerii cu memorie prezinta un raspuns lent in timp.

*ri&ind in jur, sunt multe idei ino&atoare pentru aplicabilitatea aliajelor cu memorie si,in #eneral,a materialelor cu memorie, in timp ce numarul produselor e&aluate creste sicercetarile pe plan mondial cauta sa intelea#a mai bine comportamentul lor sicaracteristicile pentru o utilizare mai buna si mai mare.

1.11 T"bele sum"r

*roprietatile aliajelor cu memorie sunt raportate si e"trase din biblio#rafie si sintetizate pentru a acorda un ajutor aprecierilor si consideratiilor rapide, in timp ce aspectul detaliat ar trebui sa se refere la informatii mai e"acte. ebelul 1.+ rezuma cate&a puncte despreusurinta de a obtine produsele dorite din materia prima. abelul 1.> prezinta un rezumat al principalelor informatii mecanice.

abel 1.+ *relucrabilitatea aliajelor cu memorie

Ti)uri "li"#e 4orm"rePrelucr"re" l"

recePrelucr"bilit"te

Tr"nsform"re 8 C9

"le Au Huna 6edusa sprefoarte redusa'estul de bun"

s)re bun"$0..100

&iTi6edusa sprefoarte redusa

Hunicica spreredusa redusa 1::..1::

"le Cu/oarte buna spre

buna 6edusa Huna 2::..2::

"le 4e/oarte buna spre

bunaHuna spre redusa destul de buna

spre buna2::..1%:

T"bel 1.! Pro)riet"tile mec"nice "le "li"#elor cu memorie


23/23

Documents

aliaje cu memorie a formei