Реферат
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Теория мартенситного превращения 8
1.1 Общие характеристики мартенситных превращений 8
1.2 Термодинамика мартенситных превращений 12
1.3 Механизмы эффекта памяти формы и сверхэластичности 16
1.4 Мартенситные превращения в сплавах на основе железа 19
2 Постановка задач и методика эксперимента 26
2.1 Постановка задач 26
2.2 Методика эксперимента 29
3 Результаты эксперимента и их обсуждение 32
3.1 Влияние времени старения на температурную зависимость осевых
напряжений и эффект памяти формы в [001]- монокристаллах сплава FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta) при деформации растяжением 32
3.2 Влияние времени старения на величину сверхэластичности в [001]-
монокристаллах сплава на основе железа FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta) 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53
Сплавы с термоупругими мартенситными превращениями, с которыми связаны эффект памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности (СЭ), привлекают большое внимание в связи с их практическим применением во многих областях промышленности и науки. Наличие таких функциональных свойств является необходимым условием для практического использования материалов, склонных к разрушению, износу. Сплавы с этими свойствами обладают большой пластичностью и прочностью, высокой стабильностью функциональных свойств, а также большими обратимыми деформациями. Сплавы с такими свойствами находят широкое применение в медицине, атомной технике, авиакосмической промышленности, а также в строительной области в качестве конструкционных материалов [1 - 7].
В настоящее время известно большое число сплавов, обладающих эффектами памяти формы и сверхэластичности, но самыми известными материалами с данными свойствами являются сплавы на основе никелида титана. Однако в последние годы большое внимание уделяют сплавам на основе железа из-за низкой стоимости самого материала и его лёгкой обработкой по сравнению со сплавами TiNi.
Одним из перспективных сплавов на основе железа с возможностью получения ЭПФ и СЭ в широком температурном интервале является сплав Fe-28Ni-17Co-11.Al-2.5(Ti + Nb + Ta) (ат. %). В настоящее время в литературе отсутствуют систематические исследования влияния дисперсных частиц у’-фазы на механические и функциональные свойства монокристаллов сплава FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta). Для проведения
исследований на сплаве FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta) были выбраны
монокристаллы, а не поликристаллы, поскольку из-за сильной анизотропии свойств поликристаллы оказываются хрупкими, в отличие от монокристаллов, у которых отсутствуют границы зерен, оказывающие влияние на развитие мартенситного превращения.
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является исследование термоупругого у-а’ мартенситного превращения и связанных с ним ЭПФ и СЭ при деформации растяжением в состаренных при температуре 973 К в течение 0.5, 3, 5 и 7 часов [001]-монокристаллов сплава Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5(Ti + Nb + Ta) (ат. %).
В заключении перечислим основные результаты, полученные в выпускной бакалаврской работе:
1. На [001]-монокристаллах сплава на основе железа Fe-28Ni-17Co- 11.5Al-2.5(Ti + Nb + Ta) (ат. %), установлено, что старение при температуре 973 К в течение 0.5, 3, 5 и 7 часов приводит к развитию под нагрузкой термоупругого у-а’-мартенситного превращения с эффектом памяти формы и сверхэластичности при деформации растяжением. Термоупругий характер у- а’-мартенситного превращения достигается в результате выделения наноразмерных частиц у’-фазы (FeNiCo)s(AlX), где X = Ti + Nb + Ta, размером 4 - 10 нм.
2. Установлено, что температурная зависимость критический напряжений под нагрузкой при деформации растяжением в [001]- монокристаллах, состаренных при температуре 973 К в течение 0.5, 3, 5 и 7 часов, описывается соотношением Клапейрона-Клаузиуса. Показано, что увеличение времени старения приводит к росту уровня напряжений высокотемпературной фазы и повышению температуры Ms.
3. Показано, что в [001]-монокристаллах FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta),
состаренных при температуре 973 К в течение 0.5, 3, 5 и 7 часов,
максимальная величина эффекта памяти формы под нагрузкой £эпф увеличивается с увеличением времени старения. Максимальная величина эффекта памяти формы под нагрузкой &эпф = 1.8 % ± 0.2 % обнаружена при старении в течение 7 часов при температуре 973 К.
4. Температурный интервал сверхэластичности АТСЭ определяется уровнем напряжений высокотемпературной фазы. Наименьшему уровню напряжений исходной фазы при T = Md (старение при 973 К, 0.5 часа) соответствует меньший температурный интервал сверхэластичности АТСЭ = 233 К, а с ростом напряжений до 1080 МПа при T = Md (старение при 973 К, 7 часов) АТСЭ увеличивается до 323 К.
5. Установлено, что величина обратимой деформации в экспериментах по изучению сверхэластичности в [001]-монокристаллах сплава FeNiCoAl(Ti + Nb + Ta) зависит от времени старения при температуре 973 К. При старении в течение 0.5 часа есэ = 7.8 %, а с увеличением времени старения до 7 часов величина обратимой деформации уменьшается и становится равной есэ = 2.2 %.
6. Показано, что максимальная величина механического гистерезиса Ао = 350 МПа при температуре Т = 77 К при размере частиц у’-фазы d < 4 нм, а при увеличении времени старения до 7 часов, величина механического гистерезиса уменьшается до 60 - 70 МПа. Это связано с ростом уровня напряжений высокотемпературной фазы при увеличении размера частиц у’- фазы до 6 - 10 нм.
