haptic

1. - 1 -
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV
FACULATATEA DE INGINERIE MECANICA
AUTOVEHICULUL ŞI MEDIUL
- REFERAT-
Disciplina: MATERIALE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR
Tema: MATERIALE CU MEMORIA FORMEI
Îndrumător: Prof.dr.ing. Anghel CHIRU
Student: MÎRZEA VASILE
Grupa 1MR562

2. - 2 -

3. - 3 -
Cuprins:
I. INTRODUCERE ...........................................................................................................5
II. STRUCTURA PROCESULUI FIZICO-MECANIC CARE GUVERNEAZĂ MEMORIA
FORMEI...............................................................................................................................7
1. Transformarea martensitică......................................................................................7
2. Legătura dintre transformarea martensitică şi fenomenele de memoria formei ......10
III. TIPURI DE MATERIALE CU MEMORIA FORMEI .....................................................15
IV. APLICAŢII ÎN INDUSTRIA AUTOMOBILELOR..........................................................16
V. BIBLIOGRAFIE ..........................................................................................................23

4. - 4 -

5. - 5 -
I. INTRODUCERE
Materialele cu memorie a formei sau metalul cu memorie au fost descoperite în
anii1930. În 1932 A. Ölander a descoperit comportarea pseudoelastic a aliajului Au-Cd.
Mai târziu Greninger şi Mooradian (1938) au observat, la aliajele Cu-Zn, formarea şi
dispariţia fazei martensitice odată cu creşterea sau scăderea temperaturii. Despre efectul
de memorie, datorat comportării thermoelastice a fazei martensitice, pentru anumite aliaje,
au fost publicate ample rapoarte de către Kurdjumov şi Khandros (1949), respectiv Chang
şi Read (1951). Abia în anii 1962-1963, în cadrul Laboratorului Naval
Ordnance Laboratory , a fost realizat şi lansat primul aliaj cu memorie a formei
destinat utilizării pe scară largă, Nitinolul, fiind comercializat ulterior sub numele de Nitinol
(un acronym de la Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Aliajul care a dat
naştere acestui material conţine 58,8% Nichel, Oxigen – maxim 0,05%, Carbon 0,02%,
restul de procente (relativ la masă) fiind Titan. Chiar dacă aceste valori sunt aproximativ
exacte cu cele folosite la fabricarea respectivului aliaj, proprietăţile care caracterizează
denumirea de material cu memorie se datorează tratamentului termic şi modului în care a
fost realizat acest aliaj. Memoria acestui aliaj constă în proprietatea materialului de a fi
supus unei solicitări mecanice care conduce la deformarea plastică a corpului alcătuit din
acest material, deformare care este înlăturată numai în clipa în care materialul cu memorie
este supus unei temperaturi ridicate de recuperare a formei. O altă proprietate deosebită a
acestui aliaj constă în superelasticitatea prezentată de aliajele cu memorie a formei,
superelasticitate exploatată cu succes, mai ales în construcţia arcurilor.
Aceste fenomene se explică prin prezenţa fazei de transformare martensitică de
simetrie redusă, pentru temperaturi scăzute sau temperatura ambiantă, respectiv, odată
cu încălzirea materialului, trecerea la o fază cu simetrie cristalografică ridicată - austenită.
Această reorganizare structurală are efecte macroscopice care conduc la variaţii
dimensionale ale aliajelor, fapt ce poate fi exploatat în construcţia unor dispozitive eficiente
energetic şi miniaturizabile.
Cele mai cunoscute aliaje care prezintă efectul de memorie a formei sunt NiT
(Nichel – Titanium), CuZnAl, şi CuAlNi.
Primele experimente legate de fenomenele de memoria formei
(pseudoelasticitate, efect simplu de memoria formei, efect de memoria formei în dublu
sens, efect de amortizare a vibraţiilor, efecte premartensitice, etc.) au fost efectuate pe
monocristale. Cum monocristalele aliajelor pe baza de cupru se obţin mai uşor, acestea au
fost materialele experimentale care au permis, în anii '70, stabilirea atât a originii
microstructurale a fenomenelor de memoria formei cât şi a legăturii dintre acestea şi
transformarea martensitică.

6. - 6 -
"Vedeta" materialelor cu memoria formei este în mod incontestabil aliajul
NITINOL, numit astfel după Ni-Ti şi Naval Ordnance Laboratory (actualmente Naval
Surface Warfare Center) - locul unde a fost descoperit. Aliajul Ni-Ti prezintă în stare
policristalină excelente caracteristici legate de fenomenele de memoria formei, cum ar fi
capacitatea de înmagazinare a energiei elastice la încărcarea izotermă (42 MJ/m3
) sau
deformaţiile maxime care pot fi recuperate în cadrul memoriei mecanice (10 %) sau
termice (8%). S-a calculat că în 50 l de Nitinol se poate înmagazina tot atâta energie cât în
motorul unei maşini.
În anii '80 s-a manifestat cea mai intensă activitate legată de inventica aplicaţiilor
materialelor cu memoria formei, media numărului de brevete prezentate la nivelul
deceniului respectiv fiind de două pe zi. Ulterior, preocuparea de-a găsi noi aplicaţii pentru
aceste materiale "revoluţionare" considerate drept o "soluţ ie care îşi caută problema" [s-a
redus în mod simţitor, numărul total de cereri de brevete depăşind doar 15000 în anul
1996.
Compania americană RAYCHEM a fost timp de 20 de ani liderul mondial absolut
al industriei materialelor cu memoria formei. În anii '90 compania şi-a limitat activitatea, în
mod exclusiv, la colaborarea cu Pentagonul.
Stârnit de americani, interesul pentru aceste materiale s-a transmis mai întâi
marilor companii transnaţionale - cum ar fi General Electrics, IBM, Boieng, Texas
Instruments sau General Motors - şi apoi altor ţări din "Zona Pacificului" - Japonia China,
Taiwan, Australia]. În Europa primele dispozitive electrice acţionate prin materiale cu
memoria formei au fost produse de firma elveţiană ASEA BROWN BOVERY (1970). La
ora actuală se consideră ca ţările europene cele mai implicate în industria materialelor cu
memoria formei sunt Franţa (unde societatea IMAGO produce exclusiv dispozitive pe bază
de Cu-Zn-Al) şi Germani

7. II. STRUCTURA PROCESULUI FIZICO-MECANIC CARE GUVERNEAZĂ
MEMORIA FORMEI
Principalul fenomen care a fost pus în legătura cu comportamentul de memoria
formei este cunoscut de peste 100 de ani şi perpetuează amintirea ilustrului metalograf
german Von Martens - transformarea martensitică
Schema efectului de de memorie a formei
1. Transformarea martensitică
Denumirea transformării provine de la produsul de reacţie - martensita - "un
microconstituent...din oţelul călit caracterizat printr-un model acicular sau aciform", obţinut
dintr-o soluţie solidă stabilă la temperaturi înalte, - austenita pe bază de FeY, cu reţeaua
cristalină cubică cu feţe centrate (cfc) - şi a fost observată pentru prima dată la oţelurile-
carbon.
a. Transformarea martensitică din otelurile-carbon
Martensita din oţelurile-carbon este cunoscută încă din 1895 ca o soluţie solidă
suprasaturată, instabilă, de carbon dizolvat în Fea şi obţinută la viteze foarte mari de
răcire]. Caracteristicile transformării martensitice din oţelurile-carbon pot fi prezentate atât
la nivel macroscopic cât şi la nivel microscopic.
La nivel macroscopic, transformarea martensitică din oţelurile-carbon, cu mai mult
de 0,2 %C, se caracterizează prin:
- variaţie de volum de cca. 4 %, însoţită de apariţia microreliefului pe suprafeţele
probelor lustruite şi călite;
- degajarea unei importante cantităţi de căldură latentă asociată cu transformarea
martensitică ( transformare exotermă);
- necesitatea depăşirii unei viteze critice de răcire pentru împiedicarea producerii
transformărilor intermediare (de exemplu transformarea bainitică);
- 7 -

8. - 8 -
- transformarea este de tip exploziv, viteza ei fiind limitată doar de viteza de
propagare a sunetului prin oţel, astfel încât călirea unei piese mici în apa dintr-un vas
Dewar duce la spargerea acestuia, din cauza undei de şoc creată de transformare;
- durificarea materialului;
- transformarea se compune dintr-o forfecare simplă (cca. 0,19), de aprox. 20 de
ori mai mare decât deformaţia elastică şi o alungire sau contracţie pe o direcţie
perpendiculară (0,09);
- lipsa reversibilităţii (la încălzire intervine difuzia);
- transformarea se produce numai în timpul răcirii continue, cu viteze de minimum
6000C/s, prin germinarea şi creşterea de noi plăci de martensită (şi nu prin creşterea celor
vechi), în intervale de timp de ordinul a 10- s, deci nu este necesară activarea termică
(transformarea este atermică) deoarece cantitatea de martensită nu depinde de durata de
menţinere la o anumită temperatură;
- transformarea este în primul rând indusă termic (prin variaţia temperaturii) dar
poate fi cauzată şi de deformarea plastică (transformare indusă mecanic sau sub tensiune)
La nivel microscopic, transformarea martensitică se caracterizează prin:
- Apariţia martensitei cu formă platiform-lenticulară şi cu două morfologii tipice: (i)
în şipci (masivă sau cu defecte interne), cu dimensiuni de ordinul a 200 x 4 x 0,4-10"6m şi
densităţi foarte mari de dislocaţii, care apare între 0,2-0,6 %C şi (ii) în plăci, cu o nervură
centrală şi cu atât mai multe macle interne ca cât conţine mai mult carbon.
- Existenţa unei relaţii de orientare - între austenita y cu structură cubică cu feţe
centrate (cfc) şi martensita de călire a' cu structură tetragonală cu volum centrat (tvc)
asociată cu apariţia unui plan nedeformat şi nerotit (plan habital invariant) care asigură un
mecanism de creştere rapidă a martensitei. Apariţia planului habital a fost explicată prin
producerea a patru deformaţii elementare.: (i) o deformaţie omogenă simplă (distorsiunea
Bain); (ii) o forfecare neomogenă invariantă prin alunecare sau maclare; (iii) rotaţia reţelei
transformate şi (iv) dilatarea uniformă a interfeţei austenită-martensită (A/M).
- Transformarea se produce fără difuzie deci austenita şi martensita au aceeaşi
compoziţie chimică.
- Apariţia unor unghiuri caracteristice între plăcile de martensită, drept consecinţă
a relaţiei de orientare între austenită şi martensită, care face ca martensita să poată
apărea numai în 24 de variante cristalografice.
- Acomodarea martensitei (cu volum mai mare decât austenita) prin deformarea
ireversibilă a matricei austenitice ceea ce duce la pierderea coerenţei dintre cele două
faze.

9. - Martensita are o substructură fină în care se regăsesc în special dislocaţii şi în
mai mică măsura macle şi defecte de împachetare.
- 9 -
b.
c.
Transformarea martensitică din aliajele tip β, cu memoria formei
Există sisteme de aliaje la care austenita este o soluţie solidă pe bază de compus
intermetalic electronic de tip P (care este în general echiatomic, ca de exemplu: AuCd,
AuMn, AuCu, AgCd, NiTi, CuZn, NiAl, ZrCu, etc.) cu concentraţia electronică exprimată
prin ne/na = 3/2 şi celula elementară cu simetrie cubică cu volum centrat (cvc).
Principalele tipuri de aliaje de tip P cu memoria formei şi transformările lor
martensitice au fost sintetizate în tabelul II-1.
Transformarea martensitică din aliajele de tipγ cu memoria formei
Ca şi în cazul oţelurilor-carbon, există aliaje cu memoria formei (AMF) la care
austenita este o soluţie solidă de tip γ (cfc), în general dezordonată. Spre deosebire de
oţelurile-carbon, la care intervine difuzia şi implicit transformarea perlitică, transformarea
martensitică din AMF de tip γ este reversibilă, rezultând o martensită care poate fi cubică,
tetragonală, hexagonală, etc. În Tabelul II-2 sunt sintetizate cele mai cunoscute exemple
de sisteme de aliaje de tip fază γ.
Tabelul lI-1 Transformările martensitice din câteva aliaje semnificative de tip β, cu memoria formei

10. Tabelul lI-2 Transformările martensitice din câteva aliaje semnificative de tip γ, cu memoria formei
2. Legătura dintre transformarea martensitică şi fenomenele de memoria
formei
Cele mai importante fenomene de memoria formei sunt:
a. efectul pseudoelastic sau pseudoelasticitatea (PSE);
b. efectul simplu de memoria formei (EMF);
c. efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS)
d. Efectul de memorie a arestului termic (EMAT)
e. Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS)
f. Efectul de memorie a formei complet rotunde (EMFCR)
a. Efectul pseudoelastic sau pseudoelasticitatea (PSE);
Pseudoelasticitatea (PSE), asociată cu memoria mecanică, defineşte orice
neliniaritate de pe porţiunea de descărcare a unei curbe tensiune-deformaţie. La
materialele clasice, porţiunea de descărcare este paralelă cu porţiunea elastică de la
încărcare (BC // 0A, după cum s-a ilustrat cu linie continuă în Fig. II-3.
Fig. II-3 Reprezentare schematică a unor curbe de încărcare-descărcare la tracţiune în cazul unui material
clasic (linie continuă), unui material superelastic (linie întreruptă) şi a unui material pseudomaclat (linie-
punct)
- 10 -

11. Celelalte două curbe din Fig.II-3 sunt reprezentative pentru cele două tipuri
principale de pseudoelasticitate: superelasticitate (OA1B1C1D1O) şi pseudomaclare
(0A2B2C2). Acelaşi AMF poate prezenta, pe diverse domenii de temperatură, fie
pseudomaclare fie superelasticitate
- 11 -
b. Efectul simplu de memoria formei (EMF);
Efectul simplu de memoria formei (EMF) reprezintă redobândirea unică şi
spontană a „formei calde" în urma încălzirii materialului aflat în „forma rece". Forma caldă
este caracteristică domeniului austenitic iar forma rece celui martensitic. Cea mai clară
evidenţiere a EMF se realizează prin intermediul variaţiei alungirii în raport cu tensiunea şi
temperatura, ca în Fig. II-4
Fig.II-4 Ilustrarea efectului simplu de memoria formei (EMF) prin intermediul curbelor schematice din
spaţiul tensiune-deformaţie-temperatură: EF1G1 - EMF cu revenire liberă; EF2G2 - EMF cu revenire reţinută;
DF3G3 - EMF generator de lucru mecanic
În figură este reprezentată o curbă schematică de încărcare-descărcare la tracţiune,
OABCDE, în domeniul martensitic (T < As). După descărcare, se obţine forma rece,
caracterizată prin alungirea permanentă e ,
p mai mică decât cea totală, e ,
t din cauza revenirii
pseudoelastice. EMF este evidenţiat la creşterea temperaturii, în coordonate alungire-
temperatură sau tensiune-temperatură. În funcţie de condiţiile în care se produce
redobândirea formei calde, EMF poate fi: 1-cu revenire liberă (EF1G1), 2-cu revenire reţinută
(EF2G2) sau 3-generator de lucru mecanic (DF3G3). În Fig.II-4 forma caldă este
caracterizată prin alungirea remanentă e .
rem

12. - 12 -
c.
EMF cu revenire liberă (EF1G1) constă din contractarea materialului alungit, în
timpul încălzirii între punctele critice As' şi Af', când se produce trecerea spontană de la
forma rece (s )
p la cea caldă (s ).
rem Acest efect se produce în absenţa oricăror constrângeri
exterioare. Valoarea alungirii recuperabile (EMF) este mai mică la policristale decât la
monocristale, fiind mult influenţată de orientarea cristalografică. De exemplu, la
monocristalele de AMF Ni-Ti, EMF atinge 10,7% pe direcţia p ,
2 9,8% pe direcţia p ,
2 8,4%
pe direcţia p2 şi 2,7% pe p2 .
EMF cu revenire reţinută (EF2G2) se produce atunci când elementul de memoria
formei este împiedicat să-şi redobândească forma caldă, prin încălzire. În exemplul din
Fig.II-4 se observă că este păstrată forma rece, caracterizată prin alungirea sp
şi din acest motiv, în timpul încălzirii între As' şi Af',este generată tensiunea o, în punctul G2.
Cercetările au arătat că EMF cu revenire reţinută poate fi evidenţiat chiar şi la un AMF care
este menţinut în domeniul elastic, cu condiţia să existe o diferenţă între forma caldă şi cea
rece. Această evidenţiere a avut loc atât la AMF de tip Cu-Al-Ni cât şi la AMF de tip Cu-Zn-
Al.
EMF generator de lucru mecanic (DF3G3) este evidenţiat sub efectul unei tensiuni
o, menţinută constantă, în timpul încălzirii. Deoarece prin EMF este efectuată o deplasare sp-
srem prin învingerea unei tensiuni o, este generat lucrul mecanic util pe unitatea de volum:
Lutil = o(s -s ).
p rem
EMF, în special cel generator de lucru mecanic, reprezintă una dintre cele mai
spectaculoase şi mai utile aplicaţii ale AMF. În lucrările anterioare au fost prezentate
descrieri detaliate ale comportării termomecanice, caracterizării macroscopice şi metodelor
practice de analiză a EMF.
Efectul de memorie a arestului termic (EMAT)
Efectul de memorie a arestului termic (EMAT) constă din „amintirea" temperaturii
de întrerupere a transformării din ciclul termic precedent. EMAT este o consecinţă a
energiei de deformare care, în momentul întreruperii transformării martensitice, rămâne
blocată în structura autoacomodantă a martensitei. EMAT se manifestă în mod diferit în
funcţie de starea materialului (de exemplu: recopt + călit, deformat la rece + restaurat) sau
de natura lui (de exemplu: Ni-Ti, Cu-Zn-Al).
La AMF Ni-Ti echiatomic, obţinut prin topire cu arc electric, laminat la 1073 K,
rectificat mecanic, recopt şi călit, s-a observat că EMAT nu se manifestă decât în urma
întreruperii (arestului) transformării martensitice inverse (M^-A), după cum arată Fig.II-5.

13. Fig.II-5 Termograme DSC ilustrând efectele întreruperii (arestului) transformarii martensitice în primul ciclu
termic (abcde-fghij, cu linie-punct) asupra transformarii similare din ciclul al doilea, la un AMF Ni50Ti50
recopt si calit:
d. Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS)
Efectul de memoria formei în dublu sens (EMFDS) reprezintă redobândirea
spontană atât a formei calde cât şi a celei reci, la încălzire respectiv răcire. Cele două
forme, reproduse la sfârşitul încălzirii şi respectiv răcirii, nu sunt formele caldă şi respectiv
rece, iniţiale, deoarece se caracterizează prin deformaţii mai mari. Pentru exemplificare, în
Fig. II-6 este prezentată obţinerea EMFDS în cazul unei lamele de 0,9 g, din AMF pe bază
de Cu-Zn-Al, supusă ciclurilor de încălzire-răcire, cu încovoiere sub o sarcină de 300 g,
aplicată la capătul liber.
Fig.II-6 Evoluţia deflectogramelor, de la primul la cel de-al cincilea ciclu, până la obţinerea EMFDS,
- 13 -

14. Pentru obţinerea EMFDS este necesară aplicarea unui tratament termomecanic special,
numit „educare", ce constă din parcurgerea repetată a unui traseu în spaţiul tensiune-
deformaţie-temperatură. Se pot utiliza mai multe proceduri de educare cum ar fi:
1. educare prin supradeformare în stare martensitică;
2. educare prin cicluri de memoria formei;
3. educare prin efect pseudoelastic;
4. educare prin ciclare combinată EMF/PSE;
5. educare cu intervenţia difuziei atomice
6. educare sub tensiune constantă, ca în exemplul prezentat în Fig.II-6.
Educarea sub tensiune constantă se poate face prin mai multe variante de aplicare
a sarcinii: numai la răcire; numai la încălzire sau pe întreg ciclul termic.
- 14 -
e. Efectul de memorie a formei complet rotunde (EMFCR)
Efectul de memorie a formei complet rotunde (EMFCR) este asemănător EMFDS
dar nu apare decât la AMF Ni-Ti care conţin peste 50,5 % at., Ni. Memoria formei complet
rotunde presupune intervenţia difuziei atomice deoarece aliajului i se imprimă o formă
rotundă, în stare martensitică, după care este îmbătrânit în stare austenitică, fără a i se
permite recuperarea formei calde. Tratamentul termic tipic, cu revenire reţinută durează
până la 50 de ore. La răcirea până în domeniul martensitic, după îndepărtarea constrângerii
aplicate şi eliberarea materialului, se costată curbarea în sens exact opus, astfel încât
straturile exterioare, care erau comprimate, devin alungite şi vice-versa. La ciclarea termică
ulterioară între domeniile martensitic şi austenitic materialul îşi modifică spontan forma între
cele două moduri opuse de curbare.
Un exemplu de obţinere a EMFCR, cazul unei lamele din AMF Ni51Ti49, este
prezentat în Fig. II-7
Fig.II-7 Ilustrare schematică e modului de obţinere a efectului de memorie a formei complet
rotunde

15. III. TIPURI DE MATERIALE CU MEMORIA FORMEI
Cele mai importante AMF sunt aliajele pe bază de NiTi, CuZnAl, CuAlNi, CuAlBe
[71], [105], a căror proprități sunt prezentate în tabelul urmator:
Aliajele NiTi au cele mai bune proprietăţi pentru a fi utilizate în industria
automobilistică. Dintre acestea pot fi amintite:
- rezistenţă bună la coroziune în multe medii (acide, bazice, etc.);
- capacitate înaltă de supraîncălzire;
- număr mare de cicluri de lucru în cazul solicitărilor uni- şi bidirecţionale, de acest
motiv sunt recomandate pentru utilizarea ca actuatoare şi senzori;
- proprietăţi bune de biocompatibilitate, ceea ce determină utilizarea în tehnica
medicală;
- domeniul temperaturilor de transformare aflat în intervalul -100°C....100°C
(120°C) .
- 15 -

16. - 16 -
În funcţie de domeniul de utilizare şi aplicție, aliajele din NiTi prezintă următoarele
proprietăţi, ditre care amintim:
- prelucrabilitate dificilă;
- inerţie la transformare, rezultată din durata lungă de răcire a aliajului, respectiv
timpul lung necesar pentru modificarea temperaturii, mai ales la elementele groase;
- posibilităţi limitate de creştere a temperaturilor de transformare, în detrimentul
unor proprietăţi funcţionale importante (cursă, solicitare mecanică) .
IV. APLICAŢII ÎN INDUSTRIA AUTOMOBILELOR
Sistemele de siguranţă ale autovehiculelor, implică folosirea AMF
Siguranţa rutieră urmăreşte sesizarea, cunoaşterea şi modelarea factorilor care
concură la evitarea producerii accidentelor de circulaţie rutieră sau, în extremis, la
diminuarea consecinţelor acestor accidente.
Întrucât în structura sistemelor de siguranță intră componente care pot fi realizate
din AMF, acestea vor fi analizate din această perspectivă. Din punct de vedere al
funcționării sistemelor de siguranță ale autovehiculelor, ele pot fi active și pasive.
Sistemele de siguraţă activă se referă la totalitatea echipamentelor şi
capacităţilor unui autovehicul de a evita producerea de coliziuni. Practic, sistemele din
cadrul siguranţei active au ca scop prevenirea accidentelor.
Sistemele pasive înglobează totalitatea funcţiilor unui autovehicul care au rolul de
a proteja viaţa şi integritatea corporală a pasagerilor şi a pietonilor în timpul şi după
producerea coliziunilor. Ele sunt active din momentul coliziunii.
Sisteme de siguranţă în structurile cărora se pot utiliza AMF
Sistemele de siguranță sunt analizate tabelar performanțelor (timp de acționare,
cursă realizată și forța mecanică dezvoltată). În urma analizării caracteristicilor tehnice ale
sistemelor destinate asigurării siguranței autovehiculelor și pasagerilor, în condițiile unei
coliziuni, au rezultat oportunitățile pentru utilizarea AMF în concepția actuatoarelor și
elementelor de acționare ale acestora . În dreptul coloanei „observaţii” este completat cu
„Da” (verde), „Posibil”(galben) şi „Nu”(roşu) ceea ce reprezintă posibilitatea utilizării AMF
în structurile acestor sisteme (Tabelul IV-1)
Sistemele marcate cu roşu, sunt sisteme de avertizare şi prelucrare de date, unde
funcţia realizată de un actuator lipseşte. Prin urmare, ele au fost introduse în categoria
sistemelor în a căror structuri nu pot fi utilizate AMF

17. Sistemul centurii de siguranţă pirotehnic impune un timp de acţionare foarte mic
(0.008- 0.018s). Ţinând cont de faptul că funcţionează doar o singură dată (în caz de
coliziune), acest sistem poate fi înlocuit cu actuatori cu AMF care sunt reversibili.
Pe de altă parte sistemul centurii de siguranţă cu actuator electric, poate fi înlocuit
cu actuatori din AMF.
Tabelul IV-1
- 17 -

18. Pentru ca AMF să poată fi introduse în structura sistemelor de siguranță este
necesar să se desfășoare cercetări și studii pentru determinarea soluțiilor tehnice capabile
să realizeze:
- activarea într-un anumit interval de timp (t=1s și t=0.6s);
- capacitatea de disipare a unei anumite energii mecanice în condiții de impact.
Cu toate că în structura caroseriei autovehiculelor nu sunt actuatori care să preia
diferite sarcini, ea a fost inclusă în categoria sistemelor în care se pot utiliza AMF. Pentru
aceasta, în cadrul lucrării se va determina capacitatea AMF de a disipa energie mecanică,
la diferite viteze și temperaturi.
Sistemul airbag este inclus în grupa cu potenţial crescut de a utiliza AMF. O
posibilitate de a utiliza AMF în structura airbagului este aceea de a modifica orificiul de
umplere a sacului, controlat de unitatea electronică a sistemelor Pre-Crash. Pentru
aceasta, în cadrul aplicațiilor se va prezenta un prototip de microcontroler, capabil să
controleze pozițiile intermediare ale firului din AMF.
Este bine ştiut faptul că fiecare conducător al auto are o poziție față de ansamblul
volancoloană de direcţie. Aprecierea rezultată în urma studiului este aceea că într-un
procent de 70%, capul conducătorului autovehiculului nu este în poziţia ideală pentru
airbag („in position” sau „out of position”), fapt ce poate duce la vătămări ulterioare. Din
această perspectivă există posibilitatea de a utiliza AMF în cadrul ansamblului amintit.
Alte utilizări ale AMF în industria automobilelor
- ramele conductoare din AMF Cu-Zn-Si-Sn (conectorilor electrici de tip permanent),
utilizate la asamblarea circuitelor integrate. Principiul constructiv-functional al uneia dintre
aceste metodele de asamblare este ilustrat în Fig.IV-II
Fig.IV-II
- Dispozitive de fixare
La dispozitivele de fixare, materialele cu memoria formei se folosesc sub forma de
inele ce lucreaza în domeniul austenitic si care permit obtinerea unor asamblari
- 18 -

19. - 19 -
permanente, nedemontabile. La încalzire, inelele sufera EMF cu revenire retinuta si nu-si
mai modifica forma la racire.
Sistemele de fixare pe baza de AMF au urmatoarele avantaje:
- controlul tensiunii de strângere (max. 400 MPa) prin deformatia de contact (max.
1,5 %);
- tolerante mai mari ale pieselor conjugate ce pot compensa abateri dimensionale
mai mari decât alte sisteme de fixare;
- presiune radiala uniforma;
- temperatura scazuta de instalare;
- instalare usoara (ce poate fi automatizata);
- temperaturi variate de functionareC.
În plus, aceste inele pot fi instalate într-o pozitie foarte precis localizata, fixând
anumite elemente (rulmenti, roti dintate, etc.) într-un loc prestabilit de-a lungul unui ax sau
arbore.
Prin marcarea inelului cu o vopsea termocromatica, se poate urmari daca
încalzirea pentru instalarea lui s-a efectuat pâna la temperatura corespunzatoare.
- Actuatori termici cu memoria formei
Acest tip de aplicatii transforma energia termica în energie mecanica. Configuratia
cea mai des utilizata, de actuator termic cu memoria formei, este cea de resort elicoidal.
Actuatorii termici cu memoria formei pot fi utilizati în doua scopuri: (i) detectarea
unei anumite temperaturi (când joaca rol de senzori) sau (ii) efectuarea de lucru mecanic
atunci când ating o anumita temperatura.
Energia termica, necesara declansarii actuatorilor este transmisa elementului cu
memoria formei prin convectie (naturala sau fortata), prin conductie termica sau chiar prin
radiatie.
În comparatie cu actuatorii bimetalici sau cu cei cu parafina, actuatorii cu memoria
formei, a caror curba tipica deplasare-temperatura este ilustrata în Fig.2.148(c), au
urmatoarele avantaje:
a - în raport cu bimetalele termostatice: dezvolta forte mai mari si curse (de pâna
la 200 ori) mai mari precum si deplasari mai variate (în comparatie cu încovoierea);
b - în raport cu actuatorii cu parafina: timpii de reactie sunt mai redusi si forma
constructiva este mult mai simpla;
c - au o capacitate mult mai ridicata de înmagazinare a energiei pe unitatea de
volum: (6-25)·106 J/m3.
Pe lânga forma de resort elicoidal, actuatorii termici cu memoria formei pot fi:
arcuri spirale; sârme; lamele; bare de torsiune, încovoiere sau compresiune, etc.

20. Industria de automobile utilizeaza actuatori termici cu memoria formei în
urmatoarele scopuri: 1-deschiderea clapetei de la radiator; 2-cuplarea ventilatorului; 3-
controlul combustibilului; 4-controlul climatizarii la bord; 5-controlul temperaturii motorului;
6-aerisirea frânelor; 7-controlul transmisiei; 8-reducerea zgomotului; 9-reglarea suspensiei.
Printre aplicatii se numara: compensatori termici de putere; saibe de reducere a
zgomotului; supape de reducere a emisiei de fum, etc.
Cele mai reusite aplicatii, din industria de autovehicule, ale actuatorilor termici cu
memoria formei sunt supapele de reglare automata a presiunii uleiului în sistemele de
transmisie si comutatoarele electrice ale ventilatorului din instalatiile de racire.
Schema de functionare a unei supape termice pentru reglarea automata a
presiunii uleiului în transmisia autovehiculelor este ilustrata în Fig.IV-3
.
Fig.IV-3
La T < Mf, Fig. .IV-3 (a), supapa este închisa, deoarece accesul uleiului de
transmisie (1) este blocat de pistonul (3) care este împins de resortul din otel pentru
restabilire (4), comprimând resortul din AMF (5). La T > Af, Fig. .IV-3 (b), supapa se
deschide, accesul uleiului este permis, ceea ce asigura regularizarea presiunii uleiului în
instalatie. În felul acesta este îmbunatatita functionarea "la rece" a transmisiei, fiind
asigurata o cuplare mai lina la temperaturi scazute, atunci când uleiul este mai vâscos.
Alte variante de supape termice sunt utilizate pentru a controla faza de încalzire a
transmisiilor automate, reducând emisia de fum si consumul de combustibil.
Comutatorul electric al ventilatorului, din instalatiile de racire ale motoarele
Diesel. Acest ventilator trebuie pornit sau oprit ori de câte ori temperatura apei din
instalatie creste peste o valoare admisibila, respectiv scade sub valoarea de regim.
Problema majora pe care trebuie s-o depaseasca acest comutator electric este nivelul
ridicat al vibratiilor existente în vecinatatea unui astfel de motor. Din acest motiv,
termostatele bimetalice, utilizate în mod curent în astfel de situatii, nu au putut asigura
forte si curse de comutare suficient de ridicate. Comutatorul este actionat de un resort din
AMF al carui principiu de functionare este ilustrat în Fig.IV-4.
Atunci când temperatura apei de racire creste peste limita permisa, resortul
din AMF (4) devine austenitic, sufera EMF, comprima resortul de restabilire (2) si
- 20 -

21. deplaseaza pistonul (1) pâna când declanseaza contactul electric (7) care sta deschis
doar atât timp cât este apasat si care comanda pornirea ventilatorului. Când temperatura
apei scade, resortul din AMF se înmoaie si este din nou comprimat de pistonul împins de
resortul de restabilire. Atunci, contactul electric este eliberat, comandând oprirea
ventilatorului.
Fig.IV-4
Mecanisme de închidere centralizata
Actuatorul este reprezentat prin arcul elicoidal din AMF (1) care, atunci când este
încalzit electric, împinge cremaliera culisanta (2), comprimând arcul din otel pentru
- 21 -

22. - 22 -
restabilire (7). În timp ce culiseaza pe tija-suport a opritorului (3), cremaliera antreneaza în
miscare de rotatie pinionul (4) care transmite miscarea la sectorul dintat (5). Odata cu
acesta, se roteste si încuietoarea (6) care asigura blocarea propriu-zisa.

23. - 23 -
V. BIBLIOGRAFIE
1. Ardeleanu, R, Bujoreanu L-G, Sacarescu, G, Sacarescu, V, Simionescu, M, Materiale
nemetalice cu memoria formei, structura – proprietati – aplicatii
2. Bujoreanu L-G, Materiale inteligente, Editura Junimea, Iaşi, 2002
3. Cercetări privind utilizarea materialelor noi în structurile sistemelor de siguranţă ale
autovehiculelor, Drd. Ing. Viorel GHEORGHIŢĂ, Brasov 2013
4. Gheorghiţă V., Guempel P., Chiru A. i Strittmatter J., Future application of Ni-Ti alloys
in automotive safety systems, International Journal of Automotive Technology, 2013
5. http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Aplicatiile-materialelor-cu-me1921619422.php