NiTi-Formgedächtnislegierungen für Aktoren der Greifertechnik: funktionelle Eigenschaften und Optimierung
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: NiTi-Formgedächtnislegierungen für Aktoren der Greifertechnik
Autor: Mertmann, Matthias
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Matthias Mertmann, Herten NiTi-Formgedächtnis- legierungen für Aktoren der Greifertechnik Funktionelle Eigenschaften und Optimierung Reihe 5: Grund- und Werkstoffe Nr. 469
- V- INHAL TS VERZEICHNIS 1. Einleitung ................................................. 1 1.1 “Smart Materials and Structures”................................... 1 1.2 Martensitische Umwandlung und Formgedächtnis .....................3 1.2.1 Physikalische Grundlagen ..................................3 1.2.2 Die Formgedächtniseffekte..................................4 1.2.3 Die Zweiwegeffekte........................................6 1.2.3.1 Der intrinsische Zweiwegeffekt.........................6 1.2.3.2 Der extrinsische Zweiwegeffekt ........................7 1.3 Das Legierungssystem NiTi-X.....................................9 1.3.1 Binäre NiTi-Legierungen....................................9 1.3.2 R-Phasenumwandlung .................................... 11 1.3.3 Ternäre Legierungen ..................................... 11 1.4 Formgedächtnislegierungen in der Greifertechnik..................... 13 1.4.1 Flexible Mehrfingergreifer.................................. 14 1.4.2 Sensorik in Greifersystemen................................ 16 1.4.3 Die teilweise unterdrückte Formänderung ..................... 16 1.5 Laserschweißen von Formgedächtnislegierungen .................... 17 1.5.1 Befestigungstechnik von Formgedächtnisaktoren ............... 17 1.5.2 Der Laserprozeß......................................... 18 1.6 Ziel der Arbeit ................................................ 19 2. Experimentelle Methoden......................................20 2.1 Materialherstellung ............................................20 2.1.1 Erschmelzung...........................................20 2.1.2 Halbzeugherstellung......... 21 2.1.2.1 Warmumformung ..................................21 2.1.2.2 Thermomechanische Behandlung .....................21 2.1.3 Probenherstellung........................................22 2.1.3.1 Drähte für Fingeraktoren ............................22 2.1.3.2 Drähte zur
Widerstandsmessung......................22 2.1.3.3 Proben für das Laserschweißen.......................23 2.2 Herstellung der Fingeraktoren....................................23 2.2.1 Skelettstruktur der Fingeraktoren ............................23 2.2.2 Herstellung des Verbundwerkstoffes .........................24 2.3 Silikonkautschuk als Sensorwerkstoff..............................25 2.4 Meßmethoden................................................25 2.4.1 Dilatometrie .............................................25 2.4.2 Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK)......................26
-VI - 2.4.3 Mikroskopie.............................................26 2.4.4 Untersuchung der teilweise unterdrückten Formänderung.........27 2.4.4.1 Charakterisierung des Ausgangszustandes .............27 2.4.4.2 Teilweise unterdrückte Formänderung in der Zugprüfmaschine .............................28 2.4.4.3 Stabilität der unterdrückten Formänderung im Verbundwerkstoff................................28 2.4.4.4 Untersuchung der Aktoren nach zyklischer Beanspruchung ...................................30 2.5 Optimierung der Q-Kennlinle.....................................30 2.6 Untersuchung der Schweißbarkeit von NiTi und rostfreien Stählen .......31 3. Ergebnisse ................................................32 3.1 Materialherstellung ............................................32 3.1.1 Erschmelzung...........................................32 3.1.2 Warm-und Kaltumformung.................................33 3.2 Charakterisierung des Ausgangszustandes .........................34 3.2.1 Zugversuche............................................34 3.2.2 DSC-Messungen.........................................35 3.2.2.1 Gußzustand ......................................35 3.2.2.2 Umwandlungstemperaturen nach thermomechanischer Behandlung ......................................35 3.2.3 Dilatometermessungen (Legierung BO) .......................36 3.3 Das teilweise unterdrückte Formgedächtnis .........................37 3.3.1 Zyklen in der Zugprüfmaschine..............................37 3.3.1.1 Freie Formänderung................................37 3.3.1.2 Vollständig unterdrückte Formänderung.................38 3.3.1.3 Teilweise unterdrückte Formänderung..................39 3.3.2 Zyklen Im Verbundwerkstoff................................39 3.4 Silikonkautschuk als Sensorwerkstoff..............................41 3.5 Auswirkung der Beanspruchung auf die Formgedächtniseigenschaften .... 41 3.5.1 Zyklen in der
Zugprüfmaschine..............................41 3.5.2 Zyklen im Verbundwerkstoff................................42 3.6 Einfluß thermomechanischer Behandlung auf die Q-Kennlinie...........43 3.6.1 Legierung BO ...........................................43 3.6.2 Legierung X2............................................43 3.6.3 Legierung G4 ...........................................44 3.6.4 Legierung B25...........................................44 3.7 Schweißbarkeit von NiTi-Leglerungen..............................45 3.7.1 Schweißversuche an Proben der Legierung G5.................45 3.7.2 Schweißversuche an Blechen der Leg. G5 mit Stahlblech ........46
-VII - 4. Diskussion ................................................47 4.1 Eigenschaften von FG-Legierungen für Greifersysteme................48 4.2 Herstellung und Charakterisierung der Legierungen...................49 4.2.1 Schmelzmetallurgie und Mikrostruktur ........................49 4.2.2 Struktur- und Funktionseigenschaften im Ausgangszustand .......52 4.3 Die teilweise unterdrückte Formänderung...........................55 4.3.1 Vorüberlegungen ........................................55 4.3.2 Zyklen in der Zugprüfmaschine..............................57 4.3.3 Zyklen im Verbundwerkstoff................................62 4.4 Silikonkautschuk als Sensorwerkstoff..............................65 4.5 Optimierung der Q-Kennlinie.....................................67 4.5.1 Einflußgrößen auf die Hysterese der Q-Kennlinie................68 4.5.2 Modell zur Erklärung der Q-Kennlinie ........................72 4.6 Schweißbarkeit von NiTi-Formgedächtnislegierungen .................75 4.6.1 Schweißverbindungen von NiTi-mit NiTi-Blechen ...............77 4.6.2 Schweißverbindungen von Blechen der Leg. G5 mit Stahlblech .... 78 4.7 Abschließende Bemerkungen und Ausblick .........................80 5. Zusammenfassung/Summary ..................................82 6. Tabellen und Abbildungen..................................... 89 7. Literatur ............................................... 176
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