Введение 4
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 Термоупругие мартенситные превращения 6
1.2. Эффекты памяти формы в сплаве TiNi 9
1.3. Изотермическое мартенситное превращение в сплавах с памятью формы 12
Глава 2. Цели и методики исследования 17
2.1. Цели исследования 17
2.2. Объекты и методики исследования 18
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований 21
3.1. Изменение мартенситной фазы в условиях изотермической выдержки 21
3.2. Изменение деформации в условиях изотермической выдержки 26
Заключение 33
Список использованной литературы 34
Сплавы с памятью формы, в частности на основе TiNi, проявляют уникальные свойства такие, как самопроизвольное изменение деформации при охлаждении и нагревании. Благодаря таким свойствам эти материалы часто используют в качестве функциональных элементов в термомеханических приводах: устройствах, способных многократно обратимо изменять деформацию и усилия при изменении температуры. Необычные свойства сплавов с памятью формы обусловлены фазовыми (термоупругими мартенситными) превращениями, которые реализуются при нагревании и охлаждении материала. Таким образом, рабочие температуры термомеханического привода, в котором используется элемент из сплава с памятью формы, зависят от температур фазовых превращений. При этом размах температуры в цикле может превышать 100oC, что не всегда возможно обеспечить для того или иного приложения. Уменьшить рабочий интервал температур привода можно, если в качестве функционального элемента термомеханического привода использовать сплав с памятью формы, в котором реализуется изотермическое мартенситное превращение.
До недавнего времени считали, что термоупругие мартенситные превращения протекают в материале только при изменении температуры или нагрузки и не зависят от времени [1-3]. Однако к настоящему моменту опубликован ряд работ, в которых показано, что в сплавах на основе TiNi возможна реализация прямого мартенситного превращения при изотермических условиях [6-11]. Стоит отметить, что имеющиеся научные публикации лишь подтверждают факт реализации изотермического превращения в таких материалах, в то время как функциональные и механические свойства сплавов на основе TiNi при изотермической выдержке остаются неизученными. Так как тип и кинетика фазового превращения, реализуемого в сплаве с памятью формы, определяют его механические свойства, прежде чем исследовать изменение деформации в условиях выдержки при постоянной температуре, необходимо изучить влияние длительности и температуры выдержки на прямой мартенситный переход. В связи с этим целью настоящей работы стало изучение изотермической кинетики прямого мартенситного перехода и изменения деформации при изотермической выдержке сплава Ti-51ат.%Ni.
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1. В закаленном сплаве Ti49Nis1 прямое B2^B19’ превращение реализуется в процессе выдержки при постоянной температуре, которая расположена как вне, так и внутри температурного интервала атермического прямого перехода.
2. Кинетика изотермического B2^B19’ превращения определяется положением температуры изотермической выдержки T* относительно температуры начала атермического мартенситного перехода Мн. Различие в кинетике изотермического превращения обусловлено тем, что при Т*>Мн мартенситная фаза появляется путем зарождения и роста мартенситных кристаллов в аустенитной фазе, а при Т*<Мн помимо зарождения и роста новых кристаллов могут расти и кристаллы мартенсита, которые образовались атермически при охлаждении до температуры Т*.
3. Максимальная объемная доля изотермически превращенного мартенсита зависит от температуры выдержки немонотонно и достигает 45 % в процессе выдержки при температуре Т* = Мн.
4. Впервые показано, что изотермическая выдержка сплава TiNi под напряжением при температурах вне и внутри температурного интервала мартенситного перехода сопровождается изменением деформации, частично обратимой при нагревании. Зависимость величины обратимой деформации от температуры выдержки немонотонна. Ее максимальное значение достигается при температуре выдержки Т*=М„ и составляет 40% от общего ресурса деформации при мартенситном превращении в TiNi при прочих равных условиях. Величина необратимой изотермической деформации возрастает с уменьшением температуры выдержки до Т*=М„-8оС и далее меняется незначительно.
