Механические и функциональные свойства при сжатии образцов сплава TiNi, полученных методом WAAM

Содержание

Введение 4
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1 Термоупругие мартенситные превращения сплавов на основе TiNi 5
1.2 Функциональные свойства сплавов на основе TiNi 8
1.2.1 Механизмы деформирования сплавов с памятью формы 8
1.2.2 Эффекты памяти формы 9
1.3 Аддитивные технологии 11
1.4 Функциональные свойства сплава TiNi, полученного методом WAAM 14
Глава 2. Цели и методы исследования 19
2.1. Цели работы 19
2.2 Объекты и методы исследования 21
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований 24
3.1 Механические и функциональные свойства при сжатии трехслойного образца сплава TiNi, полученного методом WAAM 24
3.2 Влияние термообработки на механическое поведение и функциональные свойства при сжатии трехслойного образца сплава TiNi, полученного методом WAAM 33
3.3 Влияние подложки и напряжения дуги на механическое поведение и функциональные свойства при сжатии трехслойного образца сплава TiNi, полученного методом WAAM 39
Заключение 42
Список использованной литературы 44

Введение

Применение аддитивных технологий для изготовления изделий из сплавов с памятью формы на основе TiNi является очень актуальным, поскольку эти материалы широко используются в различных отраслях техники, однако они плохо механически обрабатываются, поэтому изготовление деталей сложной формы является трудоемким процессом. Однако, структура образцов, полученных аддитивными технологиями, отличается от структуры сплава, полученного традиционными методами. Это крайне важно для сплавов с памятью формы, поскольку их структура влияет на функциональное поведение. Поэтому большое внимание уделяется исследованию эффектов памяти формы в сплавах TiNi, полученных аддитивными технологиями.
К настоящему времени хорошо изучены функциональные свойства сплавов на основе TiNi, полученных порошковыми аддитивными технологиями. Однако этим способом неэффективно синтезировать крупногабаритные детали. Для этих целей подходит метод wire arc additive manufacturing (методом послойной электродуговой наплавки), в котором в качестве расходуемого электрода используется проволока из сплава TiNi, а источником энергии служит электрическая дуга. Уже существуют несколько работ, в которых изучали поведение сплавов TiNi, синтезированных этим методом, однако основные усилия в этих работах были направлены на исследование структуры, мартенситных переходов и эффекта сверхупругости. Вместе с тем другие эффекты памяти формы исследованы не были, однако они крайне важны для применения этих сплавов. В связи с этим темой работы явилось изучение функционального поведения при сжатии образцов сплава TiNi, полученных методом WAAM.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1. Образцы сплава TiNi, синтезированные методом WAAM, проявляют эффекты памяти формы и обратимой памяти формы и демонстрируют обратимое изменение деформации при охлаждении и нагревании под напряжением в режиме сжатия. Максимальная величина обратимой деформации (эффект памяти формы) составляет 3,5 %, а величина эффекта обратимой памяти формы - 1 %, что меньше в 2-3 раза, чем в образцах сплава TiNi, полученных традиционными способами. При деформировании при температурах ниже Md, в сплаве наводится мартенсит, однако он остается стабильным и при разгрузке не исчезает, таким образом, эффект псевдоупругости не проявляется.
2. При термоциклировании под напряжением функциональные свойства меняются так же, как и в сплаве TiNi, полученном традиционными способами: температуры мартенситных переходов понижаются, а величина обратимой деформации растет за счет эффекта тренировки.
3. Отжиг при температуре 500 оС позволяет существенно улучшить псевдоупругие свойства сплава. Кроме этого, возрастает и величина эффекта обратимой памяти формы, что связано с тем, что частицы фазы Ti3Ni4 создают внутренние напряжения, которые дополнительно увеличивают величину этого эффекта. Величина эффекта памяти формы уменьшается с 3.5 % (после отжига при 450 оС) до 2.5% (после отжига при 500 оС).
4. Увеличение напряжения дуги при синтезе образцов сплава TiNi на титановую подложку уменьшает величину эффекта обратимой памяти формы, что может быть связано с тем, что частицы фазы Ti2Ni препятствуют образованию внутренних ориентированных напряжений, необходимых для инициирования этого эффекта. В образцах, синтезированных на стальную подложку, функциональные свойства не проявляются вследствие того, что атомы железа, внедренные в фазу TiNi, подавляют мартенситные переходы.

Литература

[1] Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. и др. Сплавы с эффектом памяти формы. // Под ред. Фунакубо Х.: пер. с японского. -М.: Металлургия, 1990. - 224 с.
[2] Otsuka K., Ren X. Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys. // Progress in Materials Science, 2005. - V. 50 - p. 511-678.
[3] Чуракова А.А. Трансформация микроструктуры и физико-механические свойства ультрамелкозернистых сплавов TiNi при многократных мартенситных превращениях // Диссертация на соискание степени к.ф.-м.н., Уфа: ИФМК УНЦ РАН, 2016. - 23 с.
[4] Глезер А.М., Пермякова И.Е. Нанокристаллы, закаленные из расплава. // М.: Физматлит, 2012. - 316 с.
[5] Лихачев В. А., Кузьмин С. Л., Каменцева З. П. Эффект памяти формы. // Л.: Издательство Ленинградского университета, 1987. - 216 с.
[6] Brailovski V., Prokoshkin S., Terriault P., Trochu F. Shape memory alloys: Fundamental, Modeling and Applications. // Montreal: ETS Publ., 2003. - 851 p.
[7] Пушин В.Г., Прокошкин С.Д., Валиев Р.З. и др. Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч.1. Структура, фазовые превращения и свойства. // Под ред. В.Г. Пушина. - Екатеринбург: Уро РАН, 2006. - 439 с.
[8] Зленко М.А, Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитивные технологии в машиностроении. Пособие для инженеров. //- М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. - 220 с.
[9] Жуков В.В., Григоренко Г.М., Шаповалов В.А. Аддитивное производство металлических изделий (обзор) // Автоматическая сварка, 2016. - № 5-6. - с. 148-153.
[10] Wang J., Pan Z., Yang G., Han J., Chen X., Li H. Location dependence of microstructure, phase transformation temperature and mechanical properties on Ni-rich NiTi alloy fabricated by wire arc additive manufacturing. // Materials Science and Engineering A, 2019 - 749 - с. 218-222
[11] Zeng, Z., Cong, B. Q., Oliveira, J. P., Ke, W. C., Schell, N., Peng, B., Qi, Z. W., Ge, F. G., Zhang, W., & Ao, S. S. Wire and arc additive manufacturing of a Ni-rich NiTi shape memory alloy: Microstructure and mechanical properties. // Additive Manufacturing, 2020 - 32 - 101051.
[12] Wang J., Pan Z., Wang Y., Carpenter K., Li H. Effects of Deposition Current on the Microstructure and Pseudoelasticity of Wire-Arc Additively Manufactured Ni-rich NiTi Alloys. // Advances in Intelligent Systems and Computing, 2020 - 1216 AISC - с. 78-85.
[13] Wang J., Pan Z., Wang Y., Wang L., Su L., Cuiuri D., Zhao Y., Li H. Evolution of crystallographic orientation, precipitation, phase transformation and mechanical properties realized by enhancing deposition current for dual-wire arc additive manufactured Ni-rich NiTi alloy. // Additive Manufacturing, 2020 - 34 - 101240.
[14] Wang J., Pan Z., Carpenter K., Han J., Wang Z., Li H. Comparative study on crystallographic orientation, precipitation, phase transformation and mechanical response of Ni-rich NiTi alloy fabricated by WAAM at elevated substrate heating temperatures. // Materials Science and Engineering A, 2021 - 800 - 140307.
[15] Resnina N., Palani I.A., Belyaev S., Prabu S.S.M., Liulchak P., Karaseva U., Manikandan M., Jayachandran S., Bryukhanova V., Sahu A, Bikbaev R. Structure, martensit transformation and mechanical behavior of NiTi shape memory alloy produced by wire arc additive manufacturing // Journal of Alloys and Compounds, 2021 - 851 - 156851.