5.2.3. Титан и сплавы на его основе

Легирование титановых сплавов. Классификация и общая характеристика сплавов. Сплавы с эффектом памяти механической формы

 Титан по распространенности в земной коре занимает среди конструкционных металлов четвертое место, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Титан - металл IV группы периодической системы с атомным номером 22, атомной массой 47,3, относится к переходным элементам. Титан обладает удельным весом порядка 4500 кг/м³ и довольно высокой температурой плавления, ~1665± 5^оС. Модуль упругости у титана низкий Е= 112 ГПа, почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля. Коэффициент теплопроводности составляет 18,85 Вт/(м·К), почти в 13 раз ниже, чем у алюминия и в 4 раза ниже, чем у железа. Имеет низкий коэффициент линейного термического расширения - 8,15 х 10⁶ К^-1 (50% от коэффициента расширения аустенитной нержавеющей стали).  Титан обладает высоким удельным электросопротивлением. Титан - парамагнитный металл.

Титан - твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза - железа и меди. Титан химически стоек. На поверхности титана легко образуется стойкая оксидная пленка TiO₂, вследствие чего он обладает высокой сопротивляемостью коррозии в пресной и морской воде и в некоторых кислотах, устойчив против коррозии под напряжением. Во влажном воздухе, в морской воде и азотной кислоте он противостоит коррозии не хуже нержавеющей стали, а в соляной кислоте во много раз лучше ее. При температурах выше 500°С титан и его сплавы легко окисляются и поглощают водород, который вызывает охрупчивание (водородная хрупкость).

            Титан имеет две полиморфные модификации:

·         низкотемпературную модификацию a -Ti, устойчивую до 882°С, (ГП - решетка а = 0,296 нм, с = 0,472 нм)

·         высокотемпературную b -Ti, устойчивую выше 882^оС (ОЦК решетка а= 0,332 нм).

На механические свойства титана значительно влияют примеси кислорода, водорода, углерода и азота, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: оксиды, гидриды, карбиды и нитриды, повышая его характеристики прочности при одновременном снижении пластичности. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми и даже тысячными долями процента. Опасность водородной хрупкости, особенно в напряженных сварных конструкциях ограничивает содержание водорода. В техническом титане оно находится в пределах 0,008 - 0,012%.

Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью и в условиях глубокого холода, сохраняя при этом достаточную пластичность.

t, оС	+20	-70	-196
s В, МПа	600-700	800...900	1000...1200
d, %	20-30	10-5	3-10

Сплавы на основе титана

Для получения сплавов титан легируют Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Zr, Nb. Титан легируют для улучшения механических свойств, реже — для повышения коррозионной стойкости. Удельная прочность (s_в/r) титановых сплавов выше, чем легированных сталей.

Все легирующие элементы по влиянию на полиморфизм титана подразделяются на три группы:

1. a -стабилизаторы — элементы, повышающие Тпп титана (Рис. 5.13 а). Из металлов к числу a -стабилизаторов относятся Al, Ga, In, из неметаллов — C, N, O.

2. b -стабилизаторы —элементы, понижающие Тпп титана. Их можно разбить на три подгруппы. В сплавах титана с элементами 1 подгруппы при достаточно низкой температуре происходит эвтектоидный распад b -фазы b à a +g (Рис. 5.13 б); к их числу относятся Si, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, называемые эвтектоидообразующими b -стабилизаторами.

а

б

в

Рисунок 5.13. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфного превращения титана

В сплавах титана с элементами 2 подгруппы b -раствор сохраняется до комнатной температуры (Рис. 5.13 в). К числу этих элементов принадлежат V, Mo, Nb, Ta. Поскольку они образуют непрерывные твердые растворы с b -титаном, их назвали изоморфными b - стабилизаторами.

В сплавах 3 подгруппы равновесная b - фаза также стабилизируется при комнатной температуре, но непрерывных твердых b - растворов не образуется. К элементам этой подгруппы относятся Re, Ru, родий Rh, осмий, иридий, которые в области, богатой титаном, дают с ним такую же диаграмму состояния, как и изоморфные b -стабилизаторы (см. Рис. 3). Их можно назвать квазиизоморфными b - стабилизаторами.

3. Третья группа представлена легирующими элементами, мало влияющими на Тпп титана. Это олово, цирконий, германий, гафний и торий, которые называют нейтральными упрочнителями.

Почти все промышленные титановые сплавы содержат алюминий.

Классификация титана и его сплавов

Технический титан и его сплавы получают из титановой губки. Титановая губка — это пористое серое вещество с насыпной массой 1,5—2,0 г/см³ и очень высокой вязкостью.

В зависимости от содержания примесей технический титан подразделяют на несколько сортов: ВТ1-00 (99,53% Ti), ВТ1-0 (99,48 % Ti) и ВТ1-1 (99,44 % Ti).

Принятая в настоящее время классификация титановых сплавов основана на структуре, которая формируется при отжиге по промышленным режимам. Она включает:

1. a -сплавы, структура которых представлена a -фазой.

2. Псевдо- a -сплавы, структура которых представлена a - фазой и небольшим количеством b -фазы (не более 5%) или интерметаллидов.

3. (a +b ) -сплавы, структура которых представлена a - и b -фазами; сплавы этого типа также могут содержать интерметаллиды.

4.      Псевдо-b -сплавы со структурой в отожженном состоянии, представленной a -фазой и большим количеством b -фазы; в этих сплавах закалкой или нормализацией из b -области можно легко получить однофазную b -структуру.

5.      b -сплавы, структура которых представлена термически стабильной b -фазой.

6.      Сплавы на основе интерметаллидов.

Общая характеристика титановых сплавов

Практически все титановые сплавы, за редким исключением, легируют алюминием, который имеет следующие преимущества перед остальными легирующими компонентами:

а) широко доступен и сравнительно дешев;

б) плотность алюминия значительно меньше плотности титана, поэтому введение алюминия повышает удельную прочность сплавов;

в) алюминий эффективно упрочняет a -, (a +b )- и b - сплавы при сохранении удовлетворительной пластичности;

г) с увеличением содержания алюминия повышается жаропрочность сплавов;

д) алюминий повышает модули упругости;

е) с увеличением содержания алюминия в сплавах уменьшается их склонность к водородной хрупкости.

Однако с увеличением содержания алюминия повышается чувствительность титановых сплавов к солевой коррозии, а также уменьшается их технологическая пластичность. Поэтому если есть опасность контакта сплавов с поваренной солью при работе в интервале температур 250—550°С или необходима высокая технологическая пластичность, содержание алюминия в титановых сплавах следует ограничивать.

Титановые a -сплавы, помимо Al, легируют нейтральными упрочнителями (Sn и Zr). Весьма ценным свойством a -сплавов титана является их хорошая свариваемость; эти сплавы даже при значительном содержании алюминия однофазны, поэтому не возникает охрупчивания шва и околошовной зоны.

К недостаткам a -сплавов относится их сравнительно невысокая прочность, сплавы этого класса термически не упрочняются. При содержании более 6% (по массе) Al технологическая пластичность сплавов невелика. С увеличением содержания алюминия повышаются рабочие температуры титановых a -сплавов. Однако при этом возникает опасность их охрупчивания в результате выделения фазы a ₂. Сплавы этого класса, хотя и в меньшей степени, чем титан, склонны к водородной хрупкости.

Сплав ВТ5, содержащий 5%Al отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Применяются для деталей, работающих при температурах до 400°С.

Сплав ВТ5-1, относящийся к системе Ti—Al— Sn более технологичный, чем BT5 и предназначен для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных до 450°С.

Дисперсионно твердеющие a -сплавы представлены английским сплавом Ti+2%Cu. В отожженном и закаленном состоянии сплав малопрочен и пластичен и имеет такую же технологичность, как и технический титан. При старении сплав упрочняется на 30—50% за счет дисперсионного твердения и приобретает s_В=750—800 МПа. Из сплава Ti+2%Cu в Англии изготовляют листы и полосы. Этот сплав сваривается, причем пластичность сварного соединения практически такая же, как у основного металла.

В псевдо-a -сплавы для повышения прочности и жаропрочности при сохранении достаточной технологичности и свариваемости наряду с алюминием следует вводить b -стабилизаторы. Псевдо-a -сплавы при одинаковой с a -сплавами пластичности обладают на 10—20% более высокой прочностью, что обусловлено существенным измельчением зерна при переходе от a - к (a +b ) -структуре. При комнатной температуре псевдо-a -сплавы отличаются более высокой технологической пластичностью по сравнению с a -сплавами.

Псевдо-a -сплавы отличаются высокой термической стабильностью, хорошей свариваемостью. Существенный недостаток псевдо-a -сплавов — их высокая склонность к водородной хрупкости.

Эту группу представляют сплавы системы Ti—Al—Mn (ОТ4-0; ОТ4-1; ОТ4; ВТ4; ОТ4-2), обладают высокой технологической пластичностью. Сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки. Недостатки этих сплавов: а) сравнительно невысокая прочность и жаропрочность; б) большая склонность к водородной хрупкости. С повышением содержания алюминия и марганца в этой серии сплавов прочность их возрастает, а пластичность и технологичность ухудшаются.

К этой группе принадлежат также сплавы ВТ20, ВТ18.

Сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный и жаропрочный листовой сплав по сравнению с ВТ5-1. Упрочнение сплава ВТ20 обусловлено его легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих длительно при температурах до 500°С.

Сплав ВТ18 относится к наиболее жаропрочным титановым сплавам; он может длительно работать при температурах 550—600°С. Высокая жаропрочность сплава обусловлена большим содержанием в нем алюминия и циркония. Однако, в отличие от других псевдо-a -сплавов сплав ВТ18 плохо сваривается.

Большинство a - и псевдо-a -сплавов применяют в отожженном состоянии.

Наиболее благоприятным сочетанием всех свойств отличаются двухфазные сплавы, состоящие из a +b - фаз. Эти сплавы характеризуются лучшей технологической пластичностью в отожженном состоянии по сравнению с a -сплавами, высокой прочностью, способностью к термическому упрочнению закалкой и старением, меньшей склонностью к водородной хрупкости по сравнению с a  и псевдо-a сплавами.

В отличие от a - и псевдо-a -сплавов a +b сплавы существенно упрочняются в результате закалки и старения.

Механические свойства отожженных (a +b )-сплавов существенно зависят от характера микроструктуры. Наибольшие различия наблюдаются для сплавов с зернистой и пластинчатой структурой. Для сплавов с зернистой структурой характерны высокая циклическая прочность, пластичность, технологичность.

Сплавы с пластинчатой структурой отличаются высокой вязкостью разрушения, ударной вязкостью, жаропрочностью при пониженных характеристиках пластичности и циклической прочности. Высокая вязкость разрушения титановых сплавов с такой структурой обусловлена сильным ветвлением трещин при их распространении.

Классическим примером таких сплавов является ВТ6 (Ti-6%Al-4%V) ВТ14 - Ti - 5Al - 1V - 3Mo и ВТ16 - Ti -2,5Al -5V - 5Mo). Их применяют в отожженном и термически упрочненном состоянии. К этой же группе принадлежат ВТ22 (Ti - 5Al - 5V - 5Mo - 1Fe - 1Cr) и новый сплав ВТ23 - Ti—4,5Al—4,5V—2Mo—1Cr—0,6Fe. Это среднелегированный (a +b)-сплав мартенситного класса.

Сплав этой группы ВТ8 (Ti - 6,5Al - 3,3Mo - 0,3Si - 0,5Zr) легирован молибденом, алюминием и небольшими количествами кремния, его структура в отожженном состоянии представлена a -фазой, b -фазой (10%) и небольшим количеством дисперсных силицидов. Сплав ВТ8 обладает высокой термической стабильностью; удовлетворительной пластичностью, но плохо сваривается, недостаточно технологичен. Сплав применяют в отожженном и термически упрочненном состоянии при температурах до 450— 500°С.

Сплав ВТ9 в отличие от ВТ8 дополнительно легирован цирконием (1,6Zr). Введение циркония в сплавы системы Ti—Al—Mo—Si приводит к повышению прочности почти без снижения пластичности при сохранении достаточно высокой термической стабильности. Ввиду благоприятного влияния циркония и высокого содержания алюминия сплав ВТ9 более жаропрочен, чем другие титановые (a +b ) сплавы. Сплав может работать до 500—550°С.

Псевдо-b -сплавы относятся к высоколегированным титановым сплавам, в которых суммарное .содержание легирующих элементов доходит до 20% и более. Хотя при закалке из b -области в этих сплавах фиксируется только b -фаза, она термически нестабильна и при старении распадается с выделением дисперсной a -фазы.

К преимуществам псевдо-b -сплавов относятся:

1. Высокая технологическая пластичность в закаленном состоянии. Это связано с тем, что b -фаза с ОЦК. решеткой по своей природе более пластична, чем гексагональная a -фаза.

2. Большой эффект термического упрочнения, что связано с большим пересыщением закаленной b -фазы. Распад пересыщенной b -фазы при старении обеспечивает повышение прочности сплавов в 1,5—1,7 раза.

3. Малая склонность к водородной хрупкости.

Недостатки псевдо b -сплавов:

а) невысокая термическая стабильность, в результате чего их нельзя применять для длительной работы при температурах выше 350°С;

б) неудовлетворительная свариваемость;

в) большой разброс механических свойств, вызванный химической неоднородностью сплавов в связи с высокой степенью их легирования и большой чувствительностью процесса старения к содержанию примесей внедрения;

г) сравнительно высокая плотность (5—5,1 г/см³).

Разработанные к настоящему времени псевдо-b -титановые сплавы можно разделить на две группы: а) легированные алюминием, b -стабилизаторами, а в некоторых случаях и нейтральными упрочнителями; б) легированные b -стабилизаторами и нейтральными упрочнителями.

Псевдо-b -сплав ВТ15 содержит 3-4% Al; 7- 8% Mo и 10-11,5%Cr. В закаленном состоянии сплав ВТ15 отличается невысокой прочностью, большой пластичностью (s _в = 880—1000 МПа; d =12-20%) и хорошо штампуется. Затем сплав термически упрочняют старением. При старении из пересыщенного b -раствора выделяются дисперсные частицы a -фазы, которые и обеспечивают упрочнение. После закалки и старения временное сопротивление разрыву составляет 1300-1500 МПа при удлинении около 6%.

Свариваемость этих сплавов затрудняет бурный рост зерна в b -области. По указанным причинам псевдо-b -сплавы первой группы применяют ограниченно.

Сплав ВТ30 (Ti - 11Mo - 5,5Zr - 4,5Sn). Сплав ВТ30 обладает высокой технологической пластичностью в закаленном состоянии, в котором хорошо поддается холодной обработке давлением. Сплав закаливают с температуры 800°С, а затем подвергают старению при 530°С. Отличительная его особенность — большая разница в прочностных свойствах в закаленном состоянии и после старения: временное сопротивление разрыву составляет 650—750 МПа после закалки, а после старения достигает 1400—1600 МПа.

В нашей стране в полупромышленном масштабе производят b -сплав 4201 (Ti+33%Мо), отличающийся высокой коррозионной стойкостью. В ряде областей применения он может заменять тантал, коррозионно-стойкие никелевые сплавы и даже золото и платину. Сплав отличается высокой технологической пластичностью, хорошо сваривается всеми видами сварки.

Титановые b - сплавы с термодинамически устойчивой b - фазой можно получить лишь на основе таких систем, в которых легирующие элементы имеют о.ц.к. решетку при комнатной температуре и образуют с b -титаном непрерывный ряд твердых растворов. К таким элементам принадлежат ванадий, молибден, ниобий и тантал. Однако стабильные b - фазы в этих сплавах образуются при таких высоких концентрациях компонентов, что титановые сплавы теряют основное их преимущество, а именно сравнительно малую плотность. Поэтому титановые сплавы со стабильной b - фазой не получили широкого промышленного применения.

Сплавы с эффектом памяти механической формы

Однажды, желая припугнуть жестокого египетского фараона, бог приказал пророку Моисею бросить на землю металлический жезл, который он держал в руке: жезл тотчас превратился в извивающуюся змею. Затем бог повелел Моисею взять ее за хвост, и когда тот выполнил приказ, змея выпрямилась и застыла, вновь став жезлом. Такова библейская легенда.

Некоторые сплавы титана обладают способностью запоминать, а затем восстанавливать ту форму, которая была придана металлическому изделию на определенном этапе обработки.

Примерно в начале 60-х годов в США был запатентован сплав нитинол, в состав которого входили почти в равных количествах никель и титан. Сплав оказался неплохим конструкционным материалом - легким, прочным, пластичным, коррозионностойким. Однако создатели сплава, словно предчувствуя, что он продемонстрировал далеко не все свои способности, продолжали проводить с ним новые эксперименты. И вот во время очередного опыта произошло нечто такое, что заставило ученых не поверить своим собственным глазам: нитиноловая проволочка, растянутая подвешенной к ней гирькой, после небольшого нагрева вдруг стала скручиваться в спираль, поднимая за собой груз. А ведь именно вид спирали проволока имела в начале опыта - до того, как ее нагрели и охладили, а затем подвесили к ней груз, заставивший ее вытянуться в струнку. Значит, нитинол “вспомнил” свою первоначальную форму?

Причиной столь нелогичного поведения металла являются так называемые обратимые мартенситные превращения. В чем же суть этого структурного явления?

Основу современной теории пластичности составляет представление о том, что неупругие деформации в кристаллах необратимы. Однако существуют металлические материалы, которые после значительного неупругого деформирования способны полностью восстанавливать форму за счет структурного превращения. Такие материалы обладают обратимостью неупругой деформации. Явление самопроизвольного восстановления формы - эффект памяти формы (ЭПФ) - может наблюдаться как в изотермических условиях, так и при температурных изменениях. При теплосменах такие металлические материалы могут многократно обратимо деформироваться.

Способность к восстановлению деформации не может быть подавлена даже при высоком силовом воздействии. Уровень реактивных напряжений некоторых материалов с ЭПФ может составлять до 1000 - 1300 МПа.

Особенностью сплавов с ЭПФ является ярко выраженная зависимость большинства свойств от структуры. Значения физико-механических характеристик меняются в несколько раз при обратимом фазовом переходе аустенит - мартенсит для разных сплавов в интервале температур от -150 до +150 °С.

Наиболее перспективными для практического применения являются сплавы Ti - Ni эквиатомного состава (примерно 50:50 % (ат.)), обычно называемые никелидом титана или нитинолом.

Сущность эффекта памяти заключается в том, что материал пластически деформируют при температуре выше температуры прямого мартенситного превращения (Т_Д > М_Н) с целью придания ему определенной (необходимой) формы, затем охлаждают до температур, обеспечивающих протекание мартенситного превращения (£ М_К) и деформируют в этой температурной области для получения удобной формы. При дальнейшем нагреве выше температуры начала обратного мартенситного превращения (А_Н) изделие вновь восстанавливает формы, которая была ему первоначально придана при температуре Т_Д выше М_Н. Схематически этот эффект изображен на Рис. 5.14.

М_н определяет нижнюю границу работоспособности материала с памятью, при этой температуре резко изменяются физико-механические свойства материала и развиваются релаксационные процессы.

ЭПФ проявляется в сплавах, характеризующихся термоупругим мартенситным превращением, когерентностью решеток исходной и мартенситной фаз, сравнительно небольшой величиной гистерезиса превращения, а также малыми изменениями объема при превращениях. В никелиде титана объемные изменения составляют около 0,34 %, что на порядок меньше чем в сталях (около 4 %).

В этих условиях при деформации образуются когерентные с исходной структурой двойниковые мартенситные кристаллы, а при отогреве и обратном превращении эти мартенситные кристаллы исчезают и плавно переходят в решетку исходной фазы. Обратимое движение когерентных межфазных границ при обратном превращении приводит к восстановлению первоначальной формы.

Характеристические температуры превращений ряда двойных сплавов Тi- Ni с ЭПФ разного состава, полученные из разных источников, приведены в таблице 5.3. Из таблицы следует, что даже малые отклонения состава сплавов Ti - Ni от стехиометрического (50:50) приводят к значительному изменению характеристических температур.

Таблица 5.3. Характеристические температуры сплавов Тi-Ni

Температуры мартенситных превращений зависят от состава сплава. Легирование никелида титана железом, марганцем, хромом, ванадием, кобальтом приводит к снижению Мн и Мк вплоть до -196 °С, а введение Zr, Та, Nb - к их повышению (до +100 °С). Медь и кремний в довольно широком интервале концентраций слабо влияют на температуры превращений.

Промышленностью освоен выпуск сплавов на основе никелида титана. Химический состав двух сплавов, наиболее широко используемых на отечественных предприятиях приведен в таблицах 5.4, 5.5.

Таблица 5.4 -Основные свойства сплавов никелида титана

Параметр	ТН-1	ТН-1К
Плотность, г/см3	6,45-6,50
Температура плавления, °С	1250-1310
Коэффициент термического расширения, 10-4 К-1	6,0*-10,4	12,0-14,0
Удельное электросопротивление, 10-8 Ом-м	55 -60	70-80
Коэффициент Пуассона	0,48*	0,33
Временное сопротивление при растяжении, МПа	600-800	800-1000
Предел текучести, МПа	400-600	500-700
Относительное удлинение, %	20-40	20-40
Эффект памяти формы (предельная деформация, при которой происходит полное восстановление формы, %)	6-8
Реактивное напряжение, МПа	300-500

                *Данные относятся к мартенситному состоянию сплава.

Таблица 5.5 . Химический состав сплавов никелида титана, % ( по массе)

	Основные элементы		Примеси, не более
	Ni	Ti	Fe	Si	С	N	0	Н	Со	Остальные
TH-I ТН-1К	53,5-56,5 50,0-53,5	Осталь ное	0,3 2,5-4,5	0,15 0,15	0,10 0,10	0,05 0,05	0,2 0,2	0,013 0,030	0,2	0,30 0,30

Сплавы с ЭПФ часто относят к так называемым интеллектуальным материалам, позволяющим создавать принципиально новые конструкции и технологии в различных отраслях машиностроения, авиакосмической и ракетной техники, приборостроения, энергетики, медицины и др.

На рис. 5.15 приведена схема космического аппарата с антеннами саморазворачивающейся конструкции. Антенны состоят из листа и стержня из сплава Ti - Ni, которые свернуты в виде спирали и помещены в углубление в искусственном спутнике. После запуска спутника и выведения его на орбиту антенна нагревается с помощью специального нагревателя или тепла солнечного излучения, в результате чего она выходит в космическое пространство.

Доставка в открытый космос громоздких агрегатов технически возможна только по частям с последующими монтажными работами.

Используемые в массовом производстве способы соединения деталей, такие как сварка, пайка, склеивание, клепка и другие, непригодны в космических условиях. Особые требования предъявляются к обеспечению исключительно высокой техники безопасности.

С учетом этих особенностей в России была создана уникальная технология соединения элементов в открытом космосе с использованием муфты из сплава ТН-1. Эта технология успешно использована при сборке конструкции фермы из алюминиевых сплавов общей длиной 14,5 м и поперечным сечением в виде квадрата со стороной 0,5 м. Ферма состояла из отдельных трубчатых деталей диаметром 28 мм, которые соединялись между собой с помощью муфты из металла с памятью формы (рис.5.16). Муфту деформировали при низкой температуре таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был больше наружного диаметра соединяемых элементов.

Рис. 5.16. Соединение трубчатых деталей (/) с помощью муфты (2) из металла с памятью формы' а - до сборки; б - после нагрева

После нагрева выше температуры обратного мартенситного превращения внутренний диаметр муфты восстанавливался до того диаметра, который муфта имела перед расширением.

Эти же принципы строительства могут быть использованы для монтажа на больших глубинах крупногабаритных морских подводных конструкций.

Сплавы с ЭПФ используют в качестве силовых элементов блокировочных устройств, срабатывающих как на запирание (собственно блокировка), так и в обратном направлении, в силовых конструкциях прессов, домкратов.

Особенностью исполнительных элементов из сплавов с памятью формы является их миниатюрность. Это обусловлено простотой механизма их действия, а также тем, что элемент состоит из одного сплава. На действие таких механизмов не влияет среда или атмосфера, а влияет только температура. В Японии создан робот с плечевой опорой, локтевым шарниром, запястьем и захватом, имеющий пять степеней свободы. Сгибание запястья, сжимание и разжимание захвата обеспечиваются спиралями из сплава Ti - Ni, а действие шарнира и плечевой опоры - удлинением или сокращением проволоки из того же сплава. Положение руки и скорость действия регулируются прямым пропусканием тока с модулированной шириной импульса. Плавность действия робота обусловлена тем, что заданная величина усилия (силы восстановления памяти формы) соответствует величине регулируемого параметра (току). Действия робота приближаются к действию мускульного механизма.

Особый интерес представляет использование сплавов с памятью формы в медицине. Их применение открывает широкие возможности создания новых эффективных методов лечения. Сплавы, используемые в медицине, должны обладать не только высокими механическими характеристиками, но и биологической совместимостью с тканями человеческого организма, обеспечивать отсутствие токсичности, канцерогенности, оказывать сопротивление образованию тромбов, сохраняя эти свойства в течение длительного времени. Специальные эксперименты показали, что сплавы на основе Ti - Ni имеют биологическую совместимость на уровне и даже выше обычно применяемых нержавеющих сталей и кобальтхромовых сплавов и могут быть использованы в качестве функциональных материалов в биологических организмах. Использование сплавов с ЭПФ для лечения показало их хорошую совместимость с тканями и отсутствие реакций отторжения биологических структур человеческого организма.

При ортопедической хирургической операции коррекцию позвоночника обычно осуществляют с помощью стержня Харинтона, изготовленного из нержавеющей стали. Недостатком этого метода является уменьшение во времени первоначального корректирующего усилия. Если для стержня Харинтона применить сплав с ЭПФ, то установить стержень можно за один раз, необходимость в повторной операции отпадает.

Методы медицинской помощи в случае костных переломов заключаются в том, чтобы с помощью пластинок зафиксировать зону перелома в таком состоянии, когда на кость действует сила сжатия. Если для соединительной пластинки применить сплав с эффектом памяти формы, то становится возможной прочная фиксация зоны перелома путем внешнего нагрева пластинки до температуры несколько выше температуры тела после операции, при этом отпадает необходимость осуществлять продольное сжатие кости во время операции.

Одним из наиболее перспективных методов лечения стенозов (сужения) сосудов является использование эндоваскулярных спиралевидных протезов, изготовленных из нитиноловой проволоки. В медицине нитинол впервые использовали в 1977 г. M.Simon с соавторами для изготовления кавафильтра.

Импланты с памятью формы также применяются: для суставов, в грудной и сердечно-сосудистой хирургии, в хирургии легких, в офтальмологии, ортопедии.