МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ СПЛАВА TiNi, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
Автор: Рашид Менналиевич Бикбаев
Соавторы: Р.М. Бикбаев, I.A.Palani, Н.Н. Реснина, С.П. Беляев, S. S. Mani Prabu, M. Manikandan, S. Jayachandran, Anshu Sahu
Организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет»
Материалы с эффектом памяти формы широко используются в разных отраслях промышленности, благодаря своим уникальным свойствам восстанавливать форму при нагревании или разгрузке. Однако, из-за сложности обработки резанием, создание деталей сложной формы является крайне затруднительным. В связи с этим, все большее внимание привлекают аддитивные технологии. Среди многочисленных методов можно выделить технологию WAAM (wire-arc additive manufacturing) – метод послойного наплавления сплава. Ранее было показано, что структура образцов сплава TiNi, полученных методом WAAM, неоднородна по химическому составу, что оказывает влияние на мартенситные превращения, которые в каждом слое реализуются при различных температурах. Вместе с тем, параметры мартенситных превращений определяют функциональные и механические свойства таких образцов. Целью настоящей работы явилось исследование механических и функциональных свойств пятислойного образца сплава TiNi, полученного методом послойной наплавки, и моделирование его функционального поведения с использованием программного пакета ANSYS.
В эксперименте использовали пятислойные образцы из сплава TiNi синтезированные на титановую подложку методом электродуговой послойной наплавки, в котором в качестве расходуемого электрода выступала проволока сплава Ti49.1Ni50.9 диаметром 1,2 мм. Из полученного образца вырезали пластины толщиной 0,5 мм из которых изготавливали образцы, ширина и длина рабочей части которых составляла 1 и 10 мм, как показано на рис. 1. Образцы подвергали термообработке при температуре 450˚С в течении 10 часов. В образцах исследовали псевдоупругое поведение и восстановление деформации при нагревании после предварительной деформации в мартенситной фазе.
Полученные результаты показали, что образцы из сплава TiNi синтезированные методом послойной электродуговой наплавки демонстрируют такие функциональные свойства как память формы, обратимая память формы, псевдоупругость.. В образцах, в рабочую часть которых входили слои с избытком Ti и Ni восстановление деформации происходит в несколько хорошо различимых стадий. Если в рабочую часть входил слой с избытком Ti эффект псевдоупругости был подавлен, а если были слои только с избытком Ni, то наблюдалась совершенная псевдоупругость. Максимальная восстанавливаемая деформация была в 2-2,5 раза меньше, чем в образцах сплава TiNi полученных традиционным способом, что связано с сильной кристаллографической текстурой. Данные экспериментов использовали для моделирования одноосного растяжения слоистых образцов методом конечных элементов в программной системе ANSYS Mechanical. Расчетные данные качественно совпадают с экспериментальными.