Утворення зон Гіньє-Престона

Процес старіння сплавів алюмінію з міддю пояснюється таким чином. Безпосередньо після загартування мідь в кристалічних ґратках алюмінію розподіляється рівномірно. Однак при нормальній температурі (+20 °С) через деякий час після загартування в зернах пересиченого твердого розчину починається дифузія (переміщення) атомів міді до деяких певних площин кристалічних ґраток. У цих площинах концентрація міді досягає 55,4%. Зони з підвищеною концентрацією міді являють собою пластинки або диски товщиною в декілька атомних шарів (2-3) і протяжністю до 20-50 атомних шарів. Ці зони прийнято називати зонами Гін"є-Престона на ім'я вчених, що

вперше встановили їх існування. Утворення зон Гіньє-Престона веде до деформування кристалічних ґраток, що в свою чергу супроводиться підвищенням міцності і зниженням пластичності сплавів. Процес природного

старіння полягає тільки в утворенні зон Гін"є-Престона і практично закінчується після 5-7 діб. Сплав при цьому набуває максимальної міцності, що залишається надалі постійною. Ці зони (зони ГП) названі прізвищами вчених Гіньє і Престона, які одночасно їх відкрили в 1938 році. В алюмінієво-мідних сплавах зони ГП мають форму дисків. На першій стадії старіння утворюються дрібні зони ГП1 діаметром 3-8 нм і товщиною до 2-3 нм. Тип кристалічної будови зон і оточуючого їх твердого розчину однаковий.

Суттєвий вплив на підвищення міцності мають зони Гіньє-Престона та дисперсні метастабільні інтерметалеві частинки, утворені під час розпаду a- твердого пересиченого розчину.

87.б)Старіння металів — зміна механічних, фізичних та хімічних властивостей металів і сплавів, що обумовлена термодинамічною неврівноваженістю початкового стану і поступовим наближенням структури до рівноважного стану в умовах достатньої дифузної рухливості атомів при кімнатній температурі (природне старіння) або при нагріванні (штучне старіння), а також при витримці та експлуатації при різних температурах після холодної пластичної деформації (деформаційне старіння).

При швидкому охолодженні від високих температур (при гартуванні або після кристалізації та гарячої пластичної деформації) метали і сплави повністю або частково зберігають атомну структуру, характерну для високотемпературного стану. В чистих металах нерівномірність цієї структури полягає у надлишковій (для низьких температур) концентрації вакансій та наявності інших дефектів кристалічної структури. У сплавах неврівноваженість структури може бути пов'язана із збереженням фаз, що є нестійкими при низьких температурах. Найактуальнішим є старіння сплавів, обумовлене процесами розпаду перенасиченого твердого розчину. Стан перенасичення твердого розчину виникає після охолодження сплавів від високих температур, так як із зниженням температури розчинність домішок зменшується.

· природне (низькотемпературне) старіння (англ. natural aging) — старіння при вилежуванні за кімнатної температури. Спостерігається лише у сплавах з невисокою температурою плавлення, наприклад, в алюмінієвих сплавах, у яких при кімнатній температурі дифузійна рухливість атомів достатньо висока;

· штучне (високотемпературне) старіння або дисперсійне зміцнення ^[1] (англ. artificial aging) — старіння при температурах, вищих за кімнатну; є основним видом зміцнювальної термічної обробки сплавів на основі кольорових металів;

Всі дюралюміни, крім Д18, зміцнюються при природному старінні; тривалість витримки становить 4-10 діб. Дюралюміній можна піддавати і штучному старінню при температурі нагрівання до 175 °С, але при цьому спостерігається деяке зниження корозійної стійкості. Процес старіння при високих температурах (штучне старіння) протікає значно швидше і крім, того, іде в три стадії. Перша стадія, як і у разі природного старіння, полягає в утворенні зон Гин’є - Престона. Друга стадія старіння це і є утворення проміжної q-фази. Третя стадія старіння завжди пов'язана з розміцненням.

Отже, для досягнення максимальної міцності час старіння при штучному старінні необхідно обмежувати.

89. ЕПФ у медицині:

Виробництво стентів, які широко використовуються в рентгенендоваскулярної хірургії.

Рукавички, застосовувані в процесі реабілітації та призначені для реактивації груп активних м'язів з функціональною недостатністю. Можуть бути використані в межзапястних, ліктьових, плечових, гомілковостопних і колінних суглобах.

Протизаплідні спіральки, які після введення набувають функціональну форму під впливом температури тіла.

Фільтри для введення в судини кровоносної системи. Вводяться у вигляді прямої дроту за допомогою катетера, після чого вони набувають форму фільтрів, що мають задану локацію.

Затискачі для защемлення слабких вен.

Штучні м'язи, які приводяться в дію електричним струмом.

Кріпильні штифти, призначені для фіксації протезів на кістках.

Штучне подовжувальне пристосування для так званих зростаючих протезів у дітей.

Заміщення хрящів головки стегнової кістки. Замінюючий матеріал стає самозатискного під дією сферичної форми (головки стегнової кістки).

Стрижні для корекції хребта при сколіозі.

Тимчасові затискні фіксуючі елементи при імплантації штучного кришталика.

Оправа для окулярів. У нижній частині, де скла кріпляться дротом. Пластикові лінзи не вислизають при охолодженні. Оправа не розтягується під час протирання лінз і тривалому використанні. Використовується ефект надпружні.

Ортопедичні імпланти.

Дріт (ортодонтична дуга) для виправлення зубного ряду.

Використання для виготовлення кісткових фіксаторів титану дозволило уникнути описаних вище ускладнень завдяки біологічної нейтральності даного металу. Таким чином, титанові конструкції можна використовувати для тривалого (або навіть постійного) перебування в організмі людини. Це особливо важливо, якщо остеосинтез роблять літнім людям, адже використання нового металу здатне позбавити пацієнта від операції для видалення фіксатора.

Завдяки титану можна застосовувати конструкції складної конфігурації при лікуванні навколосуглобових переломів. Раніше подібні конструкції не використовували через труднощі з їх видалення. Зараз у техніці скелетного витягування стали застосовувати клеми (титанові скоби).

В кістково-щелепній хірургії відомі скоби-фіксатори із сплаву з ЕПФ, що встановлюються для скріплення кісток у заздалегідь просвердлених ділянках, які сприймають задану форму по мірі досягнення температури формовосстановлення. Недоліком аналога є необхідність висвердлювання отворів у кісткових уламках для установки скоб-фіксаторів. Отвори послаблюють і травмують кістки. В зоні отворів виникають концентратори напружень, що сприяють випадкового руйнування основної кісткової тканини.

90. Ефект пам'яті форми - явище повернення до первісної форми при нагріванні, яке спостерігається у деяких матеріалів після попередньої деформації.

Ефект пам'яті форми характеризується двома величинами.

-Маркою сплаву зі строго витриманим хімічним складом.

-Температурами мартенситних перетворень.

У процесі прояву ефекту пам'яті форми беруть участь мартенситні перетворення двох видів - пряме і зворотне. Відповідно, кожне з них проявляється у 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 шлюбу) ведуть до зрушення цих температур.

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; його можна посилювати попередньої термообробки.

Можливі реверсивні ефекти пам'яті форми, коли матеріал при одній температурі «згадує» одну форму, а при іншій температурі - іншу.

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.

В ряду функціональних властивостей пам'яті форми важливе теоретичне і практичне значення належить явищу так званої деформації орієнтованого превращенія.Смисл цього спадкового феномена полягає в наступному. Якщо охолоджуване під напругою тіло розвантажити в області температур реалізації пластичності прямого мартенситного перетворення і не припинити зниження температури, далеко не завжди триваюче охолодження не викликатиме макроскопічного деформування. Навпаки, найчастіше деформація продовжує накопичуватися, як якби матеріал майже не розвантажували. В інших випадках має місце інтенсивний повернення при охолодженні. Такі властивості, перше з яких прийнято називати деформацією орієнтованого перетворення, друге - аномальним поверненням деформації, пов'язують з підростанням виникли під навантаженням кристалів мартенситу - у разі деформації орієнтованого перетворення кристалів "позитивної" орієнтації, а в разі аномального повернення - "негативної" орієнтації. Названі явища можуть бути ініційовані, зокрема, орієнтованими.

Дата добавления: 2015-05-07