Прецизионные сплавы с заданными свойствами упругости - сплавы, обладающие высоким сопротивлением к малым пластическим деформациям и релаксационной стойкостью в условиях статического и циклического нагружения; применяются в качестве пружин и пружинных элементов, упруго чувствительных элементов измерительных приборов, мембран расходомеров, резонаторов фильтров для выбора, генерирования и настройки на заданную частоту.
Релаксационная стойкость - способность материала сопротивляться релаксации, например, механических напряжений; релаксация - самопроизвольное затухающее падение напряжений в материале с течением времени. Она происходит за счет перехода упругой деформации в пластическую. Типичный пример релаксации — снижение напряжений в болтах и шпильках фланцевых соединений. Несмотря на начальную затяжку болтов с течением времени при повышенных температурах происходит ослабление натяга за счет перехода части упругой деформации в пластическую.
В основе данных материалов лежат несколько систем:
К прецизионным материалам с заданными свойствами упругости предъявляются следующие требования. Они должны иметь высокий или, наоборот, низкий модуль упругости, небольшой температурный коэффициент модуля упругости, высокую добротность, малый упругий гистерезис (в теории упругости явление гистерезиса наблюдается в поведении упругих материалов, которые под воздействием больших давлений способны сохранять деформацию и утрачивать ее при воздействии обратного давления (например, вытягивание сжатого стержня) и упругое последействие, высокую усталостную, прочность, коррозионную стойкость, немагнитность, электропроводность, износостойкость, а также стабильность этих характеристик при температурах эксплуатации. Они должны обладать технологической пластичностью для получения упругих элементов заданной конфигурации и свариваемостью.
Химический состав и прочие требования к ним регламентируются стандартами ГОСТ 10994-74.
Направления промышленности, в которых используется продукция из прецизионных сплавов с заданными свойствами упругости, достаточно широки. Это и всевозможные упругие чувствительные элементы, датчики; различные виды пружин; медицинские инструменты.
Дисперсионно-твердеющие сплавы нашли применение для изготовления следующих изделий: упругие чувствительные элементы, работающие в диапазоне температур от -250 до 250-400 °С в зависимости от конкретной марки материала; датчики давления, работающие в температурном интервале от -253 до 250 °С; силовые и тарельчатые пружины, использующиеся в подземном скважинном оборудовании для добычи природного газа, содержащего сероводород. Также некоторые марки могут применяться в качестве коррозионностойких конструкционных материалов.
Деформационно-твердеющие материалы используются в теплостойких и заводных пружинах; кернах электроизмерительных приборов; геодезических и гироскопических устройствах (для упругих элементов в микронных сечениях); плоских мембранах; упругих растяжках торсионов, работающих при высоких температурах в вакууме или среде инертных газов и водорода.
Сплавы с температурно-стабильным модулем упругости получили широкое применение в приборостроении для изготовления упругих чувствительных элементов тончайшей контрольно-измерительной аппаратуры без применения термостатирования и компенсации. Из них производят волосковые спирали и пружины специальных часовых механизмов, плоские, спиральные и геликоидальные пружины, резонаторы электромеханических фильтров, барокоробки, сильфоны, звукопроводы, трубки Бурдона, регуляторы скорости двигателей, датчики давления.
Отдельно стоит рассмотреть применение упругих сплавов в медицинской технике. Общим требованием, предъявляемым к используемым в медицинской технике материалам, особенно к вживляемым в организм человека, является совместимость с живыми тканями. Материалы не должны вызывать образования тромбов, воспалительных процессов и при этом должны обладать необходимыми механическими свойствами (упругость, предел усталости и др.). Марку 36НХТЮ используют для инъекционных игл, изготавливаемых из тонкостенных трубок диаметром от 0,8 до 2,0 мм. Сплав 40КХНМ применяют для скобок сшивки кровеносных сосудов, протезирования культи глазного яблока, для костных хирургических операций в ортопедии - «гвозди» для скрепления костей, протезы суставов, для витых пружин, применяемых при сращивании костей под давлением; для кратковременной стимуляции сердца и др. Марка 40К27ХНМ с Та отличается более высокой коррозионной стойкостью в организме человека и физиологическом растворе по сравнению со сплавом 40КХНМ. Основная область применения - электроды для длительной и постоянной стимуляции тканей и органов человека (сердца, головного мозга, мочевого пузыря, желудочно-кишечного тракта и др.), изготавливаемые из проволоки диаметром 0,15-0,2 мм с деформацией 30-40%. Кроме того, из проволоки указанного сплава изготавливают иглы для иглотерапии, упругие корригирующие приспособления, применяемые в хирургии для лечения искривлений позвоночника, переломов костей, для коррекции оси нижних конечностей. Лента толщиной 0,13-0,15 мм с деформацией 30-40% применяется для противотромбозных фильтров. Для каркасов искусственных клапанов сердца используют умягченный горячекатаный лист толщиной 5-12 мм и проволоку диаметром 0,9-1,1 мм с деформацией 30-40%. Сплав 40ХНЮ-ВИ благодаря высокой износостойкости и коррозионной стойкости в стерилизующих средах находит применение для общехирургических скальпелей, эксплуатационные свойства которых значительно выше, чем у серийных скальпелей из сталей.